Bioteknologi
banyak dimanfaatkan dalam bidang pertanian. Pembuatan kompos dan biogas
merupakan contoh yang sederhana. Pemanfaatan bioteknologi untuk meningkatkan
hasil pertanian pada masa sekarang ini dilakukan secara modern, misalnya pada
pemuliaan tanaman dengan menciptakan tanaman transgenik (tanaman yang gennya
telah dimodifikasi), kultur jaringan, biopestisida, dan sebagainya. Berikut ini
beberapa contoh bioteknologi dalam bidang pertanian.
a.
Hidroponik dan Aeroponik
Hidroponik
adalah suatu istilah yang digunakan dalam bercocok tanam tanpa menggunakan
tanah sebagai media tumbuhnya. Untuk memperoleh zat makanan atau unsur hara yang
diperlukan untuk pertumbuhan tanaman, ke dalam air yang digunakan dilarutkan
campuran pupuk organik. Campuran pupuk ini dapat diperoleh dari buatan sendiri
atau pupuk buatan yang siap pakai. Adapun keuntungan dengan cara hidroponik
adalah sebagai berikut.
a. Tumbuhan bebas dari hama dan penyakit.
b. Produksi tanaman lebih tinggi.
c. Tumbuh lebih cepat.
d. Pemakaian pupuk lebih efisien.
e. Mudah pengerjaannya.
f. Tidak tergantung pada kondisi alam.
g. Tidak membutuhkan lahan luas.
a. Tumbuhan bebas dari hama dan penyakit.
b. Produksi tanaman lebih tinggi.
c. Tumbuh lebih cepat.
d. Pemakaian pupuk lebih efisien.
e. Mudah pengerjaannya.
f. Tidak tergantung pada kondisi alam.
g. Tidak membutuhkan lahan luas.
Selain
hidroponik, saat ini teknik yang sedang dikembangkan adalah teknik aeroponik.
Jika hidroponik media yang digunakan untuk tumbuh akar adalah air dan media
lain misalnya kerikil atau pasir. Tapi pada aeroponik tidak menggunakan media
sama sekali. Akar tanaman di letakkan menggantung dalam suatu wadah yang dijaga
kelembapannya dari air yang biasanya berasal dari pompa bertekanan sehingga
timbul uap air. Zat makanan diperoleh melalui larutan nutrien yang disemprotkan
ke bagian akar tanaman.
Sistem
aeroponik memiliki kelebihan dibandingkan sistem hidroponik. Pada sistem
aeroponik, akar yang menggantung akan lebih banyak menyerap oksigen sehingga
meningkatkan metabolisme dan kecepatan pertumbuhan tanaman.
b. Kultur
Jaringan Tumbuhan
Teknik
kultur jaringan banyak dilakukan untuk menghasilkan bibit tumbuhan dalam jumlah
besar dan seragam sifat genetiknya dalam waktu relatif singkat, misalnya bibit
jati, anggrek, dan kelapa sawit.
Kultur
jaringan memanfaatkan sifat totipotensi sel, yaitu setiap sel membawa informasi
genetik yang lengkap sehingga berpotensi untuk berkembang menjadi individu baru
yang lengkap. Kultur jaringan mula-mula dilakukan oleh Frederick C. Steward.
Steward mengkultur sel-sel akar tanaman wortel dalam suatu media buatan. Dari
sel-sel akar itu berhasil tumbuh tanaman wortel yang lengkap. Hasil percobaan
ini membuktikan bahwa sel mengandung semua informasi genetik yang lengkap.
Bagian yang
akan ditumbuhkan melalui kultur jaringan disebut eksplan. Eksplan yang
digunakan biasanya dari jaringan tumbuhan yang masih muda, misalnya ujung akar,
tunas, dan daun muda. Berdasarkan jenis eksplannya, kultur jaringan dapat
dibedakan menjadi kultur meristem, kultur antera, kultur embrio, kultur
protoplas, kultur kloroplas, kultur polen, dan lain-lain. Eksplan yang telah
disterilkan ditumbuhan pada media steril yang mengandung nutrisi dan zat
pengatur tumbuh.
Selama
kultur berlangsung, faktor lingkungan seperti cahaya, temperatur, kelembapan,
dan pH diatur pada kondisi yang paling sesuai untuk pertumbuhan eksplan. Jika
nutrisi, zat pengatur tumbuh, dan keadaan lingkungan sesuai, eksplan akan
tumbuh menjadi massa sel yang belum mengalami diferensiasi yang disebut kalus.
