Sejarah singkat Kultur Jaringan Tanaman

YANCE TASUMOLANG

10 310 831

UNIVERSITAS NEGERI MANADO

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

JURUSAN BIOLOGI

 

MATERI KULTUR JARINGAN TANAMAN

MATERI 1

Sejarah singkat Kultur Jaringan Tanaman

Menurut (suryowinoto, 1991), kultur jaringan dalam bahasa asing disebut sebagai tissue culture, weefsel cultuus atau gewebe kultur. Kultur adalah budidaya dan jaringan adalah sekelompok sel yang mempunyai bentuk dan fungsi yang sama. Maka, kultur jaringan berarti membudidayakan suatu jaringan tanaman menjadi tanaman kecil yang mempunyai sifst seperti induknya. Pelaksanaan teknik kultur jaringan ini berdasarkan teori sel seperti yang ditemukan oleh scheiden dan schwann, yaitu bahwa sel mempunyai kemampun autonom, bahkan mempunyai kemampuan totipotensi. Totipotesi adalah kemampuan setiap sel, dari mana saja sel tersebut diambil, apabila diletakan dalam lingkungan yang sesuai akan dapat tumbuh menjadi tanaman yang sempurna. (Suryowinoto, 1991). . Aplikasi kultur jaringan pada awalnya ialah untuk propagasi tanaman. Selanjutnya penggunaan kultur jaringan lebih berkembang lagi yaitu untuk menghasilkan tanaman yang bebas penyakit, koleksi plasma nutfah, memperbaiki sifat genetika tanaman, produksi dan ekstaksi zat-zat kimia yang bermanfaat dari sel – sel yang dikulturkan. (George dan Sherrington, 1984). Banyak keuntungan yang bisa didapat dari hasil pembiakan secara vegetatif yaitu dapat dipertahankan sifat genetis sehingga dapat menghasilkan tanaman yang sama dengan induknya (Astuti dan Soeryowinoto, 1981).

(http://layartekno.blogspot.com/2012/10/pengertian-manfaat-tahapan-dan-macam.html)

Kultur jaringan adalah suatu metode penanaman protoplas, sel, jaringan, dan organ pada media buatan dalam kondisi aseptik sehingga dapat beregenerasi menjadi tanaman lengkap. Salah satu aplikasi kultur jaringan yang telah dikenal secara meluas dan telah banyak diusahakan untuk tujuan komersial adalah perbanyakan tanaman. Perbanyakan melalui kultur jaringan yang banyak diusahakan secara komersial pada saat ini terutama di negara-negara maju seperti Amerika, Jepang, dan Eropa.

Kultur jaringan merupakan salah satu cara perbanyakan tanaman secara vegetatif. Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan tanaman dengan cara mengisolasi bagiantanaman  seperti daun, mata tunas, serta menumbuhkan bagian-bagian tersebut dalam media buatan secara aseptik yang kaya nutrisi dan zat pengatur tumbuh dalam wadah tertutup yang tembus cahaya sehingga bagian tanaman dapat memperbanyak diri dan bergenerasi menjadi tanaman lengkap. Prinsip utama dari teknik kultur jaringan adalah perbanyakan tanaman dengan menggunakan bagian vegetatif tanaman menggunakan media buatan yang dilakukan di tempat steril. (Daisy. P dan Wijayani. A: 1994). Kultur jaringan akan lebih besar persentase keberhasilanya bila mengunakan jaringan meristem. Jaringan meristem adalah jaringan muda, yaitu jaringan yang terdiri dari sel-sel yang selalu membelah, dindingnya tipis, belum mempunyai penebalan dari zat pektin, plasmanya penuh dan vkuolanya kecil-kecil. Kebanyakan orang mengunakan jaringan ini untuk tissue culture. Sebab, jaringan meristem keadaanya selalu membelah, sehingga diperkirakan mempunyai zat yang mengatur pembelahan. Kultur jaringan atau tissue culture berasal dari dua kata yaitu kultur atau culture dan jaringan atau tissue. Kultur adalah budidaya, sedangkan jaringan adalah sekelompok sel yang mempunyai bentuk dan fungsi yang sama (Nugroho dan Sugito, 2005). Sehingga kultur jaringan berarti membudidayakan suatu jaringan tanaman menjadi tanaman kecil yang mempunyai sifat sama seperti induknya. Kultur jaringan tanaman yang juga disebut weefsel cultuss atau gewebe kulturmerupakan teknik menumbuh-kembangkan bagian tanaman, baik berupa sel, jaringan atau organ dalam kondisi aseptik secara in vitro. Teknik ini dicirikan oleh kondisi kultur yang aseptik, penggunaan media kultur buatan dengan kandungan nutrisi lengkap dan ZPT (zat pengatur tumbuh), serta kondisi ruang kultur yang suhu dan pencahayaannya terkontrol (Hendaryono danWijayani,1994).

