TOPIK :
BIOTEKNOLOGI & HYDROPONICS
Apa itu Bioteknologi? Bioteknologi berasal dari kata: BiosÆ hidup; TeuchosÆ alat; LogosÆ ilmu Bioteknologi: Penggunaan organisme atau sistem hidup untuk memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkan produk yang berguna. Atau Seperangkat teknik yang memanfaatkan organisme hidup atau bagian dari organisme hidup, untuk menghasilkan atau memodifikasi produk, meningkatkan kemampuan tumbuhan dan hewan, mengembangkan mikroorganisme untuk penggunaan khusus yang berguna bagi kehidupan manusia.
Sejarah Perkembangan Bioteknologi Tahun
Perkembangan/Penemuan
1917
Karl Ereky memperkenalkan istilah bioteknologi
1943
Penisilin diproduksi dalam skala industri
1944
Avery, MacLeod, McCarty mendemonstrasikan bahwa DNA adalah bahan genetik
1955
Watson & Crick menentukan struktur DNA
1961
Jurnal Biotechnology and Bioengineering ditetapkan
1961-1966
Seluruh sandi genetik terungkapkan
1970
Enzim restriksi endonuklease pertama kali diisolasi
1972
Khorana dan kawan-kawan berhasil mensintesa secara kimiawi seluruh gen tRNA
1973
Boyer dan Cohen memaparkan teknologi DNA rekombinan
1975
Kohler dan Milstein menjabarkan produksi antibodi monoklonal
1976
Perkembangan sekuen DNA
1978
Genetech menghasilkan insulin manusia dalam E.coli
1980
US Supreme Court: Mikroorganisme hasil manipulasi dapat dipatenkan
1981
Untuk pertama kalinya automated DNA synthesizers dijual secara komersial
1981
Untuk pertama kalinya kit diagnostik berdasar antibodi disetujui untuk dipakai di Amerika Serikat
teknik-teknik
untuk
menentukan
1982
Untuk pertama kalinya vaksin hewan hasil teknologi DNA rekombinan disetujui pemakaiannya di Eropa
1983
Plasmid Ti hasil rekayasa genetik dipakai untuk transformasi tanaman
1988
US Patent diberikan untuk mencit hasil rekayasa genetik sehingga rentan terhadap kanker (untuk penelitian tumor)
1988
Metode Polymerase Chain Reaction dipubliikasi
1990
USA: Telah disetujui percobaan Terapi gen sel somatik pada manusia
1997
Kloning hewan (domba Dolly) dari sel dewasa (sel kambing)
2000
Pro dan kontra tanaman transgenik di Indonesia. Kapas transgenik ditanam di Sulawesi Selatan
2001
Konstruksi monyet transgenik (ANDi) yang mengandung gen GFP dari sejenis ubur-ubur
Teknik-teknik dalam Bioteknologi ☼ Fermentation ☼ Analisis Genetik ☼ Seleksi dan Pemuliaan ☼ Analisis DNA ☼ Kultur Sel dan Jaringan ☼ Rekayasa Genetik atau DNA Rekombinan
Fermentation Menggunakan mikroba untuk mengubah suatu senyawa seperti pati atau gula menjadi senyawa lain seperti etanol Digunakan pada: ☺ Bioteknologi klasik ☺ Industri farmasi ☺ Biopulping ☺ Bahan bakar ☺ Bioplastik
Analisis Genetik Mempelajari bagaiman sifat/karakter atau gene diwariskan dari generasi ke generasi dan bagaimana gen dan lingkungan berinteraksi untuk menghasilkan suatu sifat Dapat digunakan untuk: 9 Diagnosis 9 Pertanian 9 Bahan bakar
Seleksi dan Pemuliaan Manipulasi mikroba, tanaman atau hewan dan pemilihan individu atau populasi yang diinginkan sebagai stok genetik untuk perbaikan generasi baru Dapat digunakan untuk: Bioteknologi klasik (fermentasi) Produksi bahan pangan Bioplastik
Analisis DNA PCR (Polymerase chain reaction) Æ dapat membuat copy segmen DNA RFLP Mapping Æ mendeteksi keberadaan suatu gen pada DNA Dapat digunakan untuk: ¾Diagnosis suatu penyakit ¾Konseling genetik ¾Terapi gen
Kultur Sel dan Jaringan Menumbuhkan tanaman atau jaringan hewan atau sel secara steril di dalam tabung reaksi atau tabung gelas lainnya Dapat digunakan untuk: ¾Perbanyakan tanaman
Kapas
¾Produksi tanaman transgenik ¾Produksi bahan kimia ¾Penelitian kedokteran Kedelai
Rekayasa Genetika Trasfer segmen DNA dari suatu organisme ke DNA organisme lain. Kedua organisme tersebut dapat tidak saling berkerabat satu sama lain
Dapat digunakan untuk: ◙ Produksi bahan pangan ◙ Industri farmasi ◙ Konseling genetik ◙ Terapi gen
Perbedaan antara pemuliaan selektif dan rekayasa genetika ---------------------------------------------------------------------------------------------------Parameter Pemuliaan Selektif Rekayasa Genetika --------------------------------------------------------------------------------------------------- Tingkat Organisme utuh Sel atau molekul Ketepatan
