Pemanfaatan Bioteknologi Bidang Pertanian melalui Perbanyakan Padi Transgenik dengan Teknik Kultur Anther

Pemanfaatan Bioteknologi Bidang Pertanian melalui Perbanyakan Padi Transgenik dengan Teknik Kultur Anther

 

Utilization of Agricultural Biotechnology through the Propagation of Transgenic Rice by Anther Culture Technique

 

 

Dian Mayangsari, Ratna Ayu M, Winnie Ayu H, Husnul Aldeno F, dan DR. H. Moch. Agus Krisno B, M.Kes

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

Abstract

Genetic engineering of rice to be important research area in recent years. Rice is staple food for almost half of world population and has been extensively used as a plant model system for monocotyledonous plant. Compare to direct DNA transfer techniques (PEG, electroporation, and DNA bombardment), Agrobacterium tumefaciens mediated transformation was considered to be more advantageous because it is easy to handle, integration and segregation pattern are more predictable, and the likelihood to get transgenic plant with low copy number is high, thus decreasing gene silencing phenomena. Various important genes have been introduced into rice genome via Agrobacterium transformation.

Rice breeding program that led to the establishment of pest-resistant varieties for improved results to date continue to be made. This is the most effective and efficient in tackling pests and diseases to increase productivity. Thus, breeding pest-resistant rice varieties that can be done with the multiplication of rice anther culture technique or pollen culture.

Anther culture, rather, referred to as culture is the induction of pollen embryogenesis from pollen cells that produce haploid plants. Tues pollen or male gamete cells derived from stem cells of male gamete (mikrospor) diploid (2n). In the formation of gametes through meiosis, mikrospor cell divides into 4 daughter cells (haploid) with half the number of chromosomes parent cell. Chromosome recombination elders (of high yielding varieties of transgenic rice yield) during meiosis will result in genetic recombination on chromosome haploidnya.

Keyword: Genetic engineering, Agrobacterium tumefaciens,Rice, Anther culture, Haploid.

Abstrak

Rekayasa genetik beras menjadi bidang penelitian yang penting dalam beberapa tahun terakhir. Beras merupakan makanan pokok bagi hampir setengah dari penduduk dunia dan telah banyak digunakan sebagai sistem model tanaman untuk tanaman monocotyledonous. Bandingkan dengan langsung teknik transfer DNA (PEG, elektroporasi, dan penembakan DNA), transformasi Agrobacterium tumefaciens dimediasi itu dianggap lebih menguntungkan karena mudah untuk menangani, integrasi dan pola segregasi yang lebih dapat diprediksi, dan kemungkinan untuk mendapatkan tanaman transgenik dengan rendah jumlah salinan yang tinggi, sehingga menurunkan fenomena gen silencing. Berbagai gen penting telah diperkenalkan ke dalam genom padi melalui transformasi Agrobacterium.

Program pemuliaan padi yang mengarah pada pembentukan varietas tahan hama untuk peningkatan hasil sampai saat ini terus dilakukan. Hal ini merupakan cara yang paling efektif dan efisien dalam menanggulangi hama penyakit untuk peningkatan produktivitas. Dengan demikian, pemuliaan varietas padi tahan hama tersebut dapat dilakukan perbanyakan padi dengan teknik kultur anther atau kultur pollen.

Kultur anther lebih tepatnya, disebut sebagai kultur pollen adalah induksi embriogenesis dari sel pollen yang menghasilkan tanaman haploid. Sel pollen atau sel gamet jantan berasal dari sel induk gamet jantan (mikrospor) diploid (2n). Pada pembentukan gamet melalui pembelahan meiosis, sel mikrospor membelah menjadi 4 sel anak (haploid) dengan jumlah kromosom setengah sel induknya. Rekombinasi kromosom tetua (dari varietas unggul hasil padi transgenik) selama meiosis akan menghasilkan rekombinasi genetik pada kromosom haploidnya.

PENDAHULUAN

Padi merupakan komoditi penting karena merupakan makanan pokok hampir setengah penduduk dunia di mana sebagian besar berasal dari negara berkembang termasuk Indonesia. Penyediaan beras bagi penduduk dunia yang tumbuh pesat merupakan tantangan berat. Ketersediaan pangan harus dipenuhi dalam kondisi di mana lahan subur berkurang setiap tahun, ketersediaan air terbatas, dan ada serangan hama penyakit. Salah satu hama yang menyerang tanaman padi adalah hama penggerek batang padi kuning (Scirpophaga incertulas) merupakan hama perusak tanaman padi peringkat satu di Indonesia.

Penurunan produktivitas padi di Jawa saja diperkirakan terjadi karena beberapa hal diantaranya sebagian tanaman yang ditanam pada musim kemarau 2011 mengalami kekurangan air. Kekurangan air pada fase tertentu atau pertumbuhan dapat menyebabkan jumlah anakan padi menjadi berkurang dan pembentukan bulir gabah kurang optimal atau bulir hampa meningkat. Peningkatan luas tanaman yang terkena dampak perubahan iklim (banjir atau kekeringan) dan terserang hama/OPT periode Januari-Agustus 2011 seluas 105,67 ribu ha, yaitu dari 522,21 ribu ha tahun 2010 menjadi 627,88 ribu ha tahun 2011 (BPS, 2011).