Kalus kemudian tumbuh menjadi tanaman kecil yang telah lengkap yang disebut
plantlet. Sebelum dapat ditanam, plantlet harus diaklimatisasi selama beberapa
waktu sehingga kondisi dan ukurannya sesuai untuk ditanam.
Teknik
kultur jaringan sangat menguntungkan dalam perbanyakan tumbuhan bernilai
tinggi. Selain itu tanaman langka yang terancam punah dapat dilestarikan dengan
memanfaatkan kultur jaringan. Dengan demikian kemajuan industri agrobisnis
dapat terwujud dan ketahanan pangan akan meningkat.
c. Tanaman
yang Dapat Menfiksasi Nitrogen
Serealia
atau tumbuhan rumput-rumputan berbiji merupakan tumbuhan yang menyuplai 50% makanan
pokok penduduk dunia. Namun, serealia tidak memiliki simbion bakteri
akar-akarnya untuk memfiksasi nitrogen, sehingga kebutuhan nitrogen (N2)
diperoleh dari penambahan pupuk buatan. Kelebihan pupuk buatan yang diberikan
dapat terbilas air dan menyemari air minum yang dikonsumsi manusia di
lingkungan sekitar.
Dengan
bioteknologi, para ilmuwan mengembangkan tumbuhan yang akar-akarnya dapat
bersimbiosis dengan Rhizobium. Ide ini melibatkan gen nif yang dapat mengontrol
fiksasi nitrogen. Para ilmuwan menyisipkan gen nif ini pada :
1) Tumbuhan serealia
2) Bakteri yang berasosiasi dengan tumbuhan serealia
3) Plasmid TI ( Tumor Inducing) dari Agrobacterium dan kemudian menginfeksikannya ke tumbuhan yang sesuai dengan bakteri yang telah direkayasa.
1) Tumbuhan serealia
2) Bakteri yang berasosiasi dengan tumbuhan serealia
3) Plasmid TI ( Tumor Inducing) dari Agrobacterium dan kemudian menginfeksikannya ke tumbuhan yang sesuai dengan bakteri yang telah direkayasa.
d. Teknologi
Tanaman Transgenik
Tanaman
transgenik merupakan tanaman yang telah disusupi DNA asing sebagai pembawa
sifat yang diinginkan. DNA tersebut dapat berasal dari tumbuhan yang beda
jenis. Untuk menghasilkan tanaman transgenik dibutuhkan teknik rekayasa genetika
dan vector sebagai pembawa gen sifat yang diinginkan. Sebagai vector
digunakanlah DNA yang berasal dari bakteri Agrobacterium tumefaciens yang lebih
dikenal dengan nama Ti plasmid (tumor-inducing plasmid). Ti plasmid memiliki
kemampuan untuk masuk ke dalam sel tumbuhan selama proses infeksi.
Tahapan
untuk memperoleh tanaman transgenik, adalah sebagai berikut:
1) Ti plasmid dikeluarkan dari sel bakteri
2) Ti plasmid dipotong pada sisi yang spesifik dengan menggunakan enzim restriksi.
3) DNA yang berasal dari sel tanaman dipotong dengan menggunakan enzim restriksi yang sama agar diperoleh sisi yang speksifik. Kemudian gen tanaman yang membawa sifat yang diinginkan dipisahkan dari DNA-nya.
4) Gen tersebut selanjutnya dimasukkan ke dalam plasmid sehingga menghasilkan DNA rekombinan.
5) Plasmid yang telah mengandung gen tersebut dimasukkan ke dalam sel tanaman yang dikultur. Saat ini, sel tanaman telah memiliki gen dari tanaman lain.
6) Terjadi regeberasi sel tumbuhan yang akan terus mengalami pembelahan hingga menjadi satu individu tanaman baru. Tanaman baru ini memiliki sifat baru yang diinginkan dan merupakan tanaman transgenik.
1) Ti plasmid dikeluarkan dari sel bakteri
2) Ti plasmid dipotong pada sisi yang spesifik dengan menggunakan enzim restriksi.
3) DNA yang berasal dari sel tanaman dipotong dengan menggunakan enzim restriksi yang sama agar diperoleh sisi yang speksifik. Kemudian gen tanaman yang membawa sifat yang diinginkan dipisahkan dari DNA-nya.
4) Gen tersebut selanjutnya dimasukkan ke dalam plasmid sehingga menghasilkan DNA rekombinan.