(http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/32880/E07ade.pdf?sequence=1).

Jaringan atau biakan jaringan sering disebut kultur in vitro yakni teknik pemeliharaan jaringan atau bagian dari individu secara buatan yang dilakukan di luar individu yang bersangkutan. In vitro berasal dari bahasa Latin yang artinya "di dalam kaca". Jadi Kultur in vitro dapat diartikan sebagai bagian jaringan yang dibiakkan di dalam tabung inkubasi atau cawan petri dari kaca atau material tembus pandang lainnya. Secara teoritis teknik kultur jaringan dapat dilakukan untuk semua jaringan, baik dari tumbuhan, hewan, bahkan juga manusia, karena berdasarkan teori Totipotensi Sel (Total Genetic Potential), bahwa setiap sel memiliki potensi genetik seperti zigot yaitu mampu memperbanyak diri dan berediferensiasi menjadi tanaman lengkap. Sel dari suatu organisme multiseluler di mana pun letaknya, sebenarnya sama dengan sel zigot karena berasal dari satu sel tersebut, setiap sel berasal dari satu sel.

Bibit yang dihasilkan dari kultur jaringan mempunyai beberapa keunggulan, antara lain: mempunyai sifat yang identik dengan induknya, dapat diperbanyak dalam jumlah yang besar sehingga tidak terlalu membutuhkan tempat yang luas, mampu menghasilkan bibit dengan jumlah besar dalam waktu yang singkat, kesehatan dan mutu bibit lebih terjamin, kecepatan tumbuh bibit lebih cepat dibandingkan dengan perbanyakan konvensional. (http://galihsamson.blogspot.com/2012/03/pengertian-kultur-jaringan-pada-tanaman.html).

Kultur jaringan bila diartikan ke dalam bahasa Jerman disebut Gewebe kulturatau tissue culture (Inggris) atau weefsel kweek atau weefsel cultuur (Belanda). Kultur jaringan atau budidaya in vitro adalah suatu metode untuk mengisolasi bagian dari tanaman seperti protoplasma, sel, jaringan atau organ yang serba steril, ditumbuhkan pada media buatan yang steril, dalam botol kultur yang steril dan dalam kondisi yang aseptik, sehingga bagianbagian tersebut dapat memperbayak diri dan beregenerasi menjadi tanaman yang lengkap. Dasar teori yang digunakan adalah teori totipotensi yang ditulis oleh SCHLEIDEN dan SCHWANN (Suryowinoto dan Suryowinoto, 1977) yang menyatakan bahwa teoritotipotensi adalah bagian tanaman yang hidup mempunyai totipotensi, kalau dibudidayakan di dalam media yang sesuai, akan dapat tumbuh dan berkembang menjadi tanaman yang sempurna, artinya dapat bereproduksi, berkembang biak secara normal melalui biji atau spora. (http://p4ndhit.files.wordpress.com/2010/03/sejarah-kultur-jaringan-tumbuhan1.pdf)