Untuk mengantisipasi ketersediaan dan menjaga ketahanan pangan secara berkesinambungan perlu dikembangkan varietas tanaman yang mempunyai kemampuan adaptasi yang baik dengan daya hasil tinggi, kualitas biji dan kandungan nutrisi baik, serta tahan terhadap cekaman hama penyakit.

Upaya perbaikan sifat-sifat penting tanaman telah dimulai sejak manusia mengenal cara bercocok tanam dengan melakukan persilangan dan seleksi benih. Penemuan gen, yaitu penentu sifat yang diwariskan pada turunan berikutnya oleh Gregor Mendel pada tahun 1866 dilanjutkan dengan berbagai penemuan berikutnya di mana gen dapat diisolasi, ditransfer, dan diekspresikan dalam sel lain telah membuka peluang yang besar dalam upaya perbaikan sifat genetik tanaman. Penerapan teknologi transfer gen ini memungkinkan penyisipan hanya gen-gen penting saja, sehingga sifat lain diharapkan tidak berubah.

Pada tanaman padi, secara garis besar ada dua teknik transfer gen yang telah berhasil diterapkan, yaitu transfer gen secara langsung (misalnya dengan senyawa kimia polyethylene glycol (PEG), alat elektroporator, atau penembak DNA), atau secara tidak langsung dengan menggunakan bantuan bakteri tanah Agrobacterium tumefaciens (Slamet-Loedin, 1994).

Masing-masing teknik memiliki kelemahan dan keunggulan. Namun, adanya kecenderungan teknik transfer DNA secara langsung menyisipkan DNA dengan jum-lah salinan yang banyak menyebabkan teknik transfor-masi Agrobacterium menjadi alternatif pilihan. Semakin banyak jumlah salinan gen yang disisipkan maka ekspresi gen kurang stabil akibat dari adanya pembungkaman gen dan proses penyusunan kembali (rearrangement) semakin tinggi yang mengakibatkan ekspresi gen kurang stabil (Dai et al, 2001).

Secara alami A. tumefaciens hanya menginfeksi tanaman dari kelompok dikotil (biji berkeping dua), sehingga keberhasilan transformasi Agrobacterium pada awalnya hanya terbatas pada kelompok tanaman dikotil. Penelitian secara intensif dan mendasar telah membuahkan pemahaman yang baik mengenai biologi dan mekanisme transfer gen A. tumefaciens.

Keberhasilan transformasi gen pada tanaman padi (monokotil) menggunakan Agrobacterium pertama kali dilaporkan oleh Hiei et al (1994;1997). Manipulasi berbagai faktor penting menentukan keberhasilan transformasi. Saat ini berbagai kultivar tanaman padi telah berhasil ditransformasi menggunakan Agrobacterium (Toki 1997; Yara et al, 2001; Saharan et al, 2004).

Di Indonesia, penelitian mengenai manipulasi genetik padi telah dimulai sejak tahun 1995. Pada awalnya teknik transfer gen yang digunakan adalah penembakan DNA. Baru pada tahun 1996 mulai dirintis pengembangan sistem transformasi Agrobacterium untuk padi jenis Indica dan Javanica yang banyak ditanam di Indonesia (Slamet Loedin et al, 1997), namun hingga saat ini hanya padi kultivar Rojolele yang sudah berhasil ditransformasi.

Program pemuliaan padi yang mengarah pada pembentukan varietas tahan hama untuk peningkatan hasil sampai saat ini terus dilakukan. Hal ini merupakan cara yang paling efektif dan efisien dalam menanggulangi hama penyakit untuk peningkatan produktivitas. Dengan demikian, pemuliaan varietas padi tahan hama tersebut dapat dilakukan perbanyakan padi dengan teknik kultur anther atau kultur pollen.

Aplikasi teknik kultur anther dalam pemuliaan padi telah berhasil merakit berbagai varietas unggul terutama di Cina dan Korea (Hu, 1985). Teknik ini telah dikembangkan pula di negara-negara produsen padi lainnya seperti di India, Jepang, dan Filipina (Niizeki, 1997).

Melalui kultur anther, sel pollen haploid dapat diinduksi menjadi tanaman haploid. Kombinasi karakter tetua yang unggul akan dimiliki oleh tanaman haploid, sehingga bila kromosomnya digandakan atau terjadi penggandaan spontan selama kultur akan diperoleh tanaman-tanaman haploid ganda yang homozigot atau galur murni.

Secara teknis kultur anther padi telah dapat dilakukan di Indonesia. Namun demikian keberhasilan memperoleh sejumlah galur haploid ganda yang diinginkan masih perlu ditingkatkan. Oleh karena itu, diperlukan perbaikan secara genetik (menyiapkan materi eksplan yang berpeluang dikulturkan) maupun secara teknis (modifikasi media, ruang kultur, dan keterampilan).

