PEMANFAATAN TEKNOLOGI IN VITRO UNTUK PERKEMBANGAN SPORA Gigaspora margarita DAN Acaulospora tuberculata
SITI CHALIMAH
SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
SURAT PERNYATAAN
Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya, bahwa segala pernyataan dalam disertasi yang berjudul :
PEMANFAATAN TEKNOLOGI IN VITRO UNTUK PERKEMBANGAN SPORA Gigaspora margarita DAN Acaulospora tuberculata merupakan hasil penelitian saya di bawah bimbingan komisi pembimbing. Penelitian ini terdiri dari lima topik. Penelitian dibiayai oleh APBN melalui Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia. Penelitian ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar pada program sejenis di perguruan tinggi lain. Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan dengan jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, Februari 2007
SITI CHALIMAH NRP. G361020111
ii
ABSTRAK SITI CHALIMAH. Pemanfaatan teknologi in vitro untuk perkembangan spora Gigaspora margarita dan Acaulospora tuberculata. Dibimbing oleh MUHADIONO, LATIFAH K DARUSMAN, SAID HARAN dan NURITA TORUAN-MATHIUS. Cendawan mikorhiza arbuskular (CMA) adalah mikroorganisme bersifat simbion obligat. Perbanyakan CMA secara konvensional menggunakan kultur pot,
menghadapi beberapa kendala karena terkontaminasi mikroorganisme lain, dan keterbatasan lahan. Salah satu upaya menanggulangi masalah tersebut adalah memanfaatkan teknologi kultur in vitro. Tujuan penelitian ini adalah: (i) mendapatkan akar rambut yang mampu beradaptasi pada kultur ganda secara in vitro, (ii) mendapatkan tempat tumbuh dan inang kompatibel untuk perkembangan G margarita dan A. tuberculata secara konvensional, (iii) mendapatkan teknik sterilisasi spora dan inokulum steril CMA uji dengan eksplan tomat dan wortel, (iv) mengembangkan G. margarita dan A. tuberculata secara in vitro dengan teknologi akar rambut wortel, dan (v) teknik enkapsulasi spora dan propagul CMA dengan Na-alginat. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa akar rambut wortel mampu beradaptasi pada kultur ganda, selanjutnya digunakan sebagai inang perkembangan G. margarita dan A. tuberculata secara in vitro. Tempat tumbuh cawan Petri, inang sorghum dan Pueraria phaseoloides.L., dengan medium zeolit, kompatibel untuk perkembangan G. margarita dan A. tuberculata dalam kultur pot di rumah kaca, selanjutnya digunakan sebagai sumber spora. Teknik sterilisasi spora terbaik adalah pencucian dan pelembutan permukaan spora dengan MgSO4 .7H2 O dan Tween 20 (10%), permukaan spora dibersihkan dengan NaOCl2 0,52% (Bayclin10%), disterilisasi ke dalam antibiotik gentamisin, streptomisin, penisilin 100 ppm, dan tetrasiklin 2,5 ppm, dibilas dengan akuades, spora steril siap sebagai inokulum. Spora G. margarita dan A. tuberculata berkembang baik secara in vitro, memiliki daya infeksi tinggi terhadap inang planlet tomat, wortel maupun akar rambut. Kedua medium kultur ganda MM dan MSR, kedua inang eksplan wortel dan tomat dapat digunakan untuk perkembangan spora kultur aksenik, namun medium MM lebih baik dibandingkan dengan MSR, dan inang wortel lebih baik dibandingkan dengan inang tomat. Inang akar rambut wortel mempunyai kecenderungan yang sama, yaitu medium MM lebih baik dibandingkan dengan MSR. Tidak ditemukan perbedaan pola perkembangan struktur organ CMA dalam akar inang pada kultur pot, maupun inang tomat, wortel, akar rambut, secara in vitro. Enkapsulasi spora CMA terbaik kadar 1,75% Na-alginat, dengan daya viabilitas dan persentase infeksi akar tinggi, dalan masa simpan 2 bulan. Simpulan teknologi in vitro dapat digunakan untuk perkembangan dan perbanyakan kultur aksenik G. margarita dan A. tuberculata dengan teknik in vitro. Kata kunci : Akar rambut, Agrobacterium rhizogenes, kultur ganda, Gigaspora margarita, Acaulospora tuberculata
