PENDAHULUAN Pertemuan ke 1.
MATERI KULIAH BIOTEKNOLO GI PERTANIAN
2. 3. 4. 5-6. 7. 8 9-10 11. 12. 13. 14. 15 16
Materi Kuliah Prodi Agroteknologi Kontrak Kuliah. Pengertian, sejarah, ilmu pedukung, perkembangan) Struktur dan fungsi sel & Bahan genetik Perubahan genetik jasad hidup Replikasi dan ekspresi gen Teknik kultur mikroba Teknik kultur in vitro Teknik Fusi Sel UTS Teknologi DNA Rekombinan Biopestisida mikroba dan Tanaman transgenik tahan hama Tanaman transgenik tahan herbisida Vaksin tanaman Rekayasa genetik penambatan nitrogen Biosafety dan Biodiversitas UAS
Penilaian MKA Bioteknologi Pertanian Unsur
Cara
Pengetahuan/Pemahaman/Kreativitas
Kuis & Tugas
0,30
100
30%
Ujian Tengah Semester Ujian Akhir Semester Menyampaikan pendapat terhadap persoalan yang diberikan di kelas Keterlambatan dalam kehadir-an di kelas serta Kecurangan dalam mengerjakan tugas, tes dan/atau ujian
0,35
100
35%
0,35
100
Kreativitas dan pemahaman
Kedisiplinan dan kejujuran
Bobot
Bonus
Skor maksimal
Buku Pustaka •
Wajib
• Yuwono, T. 2006. Bioteknologi Pertanian. Gadjah
Mada University Press. Yogyakarta • Nasir, M. 2002. Bioteknologi Potensi dan
Keberhasilannya dalam Bidang Pertanian. Raja Grafindo Persada. Jakarta • •
Anjuran
• Dixit, S.K. 2001. Biofertilizers, A Manual on
Commercial Production Technology. Omega Scientific Publishers, New Delhi, India • Nasir, M. 2002. Bioteknologi Molekuler Teknik Rekayasa Genetik Tanaman. Citra Aditya Bhakti. Bandung.
BIOTEKNOLOGI PERTANIAN
Prosentase
35% Ditambahkan pada nilai akhir
Pengertian Penalti
Dikurangkan dari nilai akhir
Sejarah perkembangan Ilmu-ilmu Pendukung Perbedaan Biotek Klasik dan Modern Keuntungan dan kerugian
1
1. Pengertian Karl Ereky (1917) – pertama kali mengemukakan
BIOTEKNOLOGI. BIO = makhluk hidup, TEKNOLOGI = cara untuk memproduksi barang atau jasa.
European Federation of Biotechnology (1989) mendefinisikan bioteknologi sebagai perpaduan dari ilmu pengetahuan alam dan ilmu rekayasa yang bertujuan meningkatkan aplikasi organisme hidup, sel, bagian dari organisme hidup dan/atau analog molekuler untuk menghasilkan produk dan jasa
Menristek (1985) – BIOTEKNOLOGI : pemanfaatan sistem biologi untuk menghasilkan barang dan jasa bagi kepentingan manusia.
2. SEJARAH PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI 3000 th SM proses fermentasi minuman 1680 sel khamir oleh Antonie van Leeuwenhoek 1818 proses fermentasi Khamir oleh Erxleben 1857 fermentasi asam laktat Pasteur 1897 Buchner enzim berperan dalam fermentasi Abad 20 Mendel, bahan genetik
Pengertian (lanjutan) CRC Dictionary of Agriculture Science (2002) penerapan dan penggunaan jasad hidup atau komponennya untuk mempengaruhi proses fisiologi dan biokimia di bidang pertanian, industri, maupun penerapan praktis dan komersial lainnya. Definisi : penerapan prinsip prinsip biologi, biokimia, dan rekayasa dalam pengolahan bahan dengan memanfaatkan agensia jasad hidup dan komponen komponennya untuk menghasilkan barang dan jasa.