Agrobacterium tumefaciens

A. tumefaciens adalah bakteri patogen pada tanaman yang banyak digunakan untuk memasukkan gen asing ke dalam sel tanaman untuk menghasilkan suatu tanaman transgenik. Secara alami, A. tumefaciens dapat menginfeksi tanaman dikotiledon melalui bagian tanaman yang terluka sehingga menyebabkan tumor mahkota empedu (crown gall tumor).

Bakteri yang tergolong ke dalam gram negatif ini memiliki sebuah plasmid besar yang disebut plasmid-Ti yang berisi gen penyandi faktor virulensi penyebab infeksi bakteri tersebut pada tanaman.D:\Agrobacterium_tumefaciens.htm – cite_note-1  Untuk memulai pembentukan tumor, A. tumefaciens harus menempel terlebih dahulu pada permukaan sel inang dengan memanfaatkan polisakarida asam yang akan digunakan untuk mengkoloniasi atau menguasai sel tanaman.

Selain tanaman dikotil, tanaman monokotil seperti jagung, gandum, padi, dan tebu telah digunakan untuk memasukkan sel asing ke dalam genom tanaman. Agrobacterium tumefaciens adalah bakteri patogen pada tanaman yang banyak digunakan untuk memasukkan gen asing ke dalam sel tanaman untuk menghasilkan suatu tanaman transgenik.

Spesies Agrobacterium tergolong bakteri gram negatif yang hidup sebagai saprofit maupun parasit. Bakteri ini berbentuk batang, berukuran 0,6-1,0 µm sampai 1,5-3,0 µm dalam bentuk tunggal atau berpasangan. Bakteri ini juga mudah bergerak atau motile dan memiliki 16 flagel serta merupakan bakteri tidak berspora. Suhu optimal pertumbuhan bakteri ini adalah 25-28°C. Adapun kumpulan bakteri ini biasanya berbentuk cembung, bulat, lembut, dan tidak berpigmen.

Peranan  Agrobacterium dalam Transfer Gen

Teknologi pemindahan gen atau transfer gen dapat dibedakan menjadi dua, yaitu langsung dan tidak langsung. Contoh transfer gen secara langsung adalah perlakuan pada protoplas tanaman dengan elektroporasi melalui PEG atau polyethyleneglycol, penembakan eksplan gen dengan gene gun atau di vortex dengan karbit silikon. Sedangkan Teknik pemindahan gen secara tak langsung dilakukan dengan bantuan bakteri Agrobacterium.

Dari banyak teknik transfer gen yang berkembang, teknik melalui media vector A. tumefaciens  paling sering digunakan untuk metransformasi tanaman, terutama tanaman kelompok dikotil. Bakteri ini mampu mentransfer gen ke dalam genom tanaman melalui eksplan baik yang berupa potongan daun (leaf disc ) atau bagain lain dari jaringan tanaman yang mempunyai potensi beregenerasi tinggi. Namun dapat juga dilakukan pada tanaman monokotil, seperti jagung, gandum, padi, dan tebu.

Proses Transformasi Gen oleh Agrobacterium tumefaciens

Dasar dari transformasi genetik oleh Agrobacterium adalah transfer dan integrasi T-DNA ke dalam genom di dalam inti sel tanaman. T-DNA adalah suatu bagian pada tumor inducing (Ti) plasmid yang terdapat di dalam sel

Agrobacterium. Ti-plasmid berukuran sekitar 200-800 kbp dan T-region (T-DNA) nya sendiri berukuran sekitar 10% nya (10-30 kbp). T-region ini dibatasi oleh dua sekuen pembatas (border) yaitu right border dan left border yang mengapit T-region. Bagian lain dari Ti-plasmid yang tidak kalah pentingnya adalah vir-region yang mengandung sejumlah gen-gen virulen (virA, virB, virC, virD, virE, virF,virG dan virH) yang berfungsi didalam proses transfer T-DNA ke dalam sel tanaman.

Proses transformasi dimulai dengan melekatnya Agrobacterium pada sel tanaman. Kejadian awal ini dimediasi oleh gen-gen yang berlokasi pada kromosom bakteri (gen chvA, chvB dan att). Langkah berikutnya adalah terinduksinya gen-gen pada vir-region oleh suatu signal yang spesifik didalam sel bakteri sehingga dihasilkan produk dari expresi gen-gen virulen untuk memproses T-DNA dan mentransfernya dari dalam sel bakteri.

Prosesing dan transfer T-DNA dimediasi oleh berbagai protein yang dikode pembentukannya oleh gen-gen virulen. Prosesing T-DNA dimulai dari suatu kejadian memproduksi T-DNA untai tunggal yang disebut T-strand yang ditransfer ke dalam sel tanaman. Kejadian ini dimediasi oleh produk dari genvirD1 dan virD2 yang berfungsi memotong T-DNA di bagian left border dan right border. Salah satu produk yaitu molekul VirD2 tetap melekat secara kovalen pada 5’ end dari T-strand dan membentuk apa yang disebut T-complex yang masih setengah jadi.