Sekumpulan gen
Kepastian
Perubahan genetik Perubahan bahan sulit atau tidak genetik dikarakterisasi mungkin dikarakterisasi dengan baik
Batasan taksonomi Hanya dapat dipakai dalam satu spesies atau satu genus
Satu gen tunggal
Tidak ada batasan taksonomi
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bioteknologi Molekular ¾ Didorong oleh pengetahuan tentang biologi sel dan molekular ¾ Memanipulasi suatu organisme pada taraf selular dan molekular (rekayasa genetika dan biologi molekular) ¾ Hasil manipulasi dapat diprediksi dan diarahkan dengan ketepatan yang lebih tinggi ¾ Dapat mengkonstruksi galur/varietas baru dengan bahan genetik tambahan yang tidak pernah ada pada galur asalnya ¾ Sel prokariot atau eukariot dapat digunakan sebagai “pabrik biologis” ¾ Porduksi senyawa sekunder
Penggabungan antara teknologi DNA rekombinan dengan bioteknologi melahirkan suatu bidang studi yang sangat dinamis dan kompetitif yang disebut Bioteknologi Molekuler Industri bioteknologi molekuler adalah industri yang berbasis riset (research-based industry) Melibatkan berbagai disiplin ilmu. Bioteknologi dikembangkan dan disempurnakan oleh pakar-pakar mikrobiologi industri dan rekayasa kimia Pengembangan komponen teknologi DNA rekombinan sangat tergantung pada penemuanpenemuan dalam ilmu dasar seperti biologi molekuler, genetika, biokimia, dan mikrobiologi
Kegunaan Bioteknologi bagi Kehidupan Manusia Pertanian – “GM Food” Bioteknologi kelautan dan akuakultur Bioteknologi lingkungan Manufaktur dan bioproses Kedokteran ¾ Industri obat-obatan ¾ Terapi gen untuk penyakit genetik ¾ “Human Embryonic Stem Cells” dan Kloning
Pertanian – “GM Food” Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam: Bt Corn
Peningkatan kualitas biji-bijian Peningkatan kadar protein Pembentukan tanaman resisten hama, penyakit, dan herbisida Pembentukan tanaman toleran kekeringan, tanah masam, suhu ektrem Pembentukan tanaman yang lebih bernilai nutrisi tinggi, seperti vit C, E dan β-karoten
Rekayasa genetika pada hewan
Upaya perbanyakan bibit ternak pada saat ini dengan teknik kloning Dikenal 2 cara perkembangbiakan hewan dengan teknik kloning : aseksual dan seksual Kloning aseksual : sel telur dikeluarkan kemudian dimasukan sel somatis dari jaringan apa saja Kloning seksual : dilakukan dengan membelah embryo pada saat tertentu
Bioteknologi Kelautan dan Akuakultur Bioteknologi dalam bidang kelautan/akuakultur dapat dimanfaatkan untuk memproduksi dan mengembangkan: Farmasi Enzim dan bahan-bahan biomolekul Biopestisida Peningkatan pertumbuhan, perkembangan, reproduksi dan nutrisi ikan
Bioteknologi Lingkungan Bioteknologi dapat dimanfaatkan untuk mengatasi isu lingkungan seperti: Restorasi ekologi Diagnosis dan monitoring penyakit menular Kontrol hama,penyakit dan gulma pada pertanian Deteksi, monitor dan remediasi polutan Skreening toksisitas Konversi limbah ke energi
Bioproses Bioteknologi dapat dimanfaatkan dalam bioproses melalui kegiatan-kegiatan: Produksi bioenergi: ethanol, methane, biodiesel Biokatalis, enzim, asam organik dan pelarut Produksi polimer Farmasi, flavor, essense Rekayasa metabolik
Kedokteran Industri obat-obatan Humulin – Insulin hasil rekayasa genetik Herceptin – antibodi monoklonal untuk mengobati kanker payudara
Terapi gen untuk penyakit genetik Terapi penyakit genetik “cystic fibrosis”
“Human Embryonic Stem Cells” dan Kloning Dolly Æ domba hasil kloning Transplantasi organ
Beberapa Isu Penting dalam Penerapan Biteknologi • Bioetik • Keamanan dan kekhawatiran • Paten dari organisme hasil rekayasa genetik • Penggunaan untuk terapi gen dan jaringan pada manusia • Tanggung jawab sosial dari sain dalam bisnis
Monarch larvae on Butterfly weed
X
Ketentuan tentang Pemanfaatan Produk Bioteknologi Kep. Menteri Pertanian No. 856/Kpts/HK/330/9/1997, 2 September 1997 tentang ketentuan Keamanan Hayati Produk Bioteknologi Pertanian Hasil Rekayasa Genetika : 1. 2. 3. 4.