1928 F Griffith mutan bakteri Pneumococcus
tipe R tdk patogenik mengalami transformasi menjadi tipe S yg mati diinjeksi ke tikus. Proses transformasi secara in vitro 1944 Avery dkk “the transforming principle” senyawa asam nukleat deoksiribose (DNA). Sifat genetik suatu jasad ditentukan oleh DNA, meski belum diketahui struktur DNA 1953 Watson dan F Crick struktur DNA, fungsi gen sbg pembawa sifat. 1970 Paul Berg penyambungan mol DNA virus (Tek DNA rekombinan)
2
3. ILMU DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi modern ditentukan perkemb ilmu
dasar : mikrobiologi, genetika dan biokimia Perkembangan bioteknologi didukung pada ilmuilmu terapan dan murni lain, seperti komputer, biologi molekular, kimia, matematika, ilmu pangan, kesehatan dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.
ILMU DASAR DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGI
Mikrobiologi : studi awal mengenai manipulasi
Mikrobiologi Biologi Molekuler
Biokimia Genetika
Ilmu Pangan
Rekayasa mekanik
Elektronika Biotechnology Bioteknologi Pertanian Bioteknologi Lingkungan
ILMU DASAR BIOTEK MODERN
Teknologi Pangan
genetik dilakukan terhadap kel mikroba Mikroba ?? Sel mikroba lebih sederhana drpd jasad hidup tkt tinggi, pertumbuhan cepat, mudah dilakukan persilangan genetis Genetika : analisis genetik, DNA Biokimia : struktur bahan genetik, enzim, ekspresi genetik dan regulasinya.
Bioteknologi Industri
Bioteknologi Kesehatan
3
Perkembangan Bioteknologi Bioteknologi bukan merupakan sesuatu yang baru. Tanaman dan hewan sudah didomestikasi ribuan tahun yang lalu, pemanfaatan mikroba untuk produk-produk berguna (tempe, oncom, tape, arak, terasi, kecap, yogurt, dan nata de coco). Antibiotik berasal dari mikrobia, mikroba penambat nitrogen telah dimanfaatkan sejak abad ke 19. Mikroba telah dimanfaakan secara intensif untuk membersihkan dan mendekomposisi limbah dan kotoran ternak. Dalam bidang medis, vaksin-vaksin tertentu dibuat dari virus atau bakteri yang telah dilemahkan.
Tanaman Brassica oleracea
Contoh pengembangan varitas tanaman Brassica
Bunga – Kobis Bunga Pucuk – Kobis Telur Tunas Samping – Kol Tunas
BIOTEKNOLOGI KLASIK/KONVENSIONAL Contoh bioteknologi konvensional di bidang
teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, dan keju sudah dikenal sejak abad ke-19, Di bidang pertanian, pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan. Di bidang medis,penemuan vaksin, antibiotik, dan insulin. Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan bioreaktor, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal.
Bioteknologi Modern Perkembangan bioteknologi secara drastis terjadi sejak
ditemukannya struktur helik ganda DNA dan Teknologi DNA Rekombinan di awal tahun 1950-an, yang memungkinkan manusia memanipulasi suatu organisme di taraf seluler dan molekuler. Bioteknologi mampu melakukan perbaikan galur dengan cepat dan dapat diprediksi, dapat merancang galur dengan bahan genetik tambahan yang tidak pernah ada pada galur induknya. Inti sel
Batang – Kol Rabi Bunga + Batang - Brokoli Banyak daun - Kale
kromosom
DNA
4
BIOTEKNOLOGI MODERN rekayasa genetika, kultur jaringan, rekombinan DNA, pengembangbiakan sel induk, kloning, dan lain-lain. Teknologi ini memungkinkan kita
untuk memperoleh tanaman transgenik (termasuk GMO=genetic modified organism), dan vaksin tanaman
B I A Y A
Pembandingan peningkatan efisiensi hasil dan biaya yang dibutuhkan untuk pengembangan bioteknologi Konvensional vs bioteknologi modern
Bioteknologi Modern Genomik Rekayasa Genetika Hewan Rekayasa Genetika Tanaman Rekayasa Genetika Mikroba DNA Rekombinan Produksi Antibodi Transfer Embrio Kultur Jaringan Biologi Kontrol Biofertilizer Biodekomposer Fermentasi Mikroba Bioteknologi Konvensional PENINGKATAN EFISIENSI
Di bidang pangan, dengan teknologi rekayasa
genetika, kultur jaringan dan rekombinan DNA, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan terhadap OPT maupun tekanan lingkungan. pelestarian lingkungan hidup dari polusi. contoh,
pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru.