Pembentukan T-complex ini dilaporkan berfungsi untuk menjaga T-DNA dalam perjalanannya menuju inti sel tanaman inang. Tahap akhir dari transformasi genetik oleh Agrobacterium adalah integrasi T-DNA ke dalam genom sel tanaman inang.

Kultur Jaringan

Prinsip utama kulltur jaringan adalah perbanyakan tanaman menggunakan bagian jaringan tanaman (jaringan akar, tunas, pollen dan sebagainya) menjadi tanaman utuh (sempurna) dikondisi in vitro (didalam gelas), menggunakan media buatan yang dilakukan di tempat steril. Jadi Kultur in vitro dapat diartikan sebagai bagian jaringan yang dibiakkan di dalam tabung inkubasi atau cawan petri dari kaca atau material tembus cahaya lainnya (Santoso, 2005).  

Landasan kultur jaringan didasarkan atas tiga kemampuan dasar dari tanaman, yaitu: totipotensi, rediferensiasi, dan kompetensi.

Pekerjaan kultur jaringan meliputi: persiapan media, isolasi bahan tanam (eksplan), sterilisasi eksplan, inokulasi eksplan, aklimatisasi dan usaha pemindahan tanaman hasil kultur jaringan ke lapang. Pelaksana harus bekerja dengan teliti dan serius, karena setiap tahapan pekerjaan tersebut memerlukan penanganan tersendiri dengan dasar pengetahuan tersendiri.

Teknik kultur jaringan sebenarnya sangat sederhana, yaitu suatu sel atau irisan jaringan tanaman yang sering disebut eksplan secara aseptik diletakkan dan dipelihara dalam medium pada atau cair yang cocok dan dalam keadaan steril. dengan cara demikian sebagian sel pada permukaan irisan tersebut akan mengalami proliferasi dan membentuk kalus. Apabila kalus yang terbentuk dipindahkan kedalam medium diferensiasi yang cocok, maka akan terbentuk tanaman kecil yang lengkap dan disebut planlet. Dengan teknik kultur jaringan ini hanya dari satu irisan kecil suatu jaringan tanaman dapat dihasilkan kalus yang dapat menjadi planlet dalam jumlah yang besar (George, 1995).

Dengan kultur jaringan dapat membantu program pemuliaan tanaman untuk menghasilkan tanaman yang lebih baik melalui : keragaman somaklonal, kultur haploid, embryo rescue, seleksi in vitro, fusiprotoplas, transformasi gen atau rekayasa genetika tanaman dan lain-lain (William, 1997).

Dalam pelaksanaannya dijumpai beberapa tipe-tipe kultur, yakni:

  1. Kultur biji (seed culture), kultur yang bahan tanamnya menggunakan biji atau seedling.
  2. Kultur organ (organ culture), merupakan budidaya yang bahan tanamnya menggunakan organ, seperti: ujung akar, pucuk aksilar, tangkai daun, helaian daun, bunga, buah muda, inflorescentia, buku batang, akar dll.
  3. Kultur kalus (callus culture), merupakan kultur yang menggunakan jaringan (sekumpulan sel) biasanya berupa jaringan parenkim sebagai bahan eksplannya.
  4. Kultur suspensi sel (suspension culture) adalah kultur yang menggunakan media cair dengan pengocokan yang terus menerus menggunakan shaker dan menggunakan sel atau agregat sel sebagai bahan eksplannya, biasanya eksplan yang digunakan berupa kalus atau jaringan meristem.
  5. Kultur protoplasma. eksplan yang digunakan adalah sel yang telah dilepas bagian dinding selnya menggunakan bantuan enzim. Protoplas diletakkan pada media padat dibiarkan agar membelah diri dan membentuk dinding selnya kembali. Kultur protoplas biasanya untuk keperluan hibridisasi somatik atau fusi sel soma (fusi 2 protoplas baik intraspesifik maupun interspesifik).
  6. Kultur haploid adalah kultur yang berasal dari bagian reproduktif tanaman, yakni: kepalasari/ anther (kultur anther/kultur mikrospora), tepungsari/ pollen (kutur pollen), ovule (kultur ovule), sehingga dapat dihasilkan tanaman haploid (Sriyanti, 1994)

Kultur Anther

Dalam kultur jaringan, terdapat teori yang biasa disebut totipotensi (total genetik potensi). Teori tersebut menyatakan bahwa setiap sel mengandung rangkaian genetik yang lengkap untuk dapat tumbuh menjadi tanaman yang lengkap. Berarti setiap sel apapun dapat tumbuh menjadi tanaman yang lengkap dan sempurna.