Teknik kultur jaringan menuntut syarat-syarat tertentu yang harus dipenuhi dalampelaksanaannya. Syarat pokok pelaksanaan kultur jaringan adalah laboratorium dengan segala fasilitasnya. Laboratorium harus menyediakan alat-alat kerja, sarana pendukung terciptanya kondisi aseptik terkendali dan fasilitas dasar seperti, air listrik dan bahar bakar. Pelaksanaan kultur jaringan memerlukan juga perangkat lunak yang memenuhi syarat. Dalam melakukan pelaksanaan kultur jaringan, pelaksana harus mempunyai latar belakang ilmu-ilmu dasar tertentu yaitu botani, fisiologi tumbuhan ZPT, kimia dan fisika yang memadai. Pelaksana akan berkecimpung dalam pekerjaan yang berhubungan erat dengan ilmu-ilmu dasar tersebut. Pelaksana akan banyak berhubungan dengan berbagai macam bahan kimia, proses fisiologi tanaman (biokimia dan fisika) dan berbagai macam pekerjaan analitik. Kadang-kadang latar belakang pengetahuan tentang mikrobiologi, sitologi dan histologi. Pelaksana juga dituntut dalam hal ketrampilan kerja, ketekunan dan kesabaran yang tinggi serta harus bekerja intensif.

(http://p4ndhit.files.wordpress.com/2010/03/sejarah-kultur-jaringan-tumbuhan1.pdf)

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.

Tokoh-tokoh yang berperan dalam sejarah dimulainya pengetahuan kultur jaringan antara lain adalah:

a.             Orang yang melakukan kultur jaringan adalah Gottlieb Haberlant pada tahun 1902.

b.            Tahun 1904 Hannig melakukan kultur embrio pada tanaman cruciferae.

c.             Knudson berhasil mengecambahkan anggrek secara in vitro di tahun 1922, pada tahunyang sama Robbins mengkulturkan ujung akar secara in vitro.

d.            Gautheret, nobecourt dan White yang menemukan auxin dan telah berhasilmembudidayakan kalus pada tahun 1939.

e.         Skoog dkk. telah menemukan sitokinin dan orang pertama yang sukses dalammelakukan kultur jaringan pada tahun 1939.

f.             Tahun 1940 Gautheret melakukan ku.ltur jaringan kambim secara in vitro padatanaman Ulmus untuk study pembentukan tunas adventif.

g.            Tahun 1941 Penggunaan air kelapa untuk campuran media dalam kultur Datura olehvan Overbeek.

h.            Pembentukan tunas adventif pertama pada kultur tembakau secara in vitro oleh Skoogpada tahun 1944.

i.              Baru pada tahun 1946, tanaman lengkap pertama dapat dihasilkan dari eksplan kulturtunas ujung pada Lupinus dan Tropaeolum oleh Ball.

j.              Pada tahun 1950 Ball mencoba menanam jaringan kalus tanaman Sequoiasempervirens dan dapat menghasilkan organ.

k.            Muir berhasil menumbuhkan tanaman lengkap dari kultur sel tunggal pada tahun 1954.

l.              Tahun 1955 Miller dkk. Menemukan kinetin yang dapat memacu pembelahan sel.

m.          Produksi tanaman haploid pertama dihasilkan oleh Guha pada tahun 1964.

n.            Laminar air flow digunakan pertamakali pada akhir tahun 60-an.

o.            Power mencoba melakukan penyatuan (fusi) protoplas pertama kali pada tahun 1970.

p.            Baru pada tahun 1971 tanaman lengkap dihasilkan dari eksplan protoplas oleh Takebe.

q.            Untuk mendapatkan tanaman yang tahan penyakit, Larkin pada tahun 1981mengadakan penelitian variasi somaklonal yang pertama kali.

r.              Salah satu cara untuk mendapatkan kultuvar unggul adalah dengan melakukantransformasi. Transformasi sel pertama dilakukan oleh Horch pada tahun 1984.

s.             Trasformasi tanaman pertama dilakukan oleh IPTC pada tahun 1986.

t.              Transformasi wheat oleh Vasil pada tahun 1992.

u.            Pada tahun 1996 pelepasan pertama tanaman hasil transformasi genetik.