5) Plasmid yang telah mengandung gen tersebut dimasukkan ke dalam sel tanaman yang dikultur. Saat ini, sel tanaman telah memiliki gen dari tanaman lain.
6) Terjadi regeberasi sel tumbuhan yang akan terus mengalami pembelahan hingga menjadi satu individu tanaman baru. Tanaman baru ini memiliki sifat baru yang diinginkan dan merupakan tanaman transgenik.
Teknologi
transgenik telah dilakukan pada beberapa tanaman pertanian seperti jagung,
kapas, tomat, padi, kedelai, dan papaya. Pada kedelai telah dimasukkan beberapa
gen yang menyebabkan variasi pada tanaman kedelai. Pada tanaman jagung telah
dimasukkan gen cry dari Bacillus thuringiensis disebut dengan jagung Bt, yang
menyebabkan jagung menghasilkan protein yang dapat membunuh serangga, seperti
kupu-kupu.
Tanaman
transgenik ini tidak perlu disemprot dengan pestisida untuk menyingkirkan hama
dan penyakit, sebab dengan sisipan gen tersebut akan menghasilkan senyawa
endotoksin ( senyawa racun) sehingga tanaman transgenik dapat membrantas hama
dengan senyawa racun yang dikandungnya.
e.
Penggunaan Teknologi Nuklir
Teknologi
nuklir menggunaan unsur-unsur radioaktif yang dapat memancarkan sinar
radioaktif, antara lain sinar gama (γ ), sinar alfa (α ) dan sinar beta (β).
Manfaat dari radioaktif seperti sinar gama (γ ) berguna untuk pemuliaan tanaman, yaitu dengan meradiasi sel atau jaringan sehingga akan terjadi mutasi yaitu terjadinya perubahan jumlah kromosom atau gen yang terdapat dalam inti sel, dengan tujuan agar menghasilkan atau memiliki keturunan dengan bibit unggul.
Manfaat dari radioaktif seperti sinar gama (γ ) berguna untuk pemuliaan tanaman, yaitu dengan meradiasi sel atau jaringan sehingga akan terjadi mutasi yaitu terjadinya perubahan jumlah kromosom atau gen yang terdapat dalam inti sel, dengan tujuan agar menghasilkan atau memiliki keturunan dengan bibit unggul.
Hasil dari
mutasi yang sering dinamakan mutan, ternyata memiliki beberapa keuntungan di
antaranya cocok ditanam di persawahan pasang surut yang memiliki kadar garam
cukup tinggi, tahan wereng cokelat dan hijau, tahan penyakit busuk daun, umur
lebih pendek, dapat ditanam pada musim kemarau dalam waktu lebih singkat, hasil
panennya lebih banyak. Tanaman hasil mutasi ini bersifat poliploidi (jumlah
kromosomnya berkelipatan dari kromosom normal) sehingga dapat memberikan hasil
yang lebih tinggi, misalnya cepat berbuah, buahnya lebih besar, dan tidak
berbiji.
f. Fusi
Protoplas
Fusi
protoplas merupakan suatu proses alamiah yang terdapat dari mulai tanaman
tingkat rendah sampai pada tanaman tingkat tinggi. Fusi protoplas merupakan
gabungan protoplas dengan protoplas lain dari beberapa spesies, kemudian
membentuk sel yang dapat tumbuh menjadi tanaman hibrid. Hibridisasi somatik
melalui fusi protoplasma digunakan untuk menggabungkan sifat lain dua spesies
atau genus yang tidak dapat digabungkan secara seksual ataupun aseksual. Hal
ini dapat dilakukan dengan cara menggabungkan seluruh genom dari spesies yang
sama (intra-spesies), atau antarspesies dari genus yang sama (inter-spesies),
atau antargenus dari satu famili (inter genus).
Ketika tanaman
dilukai, maka sejumlah sel yang disebut callus akan tumbuh pada tempat yang
dilukai tersebut. Sel-sel callus memiliki kemampuan untuk berdiferensiasi
menjadi tunas dan akar serta keseluruhan tanaman berbunga. Potensi alami
sel-sel tersebut yang terprogram menjadi calon tanaman baru sangat ideal untuk
rekayasa genetik. Seperti pada sel-sel tanaman, sel-sel callus dikelilingi oleh
dinding selulosa yang tebal, yaitu sebuah rintangan yang menghambat pembentukan
DNA baru. Dinding sel tersebut dapat dipecah dengan dinding selulose sehingga
menghasilkan sel tanpa dinding sel yang disebut protoplas. Protoplas ini dapat
digabungkan dengan protoplas lain dari beberapa spesies, kemudian membentuk sel
yang dapat tumbuh menjadi tanaman hibrid. Metode ini disebut fusi protoplas.