Berdasarkan hal tersebut maka sel gamet dapat juga dikulturkan dan dapat tumbuh menjadi tanaman yang lengkap. Hanya bedanya karena sel gamet merupakan sel dengan genetik 1n maka tanaman yang tumbuh merupakan tanaman yang mempunyai genetik 1n.

Seperti diketahui bahwa sel pada mahluk hidup dibagi menjadi dua macam yaitu sel vegetatif dan sel generatif (sel gamet jantan dan sel gamet betina). Pada sel somatik mempunyai genetik 2n (diploid) sedangkan sel generatif mempunyai genetik n (haploid). Secara normal sel generatif apabila disatukan dalam proses perkawinan maka akan menghasilkan embrio yang merupakan sel gamet jantan dan sel gamet betina (1n + 1n = 2n).

Anther adalah kepala sari. Anther mengandung serbuk sari (pollen), sehingga kultur anther berarti mengikutsertakan pollen di dalamnya. Pollen yang masih muda (immature) atau mikrospora yang terkandung dalam anther dapat secara langsung beregenerasi membentuk embrio, disebut androgenesis, atau membentuk jaringan kalus yang selanjutnya dapat diinduksi untuk bergenerasi menjadi tanaman di bawah pengaruh zat pengatur tumbuh yang terkandung dalam media tanam. Pollen bersifat haploid, dan tentunya sel-sel yang diproduksi oleh pollen selama dikultur adalah haploid pula (Iswari, 2010).

Tanaman haploid dapat dikembangkan dengan menggunakan teknik kultur in vitro anther dan pollen. Anther diperoleh dari tunas bunga dan dapat dikulturkan pada medium padat atau cair sehingga terjadi embriogenesis. Selain itu pollen juga dapat diambil secara aseptik dan dikulturkan pada medium cair. Proses perbanyakan tanaman haploid dengan menggunakan gametofit jantan semacam ini disebut sebagai androgenesis.

Ada dua macam androgenesis yaitu androgenesis langsung dan tidak langsung. Androgenesis langsung adalah proses pembentukan plantlet haploid dengan menggunakan kultur anther, sedangkan pada androgenesis tidak langsung adalah plantlet terbentuk melalui pembentukan kalus yang kemudian mengalami regenerasi menjadi plantlet (Yuwono, 2008).

Kultur anther merupakan teknik yang paling efisien untuk menghasilkan tanaman haploid. Haploid pada tanaman digolongkan dalam dua kategori, yaitu monohaploid (dengan jumlah kromosom setengah dari spesies diploid), dan polihaploid (dengan jumlah kromosom setengah dari kromosom spesies poliploidi).

Kultur anther merupakan salah satu metode perbanyakan tanaman dengan teknik in-vitro dengan tujuan untuk mendapatkan tanaman haploid yang unggul yang dapat dipergunakan untuk menghasilkan kultivar-kultivar baru. Tanaman haploid adalah tanaman yang mempunyai jumlah kromosom yang sama dengan kromosom gamet (N).

Tanaman haploid yang diperoleh dari kultur anther dapat digunakan untuk mendeteksi mutasi rekombinan yang unik, karena mutasi yang resesif tidak muncul dalam keadaan diploid, dan pada penggandaan jumlah kromosom akan diperoleh tanaman yang homozygot. Tanaman yang homozigot sangat penting untuk menghasilkan hibrida terkendali (Anonymous, 2011).

Kegunaan kultur anter dapat menghasilkan tanaman monohaploid, yang bisa dikombinasikan dengan mutagen kimiawi atau mutagen fisik dapat menghasilkan mutan mutan yang tahan terhadap penyakit rebah, toleran terhadap kadar garam tinggi di tanah, toleran terhadap kekeringan, tanaman cepat berbunga dan lain-lain.

Prosedur Aplikasi Pebanyakan Padi Transgenik dengan Kultur Anther

Prosedur teknik kultur anther pada pemuliaan tanaman padi terbagi ke dalam tahapan-tahapan sebagai berikut: pemilihan tetua atau hasil dari padi transgenik, pemeliharaan tanaman unggul/ padi transgenik sumber eksplan, penyiapan eksplan, kultur anthera in vitro, aklimatisasi, dan penanganan tanaman pasca aklimatisasi, karakterisasi tanaman haploid ganda, perbanyakan benih haploid ganda dan seleksi untuk karakter yang diinginkan.

a)     Pemilihan Bahan Tetua

Bahan tetua dapat berupa varietas unggul dari padi transgenik yang telah diidentifikasi memiliki satu atau lebih karakter yang diunggulkan. Setiap bahan tetua ditanam di lapang  atau pada pot/ember di rumah kaca. Pada saat fase pembungaan dimana tanaman padi transgenik yang siap berbunga .

b)     Kultur Anther In Vitro

Secara in vitro kultur anther padi dilakukan di laboratorium. Pada saat tanaman mencapai fase subur dan sesuai kriteria bahan eksplan, malai yang masih terbungkus dalam pelepah dipanen sebagai sumber eksplan. Malai yang masih dalam selubung pelepah tersebut dicuci bersih dan dibungkus dengan kertas tissue basah, selanjutnya dimasukkan ke dalam kantong plastik, kemudian diberi perlakuan dingin dengan memyimpannya dalam lemari pendingin pada suhu 10°C selama 8 hari.