iii
ABSTRACT
SITI CHALIMAH. In vitro technology for development of Gigaspora margarita and Acaulospora tuberculata stores Under the impervition of MUHADIONO, LATIFAH K DARUSMAN, SAID HARAN and NURITA TORUAN-MATHIUS Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is an obligatory symbion microorganism. Conventional technique for AMF propagation or production was by pot culture with the host plant, this technique faces many problems, due to contamination with other microorganisms, and limited farm area. One of the efforts to be overcome the weakness was by AMF in vitro culture. The objectives of this research were (i)) to obtain hairy root culture techniques of several host plants, (ii) to obtain growth container, inoculum and compatible host for spore production by conventional techniques, (iii) to obtain sterile inoculum of G. margarita and A. tuberculata in axenic culture of tomato and carrot as host plants (iv) to develop G. margarita and A. tuberculata in carrot hairy root culture, and (v) encapsulation technique of AMF spore and propagule, with Na-alginate. The results showed that carrot hairy root could adapt in dual culture medium, hence used as plants to develop G. margarita and A tuberculata in vitro. Sorghum and Pueraria phaseloides L. cultured in colored plastic cup with zeolith as a carrier, compatible for producing spores and inoculum in green house condition, than used as spores supply. The best sterilization technique consists of washing the surface of spore with MgSO4 .7H2 O and sterile Tween 20 (10 %), followed by sterilization with, gentamycin, streptomycin, penicillin 100 ppm each and cleaned by 0,52 % NaOCl2 . G. margarita and A. tuberculata spores can develop well and have high infection rate in axenic culture with tomato and carrot as host plants, cultured in minimal medium (MM). Carrot hairy root culture can be use as an host for G. margarita and A. tuberculata spores development by in vitro culture. G. margarita and A. tuberculata with carrot hairy root as an host cultured in MM medium were able to build external hyphae, sporulation and root infection. There is no difference in the development and root infection by AMF on host plants cultured in green house, axenic and hairy root culture. Spores of AMF encapsulation with 1.75% Na-alginate could producte spores with high viability and infection capability, in 2-month-storage period. It could be concluded that G. margarita and A. tuberculata can be developed by in vitro technology with axenic culture. -------------------------------------------------Key words :
Hairy root, Agrobacterium rhizogenes, dual culture, Gigaspora margarita, Acaulospora tuberculata
iv
Hak cipta milik Siti Chalimah, tahun 2007 Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, foto kopi, mikrofilm, dan sebagainya
v
PEMANFAATAN TEKNOLOGI IN VITRO UNTUK PERKEMBANGAN SPORA Gigaspora margarita dan Acaulospora tuberculata
SITI CHALIMAH
DISERTASI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Biologi
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
vi
Ju Judul Disertasi
: PEMANFAATAN TEKNOLOGI IN VITRO UNTUK PERKEMBANGAN SPORA Gigaspora margarita DAN Acaulospora tuberculata
N Nama Mahasiswa
: SITI CHALIMAH
N Nomor Pokok
: G361020111
P Proogram Studi
: BIOLOGI
Disetujui Komisi Pembimbing
Dr. Muhadiono, MSc. Ketua
Dr. Ir. Said Harran, MSc. Anggota
Prof. Dr. Latifah K. Darusman, MSc. Anggota
Dr. Nurita TORUAN-MATHIUS, MS. Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Biologi
Dr. Ir. Dedi Duryadi Solihin, DEA. Tanggal ujian :
