MATERI KULIAH BIOTEKNOLO GI
PERTANIAN
Pertemuan ke Materi Kuliah Prodi Agroteknologi
1. Kontrak Kuliah. Pengertian, sejarah,
ilmu pedukung, perkembangan) 2. Struktur dan fungsi sel & Bahan genetik
3. Perubahan genetik jasad hidup
4. Replikasi dan ekspresi gen
5-6. Teknik kultur mikroba
Teknik kultur in vitro
7. Teknik Fusi Sel
8 UTS
9-10 Teknologi DNA Rekombinan
11. Biopestisida mikroba dan Tanaman
transgenik tahan hama
12. Tanaman transgenik tahan herbisida
13. Vaksin tanaman
14. Rekayasa genetik penambatan nitrogen
15 Biosafety dan Biodiversitas
16 UAS
PENDAHULUAN
Buku Pustaka
• Wajib
• Yuwono, T. 2006. Bioteknologi Pertanian. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta
• Nasir, M. 2002. Bioteknologi Potensi dan Keberhasilannya dalam Bidang Pertanian. Raja Grafindo Persada. Jakarta
•
• Anjuran
• Dixit, S.K. 2001. Biofertilizers, A Manual on Commercial Production Technology. Omega Scientific Publishers, New Delhi, India
• Nasir, M. 2002. Bioteknologi Molekuler Teknik Rekayasa Genetik Tanaman. Citra Aditya Bhakti. Bandung.
Penilaian MKA Bioteknologi Pertanian
Unsur Cara Bobot Skor
maksimal
Prosentase
Pengetahuan/Pe- mahaman/Kreati-vitas
Kuis & Tugas 0,30 100 30%
Ujian Tengah Semester
0,35 100 35%
Ujian Akhir Semester
0,35 100 35%
Kreativitas dan
pemahaman Menyampaikan pendapat
terhadap persoalan yang diberikan di kelas
Bonus Ditambahkan
pada nilai akhir
Kedisiplinan dan
kejujuran Keterlambatan dalam kehadir-an
di kelas serta Kecurangan dalam mengerjakan tugas, tes dan/atau ujian
Penalti Dikurangkan dari nilai akhir
Pengertian
Sejarah perkembangan Ilmu-ilmu Pendukung
Perbedaan Biotek Klasik dan Modern Keuntungan dan kerugian
1. Pengertian
Karl Ereky (1917)–pertama kali mengemukakan BIOTEKNOLOGI. BIO =makhluk hidup, TEKNOLOGI = cara untuk memproduksi barang atau jasa.
European Federation of Biotechnology (1989) mendefinisikan bioteknologi sebagai perpaduan dari ilmu pengetahuan alam dan ilmu rekayasa yang bertujuan meningkatkan aplikasi organisme hidup, sel, bagian dari organisme hidup dan/atau analog molekuler untuk menghasilkan produk dan jasa
Menristek (1985)–BIOTEKNOLOGI:pemanfaatan sistem biologi untuk menghasilkan barang dan jasa bagi kepentingan manusia.
Pengertian
(lanjutan)
CRC Dictionary of Agriculture Science (2002)
penerapan dan penggunaan jasad hidup atau komponennya untuk mempengaruhi proses fisiologi dan biokimia di bidang pertanian, industri, maupun penerapan praktis dan komersial lainnya.
Definisi : penerapan prinsip prinsip biologi, biokimia, dan rekayasa dalam pengolahan bahan dengan memanfaatkan agensia jasad hidup dan komponen komponennya untuk menghasilkan barang dan jasa.
2. SEJARAH PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
3000 th SM proses fermentasi minuman
1680 sel khamir oleh Antonie van Leeuwenhoek
1818 proses fermentasi Khamir oleh Erxleben
1857 fermentasi asam laktat Pasteur
1897 Buchner enzim berperan dalam fermentasi
Abad 20 Mendel, bahan genetik
1928 F Griffith mutan bakteri Pneumococcus
tipe R tdk patogenik mengalami transformasi menjadi tipe S yg mati diinjeksi ke tikus. Proses transformasi secara in vitro
1944 Avery dkk “the transforming principle” senyawa asam nukleat deoksiribose (DNA). Sifat genetik suatu jasad ditentukan oleh DNA, meski belum diketahui struktur DNA
1953 Watson dan F Crick struktur DNA, fungsi
gen sbg pembawa sifat.