c)     Penyiapan Media

Penyiapan media dapat dilakukan sambil menunggu eksplan saat diberi perlakuan dingin. Media kultur anther padi yang cocok untuk subspesies Javanica adalah media N6 dan media MS dengan berbagai modifikasinya, masing-masing sebagai media induksi kalus dan regenerasi tanaman. Hasil penelitian (Dewi et al, 1996; Purwoko et al, 2001) menunjukkan bahwa modifikasi N6 dengan penambahan 2 mg/l NAA; 0,5 mg/l kinetin, 60 g sukrosa, dan 0,1644 g/l putresin cocok untuk kultur anther subspesies Indica.

Pembuatan media N6 dimulai dengan melarutkan putresin ke dalam ± 700 ml air, kemudian semua bahan (kecuali phytagel) dicampur dan diatur pHnya sehingga pH campuran mencapai 5,8. Kedalam media ditambahkan 3 gr/l phytagel sebagai pemadat, kemudian diautoklaf selama 20 menit. Selesai diautoklaf, tiap 1 liter media dituangkan ke dalam ±30-50 cawan petri di dalam laminar air flow cabinet. Setiap cawan petri yang telah diisi media kemudian ditutup dan direkatkan dengan parafin.

Pembuatan media MS dilakukan seperti pembuatan media N6, namun setelah ditambahkan phytagel media tidak diautoklaf melainkan dipanaskan ke dalam ± 50 botol kultur dan ditutup dengan alumunium foil. Media dalam botol kultur kemudian diautoklaf selama 20 menit pada temperatur 120°C dan tekanan 18-20 psi.

d)     Penyiapan Eksplan

Malai yang telah diinkubasi selama delapan hari, dibuka dan dipilih (disortir) bagian percabangan tengah dan atasnya. Malai yang terpilih adalah malai dengan bulir yang memiliki panjang anthera dan filamennya tidak melebihi setengah panjang bulir dan berwarna kuning muda kehijauan. Malai-malai yang terpilih disterilkan dengan Bayclin 20 % yang mengandung bahan aktif 5,25 % NaClO selama 20 menit, lalu dicuci dengan air steril.

Induksi kalus

Sebelum diregenerasikan menjadi tanaman, pollen dalam anthera diinduksi menjadi kalus (massa sel). Induksi kalus dimulai dengan inokulasi anthera pada media induksi kalus. Bulir gabah muda (spikelet) dari malai yang sudah steril kemudian sepertiga dari pangkalnya dipotong dengan gunting dan dikumpulkan pada cawan petri steril. Selanjutnya anthera diinokulasikan ke dalam media induksi kalus (media N6) yang telah disiapkan sebelumnya.

Inokulasi dilakukan dengan cara mengetukkan spikelet pada tepi cawan petri menggunakan pinset. Setiap cawan petri diisi sebanyak 120-150 anthera yang berasal dari 25 spikelet. Selanjutnya anthera yang diinokulasi pada media disimpan pada rak kultur dalam ruangan gelap pada suhu ±25°C. (Sasmita, 2007) pada umumnya kalus terbentuk 2-10 minggu sejak anthera berada pada media inkubasi.

e)     Regenerasi Tanaman

Secara teknis regenerasi tanaman dilakukan dengan memindahkan kalus yang terbentuk pada tahap induksi kalus ke media regenerasi tanaman (media MS). Kalus yang telah berukuran 1-2 mm pada media induksi kalus dipindahkan ke media regenerasi (MS) dalam botol kultur. Kalus yang dapat beregenerasi menjadi tanaman adalah kalus generasi minggu pertama hingga keempat (Sasmita et al, 2002).

Pemindahan kalus dilakukan dalam laminar air flow cabinet. Kalus yang telah dipindah ke dalam media regenerasi tanaman kemudian diinkubasi dalam ruang terang dengan cahaya kuat (1000-3000 lux) serta suhu ± 22°C (Chen et al, 1986). Tiga minggu sejak kalus dipindah ke media regenerasi biasanya belum memiliki akar yang cukup bahkan sama sekali tidak memiliki akar. Setelah tanaman regeneran mencapai tinggi 3-5 cm tanaman tersebut dapat diinduksi perakarannya dengan cara memindahkannya ke media MS ditambah dengan 40 g/l maltosa dan 0,5 mg/l IBA (Dewi et al, 1994).