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr.Ir. Khairil Anwar Notodiputro, MS. Tanggal lulus :
vii
PRAKATA
Alhamdulillah puji syukur kehadirat Illahi Robbi atas segala karunia, nikmat, rahmat dan hidayahNYA, disertasi ini dapat diselesaikan dari bulan Maret 2003 sampai bulan Mei 2006, tentang perkembangan Cendawan Mikorhiza Arbuskula (CMA) dengan judul “Pemanfaatan Teknologi In Vitro Untuk Perkembangan Spora Gigaspora margarita Dan Acaulospora tuberculata”. Disertasi ini disusun berdasarkan lima topik penelitian, dan mendapatkan dana APBN melalui Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia. Dalam kesempatan ini disampaikan penghargaan yang tinggi dan ucapan terimakasih kepada yang terhormat : 1. Dr. Muhadiono, M.Sc. bertindak sebagai ketua komisi pembimbing, Prof. Dr. Ir Latifah K. Darusman, MS, Dr. Nurita-TORUAN MATHIUS,MS, dan Dr. Said Harran, M.Sc. sebagai anggota komisi pembimbing. Atas segala bantuan moril dan materiil, saran mulai dari rencana penelitian hingga penyelesaian penulisan. Tidak terhingga pengetahuan yang diberikan, kebijaksanaan, kesabaran, ketegasan, kedisiplinan serta tanggung jawab seorang peneliti ditanamkan secara tidak langsung sejalan dengan proses penyelesaian studi. Hanya Allah SWT yang dapat membalas segala kebaikan, dan sebagai catatan ibadah disis i Allah SWT 2. Pimpinan Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia, di Bogor dan penanggung jawab Laboratorium Rekayasa Genetika dan Biomolekuler yang telah memberikan kesempatan untuk menggunakan fasilitas laboratorium. 3. Pimpinan PT Intidaya Agrolestari (INAGRO), Bogor yang telah memberikan inokulum CMA jenis Acaulospora tuberculata melalui Bapak Yudha Hartanto SP, MS. 4. Pimpinan Laboratorium Fisiologi Tumbuhan IPB yang telah memberikan kesempatan untuk menggunakan fasilitas laboratorium. 5. Pimpinan Southeast Asian Regional Center For Tropical Biology (SEAMEO BIOTROP), dan penanggung jawab Laboratorium Biotechnology & Tree Breeding, telah memberikan kesempatan untuk menggunakan fasilitas laboratorium
viii
6. Staf pengajar dan pegawai yang ada di lingkup Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, atas pendidikan, layanan administrasi dan bantuan yang telah diberikan. 7. Bapak Ketua Yayasan Drs Ngarbi dan Rektor IKIP PGRI TUBAN atas izin, dukungan, motivasi dan kebijakan yang diberikan dalam menyelesaikan studi program Doktor. 8. Ayahanda H. Setiohadi Woerjanto, lbunda Hj. Salmiah, Abi dan Umi A. Marzuki almarhum. Suami tercinta Edwi Mahajoeno, ananda tersayang Kautsar Hidayatullah, Nashril Abdillah dan Aldilla Arifatunurillah, dengan penuh keikhlasan berkorban, pengertian, dorongan dan semangat untuk terus maju serta do’a yang selalu dipanjatkan kepada Allah SWT, sehingga mampu menyelesaikan penulisan disertasi ini. 9. Kakak dan adikku tercinta Asjito sekeluarga, Eko Wicaksono sekeluarga, Zaenal Arifin Marzuki, Nurchikmah Marzuki, Hasan Sukarno Marzuki, Hindun Marzuki, terutama kakakku Drs.H. Totok Supiyanto,MM. sekeluarga dan Drs.Rameli,MSi. sekeluarga yang telah
banyak memberikan bantuan
materi dan dorongan serta do’a yang tiada hentinya 10. Bapak/Ibu sekaligus teman baik, berbagi cerita suka dan duka, yang mampu memotivasi dalam banyak kegiatan baik dalam perkuliahan, penelitian hingga penyelesaian disertasi ini, Dr. Sumarmi,MSc. Dr.Hj. Endang Gatilestari,MS. Dr. Enny Widyati., Ir. Abimanyu,MSi. sekeluarga, Dra. Fitma,MS, Dra. Eny Zulaika,MSi sekeluarga, Ir. Yeni Lucia,MSi., Dra. Agustin, MSc, Ir. Helen, MS. serta teman-teman seperjuangan yang tidak dapat saya sebutkan. Semoga disertasi ini dapat bermanfaat bagi pihak yang memerlukan, dan semoga bimbingan serta semua kebaikan menjadi nilai ibadah di sisi Allah SWT, Amin Amin Yarobbal ‘Alamiien.