1970 Paul Berg penyambungan mol DNA virus
3.
ILMU DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGIBioteknologi modern ditentukan perkemb ilmu
dasar : mikrobiologi, genetika dan biokimia
Perkembangan bioteknologi didukung pada
ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti komputer, biologi molekular, kimia, matematika, ilmu pangan, kesehatan dan lain sebagainya.
Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu
terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.
ILMU DASAR DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGI
Mikrobiologi
Biokimia Biologi Molekuler
Genetika
Ilmu Pangan Rekayasa mekanik
Biotechnology
Bioteknologi Pertanian
Bioteknologi Lingkungan
Teknologi Pangan
Bioteknologi Industri
Elektronika
ILMU DASAR BIOTEK MODERN
Mikrobiologi :
studi awal mengenai manipulasi
genetik dilakukan terhadap kel mikroba
Mikroba ?? Sel mikroba lebih sederhana drpd
jasad hidup tkt tinggi, pertumbuhan cepat, mudah
dilakukan persilangan genetis
Genetika
: analisis genetik, DNA
Perkembangan Bioteknologi
Bioteknologi bukan merupakan sesuatu yang
baru. Tanaman dan hewan sudah didomestikasi
ribuan tahun yang lalu, pemanfaatan mikroba untuk produk-produk berguna (tempe, oncom, tape, arak, terasi, kecap, yogurt, dan nata de coco). Antibiotik berasal dari mikrobia, mikroba penambat nitrogen telah dimanfaatkan sejak abad ke 19. Mikroba telah dimanfaakan secara
intensif untuk membersihkan dan
mendekomposisi limbah dan kotoran ternak. Dalam bidang medis, vaksin-vaksin tertentu
dibuat dari virus atau bakteri yang telah
dilemahkan.
BIOTEKNOLOGI KLASIK/KONVENSIONAL
Contoh bioteknologi konvensional di bidang
teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, dan keju sudah dikenal sejak abad ke-19,
Di bidang pertanian, pemuliaan tanaman untuk
menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan.
Di bidang medis,penemuan vaksin, antibiotik,
dan insulin. Perubahan signifikan terjadi setelah penemuan bioreaktor oleh Louis Pasteur. Dengan bioreaktor, produksi antibiotik maupun vaksin dapat dilakukan secara massal.
Tanaman
Brassica oleracea
Bunga–Kobis Bunga
Pucuk–Kobis Telur
Tunas Samping–Kol Tunas
Batang–Kol Rabi
Bunga + Batang- Brokoli
Banyak daun- Kale Contoh pengembangan varitas tanaman Brassica
Bioteknologi Modern
Perkembangan bioteknologi secara drastis terjadi sejak ditemukannya struktur helik ganda DNA dan Teknologi DNA Rekombinan di awal tahun 1950-an, yang
memungkinkan manusia memanipulasi suatu organisme di taraf seluler dan molekuler. Bioteknologi mampu melakukan perbaikan galur dengan cepat dan dapat diprediksi, dapat merancang galur dengan bahan genetik tambahan yang tidak pernah ada pada galur induknya.
Inti sel
kromosom
BIOTEKNOLOGI MODERN
rekayasa genetika,
kultur jaringan,
rekombinan DNA,
pengembangbiakan sel induk,
kloning, dan lain-lain.