Tujuan fusi
protoplas adalah untuk mendapatkan suatu hibrida somatic atau sibrida atau
mengatasi kelemahan dari hibrida seksual. Terdapat kelemahan dari hibrida
seksusal, yaitu:
- Sukar untuk mendapatkan suatu hibrida antar spesies dan antar genera. Hibridisasi somatik dapat mengatasi hal tersebut.
- Sitoplasma pada perkawinan seksual hanya berasal dari induk betina saja. Dalam proses pembuahan, ganet jantan hanya membawa inti saja dengan sedikit sitoplasma sebaliknya pada tetua betina selain inti juga sitoplasma. Untuk mendapat sitoplasma dari kedua tetua diadakan fusi antara sitoplasma.
Fusi
protoplas dapat dimanfaatkan untuk melakukan persilangan antar spesies atau
galur tanaman yang tidak memungkinkan untuk dilakukan dengan persilangan biasa
karena adanya masalah inkompatibilitas fisik. Fusi protoplas membuka
kemungkinan untuk:
- Menghasilkan hibrid somatik amphidiploid yang fertil antar spesies yang secara seksual tidak kompatibel
- Menghasilkan galur heterozigot dalam satu spesies tanaman yang secara normal hanya dapat diperbanyak dengan cara vegetatif, misalnya pada kentang.
- Memindahkan sebagian informasi genetik dari satu spesies ke spesies lain dengan memanfaatkan fenomena yang disebut penghilangan kromosom (chromosome elimination).
- Memindahkan informasi genetik yang ada di sitoplasma dari satu galur atau spesies ke galur atau spesies lain
- Fusi protoplas dapat menghasilkan dua macam kemungkinan produk:
- Hibrid, jika nukleus dari kedua spesies tersebut betul-betul mengalami fusi (menyatu)
- Cybrid (cytoplasmid hybrid ataru heteroplast), jika hanya sitoplasma yang mengalami fusi sedangkan informasi genetik dari salah satu induknya hilang.
Teknik ini
memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihan dari teknik ini adalah dapat
menghasilkan tanaman dengan sifat tertentu dan dapat dilakukan dengan spesies
yang berbeda. Kekurangan dari teknik ini adalah memerlukan biaya yang mahal
serta butuh ketelitan yang lebih.
g.
Bioteknologi dalam Pembentukan Varietas Tanaman Unggul Baru
Teknik-teknik
bioteknologi juga dimanfaatkan untuk membuat jenis tanaman tanaman unggul yang
baru. Hal ini diperlukan untuk mencukupi kebutuhan pangan yang terus meningkat,
sedangkan luas lahan pertanian cenderung menurun. Tanaman unggul ini diharapkan
mempunyai produktivitas yang lebih baik. Selain itu, peningkatan hasil, juga
dilakukan upaya perbaikan pada kandungan nutrisi, kelestarian lingkungan, usia
panen, dan berbagai nilai tambah yang lain.
Sebagai
contoh, nilai tambah pada beberapa tanaman unggul yang telah dikembangkan
adalah sebagai berikut.
- Peningkatan kandungan nutrisi pada tanaman pisang, cabe, stroberi, dan ubi jalar.
- Peningkatan rasa, misalnya pada tanaman tomat, cabe, buncis, dan kedelai.
- Peningkatan kualitas produk, misalnya pada pisang, cabe, stroberi dengan tingkat kesegaran dan tekstur yang lebih baik.
- Mengurangi reaksi alergi, misalnya pada tanaman polongpolongan dengan kandungan protein penyebab alergi yang lebih rendah
- Kandungan bahan berkhasiat obat, misalnya pada tomat dengan kandungan lycopene yang tinggi yang berguna sebagai antioksidan untuk mengurangi kanker, bawang dengan kandungan allicin untuk menurunkan kolesterol, serta pada padi dengan kandungan vitamin A dan zat besi untuk mengatasi anemia dan kebutaan.
- Tanaman yang mampu memproduksi vaksin dan obatobatan untuk mengobati penyakit manusia, misalnya pada tanaman tembakau yang telah direkayasa sehingga dapat menghasilkan vaksin untuk penyakit kanker.