Keuntungan : potensi hasil lebih tinggi mengurangi penggunaan pupuk dan pestisida toleran terhadap cekaman lingkungan pemanfaatan lahan marjinal kualitas makanan dan gizi lebih baik perbaikan defisiensi mikronutrien
Kerugian : efek balik terhadap organisme non-target pembentukan hama/penyakit resisten transfer gen resisten antibiotik melalui gen penanda antibiotik transfer gen yang tidak diinginkan ke tanaman liar transfer gen penyandi untuk produksi gen toksik
5
BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL KELEBIHAN
KEKURANGAN
MODERN KELEBIHAN
KEKURANGAN
Relatif murah
Perbaikan sifat genetik tidak terarah
Perbaikan sifat genetik terarah
Relatif mahal
Teknologi relatif sederhana
Tidak dapat mengatasi inkompatibilitas
Dapat mengatasi inkompatibilitas
Teknologi canggih
Dampak jangka panjang dapat diprediksi (sistem mapan)
Hasil tidak dapat diprakirakan sebelumnya
Menghasilkan jasad baru dengan sifat baru yang tidak ada pada jasad alami
Dampak jangka panjang belum diketahui
Memerlukan waktu relatif lama
Memperpendek pengembangan jasad baru
Sering tidak dapat mengatasi kendala alam (hama)
Meningkatkan kualitas dan kendala alam
Penerapan Bioteknologi Pertanian bertujuan untuk: Meningkatkan hasil dan kualitas tanaman
budidaya dengan cara mendapatkan tanaman dengan nilai gizi tinggi, tahan lahan marjinal, tahan hama dan penyakit. Mempertahankan diversitas genetik Mencari tanaman alternatif yang tahan terhadap iklim dan lahan bermasalah (misal : gandum tropis, triticale)
Contoh Tanaman hasil bioteknologi modern Komersial: Kapas – tahan serangan hama Lepidoptera (Kapas Bt) Studi lapangan: Kapas – toleran herbisida, tahan serangan hama Lepidoptera Jagung – toleran herbisida, tahan serangan hama Lepidoptera Kedelai – toleran herbisida Pengujian Laboratorium: Kakao – tahan serangan hama Lepidoptera Ketela pohon – perbaikan komposisi pati Kopi- tahan penyakit yang disebabkan jamur Kelapa sawit – tahan hama Lepidoptera, rendah asam lemak jenuh Kacang tanah- tahan penyakit yang disebabkan virus Kentang – tahan hama Lepidoptera, tahan penyakit yang disebabkan virus Padi – tahan hama Lepidoptera Kedelai – tahan hama Lepidoptera Tebu – toleran kekeringan Ubi jalar – tahan penyakit virus Tembakau – tahan penyakit virus Tomat – tidak spesifik
CONTOH APLIKASI BIOTEKNOLOGI MODERN UNTUK PENGEMBANGAN TANAMAN TRANSGENIK
Kandungan provitamin A tinggi Tahan terhadap hama, penyakit, virus Toleran terhadap lingkungan bergaram Buah tidak mudah busuk Fortifikasi untuk meningkatkan kandungan Vitamin A pada padi Transgen dari bakteri dan daffidol Golden Rice
6
Tanaman transgenik tahan hama serangga
Tanaman transgenik tahan penyakit jamur Transgenic
Wild-type
Tanaman bunga matahari tahan jamur putih
Pengujian Kapas“Bt” tahan hama ulat bollworms
Tanaman transgenik tahan virus
Tanaman tomat transgenik mengekspresikan gen pembentuk senyawa oxalate oxidase 2 hari setelah ditulari dengan jamur patogen Sclerotinia penyebab penyakit busuk batang, sehingga tanaman tetap sehat. Tanaman tomat biasa (wild type) terkena penyakit busuk batang (rebah).