Teknologi ini memungkinkan kita
untuk memperoleh tanaman transgenik (termasuk
GMO=genetic modified
organism), dan vaksin tanaman
Di bidang pangan, dengan teknologi rekayasa
genetika, kultur jaringan dan rekombinan DNA, dapat dihasilkan tanaman dengan sifat dan produk unggul karena mengandung zat gizi yang lebih jika dibandingkan tanaman biasa, serta juga lebih tahan terhadap OPT maupun tekanan lingkungan.
pelestarian lingkungan hidup dari polusi. contoh,
pada penguraian minyak bumi yang tertumpah ke laut oleh bakteri, dan penguraian zat-zat yang bersifat toksik (racun) di sungai atau laut dengan menggunakan bakteri jenis baru.
Bioteknologi Modern Genomik
Rekayasa Genetika Hewan Rekayasa Genetika Tanaman Rekayasa Genetika Mikroba DNA Rekombinan
Produksi Antibodi Transfer Embrio Kultur Jaringan Biologi Kontrol Biofertilizer Biodekomposer Fermentasi Mikroba Bioteknologi Konvensional B
I A Y A
Pembandingan peningkatan efisiensi hasil dan biaya yang dibutuhkan untuk pengembangan bioteknologi Konvensional vs bioteknologi
modern Keuntungan :
potensi hasil lebih tinggi
mengurangi penggunaan pupuk dan pestisida
toleran terhadap cekaman lingkungan
pemanfaatan lahan marjinal
kualitas makanan dan gizi lebih baik
perbaikan defisiensi mikronutrien
Kerugian :
efek balik terhadap organisme non-target
pembentukan hama/penyakit resisten
transfer gen resisten antibiotik melalui gen penanda antibiotik
KELEBIHAN KEKURANGAN KELEBIHAN KEKURANGAN
Relatif murah Perbaikan sifat genetik tidak terarah
Perbaikan sifat genetik terarah
Relatif mahal
Teknologi relatif sederhana
Tidak dapat mengatasi inkompatibilitas
Dapat mengatasi inkompatibilitas
Teknologi canggih
Dampak jangka panjang dapat diprediksi (sistem mapan)
Hasil tidak dapat diprakirakan sebelumnya
Menghasilkan jasad baru dengan sifat baru yang tidak ada pada jasad alami
Dampak jangka panjang belum diketahui
Memerlukan waktu relatif lama
Memperpendek pengembangan jasad baru
Sering tidak dapat mengatasi kendala alam (hama)
Meningkatkan kualitas dan kendala alam
MODERN
KONVENSIONAL
BIOTEKNOLOGI Penerapan Bioteknologi Pertanian
bertujuan untuk:
Meningkatkan hasil dan kualitas tanaman budidaya dengan cara mendapatkan tanaman dengan nilai gizi tinggi, tahan lahan marjinal, tahan hama dan penyakit.
Mempertahankan diversitas genetik
Mencari tanaman alternatif yang tahan terhadap iklim dan lahan bermasalah (misal : gandum tropis, triticale)
Contoh Tanaman hasil bioteknologi modern
Komersial:
Kapas –tahan serangan hama Lepidoptera (Kapas Bt) Studi lapangan:
Kapas –toleran herbisida, tahan serangan hama Lepidoptera
Jagung –toleran herbisida, tahan serangan hama Lepidoptera
Kedelai –toleran herbisida Pengujian Laboratorium:
Kakao –tahan serangan hama Lepidoptera
Ketela pohon –perbaikan komposisi pati
Kopi- tahan penyakit yang disebabkan jamur
Kelapa sawit –tahan hama Lepidoptera, rendah asam lemak jenuh
Kacang tanah- tahan penyakit yang disebabkan virus
Kentang –tahan hama Lepidoptera, tahan penyakit yang disebabkan virus
Padi –tahan hama Lepidoptera
Kedelai –tahan hama Lepidoptera
Tebu –toleran kekeringan
Ubi jalar –tahan penyakit virus
Tembakau –tahan penyakit virus
Tomat –tidak spesifik
CONTOH APLIKASI BIOTEKNOLOGI MODERN UNTUK PENGEMBANGAN TANAMAN TRANSGENIK
Kandungan provitamin A tinggi
Tahan terhadap hama, penyakit, virus
Toleran terhadap lingkungan bergaram
Buah tidak mudah busuk
Golden Rice
Fortifikasi untuk meningkatkan kandungan Vitamin A pada padi
Tanaman transgenik tahan hama serangga
Pengujian Kapas“Bt” tahan hama ulat bollworms
Tanaman transgenik tahan penyakit jamur
Transgenic Wild-type
Tanaman tomat transgenik mengekspresikan gen pembentuk senyawa oxalate oxidase 2 hari setelah ditulari dengan jamur patogen Sclerotinia
penyebab penyakit busuk batang, sehingga tanaman tetap sehat. Tanaman tomat biasa (wild type) terkena penyakit busuk batang (rebah).