Hewan dan bahan asal hewan transgenik Ikan dan bahan asal ikan transgenik Tanaman transgenik dan bagiannya Jasad renik transgenik
BERTANI SECARA HYDROPONICS ¾ HYDROPONICS : Pengetahuan tentang cara bertani/bercocok tanam tumbuhan dlm medium bukan tanah dan menggunakan air sbg hara dan sbg medium pembawa campuran hara lain yg diperlukan utk pertumbuhan tanaman secara optimal
¾ HYDROPONICS
HYDRO (air) + PONOS (kerja)
¾ Dicetuskan oleh Dr. W. F. Gericke (1930)
Teknologi Hidroponik Sistem Terapung
Pakchoy
Selada
SEJARAH SINGKAT Hydroponics : konsep baru budidaya tanaman Konsep awal : zat apa pembentuk tumbuhan dan apa yg membuat tanaman tumbuh John Woodward (1699) : tumbuhan perlu air dan zat hara utk tumbuh Sachs (1860) & Knop (1861-5) dr Jerman membuat campuran larutan hara esensial tanaman sintetik dlm air hydroponics Unsur hara yg di(+)kan : N, P, S, Ca, Mg, K, Fe Penelitian lanjutan : Tollens (1882), Tottingham (1914), Shive (1915), Hoagland (1919), Trelease (1933), Arnon (1938), tentang berbagai formula, kondisi pertumbuhan, zat hara
Cara hydroponics banyak dipergunakan utk memproduksi bunga-bungaan, seperti ‘carnation’, ‘gladioli’, ‘chrysantemum’ Hydroponics bunga-bungaan diusahakan oleh Amerika Serikat, Itali, Spanyol, Perancis, Inggris, Jerman, Swedia Hydroponic sayuran diusahakan di Jepang, Teluk Arabia, Israel, Indonesia
Keuntungan hydroponics : - Tidak perlu pemupukan - Tidak perlu pengolahan tanah - Tidak perlu rotasi tanaman - Hasil seragam - Bersih - Hasil tinggi - Tenaga kerja sedikit (efisien) - Lebih mudah dalam pemeliharaan - Lebih mudah dalam mengganti tanaman baru bila diperlukan - Dapat merupakan tempat dan cara utk memperbaiki mutu tanaman
TYPE HYDROPONICS 1. Kultur Air (water culture) : ‘true hydroponics’ (Dr. Gericke) 2. Kultur tanpa tanah (soilless culture) atau Kultur Agregat (aggregate culture) : menggunakan medium padat utk tempat tumbuh tanaman. a. Kultur Pasir (sand culture) atau Vermiculite culture b. Kultur kerikil (gravel culture) – sub irrigation Dikemukakan oleh Dr. A J Cooper dkk di Glasshouse Crops Research Institute, Inggris tahun 1960-an
SUSUNAN LARUTAN HARA+AIR Unsur
Minimum (ppm)
Maksimum (ppm)
Optimum (ppm)
Nitrogen (N) Fosfor (P) Kalium (K) Kalsium (Ca) Magnesium (Mg)
90 30 200 120 40
200 90 400 240 60
140 60 300 150 50
Besi (Fe) Mangan (Mn) Tembaga (Cu) Boron (B) Seng (Zn) Molibdenum (Mo)
2.0 0.1 0.01 0.1 0.02 0.01
5.0 1.0 0.1 1.0 0.2 0.1
4.0 0.5 0.05 0.5 0.1 0.02
BEBERAPA SUSUNAN LARUTAN HYDROPONICS KOMERSIAL Formula 1 Senyawa Kalium nitrat Kalsium nitrat Monokalium fosfat Magnesium sulfat
Gr/100 lt 20 80 20 20
Unsur
Ppm
N P K Ca Mg
125 45 136 136 20
Formula 2. Musim Panas USA Senyawa Kalium nitrat Kalium sulfat gypsum) Magnesium sulfat Monokalsium fosfat Amonium sulfat
Gr/100 lt 110 76 52 31 14
Unsur
Ppm
N P K Ca Mg
180 63 410 220 50
Formula 3. Musim Dingin USA Senyawa Kalium nitrat Kalium sulfat Kalsium sulfat Magnesium sulfat Monokalsium fosfat Amonium sulfat
Gr/100 lt 55 50 76 52 31 14
Unsur
Ppm
N P K Ca Mg
104 63 410 220 50
Formula 4. Inggris Senyawa Kalium nitrat Natrium nitrat Amonium sulfat Monokalsium fosfat Magnesium sulfat Kalsium sulfat
Gr/100 lt 55 64 12 44 52 86
Unsur
Ppm
N P K Ca Mg
200 88 200 270 50
Formula 5. Musim Panas Afrika Selatan Senyawa Kalsium nitrat Magnesium sulfat Monokalsium fosfat Amonium sulfat Kalium Sulfat
Gr/100 lt 135 55 47 19 75
Unsur
Ppm
N P K Ca Mg
200 94 330 305 50