Untuk induksi kalus dan regenerasi tanaman pada kultur anthera padi dilakukan kondisi ruang yang berbeda. Untuk kondisi kalus diperlukan ruang gelap total dengan tujuan menghindari proses fotosintesis sehingga polen androgenik membelah dan membentuk kalus. Sedangkan untuk regenerasi diperlukan ruang terang dengan cahaya kuat (1000-3000 lux) agar kalus dapat tumbuh, mengandung klorofil, dapat berfotosintesis dan mampu beregenerasi menjadi tanaman seutuhnya (Chen et al, 1996). Temperatur ruanagn yang stabil (25-30°C) diperlukan pula untuk menghasilkan respon kultur anther yang optimal.

f)       Aklimatisasi

Aklimatisasi dilakukan untuk menyesuaikan kondisi lingkungan tumbuh tanaman kultur yang aseptik dari heterotrof ke lingkungan alami yang autotrof. Aklimatisasi meliputi tiga tahap yaitu tahap pertama aklimatisasi dalam tabung reaksi berisi air bersih selama 1-2 minggu, tahap kedua aklimatisasi dilakukan pada media tanah lumpur dalam bak selama 1-2 minggu, dan tahap ketiga aklimatisasi dilakukan pada media tanah dalam ember atau pot di rumah kawat. Pada penanaman dan pemeliharaan di rumah kawat, tanaman yang berasal dari kalus yang sama dan ditanam pada pot yang berbeda dikelompokkan dan diberi nomor yang sama. Pemberian cahaya dilakukan secara berangsur untuk melatih tanaman agar dapat tumbuh pada kondisi normal.

g)     Penanganan Tanaman Pascaaklimatisasi

Pemeliharaan tanaman dilakukan sesuai dengan anjuran budidaya padi sawah. Individu tanaman yang berasal dari kalus yang sama dikelompokkan menjadi satu putatif galur. Pada fase pertumbuhan anakan aktif, masing-masing galur hasil kultur anthera dievaluasi ploidinya secara morfologi. Pertama-tama evalusi dilakukan terhadap tanaman haploid ganda. Pada fase pertumbuhan ini secara morfologi tanaman haploid ganda tumbuh normal seperti tanaman diploid yang dicirikan dengan adanya auricle dan ligule, serta pada fase generatif menghasilkan biji fertil (Chu, 1994).

Populasi tanaman haploid ganda dipelihara serta dievaluasi karakter morfologi dan agronominya hingga dapat dipanen bijinya. Benih yang dihasilkan dari populasi tanamn tersebut selanjutnya dapat diberbanyak untuk menghasilkan benih. Selanjutnya evaluasi dilakukan terhadap tanaman haploid yang dicirikan dengan pertumbuhan yang kerdil, anakan banyak, serta tidak memiliki auricle dan ligule. Tanaman tersebut dikelompokkan dan dipelihara pula untuk digandakan kromosomnya dengan cara diberi perlakuan kolkhisin agar dapat menghasilkan biji yang berkarakter unggul.

Penerapan Bakteri A. tumefaciens dalam Perspektif Islam

Seperti dalam Al-Qur’an Allah telah menjelaskan dalam Surat An-Nahl ayat 13 yang berbunyi:

وَمَاذَرَأَلَكُمْفِىٱلْأَرْضِمُخْتَلِفًاأَلْوَٰنُهُۥٓۗإِنَّفِىذَٰلِكَلَءَايَةًۭلِّقَوْمٍۢيَذَّكَّرُونَ

Artinya : Dan Dia (menundukkan pula) apa yang Dia ciptakan untuk kamu di bumi ini dengan berlain-lainan macamnya. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat tanda (kekuasaan Allah) bagi kaum yang mengambil pelajaran.

            Dijelaskan pula dalam Surat Al-Furqaan ayat 2:

Artinya: yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagiNya dalam kekuasaan(Nya), dan dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya.

Berdasarkan ayat diatas dijelaskan Allah telah menciptakan berbagai macam makhluk hidup di bumi ini mulai dari yang bisa dilihat dengan mata sampai yang kasat mata. Itu merupakan tanda-tanda kekuasaan Allah. Misalnya saja bakteri Agrobacterium tumefaciens yang merupakan makhluk hidup mikroskopis yang diciptakan oleh Allah yang tidak hanya memberikan dampak negative yaitu bersifat patogen tetapi juga memberikan dampak positif yaitu kita dapat mempelajarinya dalam rekayasa genetika untuk menghasilkan padi tahan hama.

Perbanyakan Tanaman dalam Perspektif Islam

Pada Q.S A’basa ayat 25-32 yang

Artinya: Kamilah yang telah mencurahkan air melimpah (dari langit), kemudian Kami belah bumi dengan sebaik-baiknya, lalu disana Kami

tumbuhkan biji-bijian dan anggur dan sayur-sayuran dan zaitun dan pohon kurma dan kebun-kebun yang indah dan buah-buahan serta rerumputan. (Semua itu) untuk kesenangan dan untuk hewan-hewan ternakmu.

Dijelaskan pula pada Q.S Ar-rahman ayat 10-13 yang

Artinya: Dan bumi telah dibentangkan-Nya untuk makhluk-Nya, didalamnya ada buah-buahan dan pohon kurma yang mempunyai kelopak mayang, dan biji-bijian yang berkulit dan bunga-bunga yang harum baunya. Maka nikmat Tuhanmu yang manakah yang kamu dustakan?

