MODUL - 3 DASAR BIOTEKNOLOGI TANAMAN
REGENERASI EKSPLAN MELALUI ORGANOGENESIS DAN EMBRIOGENESIS SOMATIK
Oleh:
Pangesti Nugrahani Sukendah Makziah
RECOGNITION AND MENTORING PROGRAM PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” JAWA TIMUR 2011
0
KATA PENGANTAR
Dasar Bioteknologi Tanaman adalah mata kuliah wajib yang diberikan kepada mahasiswa semester V pada Jurusan Agroteknologi Fakultas Pertanian UPN “Veteran” Jawa Timur.
Mata kuliah ini
dikembangkan melalui penguatan materi technopreneurship dengan dukungan Recognition and Mentoring (RAM) Program Indonesia 2011. Modul ini merupakan kelanjutan dari materi 2 yang telah dibahas pada pertemuan sebelumnya. Materi 3 yang berisi tentang Regenerasi eksplan melalui organogenesis dan embriogenesis somatik ini, dibahas pada tatap muka minggu ke 3 perkuliahan selama 110 menit. Berbekal pengertian dasar tentang miropropagasi in vitro yang telah diberikan sebelumnya, diharapkan mahasiswa lebih mudah membaca modul 3 ini serta lebih lancer dalam mengikuti perkuliahannya. Disadari bahwa Modul ini belum sempurna, sehingga pada waktu yang akan datang akan senantiasa diperbaharui dengan materi yang disesuaikan
dengan
perkembangan
ilmu
pengetahuan.
Semoga
bermanfaat.
Surabaya, Penyusun
1
September 2011
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL
1.
Modul ini tersedia pada E-Learning situs http://www.upn.ac.id
2.
Bacalah materi pada modul sebelum perkuliahan dimulai
3.
Buatlah catatan kecil tentang hal-hal yang ingin didiskusikan
4.
Buatlah ringkasan materi sendiri
5.
Jawablah pertanyaan atau kerjakan soal-soal pada bagian Uji Kemampuan Diri
6.
Selamat belajar, jangan lupa berdoa
2
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR …………………………………………………
1
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL……………………………….. 2 TUJUAN INSTRUKSIONAL…………………………………………… 4 I. PENDAHULUAN……………………………………………………. 5 II. REGENERASI EKSPLAN MELALUI ORGANOGENESIS DAN EMBRIOGENESIS SOMATIK ………………………………. 6 a.
PENGERTIAN SOMATIK DAN ZYGOTIK EMBRIOGENESIS ...................................................... 6
b.
PROSES MEMBENTUK SOMATIK EMBRIO ..................................................................... 6
III. UJI KEMAMPUAN DIRI…………………………………………...
10
DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………..
11
3
TUJUAN INSTRUKSIONAL
Tujuan Mata Kuliah Dasar Bioteknologi Tanaman: Memberikan
pemahaman
dan
wawasan
tentang
perkembangan
bioteknologi modern serta teknik dan aplikasinya dalam
perspektif
teknopreneurship untuk peningkatan produksi dan perbaikan tanaman serta pengembangan produk komersial
Tujuan Instruksional Khusus: Mahasiswa memahami dan mampu: a. Menjelaskan pengertian somatik embriogenesis b. Membedakan antara somatik dan zygotik embriogenesis c. Menjelaskan proses somatik embriogenesis
4
I.