Tanaman transgenik tahan Herbisida Contoh tanaman kopi transgenik, disemprot herbisida ammonium glufosinat tetap sehat. Tetapi tanaman kopi biasa apabila disemprot herbisida, daun mengering dan mati
Selubung protein virus digunakan untuk melingdungi tanaman Pepaya dari penyakit virus Ringspot. Pemberian selubung virus pada sel tanaman sering disebut vaksin tanaman
Contoh lain tanaman transgenik tahan herbisida: Kedelai, jagung, canola, kapas, alfalfa Gula bit, lettuce, strawberry, gandum, turf grass sumber gen tahan herbisida berasal dari bakteri
7
Contoh aplikasi bioteknologi Bidang Lingkungan Penanganan limbah
Ekstraksi dan akumulasi logam berat
Tomat transgenik tahan pembusukan
Degradasi pestisida dan senyawa sejenis
Bakteri Indikator Untuk mendeteksi kontaminasi di lingkungan menggunakan mikroba yang sensitiv terhadap polutan
Bioremediasi pembersihan tempat-tempat terkontaminasi menggunakan mikroba yang direkayasa untuk merombak polutan
Bioteknologi Lingkungan Deteksi pencemaran di lahan tambang
Penanaman tanaman GM (Genetic Modified) hasil rekayasa genetik mencakup 5% dari seluruh lahan pertanian di dunia Tanaman
Australia; Canada; Japan; Mexico; New Zealand; Philippines; United States of America (USA)
Argentine Canola
Australia; Canada; China; European Union (EU); Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; South Africa; USA
Kapas Flax, Linseed Jagung
Padi
Cara deteksi
Lahan ditanami tanaman transgenik indikator
Apabila terjadi pencemaran, tanaman indikator berubah warna menjadi merah
Negara
Alfalfa
Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; EU; Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; South Africa; USA Canada; USA Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; El Salvador; EU; Honduras; Japan; Korea, Rep.; Malaysia; Mexico; New Zealand; Philippines; Russian Federation; Singapore; South Africa; Taiwan; Thailand; USA Australia; Canada; Colombia; Mexico; New Zealand; Russian Federation; USA
Kedelai
Argentina; Australia; Bolivia; Brazil; Canada; China; Colombia; Czech Republic; EU; Japan; Korea, Rep.; Malaysia; Mexico; New Zealand; Paraguay; Philippines; Russian Federation; South Africa; Switzerland; Taiwan; Thailand; United Kingdom; USA; Uruguay
Gula bit
Australia; Canada; European Union; Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; Russian Federation; Singapore; USA
Gandum
Colombia; USA
Source: ISAAA's GM Approval Database. http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/.
Genetic Engineering Lab
8
The Crop Biotech Market
58.8%/118 ma (63%/106 ma)
6.7%/13 ma (6.0%/10 ma)
4.6%/9 ma (3%/7 ma)
Bagaimana SIKAP ANDA???
6.2%/12 ma (3%/7 ma)
20.0%/40 ma (21%/36 ma)
Top Five Countries = 96% of market 20 % increase from 2003
Latihan Sebutkan perbedaan bioteknologi tradisional
dan bioteknologi modern! Mengapa bioteknologi disebutkan bukan sesuatu yang baru? Jelaskan tujuan bioteknologi di bidang pertanian Sebutkan keuntungan dan kerugian yang mungkin ditimbulkan dari penggunaan bioteknologi!
9
