Pendahuluan & Perkembangan Bioteknologi - Sumarsih07

40 downloads 1992 Views 1MB Size Report
Pengertian. ▫ Sejarah perkembangan. ▫ Ilmu-ilmu Pendukung. ▫ Perbedaan Biotek Klasik dan Modern. ▫ Keuntungan dan kerugian. BIOTEKNOLOGI ...
PENDAHULUAN Pertemuan ke 1.

MATERI KULIAH BIOTEKNOLO GI PERTANIAN

2. 3. 4. 5-6. 7. 8 9-10 11. 12. 13. 14. 15 16

Buku Pustaka

Materi Kuliah Prodi Agribisnis Kontrak Kuliah. Pengertian, sejarah, ilmu pedukung, perkembangan) Struktur dan fungsi sel & Bahan genetik Perubahan genetik jasad hidup Replikasi dan ekspresi gen Teknik kultur mikroba Teknik kultur in vitro Teknik Fusi Sel UTS Teknologi DNA Rekombinan Biopestisida mikroba dan Tanaman transgenik tahan hama Tanaman transgenik tahan herbisida Vaksin tanaman Rekayasa genetik penambatan nitrogen Biosafety dan Biodiversitas UAS

Penilaian MKA Bioteknologi Pertanian Unsur

Cara

Pengetahuan/Pemahaman/Kreativitas

Kuis & Tugas

0,30

100

30%

Ujian Tengah Semester Ujian Akhir Semester Menyampaikan pendapat terhadap persoalan yang diberikan di kelas Keterlambatan dalam kehadir-an di kelas serta Kecurangan dalam mengerjakan tugas, tes dan/atau ujian

0,35

100

35%

0,35

100

Kreativitas dan pemahaman

Kedisiplinan dan kejujuran

Bobot

Bonus

Skor maksimal



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.

BIOTEKNOLOGI PERTANIAN

Prosentase

35% Ditambahkan pada nilai akhir

 Pengertian Penalti

Dikurangkan dari nilai akhir

 Sejarah perkembangan  Ilmu-ilmu Pendukung  Perbedaan Biotek Klasik dan Modern  Keuntungan dan kerugian

1

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.

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

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.

 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 (Tek DNA rekombinan)

2

3. ILMU DAN TEKNOLOGI PENDUKUNG BIOTEKNOLOGI

 Bioteknologi modern ditentukan perkemb ilmu

dasar : mikrobiologi, genetika dan biokimia  Perkembangan bioteknologi didukung pada ilmuilmu 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 : studi awal mengenai manipulasi

Mikrobiologi Biologi Molekuler

Biokimia Genetika

Ilmu Pangan

Rekayasa mekanik

Elektronika Biotechnology Bioteknologi Pertanian Bioteknologi Lingkungan

ILMU DASAR BIOTEK MODERN

Teknologi Pangan

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  Biokimia : struktur bahan genetik, enzim, ekspresi genetik dan regulasinya.

Bioteknologi Industri

Bioteknologi Kesehatan

3

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.

Tanaman Brassica oleracea

Contoh pengembangan varitas tanaman Brassica

Bunga – Kobis Bunga Pucuk – Kobis Telur Tunas Samping – Kol Tunas

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.

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

Batang – Kol Rabi Bunga + Batang - Brokoli Banyak daun - Kale

 kromosom

DNA

4

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

B I A Y A

Pembandingan peningkatan efisiensi hasil dan biaya yang dibutuhkan untuk pengembangan bioteknologi Konvensional vs bioteknologi modern

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 PENINGKATAN EFISIENSI

 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.

 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  transfer gen yang tidak diinginkan ke tanaman liar  transfer gen penyandi untuk produksi gen toksik

5

BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL KELEBIHAN

KEKURANGAN

MODERN 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

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  Fortifikasi untuk meningkatkan kandungan Vitamin A pada padi  Transgen dari bakteri dan daffidol Golden Rice

6

Tanaman transgenik tahan hama serangga

Tanaman transgenik tahan penyakit jamur Transgenic

Wild-type

Tanaman bunga matahari tahan jamur putih

Pengujian Kapas“Bt” tahan hama ulat bollworms

Tanaman transgenik tahan virus

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 transgenik tahan Herbisida Contoh tanaman kopi transgenik, disemprot herbisida ammonium glufosinat tetap sehat. Tetapi tanaman kopi biasa apabila disemprot herbisida, daun mengering dan mati

Selubung protein virus digunakan untuk melingdungi tanaman Pepaya dari penyakit virus Ringspot. Pemberian selubung virus pada sel tanaman sering disebut vaksin tanaman

 Contoh lain tanaman transgenik tahan herbisida: Kedelai, jagung, canola, kapas, alfalfa  Gula bit, lettuce, strawberry, gandum, turf grass  sumber gen tahan herbisida berasal dari bakteri

7

Contoh aplikasi bioteknologi Bidang Lingkungan  Penanganan limbah

 Ekstraksi dan akumulasi logam berat

Tomat transgenik tahan pembusukan

 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

Penanaman tanaman GM (Genetic Modified) hasil rekayasa genetik mencakup 5% dari seluruh lahan pertanian di dunia Tanaman

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 Flax, Linseed Jagung

Padi

Cara deteksi

Lahan ditanami tanaman transgenik indikator

Apabila terjadi pencemaran, tanaman indikator berubah warna menjadi merah

Negara

Alfalfa

Argentina; Australia; Brazil; Canada; China; Colombia; EU; Japan; Korea, Rep.; Mexico; New Zealand; Philippines; South Africa; USA Canada; USA 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 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's GM Approval Database. http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/.

Genetic Engineering Lab

8

The Crop Biotech Market

58.8%/118 ma (63%/106 ma)

6.7%/13 ma (6.0%/10 ma)

4.6%/9 ma (3%/7 ma)

Bagaimana SIKAP ANDA???

6.2%/12 ma (3%/7 ma)

20.0%/40 ma (21%/36 ma)

Top Five Countries = 96% of market 20 % increase from 2003

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 mungkin ditimbulkan dari penggunaan bioteknologi!

9