- Tanaman dengan kandungan nutrisi yang lebih baik untuk pakan ternak
Penerapan
bioteknologi tanaman juga dapat memudahkan petani dalam proses budidaya
tanaman. Misalkan dalam pengendalian gulma yaitu dengan menghasilkan tanaman
yang memiliki ketahanan terhadap jenis herbisida tertentu. Sebagai contoh adalah
tanaman berlabel Roundup Ready yang terdiri dari kedelai, canola (sejenis
tanaman penghasil minyak), dan jagung yang tahan terhadap herbisida Roundup. Di
dunia saat ini telahbanyak dilepas berbagai tanaman jenis baru hasil penerapan
bioteknologi. Misalnya di China pada tahun 2006 telah telah dikembangkan
sekitar 30 spesies tanaman transgenik, antaralain padi, jagung, kapas, kentang,
kedelai, tomat tahan virus, petunia dengan warna bunga bary, paprika tahan
virus, dan kapas tahan hama) yang telah dilepas untuk produksi.
Beberapa
jenis tanaman unggul baru yang dibuat dengan pemanfaatan bioteknologi adalah
sebagai berikut.
1) Padi
Golden Rice
Padi
merupakan tanaman pangan utama dunia. Dengan demikian padi menjadi prioritas
utama dalam bioteknologi. Selain padi, tanaman pangan yang telah banyak
mendapat sentuhan bioteknologi adalah kentang. Penerapan bioteknologi pada
tanaman padi sebenarnya telah lama dilakukan. Salah satu produknya adalah pari
jenis golden rice yang dikenalkan pada tahun 2001. Diharapkan padi jenis ini
dapat membantu jutaan orang yang mengalami kebutaan dan kematian dikarenakan
kekurangan vitamin A dan besi. Vitamin A sangat penting untuk penglihatan,
respon kekebalan, perbaikan sel, pertumbuhan tulang, reproduksi, hingga penting
untuk pertumbuhan embrionik.
Nama Golden
Rice diberikan karena butiran yang dihasilkan berwarna kuning menyerupai emas
karena mengandung karotenoid. Rekayasa genetika merupakan metode yang digunakan
untuk produksi Golden Rice. Hal ini disebabkan karena tidak ada plasma nutfah
padi yang mampu untuk mensintesis karotenoid.
2) Kentang
Russet Burbank
Teknik
bioteknologi saat ini telah banyak digunakan dalam produksi kentang. Baik dalam
teknik penyediaan bibit, pemuliaan kentang, hingga rekayasa genetika untuk
meningkatkan sifat-sifat unggul kentang. Dalam hal penyediaan bibit, saat ini
teknik kultur jaringan telah banyak digunakan. Teknik kultur jaringan
me-mungkinkan petani mendapatkan bibit dalam jumlah besar yang identik dengan
induknya. Contoh varietas kentang baru adalah kentang Russet Burbank yang
memiliki kandungan pati yang tinggi yang dapat menghasilkan kentang goreng dan
kripik kentang dengan kualitas yang lebih baik karena menyerap lebih sedikit
minyak ketika digoreng.
3) Tomat
FlavrSavr
Teknologi
rekayasa genetika juga telah diaplikasikan pada tanaman hortiklutura. Sebagai
contoh yang cukup terkenal adalah tomat FlavrSavr, yaitu jenis tomat yang buah
matangnya tidak lekas rusak/membusuk. Hal ini sangat berbeda dengan tanaman tomat
lain, di mana buah yang matang cepat menjadi rusak. Sifat tomat FlavrSavr ini
sangat berguna dalam pengiriman buah ke tempat yang jauh sebelum tiba di tangan
konsumen.
4) Tembakau
Rendah Nikotin
Salah satu
dari sekian banyak kerugian merokok adalah gangguan kesehatan karena kadar
nikotin yang tinggi. Pendekatan bioteknologi dilakukan untuk mengatasi
permasalahan ini yaitu dengan merakit tanaman tembakau yang bebas kandungan
nikotin. Pada tahun 2001 jenis tembakau ini diklaim dapat mengurangi resiko serangan
kanker akibat merokok. Selain bebas nikotin, sentuhan bioteknologi lain juga
dilakukan untuk tanaman tembakau misalnya dengan meningkatkan aroma menggunakan
gen aroma dari tanaman lain. Salah satu yang telah berhasil adalah
mengabungkannya dengan aroma buah lemon.
Sumber ;
https://fembrisma.wordpress.com/science/bioteknologi/bioteknologi-pertanian/