PENDAHULUAN
Metode perbanyakan tanaman secara in vitro dapat dilakukan melalui tiga cara, yaitu melalui perbanyakan tunas dari mata tunas apikal, melalui pembentukan tunas adventif, dan embriogenesis somatik, baik secara
langsung
maupun
secara
tidak
langsung
melalui
tahap
pembentukan kalus. Jaringan yang digunakan sebagai eksplan dalam pengerjaan kultur jaringan, dapat berupa jaringan meristem maupun jaringan parenkim. Jaringan meristem adalah jaringan muda yang belum mengalami diferensiasi dan masih aktif membelah (meristematik) sehingga memiliki kemampuan regenerasi yang tinggi. Jaringan tipe pertama ini biasa ditemukan pada tunas apikal, tunas aksiler, bagian tepi daun, ujung akar, dan kambium batang. Tipe jaringan yang kedua adalah jaringan parenkima
yaitu
jaringan
penyusun
tanaman
muda
yang
sudah
mengalami diferensiasi dan menjalankan fungsinya. Contoh jaringan tersebut adalah jaringan daun yang sudah berfotosintesis dan jaringan batang atau akar yang berfungsi sebagai tempat cadangan makanan. Eksplan atau bahan tanaman pada perbanyakan tanaman secara in vitro ini akan mengalami perubahan, tumbuh dan berkembang (regenerasi). Perkembangan selanjutnya akan melalui tahapan tertentu yang sangat tergantung dari tipe eksplan dan media tanam yang dipergunakan.
Ingat kembali tahapan dalam kultur in vitro pada Modul 1
5
II.
2.1.
REGENERASI EKSPLAN MELALUI ORGANOGENESIS DAN EMBRIOGENESIS SOMATIK
PENGERTIAN Perkembangbiakan atau regenerasi dalam kultur in vitro dapat
dilakukan melalui jalur organogenesis dan embriogenesis somatik, baik secara
langsung
maupun
tidak
langsung
malalui
tahap
kalus.
Embriogenesis somatik adalah menumbuhkan embrio (calon tanaman) dari sel somatik atau sel tanpa dibuahi. Dapat juga didefinisikan sebagai proses regenerasi eksplan melalui pembentukan struktur menyerupai embrio (embrioid) dari sel somatik yang telah memiliki calon akar dan tunas. Sedangkan embriogenesis zygotik merupakan suatu proses dimana sel somatik berkembang membentuk tumbuhan baru melalui fusi gamet (pembuahan). Organogenesis
merupakan
proses
pembentukan
dan
perkembangan tunas dari jaringan meristem. Proses organogenik dimulai dengan perubahan sel parenkim tunggal atau sekelompok kecil sel, dimana selanjutnya membelah menghasilkan suatu masa sel globuler atau meristemoid, besifat kenyal dan berkembang menjadi primordium pucuk atau akar. Kejadian ini dapat terjadi langsung pada eksplan atau tidak langsung melalui pembentukan kalus.
2.2. PROSES PEMBENTUKAN EMBRIO SOMATIK Embrio somatik dapat terbentuk melalui dua jalur, yaitu secara langsung maupun tidak langsung (melewati fase kalus).
Keberhasilan
akan tercapai apabila kalus atau sel yang digunakan bersifat embriogenik yang dicirikan oleh sel yang berukuran kecil, sitoplasma padat, inti besar, vakuola kecil-kecil dan mengandung butir pati. Embrio somatik dapat dihasilkan dalam jumlah besar dari kultur kalus, namun untuk tujuan perbanyakan dalam skala besar, jumlahnya dapat lebih ditingkatkan
6
melalui inisisasi sel embrionik dari kultur suspensi yang berasal dari kalus primer Embrio somatic dapat dicirikan dari strukturnya yang bipolar, yaitu mempunyai dua calon meristem, yaitu meristem akar dan meristem tunas. Dengan memiliki struktur tersebut maka perbanyakan melalui embrio somatik lebih menguntungkan daripada pembentukan tunas adventif yang unipolar. Di samping strukturnya, tahap perkembangan embrio somatik menyerupai embrio zigotik. Pembentukan embrio somatik dapat digambarkan melalui beberapa tahap, yaitu: Tahap globular (A), Tahap hati, Tahap torpedo (B), Tahap kotiledon (C), Tahap kecambah, dan Tahap planlet
Gambar 1. Tahap perkembangan embrio somatik Sumber: Purnamaningsih (2003)
7
2.1.