(http://p4ndhit.files.wordpress.com/2010/03/sejarah-kultur-jaringan-tumbuhan1.pdf)                     

A.    Landasan Kultur Jaringan

Landasan kultur jaringan didasarkan atas tiga kemampuan dasar dari tanaman, yaitu:

1. Totipotensi adalah potensi atau kemampuan dari sebuah sel untuk tumbuh dan berkembang menjadi tanaman secara utuh jika distimulasi dengar benar dan sesuai.Implikasi dari totipotensi adalah bahwa semua informasi tentang pertumbuhan dan perkembangan suatu organisme terdapat di dalam sel. Walaupun secara teoritis seluruh sel bersifat totipotensi, tetapi yang mengekspresikan keberhasilan terbaik adalah sel yang meristematik.

2. Rediferensiasi adalah kemampuan sel-sel masak (mature) kembali menjadi ke kondisi meristematik dan dan berkembang dari satu titik pertumbuhan baru yangdiikuti oleh rediferensiasi yang mampu melakukan reorganisasi manjadi organ baru.

3. Kompetensi menggambarkan potensi endogen dari sel atau jaringan untuk tumbuh dan berkembang dalam satu jalur tertentu. Cantohnya embrioagenikali kompetencel adalah kemampuan untuk berkembang menjadi embrio funsional penuh. Sebaliknya adalah non-kompeten atau morfogenetikali tidak mempunyai kemampuan.

 (http://p4ndhit.files.wordpress.com/2010/03/sejarah-kultur-jaringan-tumbuhan1.pdf)

1.      Prinsip Dasar Kultur Jaringan

Kultur jaringan merupakan suatu metode untuk mengisolasi bagian dari tumbuhan seperti protoplasma, sekelompok sel, jaringan atau organ serta menumbuhkannya dalam kondisi aseptik sehingga bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak diri dan beregenerasi menjadi tanaman lengkap kembali.

Teori yang mendasari tehnik kultur jaringan adalah teori sel oleh Schawann dan Scheleiden (1838) yang menyatakan sifat totipotensi (total genetic potential) sel, yaitu bahwa setiap sel tanaman yang hidup dilengkapi dengan informasi genetik dan perangkat fisiologis yang lengkap untuk tumbuh dan berkembang menjadi tanaman utuh, jika kondisinya sesuai.

(http://layartekno.blogspot.com/2012/10/pengertian-manfaat-tahapan-dan-macam.html)

         1. Tahapan yang dilakukan dalam perbanyakan tanaman dengan teknik kultur jaringan adalah:

a.      Pemilihan dan Penyiapan Tanaman Induk Sumber Eksplan

Tanaman tersebut harus jelas jenis, spesies, dan varietasnya serta harus sehat dan bebas dari hama dan penyakit. Tanaman indukan sumber eksplan tersebut harus dikondisikan dan dipersiapkan secara khusus di rumah kaca atau greenhouse agar eksplan yang akan dikulturkan sehat dan dapat tumbuh baik serta bebas dari sumber kontaminan pada waktu dikulturkan secara in-vitro.

b. Inisiasi Kultur

Tujuan utama dari propagasi secara in-vitro tahap ini adalah pembuatan kultur dari eksplan yang bebas mikroorganisme serta inisiasi pertumbuhan baru (Wetherell, 1976). ini mengusahakan kultur yang aseptik atau aksenik. Aseptik berarti bebas dari mikroorganisme, sedangkan aksenik berarti bebas dari mikroorganisme yang tidak diinginkan. Dalam tahap ini juga diharapkan bahwa eksplan yang dikulturkan akan menginisiasi pertumbuhan baru, sehingga akan memungkinkan dilakukannya pemilihan bagian tanaman yang tumbuhnya paling kuat,untuk perbanyakan (multiplikasi) pada kultur tahap selanjutnya (Wetherell, 1976).