Bogor, Januari 2007
Siti Chalimah Marzuki
ix
RIWAYAT HIDUP
SITI CHALIMAH, putri kedelapan dari sepuluh bersaudara, dari Ayah Achmad Marzuki (Alm) dan Ibu Chajatoen (Alm), dilahirkan pada tanggal 16 Desember 1959 di Tuban,
menikah tanggal 28 Januari 1988 dengan Edwi
Mahajoeno dikaruniai tiga anak putra dan putri, Kautsar Hidayatullah (Surabaya, 14 Oktober 1988), Nashril Abdillah (Tuban, 15
April 1990), Aldilla
Arifatunnurillah (Tuban, 21 Desember 1994), sampai sekarang penulis sebagai dosen tetap IKIP PGRI TUBAN di Tuban. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar dan menengah pertama di Tuban, yaitu di SD Negeri Kutorejo I (tahun 1972) dan SMP Negeri I Tuban (tahun 1975), dan melanjutkan di SMA Negeri 2 Yogyakarta (Tahun 1979). Gelar sarjana Biologi diperoleh dari Fakultas Biologi Universitas Gajah Mada Jurusan Ekologi. Pada tahun 1998 mendapatkan gelar Magister Pendidikan Teknologi di IKIP Yogyakarta. Pada tahun 2002 melanjutkan studi pada jenjang Doktor (S3) program studi Biologi Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor di Bogor. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari DIKTI melalui BPPS. Dua buah artikel berjudul ”Teknologi Enkapsulasi untuk pengemasan Gigaspora margarita dan Acaulospora tuberculata dengan Na–alginat” telah disetujui dan akan diterbitkan pada jurnal Biosmart Universitas Sebelas Maret Surakarta No 8 ,Vol.1, April 2007.
x
DAFTAR ISI Halaman Daftar Gambar
…………………………………………
Daftar Tabel
……………………………………………
Daftar Lampiran ……………………………………….. BAB I
BAB II
BAB III
BAB IV
PENDAHULUAN
xiii xv xvii
Latar Belakang ..................................................................... Permasalahan ...................................................................... Tujuan Penelitian ………………………………………… Hipotesis .............................................................................. Pendekatan Penelitian ......................................................... Manfaat Penelitian ..............................................................
1 1 5 6 6 7 7
BAHAN DAN METODE
8
Materi Penelitian .................................................................. Alir Kerja dan Output Setiap Tahap Penelitian ...................
8 10
TINJAUAN PUSTAKA A. Agrobacterium rhizogenes .................................................. B. Cendawan Mikorhiza Arbuskula (CMA) ………………. C. Kultur Aksenik secara in vitro ............................................ D. Enkapsulasi spora ...............................................................
11 16 24 28
Pengembangan Teknologi Akar Rambut Beberapa Tanaman Secara In Vitro ABSTRAK ............................................................................... Abstract ..................................................................................... 1. PENDAHULUAN ............................................................... 2. BAHAN DAN METODE .................................................... 3. HASIL ……………………………………………………. 4. PEMBAHASAN …………………………………………. 5. SIMPULAN ........................................................................
30 30 31 34 39 43 48
xi
BAB V
BAB VI
BAB VII
BAB VIII
BAB IX BAB X
Perbanyakan Gigaspora margarita dan Acaulospora tuberculata dengan Kultur Pot di Rumah Kaca. ABSTRAK ..................................................................... Abstract...................................................................................... 1. PENDAHULUAN ................................................................. 2. BAHAN DAN METODE .................................................... 3. H A S I L .............................................................................. 4. PEMBAHASAN .................................................................. 5. SIMPULAN............................................................................
49 49 50 52 55 64 70
Penyediaan Inokulum Steril Gigaspora margarita dan Acaulospora tuberculata Kultur Aksenik dengan Eksplan Tomat dan Wortel ABSTRAK ................................................................................ Abstract …………………….………………………………… 1. PENDAHULUAN ………………………………………… 2. BAHAN DAN METODE ....……………………………… 3. HASIL ……………………………………………………. 4. PEMBAHASAN …………………………………………. 5. SIMPULAN ………………………………………………..
72 72 73 76 79 88 97
Perkembangan Gigaspora margarita dan Acaulospora tuberculata In Vitro Dengan Teknologi Akar Rambut Wortel ABSTRAK …………………………………………………. Abstract ……………………………………………………… 1. PENDAHULUAN …………………………………........ 2. BAHAN DAN METODE ............................................... 3. HASIL ............................................................................. 4. PEMBAHASA.................................................................. 5. SIMPULAN ......................................................................
98 98 99 102 106 112 119
Teknologi Enkapsulasi Untuk Pengemasan G. margarita dan A. tuberculata dengan Natrium–alginat ABSTRAK ............................................................................... Abstract .................................................................................... 1. PENDAHULUAN ............................................................... 2. BAHAN DAN METODE ................................................... 3. HASIL ……………………………………………………. 4. PEMBAHASAN …………………………………………. 5. SIMPULAN ……………………………………………....
120 121 121 124 126 131 135
PEMBAHASAN UMUM SIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA
136 151 153
xii