TEKNIK REGENERASI EKSPLAN MELALUI ORGANOGENESIS
Organogenesis langsung untuk perbanyakan tunas dapat diinisiasi langsung dari tunas adventif. Pembentukan tunas secara langsung ini tergantung pada bagian tanaman yang digunakan sebagai eksplan dan jenis tanaman yang dikulturkan. Pada beberapa jenis tanaman tunas adventif dapat terbentuk dari berbagai organ tanaman seperti daun, batang, akar atau petal, sementara jenis tanaman lainnya hanya dari organ
tertentu
seperti
potongan
umbi,
embrio
atau
kecambah.
Perbanyakan tanaman melalui pembentukan tunas langsung dapat dilakukan dengan tahap inisiasi yang dilanjutkan dengan multiplikasi tunas. Ke dua tahap ini dapat terjadi pada medium yang sama tanpa melalui pemindahan ke medium baru. Tahap multiplikasi juga merupakan tahap pembentukan tunas adventif dan tunas aksiler yang tumbuh dari mata tunas adventif bersama-sama. Organogenesis tidak langsung untuk inisiasi tunas melalui kalus. Di sini tunas adventif maupun akar akan terbentuk dengan diawali terjadinya kalus. Kultur kalus memiliki potensial morfogenetik bervariasi. Kalus dari beberapa jenis tanaman atau dari beberapa eksplan, sering gagal beregenerasi
membentuk
tunas
atau
hanya
membentuk
akar.
Perbanyakan tanaman melalui kalus akan menghasilkan tanaman dengan genetik yang bervariasi, dan ini sangat dikehendaki oleh pemulia tanaman sebagai sumber keragaman genetic. Regenerasi eksplan melalui organogenesis secara garis besar dilakukan dalam dua tahap, yaitu induksi tunas dan multiplikasi tunas. Pada saat induksi tunas, eksplan ditanam pada media induksi tunas. Jenis media dan komposisi media untuk induksi tunas, disesuaikan dengan jenis tanaman.
Sebagai contoh, media induski tunas yang sesuai untuk
tanaman Puring adalah media dasar MS + BAP 1 mg/l, untuk tanaman Sedap Malam berupa media dasar MS + BA 3 mg/l, sedangkan untuk tanaman Sansivera adalah media dasar MS + BA 2 mg/l.
8
Untuk memacu multiplikasi tunas, maka eksplan harus dipindahkan berulang-ulang (subkultur) pada media baru dengan kandungan sitokinin yang tinggi.
Diantara jenis sitokinin, BA merupakan sitokinin yang
mempunyai aktivitas yang paling kuat dengan tingkat persistensi yang paling lama.
Komposisi untuk multiplikasi tunas, juga sangat tergantung
dari jenis eksplan atau jenis tanamannya.
Multiplikasi tunas sansivera
dapat dipacu dengan media MS + BA 2 mg/L, tanaman Puring dengan media MS + BAP 3 mg/L, tanaman anturium media MS + BA 0.2 ppm, dan tanaman sedap malam dengan media MS + BA 7 mg/L + glutamine 100 ppm.
2.2.