c. Sentrilisasi

Sterilisasi adalah bahwa segala kegiatan dalam kultur jaringan harus dilakukan di tempat yang steril, yaitu di laminar flow dan menggunakan alat-alat yang juga sterail. Sterilisasi juga dilakukan terhadap peralatan, yaitu menggunakan etanol yang disemprotkan secara merata pada peralatan yang digunakan. Teknisi yang melakukan kultur jaringan juga harus steril.

d. Multiplikasi atau Perbanyakan Propagul

Tahap ini bertujuan untuk menggandakan propagul atau bahan tanaman yang diperbanyak seperti tunas atau embrio, serta memeliharanya dalam keadaan tertentu sehingga sewaktu-waktu bisa dilanjutkan untuk tahap berikutnya. Pada tahap ini, perbanyakan dapat dilakukan dengan cara merangsang terjadinya pertumbuhan tunas cabang dan percabangan aksiler atau merangsang terbentuknya tunas pucuk tanaman secara adventif, baik secara langsung maupun melalui induksi kalus terlebih dahulu. Seperti halnya dalam kultur fase inisiasi, di dalam media harus terkandung mineral, gula, vitamin, dan hormon dengan perbandingan yang dibutuhkan secara tepat (Wetherell, 1976). Hormon yang digunakan untuk merangsang pembentukan tunas tersebut berasal dari golongan sitokinin seperti BAP, 2-iP, kinetin, atau thidiadzuron (TDZ).

e. Pemanjangan Tunas, Induksi, dan Perkembangan Akar

Tujuan dari tahap ini adalah untuk membentuk akar dan pucuk tanaman yang cukup kuat untuk dapat bertahan hidup sampai saat dipindahkan dari lingkungan in-vitro ke lingkungan luar. Dalam tahap ini, kultur tanaman akan memperoleh ketahanannya terhadap pengaruh lingkungan, sehingga siap untuk diaklimatisasikan (Wetherell, 1976). Tunas-tunas yang dihasilkan pada tahap multiplikasi di pindahkan ke media lain untuk pemanjangan tunas. Media untuk pemanjangan tunas mengandung sitokinin sangat rendah atau tanpa sitokinin. Tunas tersebut dapat dipindahkan secara individu atau berkelompok. Pemanjangan tunas secara berkelompok lebih ekonomis daripada secara individu. Setelah tumbuh cukup panjang, tunas tersebut dapat diakarkan. Pemanjangan tunas dan pengakarannya dapat dilakukan sekaligus atau secara bertahap, yaitu setelah dipanjangkan baru diakarkan. Pengakaran tunas in-vitro dapat dilakukan dengan memindahkan tunas ke media pengakaran yang umumnya memerlukan auksin seperti NAA atau IBA. Keberhasilan tahap ini tergantung pada tingginya mutu tunas yang dihasilkan pada tahap sebelumnya.

f. Aklimatisasi

Dalam proses perbanyakan tanaman secara kultur jaringan, tahap aklimatisasi planlet merupakan salah satu tahap kritis yang sering menjadi kendala dalam produksi bibit secara masal. Pada tahap ini, planlet atau tunas mikro dipindahkan ke lingkungan di luar botol seperti rumah kaca , rumah plastik, atau screen house (rumah kaca kedap serangga). Proses ini disebut aklimatisasi. Aklimatisasi adalah proses pengkondisian planlet atau tunas mikro (jika pengakaran dilakukan secara ex-vitro) di lingkungan baru yang aseptik di luar botol, dengan media tanah, atau pakis sehingga planlet dapat bertahan dan terus menjadi bibit yang siap ditanam di lapangan. Prosedur pembiakan dengan kultur jaringan baru bisa dikatakan berhasil jika planlet dapat diaklimatisasi ke kondisi eksternal dengankeberhasilan yang tinggi.