Tanaman bunga matahari tahan jamur putih
Tanaman transgenik tahan virus
Selubung protein virus digunakan untuk melingdungi tanaman Pepaya dari penyakit virus Ringspot.
Pemberian selubung virus pada sel tanaman sering disebut vaksin tanaman
Tanaman transgenik tahan
Herbisida
Contoh lain tanaman transgenik tahan herbisida:
Kedelai, jagung, canola, kapas,alfalfa
Gula bit, lettuce, strawberry, gandum, turf grass
Contoh tanaman kopi transgenik, disemprot herbisida ammonium glufosinat tetap sehat.
Tomat
transgenik
tahan
pembusukan
Contoh aplikasi bioteknologi Bidang Lingkungan
Penanganan limbah
Ekstraksi dan akumulasi logam berat Degradasi pestisida dan senyawa sejenis
Bakteri Indikator
Untuk mendeteksi kontaminasi di lingkungan menggunakan mikroba yang sensitiv terhadap polutan
Bioremediasi
pembersihan tempat-tempat terkontaminasi menggunakan mikroba yang direkayasa
untuk merombak polutan
Bioteknologi Lingkungan
Deteksi pencemaran di lahan tambang
Cara deteksi
Lahan ditanami tanaman transgenik indikator
Apabila terjadi pencemaran, tanaman indikator berubah warna menjadi merah
Penanaman tanaman GM (Genetic Modified) hasil rekayasa genetik mencakup 5% dari seluruh lahan pertanian di dunia
Tanaman Negara
Alfalfa Australia; Canada; Japan; Mexico; New Zealand; Philippines; United States of America (USA)
Argentine Canola
Australia; Canada; China; European Union (EU); Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; South Africa; USA
Kapas Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; EU; Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; South Africa; USA
Flax, Linseed Canada; USA
Jagung Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; El Salvador; EU; Honduras; Japan; Korea, Rep.; Malaysia; Mexico; New Zealand; Philippines; Russian Federation; Singapore; South Africa; Taiwan; Thailand; USA
Padi Australia; Canada; Colombia; Mexico; New Zealand; Russian Federation; USA
Kedelai Argentina; Australia; Bolivia; Brazil; Canada; China; Colombia; Czech Republic; EU; Japan; Korea, Rep.; Malaysia; Mexico; New Zealand; Paraguay; Philippines; Russian Federation; South Africa; Switzerland; Taiwan; Thailand; United Kingdom; USA; Uruguay
Gula bit Australia; Canada; European Union; Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; Russian Federation; Singapore; USA
Gandum Colombia; USA
Source:ISAAA'sGM Approval Database. http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/.
The Crop Biotech Market
58.8% /118 ma (63%/106 ma)
Top Five Countries = 96% of market 20 % increase from 2003
6.7% /13 ma (6.0%/10 ma)
20.0% /40 ma (21%/36 ma)
6.2% /12 ma (3%/7 ma)
4.6% /9 ma (3%/7 ma)
Bagaimana
SIKAP
ANDA???
Latihan
Sebutkan perbedaan bioteknologi tradisional
dan bioteknologi modern!
Mengapa bioteknologi disebutkan bukan
sesuatu yang baru?
Jelaskan tujuan bioteknologi di bidang
pertanian
Sebutkan keuntungan dan kerugian yang