TEKNIK REGENERASI EKSPLAN EMBRIOGENESIS SOMATIK Sebagai eksplan umumnya digunakan jaringan atau organ yang
bersifat embriogenik seperti embrio zigotik, kotiledon, mata tunas, dan hipo/epikotil Embriogenesis somatik pada tanaman kehutanan mempunyai beberapa tahapan perkembangan yang spesifik, seperti induksi kalus embriogenik atau embrio somatik (pembentukan langsung), pemeliharaan, pendewasaan, perkecambahan, dan aklimatisasi. Pembentukan embrio somatik secara langsung lebih disukai karena dapat menekan masalah sulitnya pembentukan benih somatik pada tahap perkecambahan. Keberhasilan
regenerasi
melalui
embryogenesis
somatik
dipengaruhi oleh berbagai faktor, antara lain formulasi media yang berbeda pada setiap tahap perkembangan embrio somatik serta jenis eksplan yang digunakan. Pada tahap pembentukan struktur globular dan hati sering digunakan zat pengatur tumbuh sitokinin seperti benzyladenin (BA) atau yang mempunyai peran fisiologis yang sama yaitu thidiazuron atau 2,4-D, dan NAA apabila embrio somatik melalui fase kalus. Untuk tahap pendewasaan, konsentrasi sitokinin diturunkan dan untuk tahap perkecambahan sering ditambahkan GA3 Embriogenesis mempunyai beberapa tahap spesifik, yaitu (1) induksi sel dan kalus embriogenik, (2) pendewasan, (3) perkecambahan,
9
dan (4) hardening. Pada tahap induksi kalus embriogenik dilakukan isolasi eksplan dan penanaman pada media tumbuh. Untuk induksi kalus embriogenik kultur umumnya ditumbuhkan pada media yang mengandung auksin yang mempunyai daya aktivitas kuat atau dengan konsentrasi tinggi.
Dari
berbagai hasil
penelitian
menunjukkan
bahwa
2,4-D
merupakan auksin yang efektif untuk induksi kalus embriogenik. Zat pengatur tumbuh tersebut merupakan auksin sintetis yang cukup kuat dan tahan terhadap degradasi karena reaksi enzimatik dan fotooksidasi. Di samping auksin, sering pula diberikan sitokinin seperti benzil adenin (BA) atau kinetin secara bersamaan.
Tahap pendewasaan adalah tahap
perkembangan dari struktur globular membentuk kotiledon dan primordia akar. Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa tahap pendewasaan adalah tahap yang paling sulit. Pada tahap ini sering digunakan auksin dengan konsentrasi rendah. Tahap perkecambahan adalah fase di mana embrio somatic membentuk tunas dan akar. Pada media perkecambahan konsentrasi zat pengatur tumbuh yang digunakan sangat rendah atau bahkan tidak diberikan sama sekali.Tahap hardening, yaitu tahap aklimatisasi bibit embrio somatic dari kondisi in vitro ke lingkungan baru di rumah kaca dengan penurunan kelembaban dan peningkatan intensitas cahaya Regenerasi melalui embriogenesis somatik memberikan banyak keuntungan, antara lain: (1) waktu perbanyakan lebih cepat; (2) pencapaian hasil dalam mendukung program perbaikan tanaman lebih cepat; dan (3) jumlah bibit yang dihasilkan tidak terbatas jumlahnya. III. UJI KEMAMPUAN DIRI 1. Jelaskan dengan singkat: a) Pengertian Organogenesis b) Pengertian Embriogenesis somatik c) Tahap perkembangan embrio somatik d) Perbedaan tahapan pertumbuhan eksplan melalui organogenesis dengan embryogenesis somatic. 10
DAFTAR PUSTAKA Kurnianingsih R, Marfuah, Matondang I. 2009. Pengaruh Pemberian BAP (6-Benzyl Amino Purine) pada Media Multiplikasi Tunas Anthurium Hookerii Kunth. Enum. secara in Vitro. Vis Vitalis 02 (2): 23-30 Purnamaningsih R. 2003. Regenerasi Tanaman Melalui Embriogenesis Somatik Dan Beberapa Gen Yang Mengendalikannya. Buletin Agrobio 5(2):51-58 Roostika I, Mariska I, Purnamaningsih R. 2005. Regenerasi Tanaman Sedap Malam melalui Organogenesisi dan Embriogenesis Somatik. J.Hort. 15(4):233-241. Sarmast MK, Salehi M, Salehi H. 2009. The Potential of Different Parts of Sansevieria Trifasciata L. Leaf for Meristemoids Production. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 3(3): 2506-2509 Yusnita, Pungkastiani W, Hapsoro D. 2011. In Vitro Organogenesis of Two Sansevieria Cultivars on Different Concentrations of Benzyladenine (BA). Agrivita 33 (2):147-153
11