(http://layartekno.blogspot.com/2012/10/pengertian-manfaat-tahapan-dan-macam.html)

3.      Macam-Macam Kultur Jaringan

         a.   Kultur meristem, menggunakan jaringan (akar, batang, daun) yang muda atau meristematik

     b.  Kultur  anter, menggunakan kepala sari sebagai eksplan

   c. Kultur embrio, menggunakan embrio. Misalnya pada embrio kelapa kopyor yang sulit dikembangbiakan secara alamiah

d.  Kultur protoplas, menggunakan sel jaringan hidup sehingga eksplan tanpa dinding

   e. Kultur kloroplas, menggunakan kloroplas. Kultur ini biasanya untuk memperbaiki atau membuat varietas baru

    f. Kultur polen, menggunakan serbuk sari sebagai eksplannya.

(http://layartekno.blogspot.com/2012/10/pengertian-manfaat-tahapan-dan-macam.html)

4.      Manfaat Kultur Jaringan

Manfaat utama dari perbanyakan tanaman secara kultur jaringan adalah untuk mendapatkan tanaman baru dalam jumlah banyak dalam waktu yang relatif singkat serta mempunyai sifat fisiologis dan morfologi sama dengan tanaman induknya. Dari teknik kultur jaringan ini diharapkan pula dapat memperoleh tanaman baru yang bersifat unggul. Teknik kultur jaringan sangat bermanfaat bagi dunia ilmu pengetahuan, terutama di bidang fisiologi tanaman dan untuk pengembangan bioteknologi. Melalui kultur jaringan ternyata juga berpengaruh terhadap devisa negara. Misalnya, terlaksananya ekspor tanaman ke negara lain, maka akan menaikkan devisa negara di sektor pertanian.

( http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/32880/E07ade.pdf?sequence=1).

5.      Kelemahan Kultur Jaringan

   a.   Diperlukan biaya awal yang relatif tinggi

b   .Hanya mampu dilakukan oleh orang-orang tertentu, karena memerlukan keahlian khusus

   c.   Bibit hasil kultur jaringan memerlukan proses aklimatisasi, karena terbiasa dalam kondisi lembap dan aseptik.

(http://layartekno.blogspot.com/2012/10/pengertian-manfaat-tahapan-dan-macam.html)

6.      Keuntungan Kultur Jaringan

a.   Pengadaan bibit tidak tergantung musim

b.   Bibit dapat diproduksi dalam jumlah banyak dengan waktu yang relatif lebih cepat  (dari satu mata tunas yang sudah respon dalam 1 tahun dapat dihasilkan minimal 10.000 planlet/bibit)

c.   Bibit yang dihasilkan seragam

d.   Bibit yang dihasilkan bebas penyakit (menggunakan organ tertentu).

e.   Biaya pengangkutan bibit relatif lebih murah dan mudah.

f. Dalam proses pembibitan bebas dari gangguan hama, penyakit, dan deraan lingkungan  lainnya.

g.   Dapat diperoleh sifat-sifat yang dikehendaki.

h.  Metabolit sekunder tanaman segera didapat tanpa perlu menunggu tanaman dewasa.

(http://layartekno.blogspot.com/2012/10/pengertian-manfaat-tahapan-dan-macam.html)

SUMBER

Anonymus. 2010. Sejarah kultur jaringan. http://p4ndhit.files.wordpress.com/2010/03/sejarah-kultur-jaringan-tumbuhan1.pdf 2013/02/20. 13:12

Anonymus. 2012. Pengertian Kultur jaringan. http://layartekno.blogspot.com/2012/10/pengertian-manfaat-tahapan-dan-macam.html 2013/02/20. 12:30

Gati, W. Tanpa tahun. Peranan kultur jaringan. http://repository.ipb.ac.id/bitstream/handle/123456789/32880/E07ade.pdf?sequence=1). 2013/02/20. 14:01

Anonymus. 2012. Pengertian kultur jaringan pada tanaman. http://galihsamson.blogspot.com/2012/03/pengertian-kultur-jaringan-pada-tanaman.html 2013/02/20.12:46