Menurut ayat-ayat diatas dijelaskan bahwa Allah menciptakan langit dan bumi, serta menurunkan air hujan menjadi sumber-sumber air di bumi kemudian ditumbuhkan-Nya bermacam-macam tanaman yang memiliki bunga, biji, dan buah.. Dari tanaman-tanaman tersebut dapat berkembang biak baik secara vegetatif maupun generatif. Maka semakin berkembangnya ilmu pengetahuan perbanyakan tanaman dapat dilakukan dengan kultur anther atau pollen yang dapat memberi keunggulan dan manfaat bagi bidang pertanian.

Kesimpulan

  1. Pada tanaman padi ada dua teknik transfer gen yang telah berhasil diterapkan, yaitu transfer gen secara langsung dan secara tidak langsung dengan menggunakan bantuan bakteri tanah Agrobacterium tumefaciens untuk resisten terhadap hama penyakit.
  2. Aplikasi teknik kultur anther dalam program pemuliaan tanaman padi bertujuan untuk mempercepat pembentukan galur murni sehingga mempersingkat waktu perakitan varietas unggul.
  3. Kultur haploid adalah kultur yang berasal dari bagian reproduktif tanaman, yakni: kepalasari/ anther (kultur anther/kultur mikrospora), tepungsari/ pollen (kutur pollen), ovule (kultur ovule), sehingga dapat dihasilkan tanaman haploid
  4. Prosedur teknik anther dilakukan secara in vitro melalui dua tahap, yaitu tahap induksi kalus dari polen yang terdapat dalam anthera tanaman varietas unggul (hasil padi transgenik) dan tahap regenerasi tanaman dari kalus menjadi tanaman haploid (plantet).

DAFTAR PUSTAKA

  • Anonymous. 2011. Pengaruh Beberapa Media Kultur Jaringan.http://kalbar.litbang.deptan.go.id Diakses 5 Desember 2011
  • Anonymous. 2011. Kultur Anther.http://akubesertakamu.blogspot.com Diakses 25 Desember 2011
  • Anonymous. 2011. Transformasi Gen oleh Bakteri. http://anggunhannes.blogspot.com. Diakses 30 Desember 2011
  • Chen, Y.1996. Anther and Pollen Culture of Rice in China. Beijing: Science Press
  • Chung, G.S. 1992. Anther Culture for Rice Improvement in Korea. China: Hangzhou
  • Dewi,L.S, A.D Ambarawati, M.F Masyudi, T.Soewito dan Suwarno. 1994. Induksi Kalus dan Regenerasi Kultur Anthera Padi. Risalah Hasil Penelitian Tanaman Pangan 2:136-143
  • Iswari et all. 2010. Galur Padi Beras Hitam Hasil Kultur Anthera.http://pustaka.litbang.deptan.go.id. Diakses 25 Desember 2011
  • Masyudi, M.F. 1994. Kultur Anthera Tanaman Padi. Bogor: Badan Litbang Pertanian
  • Nugroho, A dan Sugito, H., 2000. Pedoman Pelaksanaan Teknik Kultur Jaringan. Jakarta: Penebar Swadaya
  • Nugroho, Arinto. 2010. The Essential of Biology. Solo: Evo
  • Prihatman, Kemal. 2000. Budidaya Pertanian. Jakarta: Bappenas
  • Sasmita, Priatna. 2007. Aplikasi Teknik Kultur Antera Pada Pemuliaan Tanaman Padi. Bogor: Balai Besar Penelitian Tanaman Padi
  • Smith, R.H. 2000. Plant Tissue Culture: Techniques and Experiments. London: Academic Press
  • Sriyanti, D. H. dan A, Wijayani. 1994. Teknik Kultur Jaringan “Pengenalan dan Petunjuk Perbanyakan Tanaman Secara Vegetatif Modern”. Yogyakarta: Kanisius
  • Suryowinoto, M., 1996. Pemuliaan Tanaman Secara in Vitro. Yogyakarta: Kanisius
  • Taji, A., Dodd, W., Williams, R.R. 1997. Plant  Tissue Culture Practice. Australia: University of New England, Armidale,NSW
  • Yuwono, T., 2008. Bioteknologi Pertanian. Yogyakarta: UGM Press
  • Usyati, N. Damayanti. Syafrida.Purnama.dan Inez. 2009. Keefektivan Padi Transgenik terhadap Hama Penggerek Batang Padi Kuning Scirpophaga incertulas. Bogor:Institut Pertanian Bogor. http://pei-pusat.org/jurnal/wp-content/uploads/2011/06/Keefektivan-Padi-Transgenik.pdf. Diakses 30 Desember 2011
  • Zulkarnain, H., 2000. Kultur Jaringan Tanaman-Solusi Perbanyakan Tanaman Budidaya. Jakarta: Bumi Aksara

 

About these ads

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 61 other followers

%d bloggers like this: