Pendahuluan
Kacang adalah istilah non-botani yang biasa dipakai untuk menyebut biji sejumlah tumbuhan polong-polongan (namun tidak semua). Dalam percakapan sehari-hari, kacang dipakai juga untuk menyebut buah (polong) atau bahkan tumbuhan yang menghasilkannya. Pengertian "kacang" tidak sama dengan nut dalam bahasa Inggris, namun lebih dekat dengan pengertian pulse ditambah dengan kedelai, kacang tanah dan sejumlah sayuran legum (kacang panjang) (Wikipedia, 2007).
BUDIDAYA KACANG TUNGGAK
Teknik budidaya tanaman kacang tunggak meliputi beberapa kegiatan pokok seperti berikut :
A. Penyiapan Benih
Tanaman kacang tunggak diperbanyak secara generatif dengan biji (benih). Benih kacang tunggak yang baik dan bermutu harus memenuhi kriteria sebagai berikut :
1. Berasal dari varietas unggul
2. Tampilan biji bernas (tidak keriput) dan tidak berlubang karena gigitan hama gudang
3. Daya kecambahnya tinggi, diatas 90%
4. Tidak mengandung wabah infeksi hama dan penyakit.
Kebutuhan benih kacang tunggak per satuan luas lahan sangat ditentukan oleh jarak tanam, sistem tanam, dan jumlah benih per lubang tanam. Pedoman umum kebutuhan benih kacang tunggak berkisar antara 20kg-30kg/ha. Daya kecambah benih kacang tunggak cepat menurun, sehingga sebelum benih ditanam sebaiknya daya kecambahnya diuji terlebih dahulu (Danuwarsa, 2006).
B. Penyiapan Lahan
Penyiapan lahan bagi kacang tunggak dapat dilakukan tanpa pengolahan tanah. Penyiapan lahan tanpa pengolahan tanah ini biasanya dipraktekkan pada lahan sawah tadah hujan bekas tanaman padi. Hasil penelitian Balittan malang menunjukkan bahwa penanaman kacang tunggak dengan tanpa pengolahan tanah dapat memberikan hasil yang cukup tinggi apabila diikuti dengan perbaikan teknologi budidaya, misalnya pembuatan drainase, pemberian mulsa jerami 5 ton/ha, penanaman dengan cara tugal, penyiangan dua kali, pengairan dua kali, dan pemupka berimbang (Cattelen, 1999).
C. Penanaman
Penanaman benih kacang tunggak dapat dilakukan dengan cara disebar atau ditugal. Hasil penelitian IITa menunjukan bahwa penanaman dengan cara ditugal memberikan hasil panen kacang tunggak yang lebih tinggi daripada penanaman cara disebar.Tata cara penanaman benih kacang tunggak sistem tugal adalah, mula-mula dibuat lubang tanam dengan alat bantu tugal pada jarak 40 cm x 20 cm. Kemudian, tiap lubang tanam diisi dengan 1-2 butir benih sambil ditutup dengan tanah tipis. Hasil penelitian Balittan Malang menunjukkan pula bahwa untuk meningkatkan populasi tanaman per satuan satuan luas lahan, jarak tanam dapat divariasi, misalnya 25 cm x 15 cm, diisi 1-2 butir benih/lubang, atau 25 cm x 10 cm, diisi 1 butir benih/ lubang Bersamaan dengan penanaman benih, dilakukan pemupukan dasar. Dosis dan jenis pupuk dasar yang digunakan adalah 100 kg TSP (SP-36) + 50 kg KCl per ha (IITA,1983).
D. Pemeliharaan Tanaman
Kegiatan pemeliharaan tanaman meliputi pengairan,, penyiangan, pemupukan susulan, dan pengendalian organisme pengganggu tanaman.
a. Pengairan
Meski tanaman kacang tunggak tahan terhadap kondisi kering, tetapi pada stadium pertumbuhan awal dan fase pertumbuhan vegetatif, tetap membutuhkan air tanah yang cukup. Apabila tidak turun hujan, sebaiknya dilakukan pengairan minimal 2 kali selama pertanaman.
b. Pemupukan Susulan
Respon tanaman kacang tunggak terhadap pupuk Nitrogen (N) sangat tinggi. Pemberian pupuk N yang berlebihan terutama pada tanah yang subur dapat menyebabkan bakteri Rhizobium yang pada mulanya bersifat simbiosis mutualistik, berubah menjadi simbiosis parasitis sehingga menyebabkan produksi kacang tunggak menurun (Marschner, H.1995).
Untuk meningkatkan kesuburan tanaman kacang tunggak diperlukan pupuk tambahan. Dosis dan jenis pupuk dasar yang diberikan adalah Urea 50kg/hektar. Pupuk urea diberikan dua kali, yaitu 2 minggu dan 4 minggu setelah tanam.
c. Penyiangan
Rumput-rumput liar (gulma) yang tumbuh di areal (lahan) kacang tunggak akan menjadi pesaing dalam mendapatkan unsur hara, air, dan sinar matahari. Rumput liar harus disiangi dengan cara mencabutnya dengan tangan atau dengan kored, Selama pertanaman dilakukan dua kali penyiangan, yaitu saat tanaman berumur 2 minggu dan 4 minggu setelah tanam.
d. Perlindungan Tanaman
Perlindungan (proteksi) tanaman diarahkan pada pengendalian hama dan penyakit.
(UGM,2008).
E. Panen
Dengan mengambil polong yang sudah siap panen kering bagian kulit luar. Kemudian di keringkan biji kacang tunggaknya. Sampai kadar air 12 % (IITA,1983).
DAFTAR PUSTAKA
Cattelen.A.J,P,G.1999. Screening rhizobacteria to for promoting early Growth Soybeen. Soil.Sci. AM J:63 ; 1670-1680.
Danuwarsa. 2006. Analisis Proksimat dan Asam Lemak pada Beberapa Komoditas Kacang-kacangan. Buletin Teknik Pertanian Vol. 11 No. 1.
IITA. 1983. Soil nutrient management for sustained food crop production in upland farming system. In: The Soil of International Institute of Tropical Agriculture. Jua A.S.R., F.R. Moorman, R. Lal (eds). Ibadan Technical Buletin
Marschner, H. 1995. Mineral Nutrition in Higher Plant. Academic Press. New York. 885 hal.
UGM, 2008. Budidaya Pertanian Kacang Tunggak.www.FapertaUGM.com. Diakses 2 Oktober 2011.
Wikipedia, 2007. Pengertian Kacang Tunggak. http://id.wikipedia.org/wiki/Kacang. Dikakses 2 Oktober 2011.
Kamis, 27 Oktober 2011
Senin, 10 Oktober 2011
Budidaya Khenaf
A. Pendahuluan
Kenaf merupakan tanaman asli Afrika, di negara-negara selatan Sahara, Hibiscus cannabinus merupakan tanaman liar yang umum dan secara luas ditanam sebagai tanaman sayuran dan serat. Angola kemungkinan menjadi pusat tanamn asli yang pertama,tetapi keragaman morfologi terbesar ditemukan di Afrika Utara. Baik kenaf maupun rosella (Hibiscus sabdariffa L.) temukan pertama pada awal abad 4000 SM di Sudan, dibawa ke India tidak diketahui waktunya.
Negara penghasil kenaf terbesar adalah Bengal Barat dan daerah pantai sepanjang Visakhapatnam (Andhra Pradesh) dan Madras (Tamil Nadu). Kenaf dikenalkan ke Indonesia dari India pada tahun 1904. Program budidaya Kenaf secara ekstensif dimulai pada tahun 1920an di daerah Caucasus Federasi Rusia (USSR) dan dari sana dibawa ke China pada tahun 1935. Produksi Kenaf juga dimulai setelah tahun 1945, misalnya di Amerika Serikat, Kuba dan Amerika Selatan. Sekarang Kenaf telah menyebar luas di daerah tropik dan subtropik, sebagai tanaman serat. Di Malyasia ditanam sebagai pengganti tembakau untuk mengurangi produksi rokok.
Taksonomi Tanaman Kenaf Tanaman kenaf memiliki taksonomi sebagai berikut:
Divisio : Spermatophyta
Sub divisio : Angiospermae
Kelas : Dicotylledoneae
Ordo : Malvaceae
Genus : Hibiscus
Spesies : Hibiscus cannabinus L.
Kenaf mempunyai adaptasi yang lebar terhadap iklim dan tanah. Tanaman ini tumbuh pada 45°N dan 30°S. Tanaman Kenaf toleran terhadap variasi temperatur harian antara 10°C dan 50°C, tetapi mati oleh salju. Tanaman ini tumbuh terbaik pada temperaur harian diatas 20°C dan curah hujan bulanan rata-rata 100—125 mm. Kondisi ini ditemukan selama musim hujan di daerah tropik dan musim panas di daerah subtropik.
Kenaf merupakan tanaman berhari pendek: meskipun beberapa kultivar meninggalkan bagian vegetatifnya sampai periode pencahayaan turun dibawah 12,5 jam. Beberapa kultivar ditanam pada 20°N, kemudian tidak mulai berbunga pada awal September. Pada latitude yang lebih tinggi, kebiasaan berbunga lebih lambat, pada daerah equator, tanaman berbunga lebih awal dan mencapai tinggi yang tidak mencukupi, kecuali kultivar yang ditanam adalah photo-insensitive.
Kenaf dapat tumbuh pada berbagai tanah, tetapi paling baik pada tanah lempung aluvial atau kolluvial berpasir, dengan pH 6—6.8. Tanaman ini toleran terhadap garam, tetapi sensitif terhadap hilangnya air.
Morfologi Kenaf, merupakan herba tegak, satu tahunan, tinggi tumbuhan liar mencapai 2 m, jika ditanam mencapai 5 m. Batang pipih, silindris, pada tanaman budidaya tidak bercabang dan gundul, pigmentasi seluruhnya hijau, hijau dengan merah atau ungu ataupun seluruhnya merah, kadang separo dibawah hijau dan separo diatas berpigmentasi.
Daun berseling, stipula filiform, panjang 5—8 mm, berambut, panjang tangkai daun 3—30 cm, pada bagian adaksial berambut rata dan pada bagian abaksial berbulu tegak, berwarna hijau hingga merah; helaian daun berukuran 1—19 cm x 0.1—20 cm, pangkal daun meruncing sampai bentuk jantung, tepi beringgit atau bergigi, ujung daun meruncing, permukaan atas gundul, permukaan bawah berambut sepanjang urat daun. Bunga axiler, soliter atau kadang berkelompok dekat ujung, biseksual, diameter 7.5—10 cm; kelopak menggenta, berwarna hijau, berbulu tegak, mahkota besar dan terlihat, biasanya berwarna krem hingga kuning dengan merah pada pangkal dalamnya, terkadang biru atau ungu. Buah bulat telur, tipe kapsul, 12—20 mm x 11—15 mm, berambut lebat, mengandung 20—25(—35) biji. Biji bentuk ginjal hingga triangular dengan sudut runcing, 3—4 mm x 2—3 mm, berwarna keabuan atau coklat-hitam dengan titik kuning menyala.
B. Prospek Tanaman Khenaf
Kegunaan serat kenaf yang kering, digunakan dalam pembuatan tekstil kasar seperti, pakaian hessian dan karung untuk mengemas komoditas pertanian dan industri, juga dibuat menjadi benang, tambang dan benang sepatu. Bijinya dapat dimakan dan dapat digunakan sebagai pupuk alami.
Kenaf (Hibiscus cannabinus L) merupakan salah satu komoditas perkebunan yang memiliki peluang besar untuk menghasilkan devisa. Hampir seluruh komponen tanaman dapat digunakan sebagai bahan baku industri, seperti: Daun : pakan ternak, pupuk organic, makanan anak-anak (jelly)
Kayu : briket bahan bakar, perangkat rumah seperti daun pintu, kusen, jendela, particle board Serat : pulp dan kertas, geotekstil, doortrim, fibre drain, karpet, hardboard, handicraft. Biji : minyak goreng, farmasi, kosmetik
Keunggulan komoditas kenaf adalah: berumur pendek (4-5 bulan), mampu beradaptasi di berbagai lingkungan tumbuh marjinal, seperti lahan banjir (bonorowo), podsolik merah kuning, gambut dan tadah hujan. Gangguan hama dan penyakit sedikit dan biaya produksi rendah. Di samping multiguna, kenaf juga termasuk komoditas ramah lingkungan karena mudah terdegradasi dan selama pertumbuhannya dapat menangkap karbondioksida (CO2) di udara sehingga dapat mengurangi pencemaran udara (Eko, 2010).
C. Budidaya Tanaman Khenaf
a. Persyaratan Tumbuh
Kenaf dapat tumbuh hampir pada semua tipe tanah, tetapi tanah yang ideal untuk kenaf yaitu tanahlempung berpasir atau lempung liat berpasir dengan drainase yang baik (Dempsey, 1963). Sebagai petunjuk, bila tanah cocok untuk tanaman jagung, berarti juga cocok untuk kenaf. Kenyataannya pengembangan kenaf juga berada di daerab pertanaman jagung. Pada umumnya petani menanam kenaf secara tumpang sari atau tumpang sisip dengan jagung. Kenaf agak tahan kekeringan, namun karena seluruh bagian vegetatifnya (batang) harusdipanen pada umur 3,5-4 bulan, maka ketersediaan air selama pertumbuhan harus cukup. Kebutuhan air untuk kenaf sebesar 600 mm selama empat bulan (Iswindiyono dan Sastrosupadi, 1987). Kisaran pH cukup luas, yaitu dari 4,5-6,5 sehingga kenaf dapat tumbuh baik di tanah yang agak masam, antara lain di lahan gambut, khususnya untuk varietas He G4.
Drainase pada stadia awal pertumbuhan harus baik, meskipun pada stadia lanjut kenaf dapat tumbuh dalam keadaan tergenang. Di daerab banjir waktu tanam harus diatur sedemikian rupa sehingga pada waktu mulai tergenang tanaman paling sedikit sudah berumur dua bulan. Dengan cara tersebut kenaf masih dapat menghasilkan serat cukup tinggi. Tanaman semakin tua semakin tahan terhadap genangan.
Iklim
Curah hujan yang dikehendaki oleh kenaf selama pertumbuhannya sebesar 500-750 mm atau curah hujan setiap bulan 125-150 mm (Berger, 1969; Sinha dan Guharoy, 1987; Dempsey, 1963). Bila curah hujan kurang dari jumlah tersebut, umumnya perlu dibantu dengan pengairan dari irigasi maupun pompa.
b. Pengadaan benih bermutu
Pengadaan benih sebar harus berkesinambungan, setiap tahun harus tersedia sesuai dengan areal tanaman serat. Dalam situasi seperti ini, selain jumlab benih, maka mutu benih (mutu genetis, fisis, dan fisiologis) perlu ditangani dengan sungguh-sungguh. Sampai saat ini Balittas masih sanggup menyediakan benih dasar, selanjutnya penangkaran menjadi benih pokok dan sebar menjadi tanggung jawab pihak pengelola. SebeIum ada pihak yang berhak mengeluarkan sertifikat benih, Balittas ditunjuk untuk melaksanakan sertifikasi benih dengan dukungan dana dari pengelola. Untuk keperluan ini Balittas sejak awal harus terlibat langsung, khususnya dalam penyelenggaraan kebun penangkar benih. Dari benih yang bermutu akan memperoleh produktivitas serat yang tinggi meskipun harga benih menjadi lebih mahal.daripada harga sekarang yaitu Rp1.250/kg. Sebagai imbalannya, pemakaian benih per hektar berkurang dan dapat dijamin produktivitas seratnya lebih tinggi. Pada Tabel 1 disajikan biaya produksi untuk memproduksi benih dasar kenaf Hc 48 per hektar di KP Asembagus Harga benih dasar kenaf Hc 48 di KP Asembagus Rp 2.974.000/1.200 kg =Rp2.478,33/kg atau dibulatkan Rp2.500. Diperkirakan bila mengusahakan benih sebar di daerah Asembagus akan menghasilkan 1.400
kg/ha dengan biaya Rp2.494.000,- sehingga harga benih sebar Hc 48 = Rp1.781,-/kg atau dibulatkan Rp1.800,-/kg. Bagi pengelola yang menginginkan benih dasar dari Balittas harus mengajukan rencananya satu tahun sebelum tanam. Perlu diingat bahwa benih dasar yang dihasilkan baru dapat menjadi benih sebarpada tahun ke-3 seperti alur pengadaan benih di bawah ini. Diperkirakan bila mengusahakan benih sebar di daerah Asembagus akan menghasilkan 1.400 kg/ha dengan biaya Rp2.494.000,- sehingga harga benih sebarHc 48 = Rp1.781,-/kg atau dibulatkan Rp1.800,-/kg.
c. Waktu Tanam Setempat
Tanaman kenaf tergolong tanaman hari pendek. Bila tanaman tersebut ditanam pada bulan-bulan dengan fotoperiode yang pendek, maka tanaman akan cepat berbunga, batang pendek, dan produktivitas seratnya rendah. Agar tanaman berbatang tinggi (> 2,5 m) dan berdiameter optimal (1,5 cm), maka pada fase vegetatif harus mendapat penyinaran yang panjang. Jadi selama pertumbuhan fase vegetatif tersebut diusahakan jatuh pada bulan yang mempunyai fotoperiode panjang. Oleh karena itu bulan tanam harus disesuaikan dengan ritme pergerakan bumi mengelilingi matahari. Untuk belahan bumi selatan maka bulan yang mempunyai fotoperiode panjang jatuh pada bulan Agustus-Oktober.Patokan waktu tanam untuk varietas tanaman serat karung disajikan pada Tabel
d. Populasi Tanaman Dan Jarak Tanam
Populasi dan jarak tanam tergantung dari tingkat kesuburan tanahnya. Pada umumnya populasi untuk TSK berkisar dari 250.000-330.000 tanaman/ha atau dengan jarak tanam (20 cm x 20 cm)-(20 cm x 15 cm) dengan satu tanaman tiap lubang. Tanaman serat karung yang dipanen adalah bagian vegetatifnya, agar produktivitasnya tinggi, maka tanaman harus berbatang tinggi dengan diameter besar. Tanaman yang berdiameter kecil ( < 10 mm) seratnya akan mudah hancur pada waktu retting (proses perendaman batang) dan bila diameternya terlabesar (> 22 mm), bagian bawah batang membutuhkan waktu retting yang lama atau sulit untuk diserat. Nurheru et al. (1990) telah memperoleh hubugan antara hasil serat dengan tinggi dan diameter batang kenaf Hc 48 pada 15 hari sebelum panen sebagai berikut:
Y = 0,7T 0,65 D11,43
Y adalah hasil serat untuk 100.000 batang dalam kg, T tinggi tanaman dalam cm, dan D1 diameter batang bagian bawah dalam mm (diukur + 10 cm dari permukaan tanah atau pangkal batang). Dalam praktek masih banyak dijumpai petani memelihara lebih dari dua tanaman/lubang. Hal ini mungkin disebabkan cara penanamannya dengan cara disebar. Rasa sayang petani untuk membuang tanaman yang berkelebihan masih melekat dan sulit untuk disadarkan. Alasnnya antara lain untuk berjagajaga bila ada pengaruh luar yang kurang baik (hama, penyakit, kerusakan lain), atau mungkin kurang tersedianya tenaga untuk mclakukan penjarangan sehingga jumlah tanaman masih tetap banyak.
e. Pemupukan
Pada dasarnya pemupukan untuk kenaf menganut sistem pemupukan berimbang, yaitu pemberian hara disesuaikan dengan kebutuhan tanaman dan tingkat kesuburan tanahnya. Menurut Ghosh (1978) panen serat varietas Hc 867 sebesar 1,7 ton/ha menyerap unsur hara 96 kg N, 26 kg P, 120 kg K, 137 kg Ca, dan 29 kg Mg. Dari hasil analisis tanah di wilayah pengembangan kenaf, unsur K, Ca, dan Mg umumnya tidak menjadi masalah atau cukup tersedia, sedang N dan P sering kekurangan, terutama unsure N. Hal ini sesuai dengan sifat tanaman kenaf. Karena yang dipanen bagian vegetatif berupa batang, maka tanaman kenaf sangat responsif terhadap pemupukan N. Pemberian 1/3 N pada umur 10 hari dimaksudkan untuk starter, karena sampai umur satu bulan laju pertumbuhan kenaf masih kecil. Laju pertumbuhan terbesar terjadi pada umur 30 hari sampai dengan umur 60 hari. Karena itu 213 N diberikan pada waktu kenaf berumur 30-35 hari. Pupuk N dapat pula diberikan tiga kali, yaitu pada umur 10, 30, dan 60 hari.
f. Panen Dan Penyeratan
Umur panen sangat mempengaruhi produktivitas dan kualitas serat. Umur panen yang optimal untuk kenaf yaitu bila 50% dari populasi sudah berbunga atau dapat ditunda sampai bunga yang kesepuluh mekar. Pada waktu mulai berbunga tanaman dalam Case generatif dan pertumbuhan vegetatif yang dicerminkan oleh aktivitas kambium mulai berhenti. Dalam Case vegetatif, kambium membentuk kulit dan sel-sel serat. Dalam fase generatif sudah tidak terjadi pembentukan serat. Bila panen terlambat atau kelewat masak, akan terjadi perombakan karbohidra~ serat untuk dikirimkan ke buah. Panen yang terlalu muda menghasilkan produktivitas dan kualitas yang rendah, meskipun warna seratnya putih. Sebaliknya panen yang terlalu tua (buah sudah mulai kering) kualitas seratnya rendah, serat menjadi rapuh karena meningkatnya kandungan lignin dan kekuatan serat juga turun Pemotongan batang hendaknya pada pangkal batang dekat permukaan tanah, karena kandungan serat yang paling tinggi terdapat pada sepertiga batang bagian bawah.
Perendaman batang atau kulit (retting)
Agar dapat diambil seratnya, maka batang berkulit atau kulit batang harus direndam dalam kolam perendaman. Dengan perendaman sel-sel serat dapat terlepas melalui proses mikrobiologis. Terlepasnya serat hanya dapat dilakukan karena adanya perombakan substansi yang mengelilingi sel serat oleh aktivitas bakteri. Bila. yang direndam seluruh batang, maka waktu yang diperlukan untuk perendaman adalah 14-20 Hari. Bila yang direndam banya kulitnya, waktu perendaman hanya 7-10 hari saja. Untuk melepaskan kulit dari kayu kenaf digunakan alat pengelupas kulit atau ribboner. Proses penyeratan dan perendaman batang merupakan pekerjaan yang sangat banyak membutuhkan tenaga dan biaya. Umumnya kemampuan petani untuk menyerat adalah 15-20 kg serat kering/ha/orang. Selain memerlukan banyak tenaga, pekerjaan menyerat dirasakan se bagai pekerjaan yang kurang nyaman karena berhadapan. dengan proses pembusukan kulit oleh kegiatan mikroba yang menghasilkan aroma yang kurang sedap.
Serat akan meneapaigrade A apabila ketentuan sebagai berikut dapat dipenuhi:
a. Perendaman ditempatkan pada kolam-kolam rendaman yang airnya mengalir secara per lahan-lahan. Batang harus berada di bawah permukaan air. Sebagai pemberat batang agar terendam air digunakan bahan-bahan yang tidak mempengaruhi kualitas.
b. Batang pisang tidak baik sebagai bahan pemberat karena mengandung senyawa tanin yang dapat menyebabkan serat berwarna hitam. Juga bahan mengandung Fe perlu dihindari karena Fe menyebabkan warna serat menjadi hitam.
c. Merendam batang yang mempunyai ukuran relatif sama agar diperoleh waktu masak yang seragam.
d. Diameter ikatan batang yang direndam jangan melebihi 20 cm karena bila terlalu besar bagian dalam memerlukan waktu masak lebih lama.
e. Kedalaman kolam rendaman kurang lebih 100 cm
Pemberian Urea ke dalam kolam perendaman dapat mempersingkat waktu retting dan meningkatkan kualitas serat. Dosis Urea untuk setiap 1.000 kg batang yang direndam adalah 0,1 kg (Adjie, 2007).
DAFTAR PUSTAKA
Adjie, 2007. Budidaya Khenaf. Jurnal Balai Penelitian Tanaman tembakau dan Serat. Malang. Diakses 18 April 2011.
Berger, J. 1969. The world's major fiber crops, their cultivation and manuring. Centre D'Etude Del Azote 6, Zurich.
Dempsey, J.M. 1963. Long vegetable fiber development in South Vietnam and Other Asian Countries. USOM-Saigon. Disbun TIt. I Jawa 1imur. 1992. Laporan evaluasi Program ISKARA 1991/1992.Surabaya.
Ghosh, T. 1978. Jute manual. Agric. Res. lost. Yesin. Burma.
Iswindiyono, S. dan A Sastrosupadi. 1987. Pengaruh interval pemberian air pada tenaf dan jute terbadap pertumbuhan.Skripsi SI Rttultas Pertanian, UPN "Veteran" Sufabaya.
Nurheru, A. Chandra Setiawan, dan A Sastrosupadi. 1990. Studi pendahuluan pendugaan produksi serat tenaf Hc 48 berdasarkan tinggi tanaman dan diameter batang. PTTS 5(2): 132-138.
Sastrosupadi, A. 1989. Hasil-basil penetitian serat batang selama Pelita IV. Prosiding Simposium I Hasil Penelitian dan Pengembangan Thnaman Industri, Bogor.
Sinha, M.K. and M.K Guharoy. 1987. Production technologies for jute and allied fibers. JARI, Barrack pore, West Bengal.
Kenaf merupakan tanaman asli Afrika, di negara-negara selatan Sahara, Hibiscus cannabinus merupakan tanaman liar yang umum dan secara luas ditanam sebagai tanaman sayuran dan serat. Angola kemungkinan menjadi pusat tanamn asli yang pertama,tetapi keragaman morfologi terbesar ditemukan di Afrika Utara. Baik kenaf maupun rosella (Hibiscus sabdariffa L.) temukan pertama pada awal abad 4000 SM di Sudan, dibawa ke India tidak diketahui waktunya.
Negara penghasil kenaf terbesar adalah Bengal Barat dan daerah pantai sepanjang Visakhapatnam (Andhra Pradesh) dan Madras (Tamil Nadu). Kenaf dikenalkan ke Indonesia dari India pada tahun 1904. Program budidaya Kenaf secara ekstensif dimulai pada tahun 1920an di daerah Caucasus Federasi Rusia (USSR) dan dari sana dibawa ke China pada tahun 1935. Produksi Kenaf juga dimulai setelah tahun 1945, misalnya di Amerika Serikat, Kuba dan Amerika Selatan. Sekarang Kenaf telah menyebar luas di daerah tropik dan subtropik, sebagai tanaman serat. Di Malyasia ditanam sebagai pengganti tembakau untuk mengurangi produksi rokok.
Taksonomi Tanaman Kenaf Tanaman kenaf memiliki taksonomi sebagai berikut:
Divisio : Spermatophyta
Sub divisio : Angiospermae
Kelas : Dicotylledoneae
Ordo : Malvaceae
Genus : Hibiscus
Spesies : Hibiscus cannabinus L.
Kenaf mempunyai adaptasi yang lebar terhadap iklim dan tanah. Tanaman ini tumbuh pada 45°N dan 30°S. Tanaman Kenaf toleran terhadap variasi temperatur harian antara 10°C dan 50°C, tetapi mati oleh salju. Tanaman ini tumbuh terbaik pada temperaur harian diatas 20°C dan curah hujan bulanan rata-rata 100—125 mm. Kondisi ini ditemukan selama musim hujan di daerah tropik dan musim panas di daerah subtropik.
Kenaf merupakan tanaman berhari pendek: meskipun beberapa kultivar meninggalkan bagian vegetatifnya sampai periode pencahayaan turun dibawah 12,5 jam. Beberapa kultivar ditanam pada 20°N, kemudian tidak mulai berbunga pada awal September. Pada latitude yang lebih tinggi, kebiasaan berbunga lebih lambat, pada daerah equator, tanaman berbunga lebih awal dan mencapai tinggi yang tidak mencukupi, kecuali kultivar yang ditanam adalah photo-insensitive.
Kenaf dapat tumbuh pada berbagai tanah, tetapi paling baik pada tanah lempung aluvial atau kolluvial berpasir, dengan pH 6—6.8. Tanaman ini toleran terhadap garam, tetapi sensitif terhadap hilangnya air.
Morfologi Kenaf, merupakan herba tegak, satu tahunan, tinggi tumbuhan liar mencapai 2 m, jika ditanam mencapai 5 m. Batang pipih, silindris, pada tanaman budidaya tidak bercabang dan gundul, pigmentasi seluruhnya hijau, hijau dengan merah atau ungu ataupun seluruhnya merah, kadang separo dibawah hijau dan separo diatas berpigmentasi.
Daun berseling, stipula filiform, panjang 5—8 mm, berambut, panjang tangkai daun 3—30 cm, pada bagian adaksial berambut rata dan pada bagian abaksial berbulu tegak, berwarna hijau hingga merah; helaian daun berukuran 1—19 cm x 0.1—20 cm, pangkal daun meruncing sampai bentuk jantung, tepi beringgit atau bergigi, ujung daun meruncing, permukaan atas gundul, permukaan bawah berambut sepanjang urat daun. Bunga axiler, soliter atau kadang berkelompok dekat ujung, biseksual, diameter 7.5—10 cm; kelopak menggenta, berwarna hijau, berbulu tegak, mahkota besar dan terlihat, biasanya berwarna krem hingga kuning dengan merah pada pangkal dalamnya, terkadang biru atau ungu. Buah bulat telur, tipe kapsul, 12—20 mm x 11—15 mm, berambut lebat, mengandung 20—25(—35) biji. Biji bentuk ginjal hingga triangular dengan sudut runcing, 3—4 mm x 2—3 mm, berwarna keabuan atau coklat-hitam dengan titik kuning menyala.
B. Prospek Tanaman Khenaf
Kegunaan serat kenaf yang kering, digunakan dalam pembuatan tekstil kasar seperti, pakaian hessian dan karung untuk mengemas komoditas pertanian dan industri, juga dibuat menjadi benang, tambang dan benang sepatu. Bijinya dapat dimakan dan dapat digunakan sebagai pupuk alami.
Kenaf (Hibiscus cannabinus L) merupakan salah satu komoditas perkebunan yang memiliki peluang besar untuk menghasilkan devisa. Hampir seluruh komponen tanaman dapat digunakan sebagai bahan baku industri, seperti: Daun : pakan ternak, pupuk organic, makanan anak-anak (jelly)
Kayu : briket bahan bakar, perangkat rumah seperti daun pintu, kusen, jendela, particle board Serat : pulp dan kertas, geotekstil, doortrim, fibre drain, karpet, hardboard, handicraft. Biji : minyak goreng, farmasi, kosmetik
Keunggulan komoditas kenaf adalah: berumur pendek (4-5 bulan), mampu beradaptasi di berbagai lingkungan tumbuh marjinal, seperti lahan banjir (bonorowo), podsolik merah kuning, gambut dan tadah hujan. Gangguan hama dan penyakit sedikit dan biaya produksi rendah. Di samping multiguna, kenaf juga termasuk komoditas ramah lingkungan karena mudah terdegradasi dan selama pertumbuhannya dapat menangkap karbondioksida (CO2) di udara sehingga dapat mengurangi pencemaran udara (Eko, 2010).
C. Budidaya Tanaman Khenaf
a. Persyaratan Tumbuh
Kenaf dapat tumbuh hampir pada semua tipe tanah, tetapi tanah yang ideal untuk kenaf yaitu tanahlempung berpasir atau lempung liat berpasir dengan drainase yang baik (Dempsey, 1963). Sebagai petunjuk, bila tanah cocok untuk tanaman jagung, berarti juga cocok untuk kenaf. Kenyataannya pengembangan kenaf juga berada di daerab pertanaman jagung. Pada umumnya petani menanam kenaf secara tumpang sari atau tumpang sisip dengan jagung. Kenaf agak tahan kekeringan, namun karena seluruh bagian vegetatifnya (batang) harusdipanen pada umur 3,5-4 bulan, maka ketersediaan air selama pertumbuhan harus cukup. Kebutuhan air untuk kenaf sebesar 600 mm selama empat bulan (Iswindiyono dan Sastrosupadi, 1987). Kisaran pH cukup luas, yaitu dari 4,5-6,5 sehingga kenaf dapat tumbuh baik di tanah yang agak masam, antara lain di lahan gambut, khususnya untuk varietas He G4.
Drainase pada stadia awal pertumbuhan harus baik, meskipun pada stadia lanjut kenaf dapat tumbuh dalam keadaan tergenang. Di daerab banjir waktu tanam harus diatur sedemikian rupa sehingga pada waktu mulai tergenang tanaman paling sedikit sudah berumur dua bulan. Dengan cara tersebut kenaf masih dapat menghasilkan serat cukup tinggi. Tanaman semakin tua semakin tahan terhadap genangan.
Iklim
Curah hujan yang dikehendaki oleh kenaf selama pertumbuhannya sebesar 500-750 mm atau curah hujan setiap bulan 125-150 mm (Berger, 1969; Sinha dan Guharoy, 1987; Dempsey, 1963). Bila curah hujan kurang dari jumlah tersebut, umumnya perlu dibantu dengan pengairan dari irigasi maupun pompa.
b. Pengadaan benih bermutu
Pengadaan benih sebar harus berkesinambungan, setiap tahun harus tersedia sesuai dengan areal tanaman serat. Dalam situasi seperti ini, selain jumlab benih, maka mutu benih (mutu genetis, fisis, dan fisiologis) perlu ditangani dengan sungguh-sungguh. Sampai saat ini Balittas masih sanggup menyediakan benih dasar, selanjutnya penangkaran menjadi benih pokok dan sebar menjadi tanggung jawab pihak pengelola. SebeIum ada pihak yang berhak mengeluarkan sertifikat benih, Balittas ditunjuk untuk melaksanakan sertifikasi benih dengan dukungan dana dari pengelola. Untuk keperluan ini Balittas sejak awal harus terlibat langsung, khususnya dalam penyelenggaraan kebun penangkar benih. Dari benih yang bermutu akan memperoleh produktivitas serat yang tinggi meskipun harga benih menjadi lebih mahal.daripada harga sekarang yaitu Rp1.250/kg. Sebagai imbalannya, pemakaian benih per hektar berkurang dan dapat dijamin produktivitas seratnya lebih tinggi. Pada Tabel 1 disajikan biaya produksi untuk memproduksi benih dasar kenaf Hc 48 per hektar di KP Asembagus Harga benih dasar kenaf Hc 48 di KP Asembagus Rp 2.974.000/1.200 kg =Rp2.478,33/kg atau dibulatkan Rp2.500. Diperkirakan bila mengusahakan benih sebar di daerah Asembagus akan menghasilkan 1.400
kg/ha dengan biaya Rp2.494.000,- sehingga harga benih sebar Hc 48 = Rp1.781,-/kg atau dibulatkan Rp1.800,-/kg. Bagi pengelola yang menginginkan benih dasar dari Balittas harus mengajukan rencananya satu tahun sebelum tanam. Perlu diingat bahwa benih dasar yang dihasilkan baru dapat menjadi benih sebarpada tahun ke-3 seperti alur pengadaan benih di bawah ini. Diperkirakan bila mengusahakan benih sebar di daerah Asembagus akan menghasilkan 1.400 kg/ha dengan biaya Rp2.494.000,- sehingga harga benih sebarHc 48 = Rp1.781,-/kg atau dibulatkan Rp1.800,-/kg.
c. Waktu Tanam Setempat
Tanaman kenaf tergolong tanaman hari pendek. Bila tanaman tersebut ditanam pada bulan-bulan dengan fotoperiode yang pendek, maka tanaman akan cepat berbunga, batang pendek, dan produktivitas seratnya rendah. Agar tanaman berbatang tinggi (> 2,5 m) dan berdiameter optimal (1,5 cm), maka pada fase vegetatif harus mendapat penyinaran yang panjang. Jadi selama pertumbuhan fase vegetatif tersebut diusahakan jatuh pada bulan yang mempunyai fotoperiode panjang. Oleh karena itu bulan tanam harus disesuaikan dengan ritme pergerakan bumi mengelilingi matahari. Untuk belahan bumi selatan maka bulan yang mempunyai fotoperiode panjang jatuh pada bulan Agustus-Oktober.Patokan waktu tanam untuk varietas tanaman serat karung disajikan pada Tabel
d. Populasi Tanaman Dan Jarak Tanam
Populasi dan jarak tanam tergantung dari tingkat kesuburan tanahnya. Pada umumnya populasi untuk TSK berkisar dari 250.000-330.000 tanaman/ha atau dengan jarak tanam (20 cm x 20 cm)-(20 cm x 15 cm) dengan satu tanaman tiap lubang. Tanaman serat karung yang dipanen adalah bagian vegetatifnya, agar produktivitasnya tinggi, maka tanaman harus berbatang tinggi dengan diameter besar. Tanaman yang berdiameter kecil ( < 10 mm) seratnya akan mudah hancur pada waktu retting (proses perendaman batang) dan bila diameternya terlabesar (> 22 mm), bagian bawah batang membutuhkan waktu retting yang lama atau sulit untuk diserat. Nurheru et al. (1990) telah memperoleh hubugan antara hasil serat dengan tinggi dan diameter batang kenaf Hc 48 pada 15 hari sebelum panen sebagai berikut:
Y = 0,7T 0,65 D11,43
Y adalah hasil serat untuk 100.000 batang dalam kg, T tinggi tanaman dalam cm, dan D1 diameter batang bagian bawah dalam mm (diukur + 10 cm dari permukaan tanah atau pangkal batang). Dalam praktek masih banyak dijumpai petani memelihara lebih dari dua tanaman/lubang. Hal ini mungkin disebabkan cara penanamannya dengan cara disebar. Rasa sayang petani untuk membuang tanaman yang berkelebihan masih melekat dan sulit untuk disadarkan. Alasnnya antara lain untuk berjagajaga bila ada pengaruh luar yang kurang baik (hama, penyakit, kerusakan lain), atau mungkin kurang tersedianya tenaga untuk mclakukan penjarangan sehingga jumlah tanaman masih tetap banyak.
e. Pemupukan
Pada dasarnya pemupukan untuk kenaf menganut sistem pemupukan berimbang, yaitu pemberian hara disesuaikan dengan kebutuhan tanaman dan tingkat kesuburan tanahnya. Menurut Ghosh (1978) panen serat varietas Hc 867 sebesar 1,7 ton/ha menyerap unsur hara 96 kg N, 26 kg P, 120 kg K, 137 kg Ca, dan 29 kg Mg. Dari hasil analisis tanah di wilayah pengembangan kenaf, unsur K, Ca, dan Mg umumnya tidak menjadi masalah atau cukup tersedia, sedang N dan P sering kekurangan, terutama unsure N. Hal ini sesuai dengan sifat tanaman kenaf. Karena yang dipanen bagian vegetatif berupa batang, maka tanaman kenaf sangat responsif terhadap pemupukan N. Pemberian 1/3 N pada umur 10 hari dimaksudkan untuk starter, karena sampai umur satu bulan laju pertumbuhan kenaf masih kecil. Laju pertumbuhan terbesar terjadi pada umur 30 hari sampai dengan umur 60 hari. Karena itu 213 N diberikan pada waktu kenaf berumur 30-35 hari. Pupuk N dapat pula diberikan tiga kali, yaitu pada umur 10, 30, dan 60 hari.
f. Panen Dan Penyeratan
Umur panen sangat mempengaruhi produktivitas dan kualitas serat. Umur panen yang optimal untuk kenaf yaitu bila 50% dari populasi sudah berbunga atau dapat ditunda sampai bunga yang kesepuluh mekar. Pada waktu mulai berbunga tanaman dalam Case generatif dan pertumbuhan vegetatif yang dicerminkan oleh aktivitas kambium mulai berhenti. Dalam Case vegetatif, kambium membentuk kulit dan sel-sel serat. Dalam fase generatif sudah tidak terjadi pembentukan serat. Bila panen terlambat atau kelewat masak, akan terjadi perombakan karbohidra~ serat untuk dikirimkan ke buah. Panen yang terlalu muda menghasilkan produktivitas dan kualitas yang rendah, meskipun warna seratnya putih. Sebaliknya panen yang terlalu tua (buah sudah mulai kering) kualitas seratnya rendah, serat menjadi rapuh karena meningkatnya kandungan lignin dan kekuatan serat juga turun Pemotongan batang hendaknya pada pangkal batang dekat permukaan tanah, karena kandungan serat yang paling tinggi terdapat pada sepertiga batang bagian bawah.
Perendaman batang atau kulit (retting)
Agar dapat diambil seratnya, maka batang berkulit atau kulit batang harus direndam dalam kolam perendaman. Dengan perendaman sel-sel serat dapat terlepas melalui proses mikrobiologis. Terlepasnya serat hanya dapat dilakukan karena adanya perombakan substansi yang mengelilingi sel serat oleh aktivitas bakteri. Bila. yang direndam seluruh batang, maka waktu yang diperlukan untuk perendaman adalah 14-20 Hari. Bila yang direndam banya kulitnya, waktu perendaman hanya 7-10 hari saja. Untuk melepaskan kulit dari kayu kenaf digunakan alat pengelupas kulit atau ribboner. Proses penyeratan dan perendaman batang merupakan pekerjaan yang sangat banyak membutuhkan tenaga dan biaya. Umumnya kemampuan petani untuk menyerat adalah 15-20 kg serat kering/ha/orang. Selain memerlukan banyak tenaga, pekerjaan menyerat dirasakan se bagai pekerjaan yang kurang nyaman karena berhadapan. dengan proses pembusukan kulit oleh kegiatan mikroba yang menghasilkan aroma yang kurang sedap.
Serat akan meneapaigrade A apabila ketentuan sebagai berikut dapat dipenuhi:
a. Perendaman ditempatkan pada kolam-kolam rendaman yang airnya mengalir secara per lahan-lahan. Batang harus berada di bawah permukaan air. Sebagai pemberat batang agar terendam air digunakan bahan-bahan yang tidak mempengaruhi kualitas.
b. Batang pisang tidak baik sebagai bahan pemberat karena mengandung senyawa tanin yang dapat menyebabkan serat berwarna hitam. Juga bahan mengandung Fe perlu dihindari karena Fe menyebabkan warna serat menjadi hitam.
c. Merendam batang yang mempunyai ukuran relatif sama agar diperoleh waktu masak yang seragam.
d. Diameter ikatan batang yang direndam jangan melebihi 20 cm karena bila terlalu besar bagian dalam memerlukan waktu masak lebih lama.
e. Kedalaman kolam rendaman kurang lebih 100 cm
Pemberian Urea ke dalam kolam perendaman dapat mempersingkat waktu retting dan meningkatkan kualitas serat. Dosis Urea untuk setiap 1.000 kg batang yang direndam adalah 0,1 kg (Adjie, 2007).
DAFTAR PUSTAKA
Adjie, 2007. Budidaya Khenaf. Jurnal Balai Penelitian Tanaman tembakau dan Serat. Malang. Diakses 18 April 2011.
Berger, J. 1969. The world's major fiber crops, their cultivation and manuring. Centre D'Etude Del Azote 6, Zurich.
Dempsey, J.M. 1963. Long vegetable fiber development in South Vietnam and Other Asian Countries. USOM-Saigon. Disbun TIt. I Jawa 1imur. 1992. Laporan evaluasi Program ISKARA 1991/1992.Surabaya.
Ghosh, T. 1978. Jute manual. Agric. Res. lost. Yesin. Burma.
Iswindiyono, S. dan A Sastrosupadi. 1987. Pengaruh interval pemberian air pada tenaf dan jute terbadap pertumbuhan.Skripsi SI Rttultas Pertanian, UPN "Veteran" Sufabaya.
Nurheru, A. Chandra Setiawan, dan A Sastrosupadi. 1990. Studi pendahuluan pendugaan produksi serat tenaf Hc 48 berdasarkan tinggi tanaman dan diameter batang. PTTS 5(2): 132-138.
Sastrosupadi, A. 1989. Hasil-basil penetitian serat batang selama Pelita IV. Prosiding Simposium I Hasil Penelitian dan Pengembangan Thnaman Industri, Bogor.
Sinha, M.K. and M.K Guharoy. 1987. Production technologies for jute and allied fibers. JARI, Barrack pore, West Bengal.
Selasa, 26 April 2011
Budidaya Tanaman Khenaf
A. Pendahuluan
Kenaf merupakan tanaman asli Afrika, di negara-negara selatan Sahara, Hibiscus cannabinus merupakan tanaman liar yang umum dan secara luas ditanam sebagai tanaman sayuran dan serat. Angola kemungkinan menjadi pusat tanamn asli yang pertama,tetapi keragaman morfologi terbesar ditemukan di Afrika Utara. Baik kenaf maupun rosella (Hibiscus sabdariffa L.) temukan pertama pada awal abad 4000 SM di Sudan, dibawa ke India tidak diketahui waktunya.
Negara penghasil kenaf terbesar adalah Bengal Barat dan daerah pantai sepanjang Visakhapatnam (Andhra Pradesh) dan Madras (Tamil Nadu). Kenaf dikenalkan ke Indonesia dari India pada tahun 1904. Program budidaya Kenaf secara ekstensif dimulai pada tahun 1920an di daerah Caucasus Federasi Rusia (USSR) dan dari sana dibawa ke China pada tahun 1935. Produksi Kenaf juga dimulai setelah tahun 1945, misalnya di Amerika Serikat, Kuba dan Amerika Selatan. Sekarang Kenaf telah menyebar luas di daerah tropik dan subtropik, sebagai tanaman serat. Di Malyasia ditanam sebagai pengganti tembakau untuk mengurangi produksi rokok.
Taksonomi Tanaman Kenaf Tanaman kenaf memiliki taksonomi sebagai berikut:
Divisio : Spermatophyta
Sub divisio : Angiospermae
Kelas : Dicotylledoneae
Ordo : Malvaceae
Genus : Hibiscus
Spesies : Hibiscus cannabinus L.
Kenaf mempunyai adaptasi yang lebar terhadap iklim dan tanah. Tanaman ini tumbuh pada 45°N dan 30°S. Tanaman Kenaf toleran terhadap variasi temperatur harian antara 10°C dan 50°C, tetapi mati oleh salju. Tanaman ini tumbuh terbaik pada temperaur harian diatas 20°C dan curah hujan bulanan rata-rata 100—125 mm. Kondisi ini ditemukan selama musim hujan di daerah tropik dan musim panas di daerah subtropik.
Kenaf merupakan tanaman berhari pendek: meskipun beberapa kultivar meninggalkan bagian vegetatifnya sampai periode pencahayaan turun dibawah 12,5 jam. Beberapa kultivar ditanam pada 20°N, kemudian tidak mulai berbunga pada awal September. Pada latitude yang lebih tinggi, kebiasaan berbunga lebih lambat, pada daerah equator, tanaman berbunga lebih awal dan mencapai tinggi yang tidak mencukupi, kecuali kultivar yang ditanam adalah photo-insensitive.
Kenaf dapat tumbuh pada berbagai tanah, tetapi paling baik pada tanah lempung aluvial atau kolluvial berpasir, dengan pH 6—6.8. Tanaman ini toleran terhadap garam, tetapi sensitif terhadap hilangnya air.
Morfologi Kenaf, merupakan herba tegak, satu tahunan, tinggi tumbuhan liar mencapai 2 m, jika ditanam mencapai 5 m. Batang pipih, silindris, pada tanaman budidaya tidak bercabang dan gundul, pigmentasi seluruhnya hijau, hijau dengan merah atau ungu ataupun seluruhnya merah, kadang separo dibawah hijau dan separo diatas berpigmentasi.
Daun berseling, stipula filiform, panjang 5—8 mm, berambut, panjang tangkai daun 3—30 cm, pada bagian adaksial berambut rata dan pada bagian abaksial berbulu tegak, berwarna hijau hingga merah; helaian daun berukuran 1—19 cm x 0.1—20 cm, pangkal daun meruncing sampai bentuk jantung, tepi beringgit atau bergigi, ujung daun meruncing, permukaan atas gundul, permukaan bawah berambut sepanjang urat daun. Bunga axiler, soliter atau kadang berkelompok dekat ujung, biseksual, diameter 7.5—10 cm; kelopak menggenta, berwarna hijau, berbulu tegak, mahkota besar dan terlihat, biasanya berwarna krem hingga kuning dengan merah pada pangkal dalamnya, terkadang biru atau ungu. Buah bulat telur, tipe kapsul, 12—20 mm x 11—15 mm, berambut lebat, mengandung 20—25(—35) biji. Biji bentuk ginjal hingga triangular dengan sudut runcing, 3—4 mm x 2—3 mm, berwarna keabuan atau coklat-hitam dengan titik kuning menyala.
B. Prospek Tanaman Khenaf
Kegunaan serat kenaf yang kering, digunakan dalam pembuatan tekstil kasar seperti, pakaian hessian dan karung untuk mengemas komoditas pertanian dan industri, juga dibuat menjadi benang, tambang dan benang sepatu. Bijinya dapat dimakan dan dapat digunakan sebagai pupuk alami.
Kenaf (Hibiscus cannabinus L) merupakan salah satu komoditas perkebunan yang memiliki peluang besar untuk menghasilkan devisa. Hampir seluruh komponen tanaman dapat digunakan sebagai bahan baku industri, seperti: Daun : pakan ternak, pupuk organic, makanan anak-anak (jelly)
Kayu : briket bahan bakar, perangkat rumah seperti daun pintu, kusen, jendela, particle board Serat : pulp dan kertas, geotekstil, doortrim, fibre drain, karpet, hardboard, handicraft. Biji : minyak goreng, farmasi, kosmetik
Keunggulan komoditas kenaf adalah: berumur pendek (4-5 bulan), mampu beradaptasi di berbagai lingkungan tumbuh marjinal, seperti lahan banjir (bonorowo), podsolik merah kuning, gambut dan tadah hujan. Gangguan hama dan penyakit sedikit dan biaya produksi rendah. Di samping multiguna, kenaf juga termasuk komoditas ramah lingkungan karena mudah terdegradasi dan selama pertumbuhannya dapat menangkap karbondioksida (CO2) di udara sehingga dapat mengurangi pencemaran udara (Eko, 2010).
C. Budidaya Tanaman Khenaf
a. Persyaratan Tumbuh
Kenaf dapat tumbuh hampir pada semua tipe tanah, tetapi tanah yang ideal untuk kenaf yaitu tanahlempung berpasir atau lempung liat berpasir dengan drainase yang baik (Dempsey, 1963). Sebagai petunjuk, bila tanah cocok untuk tanaman jagung, berarti juga cocok untuk kenaf. Kenyataannya pengembangan kenaf juga berada di daerab pertanaman jagung. Pada umumnya petani menanam kenaf secara tumpang sari atau tumpang sisip dengan jagung. Kenaf agak tahan kekeringan, namun karena seluruh bagian vegetatifnya (batang) harusdipanen pada umur 3,5-4 bulan, maka ketersediaan air selama pertumbuhan harus cukup. Kebutuhan air untuk kenaf sebesar 600 mm selama empat bulan (Iswindiyono dan Sastrosupadi, 1987). Kisaran pH cukup luas, yaitu dari 4,5-6,5 sehingga kenaf dapat tumbuh baik di tanah yang agak masam, antara lain di lahan gambut, khususnya untuk varietas He G4.
Drainase pada stadia awal pertumbuhan harus baik, meskipun pada stadia lanjut kenaf dapat tumbuh dalam keadaan tergenang. Di daerab banjir waktu tanam harus diatur sedemikian rupa sehingga pada waktu mulai tergenang tanaman paling sedikit sudah berumur dua bulan. Dengan cara tersebut kenaf masih dapat menghasilkan serat cukup tinggi. Tanaman semakin tua semakin tahan terhadap genangan.
Iklim
Curah hujan yang dikehendaki oleh kenaf selama pertumbuhannya sebesar 500-750 mm atau curah hujan setiap bulan 125-150 mm (Berger, 1969; Sinha dan Guharoy, 1987; Dempsey, 1963). Bila curah hujan kurang dari jumlah tersebut, umumnya perlu dibantu dengan pengairan dari irigasi maupun pompa.
b. Pengadaan benih bermutu
Pengadaan benih sebar harus berkesinambungan, setiap tahun harus tersedia sesuai dengan areal tanaman serat. Dalam situasi seperti ini, selain jumlab benih, maka mutu benih (mutu genetis, fisis, dan fisiologis) perlu ditangani dengan sungguh-sungguh. Sampai saat ini Balittas masih sanggup menyediakan benih dasar, selanjutnya penangkaran menjadi benih pokok dan sebar menjadi tanggung jawab pihak pengelola. SebeIum ada pihak yang berhak mengeluarkan sertifikat benih, Balittas ditunjuk untuk melaksanakan sertifikasi benih dengan dukungan dana dari pengelola. Untuk keperluan ini Balittas sejak awal harus terlibat langsung, khususnya dalam penyelenggaraan kebun penangkar benih. Dari benih yang bermutu akan memperoleh produktivitas serat yang tinggi meskipun harga benih menjadi lebih mahal.daripada harga sekarang yaitu Rp1.250/kg. Sebagai imbalannya, pemakaian benih per hektar berkurang dan dapat dijamin produktivitas seratnya lebih tinggi. Pada Tabel 1 disajikan biaya produksi untuk memproduksi benih dasar kenaf Hc 48 per hektar di KP Asembagus Harga benih dasar kenaf Hc 48 di KP Asembagus Rp 2.974.000/1.200 kg =Rp2.478,33/kg atau dibulatkan Rp2.500. Diperkirakan bila mengusahakan benih sebar di daerah Asembagus akan menghasilkan 1.400
kg/ha dengan biaya Rp2.494.000,- sehingga harga benih sebar Hc 48 = Rp1.781,-/kg atau dibulatkan Rp1.800,-/kg. Bagi pengelola yang menginginkan benih dasar dari Balittas harus mengajukan rencananya satu tahun sebelum tanam. Perlu diingat bahwa benih dasar yang dihasilkan baru dapat menjadi benih sebarpada tahun ke-3 seperti alur pengadaan benih di bawah ini. Diperkirakan bila mengusahakan benih sebar di daerah Asembagus akan menghasilkan 1.400 kg/ha dengan biaya Rp2.494.000,- sehingga harga benih sebarHc 48 = Rp1.781,-/kg atau dibulatkan Rp1.800,-/kg.
c. Waktu Tanam Setempat
Tanaman kenaf tergolong tanaman hari pendek. Bila tanaman tersebut ditanam pada bulan-bulan dengan fotoperiode yang pendek, maka tanaman akan cepat berbunga, batang pendek, dan produktivitas seratnya rendah. Agar tanaman berbatang tinggi (> 2,5 m) dan berdiameter optimal (1,5 cm), maka pada fase vegetatif harus mendapat penyinaran yang panjang. Jadi selama pertumbuhan fase vegetatif tersebut diusahakan jatuh pada bulan yang mempunyai fotoperiode panjang. Oleh karena itu bulan tanam harus disesuaikan dengan ritme pergerakan bumi mengelilingi matahari. Untuk belahan bumi selatan maka bulan yang mempunyai fotoperiode panjang jatuh pada bulan Agustus-Oktober.Patokan waktu tanam untuk varietas tanaman serat karung disajikan pada Tabel
d. Populasi Tanaman Dan Jarak Tanam
Populasi dan jarak tanam tergantung dari tingkat kesuburan tanahnya. Pada umumnya populasi untuk TSK berkisar dari 250.000-330.000 tanaman/ha atau dengan jarak tanam (20 cm x 20 cm)-(20 cm x 15 cm) dengan satu tanaman tiap lubang. Tanaman serat karung yang dipanen adalah bagian vegetatifnya, agar produktivitasnya tinggi, maka tanaman harus berbatang tinggi dengan diameter besar. Tanaman yang berdiameter kecil ( < 10 mm) seratnya akan mudah hancur pada waktu retting (proses perendaman batang) dan bila diameternya terlabesar (> 22 mm), bagian bawah batang membutuhkan waktu retting yang lama atau sulit untuk diserat. Nurheru et al. (1990) telah memperoleh hubugan antara hasil serat dengan tinggi dan diameter batang kenaf Hc 48 pada 15 hari sebelum panen sebagai berikut:
Y = 0,7T 0,65 D11,43
Y adalah hasil serat untuk 100.000 batang dalam kg, T tinggi tanaman dalam cm, dan D1 diameter batang bagian bawah dalam mm (diukur + 10 cm dari permukaan tanah atau pangkal batang). Dalam praktek masih banyak dijumpai petani memelihara lebih dari dua tanaman/lubang. Hal ini mungkin disebabkan cara penanamannya dengan cara disebar. Rasa sayang petani untuk membuang tanaman yang berkelebihan masih melekat dan sulit untuk disadarkan. Alasnnya antara lain untuk berjagajaga bila ada pengaruh luar yang kurang baik (hama, penyakit, kerusakan lain), atau mungkin kurang tersedianya tenaga untuk mclakukan penjarangan sehingga jumlah tanaman masih tetap banyak.
e. Pemupukan
Pada dasarnya pemupukan untuk kenaf menganut sistem pemupukan berimbang, yaitu pemberian hara disesuaikan dengan kebutuhan tanaman dan tingkat kesuburan tanahnya. Menurut Ghosh (1978) panen serat varietas Hc 867 sebesar 1,7 ton/ha menyerap unsur hara 96 kg N, 26 kg P, 120 kg K, 137 kg Ca, dan 29 kg Mg. Dari hasil analisis tanah di wilayah pengembangan kenaf, unsur K, Ca, dan Mg umumnya tidak menjadi masalah atau cukup tersedia, sedang N dan P sering kekurangan, terutama unsure N. Hal ini sesuai dengan sifat tanaman kenaf. Karena yang dipanen bagian vegetatif berupa batang, maka tanaman kenaf sangat responsif terhadap pemupukan N. Pemberian 1/3 N pada umur 10 hari dimaksudkan untuk starter, karena sampai umur satu bulan laju pertumbuhan kenaf masih kecil. Laju pertumbuhan terbesar terjadi pada umur 30 hari sampai dengan umur 60 hari. Karena itu 213 N diberikan pada waktu kenaf berumur 30-35 hari. Pupuk N dapat pula diberikan tiga kali, yaitu pada umur 10, 30, dan 60 hari.
f. Panen Dan Penyeratan
Umur panen sangat mempengaruhi produktivitas dan kualitas serat. Umur panen yang optimal untuk kenaf yaitu bila 50% dari populasi sudah berbunga atau dapat ditunda sampai bunga yang kesepuluh mekar. Pada waktu mulai berbunga tanaman dalam Case generatif dan pertumbuhan vegetatif yang dicerminkan oleh aktivitas kambium mulai berhenti. Dalam Case vegetatif, kambium membentuk kulit dan sel-sel serat. Dalam fase generatif sudah tidak terjadi pembentukan serat. Bila panen terlambat atau kelewat masak, akan terjadi perombakan karbohidra~ serat untuk dikirimkan ke buah. Panen yang terlalu muda menghasilkan produktivitas dan kualitas yang rendah, meskipun warna seratnya putih. Sebaliknya panen yang terlalu tua (buah sudah mulai kering) kualitas seratnya rendah, serat menjadi rapuh karena meningkatnya kandungan lignin dan kekuatan serat juga turun Pemotongan batang hendaknya pada pangkal batang dekat permukaan tanah, karena kandungan serat yang paling tinggi terdapat pada sepertiga batang bagian bawah.
Perendaman batang atau kulit (retting)
Agar dapat diambil seratnya, maka batang berkulit atau kulit batang harus direndam dalam kolam perendaman. Dengan perendaman sel-sel serat dapat terlepas melalui proses mikrobiologis. Terlepasnya serat hanya dapat dilakukan karena adanya perombakan substansi yang mengelilingi sel serat oleh aktivitas bakteri. Bila. yang direndam seluruh batang, maka waktu yang diperlukan untuk perendaman adalah 14-20 Hari. Bila yang direndam banya kulitnya, waktu perendaman hanya 7-10 hari saja. Untuk melepaskan kulit dari kayu kenaf digunakan alat pengelupas kulit atau ribboner. Proses penyeratan dan perendaman batang merupakan pekerjaan yang sangat banyak membutuhkan tenaga dan biaya. Umumnya kemampuan petani untuk menyerat adalah 15-20 kg serat kering/ha/orang. Selain memerlukan banyak tenaga, pekerjaan menyerat dirasakan se bagai pekerjaan yang kurang nyaman karena berhadapan. dengan proses pembusukan kulit oleh kegiatan mikroba yang menghasilkan aroma yang kurang sedap.
Serat akan meneapaigrade A apabila ketentuan sebagai berikut dapat dipenuhi:
a. Perendaman ditempatkan pada kolam-kolam rendaman yang airnya mengalir secara per lahan-lahan. Batang harus berada di bawah permukaan air. Sebagai pemberat batang agar terendam air digunakan bahan-bahan yang tidak mempengaruhi kualitas.
b. Batang pisang tidak baik sebagai bahan pemberat karena mengandung senyawa tanin yang dapat menyebabkan serat berwarna hitam. Juga bahan mengandung Fe perlu dihindari karena Fe menyebabkan warna serat menjadi hitam.
c. Merendam batang yang mempunyai ukuran relatif sama agar diperoleh waktu masak yang seragam.
d. Diameter ikatan batang yang direndam jangan melebihi 20 cm karena bila terlalu besar bagian dalam memerlukan waktu masak lebih lama.
e. Kedalaman kolam rendaman kurang lebih 100 cm
Pemberian Urea ke dalam kolam perendaman dapat mempersingkat waktu retting dan meningkatkan kualitas serat. Dosis Urea untuk setiap 1.000 kg batang yang direndam adalah 0,1 kg (Adjie, 2007).
DAFTAR PUSTAKA
Adjie, 2007. Budidaya Khenaf. Jurnal Balai Penelitian Tanaman tembakau dan Serat. Malang. Diakses 18 April 2011.
Berger, J. 1969. The world's major fiber crops, their cultivation and manuring. Centre D'Etude Del Azote 6, Zurich.
Dempsey, J.M. 1963. Long vegetable fiber development in South Vietnam and Other Asian Countries. USOM-Saigon. Disbun TIt. I Jawa 1imur. 1992. Laporan evaluasi Program ISKARA 1991/1992.Surabaya.
Ghosh, T. 1978. Jute manual. Agric. Res. lost. Yesin. Burma.
Iswindiyono, S. dan A Sastrosupadi. 1987. Pengaruh interval pemberian air pada tenaf dan jute terbadap pertumbuhan.Skripsi SI Rttultas Pertanian, UPN "Veteran" Sufabaya.
Nurheru, A. Chandra Setiawan, dan A Sastrosupadi. 1990. Studi pendahuluan pendugaan produksi serat tenaf Hc 48 berdasarkan tinggi tanaman dan diameter batang. PTTS 5(2): 132-138.
Sastrosupadi, A. 1989. Hasil-basil penetitian serat batang selama Pelita IV. Prosiding Simposium I Hasil Penelitian dan Pengembangan Thnaman Industri, Bogor.
Sinha, M.K. and M.K Guharoy. 1987. Production technologies for jute and allied fibers. JARI, Barrack pore, West Bengal.
Kenaf merupakan tanaman asli Afrika, di negara-negara selatan Sahara, Hibiscus cannabinus merupakan tanaman liar yang umum dan secara luas ditanam sebagai tanaman sayuran dan serat. Angola kemungkinan menjadi pusat tanamn asli yang pertama,tetapi keragaman morfologi terbesar ditemukan di Afrika Utara. Baik kenaf maupun rosella (Hibiscus sabdariffa L.) temukan pertama pada awal abad 4000 SM di Sudan, dibawa ke India tidak diketahui waktunya.
Negara penghasil kenaf terbesar adalah Bengal Barat dan daerah pantai sepanjang Visakhapatnam (Andhra Pradesh) dan Madras (Tamil Nadu). Kenaf dikenalkan ke Indonesia dari India pada tahun 1904. Program budidaya Kenaf secara ekstensif dimulai pada tahun 1920an di daerah Caucasus Federasi Rusia (USSR) dan dari sana dibawa ke China pada tahun 1935. Produksi Kenaf juga dimulai setelah tahun 1945, misalnya di Amerika Serikat, Kuba dan Amerika Selatan. Sekarang Kenaf telah menyebar luas di daerah tropik dan subtropik, sebagai tanaman serat. Di Malyasia ditanam sebagai pengganti tembakau untuk mengurangi produksi rokok.
Taksonomi Tanaman Kenaf Tanaman kenaf memiliki taksonomi sebagai berikut:
Divisio : Spermatophyta
Sub divisio : Angiospermae
Kelas : Dicotylledoneae
Ordo : Malvaceae
Genus : Hibiscus
Spesies : Hibiscus cannabinus L.
Kenaf mempunyai adaptasi yang lebar terhadap iklim dan tanah. Tanaman ini tumbuh pada 45°N dan 30°S. Tanaman Kenaf toleran terhadap variasi temperatur harian antara 10°C dan 50°C, tetapi mati oleh salju. Tanaman ini tumbuh terbaik pada temperaur harian diatas 20°C dan curah hujan bulanan rata-rata 100—125 mm. Kondisi ini ditemukan selama musim hujan di daerah tropik dan musim panas di daerah subtropik.
Kenaf merupakan tanaman berhari pendek: meskipun beberapa kultivar meninggalkan bagian vegetatifnya sampai periode pencahayaan turun dibawah 12,5 jam. Beberapa kultivar ditanam pada 20°N, kemudian tidak mulai berbunga pada awal September. Pada latitude yang lebih tinggi, kebiasaan berbunga lebih lambat, pada daerah equator, tanaman berbunga lebih awal dan mencapai tinggi yang tidak mencukupi, kecuali kultivar yang ditanam adalah photo-insensitive.
Kenaf dapat tumbuh pada berbagai tanah, tetapi paling baik pada tanah lempung aluvial atau kolluvial berpasir, dengan pH 6—6.8. Tanaman ini toleran terhadap garam, tetapi sensitif terhadap hilangnya air.
Morfologi Kenaf, merupakan herba tegak, satu tahunan, tinggi tumbuhan liar mencapai 2 m, jika ditanam mencapai 5 m. Batang pipih, silindris, pada tanaman budidaya tidak bercabang dan gundul, pigmentasi seluruhnya hijau, hijau dengan merah atau ungu ataupun seluruhnya merah, kadang separo dibawah hijau dan separo diatas berpigmentasi.
Daun berseling, stipula filiform, panjang 5—8 mm, berambut, panjang tangkai daun 3—30 cm, pada bagian adaksial berambut rata dan pada bagian abaksial berbulu tegak, berwarna hijau hingga merah; helaian daun berukuran 1—19 cm x 0.1—20 cm, pangkal daun meruncing sampai bentuk jantung, tepi beringgit atau bergigi, ujung daun meruncing, permukaan atas gundul, permukaan bawah berambut sepanjang urat daun. Bunga axiler, soliter atau kadang berkelompok dekat ujung, biseksual, diameter 7.5—10 cm; kelopak menggenta, berwarna hijau, berbulu tegak, mahkota besar dan terlihat, biasanya berwarna krem hingga kuning dengan merah pada pangkal dalamnya, terkadang biru atau ungu. Buah bulat telur, tipe kapsul, 12—20 mm x 11—15 mm, berambut lebat, mengandung 20—25(—35) biji. Biji bentuk ginjal hingga triangular dengan sudut runcing, 3—4 mm x 2—3 mm, berwarna keabuan atau coklat-hitam dengan titik kuning menyala.
B. Prospek Tanaman Khenaf
Kegunaan serat kenaf yang kering, digunakan dalam pembuatan tekstil kasar seperti, pakaian hessian dan karung untuk mengemas komoditas pertanian dan industri, juga dibuat menjadi benang, tambang dan benang sepatu. Bijinya dapat dimakan dan dapat digunakan sebagai pupuk alami.
Kenaf (Hibiscus cannabinus L) merupakan salah satu komoditas perkebunan yang memiliki peluang besar untuk menghasilkan devisa. Hampir seluruh komponen tanaman dapat digunakan sebagai bahan baku industri, seperti: Daun : pakan ternak, pupuk organic, makanan anak-anak (jelly)
Kayu : briket bahan bakar, perangkat rumah seperti daun pintu, kusen, jendela, particle board Serat : pulp dan kertas, geotekstil, doortrim, fibre drain, karpet, hardboard, handicraft. Biji : minyak goreng, farmasi, kosmetik
Keunggulan komoditas kenaf adalah: berumur pendek (4-5 bulan), mampu beradaptasi di berbagai lingkungan tumbuh marjinal, seperti lahan banjir (bonorowo), podsolik merah kuning, gambut dan tadah hujan. Gangguan hama dan penyakit sedikit dan biaya produksi rendah. Di samping multiguna, kenaf juga termasuk komoditas ramah lingkungan karena mudah terdegradasi dan selama pertumbuhannya dapat menangkap karbondioksida (CO2) di udara sehingga dapat mengurangi pencemaran udara (Eko, 2010).
C. Budidaya Tanaman Khenaf
a. Persyaratan Tumbuh
Kenaf dapat tumbuh hampir pada semua tipe tanah, tetapi tanah yang ideal untuk kenaf yaitu tanahlempung berpasir atau lempung liat berpasir dengan drainase yang baik (Dempsey, 1963). Sebagai petunjuk, bila tanah cocok untuk tanaman jagung, berarti juga cocok untuk kenaf. Kenyataannya pengembangan kenaf juga berada di daerab pertanaman jagung. Pada umumnya petani menanam kenaf secara tumpang sari atau tumpang sisip dengan jagung. Kenaf agak tahan kekeringan, namun karena seluruh bagian vegetatifnya (batang) harusdipanen pada umur 3,5-4 bulan, maka ketersediaan air selama pertumbuhan harus cukup. Kebutuhan air untuk kenaf sebesar 600 mm selama empat bulan (Iswindiyono dan Sastrosupadi, 1987). Kisaran pH cukup luas, yaitu dari 4,5-6,5 sehingga kenaf dapat tumbuh baik di tanah yang agak masam, antara lain di lahan gambut, khususnya untuk varietas He G4.
Drainase pada stadia awal pertumbuhan harus baik, meskipun pada stadia lanjut kenaf dapat tumbuh dalam keadaan tergenang. Di daerab banjir waktu tanam harus diatur sedemikian rupa sehingga pada waktu mulai tergenang tanaman paling sedikit sudah berumur dua bulan. Dengan cara tersebut kenaf masih dapat menghasilkan serat cukup tinggi. Tanaman semakin tua semakin tahan terhadap genangan.
Iklim
Curah hujan yang dikehendaki oleh kenaf selama pertumbuhannya sebesar 500-750 mm atau curah hujan setiap bulan 125-150 mm (Berger, 1969; Sinha dan Guharoy, 1987; Dempsey, 1963). Bila curah hujan kurang dari jumlah tersebut, umumnya perlu dibantu dengan pengairan dari irigasi maupun pompa.
b. Pengadaan benih bermutu
Pengadaan benih sebar harus berkesinambungan, setiap tahun harus tersedia sesuai dengan areal tanaman serat. Dalam situasi seperti ini, selain jumlab benih, maka mutu benih (mutu genetis, fisis, dan fisiologis) perlu ditangani dengan sungguh-sungguh. Sampai saat ini Balittas masih sanggup menyediakan benih dasar, selanjutnya penangkaran menjadi benih pokok dan sebar menjadi tanggung jawab pihak pengelola. SebeIum ada pihak yang berhak mengeluarkan sertifikat benih, Balittas ditunjuk untuk melaksanakan sertifikasi benih dengan dukungan dana dari pengelola. Untuk keperluan ini Balittas sejak awal harus terlibat langsung, khususnya dalam penyelenggaraan kebun penangkar benih. Dari benih yang bermutu akan memperoleh produktivitas serat yang tinggi meskipun harga benih menjadi lebih mahal.daripada harga sekarang yaitu Rp1.250/kg. Sebagai imbalannya, pemakaian benih per hektar berkurang dan dapat dijamin produktivitas seratnya lebih tinggi. Pada Tabel 1 disajikan biaya produksi untuk memproduksi benih dasar kenaf Hc 48 per hektar di KP Asembagus Harga benih dasar kenaf Hc 48 di KP Asembagus Rp 2.974.000/1.200 kg =Rp2.478,33/kg atau dibulatkan Rp2.500. Diperkirakan bila mengusahakan benih sebar di daerah Asembagus akan menghasilkan 1.400
kg/ha dengan biaya Rp2.494.000,- sehingga harga benih sebar Hc 48 = Rp1.781,-/kg atau dibulatkan Rp1.800,-/kg. Bagi pengelola yang menginginkan benih dasar dari Balittas harus mengajukan rencananya satu tahun sebelum tanam. Perlu diingat bahwa benih dasar yang dihasilkan baru dapat menjadi benih sebarpada tahun ke-3 seperti alur pengadaan benih di bawah ini. Diperkirakan bila mengusahakan benih sebar di daerah Asembagus akan menghasilkan 1.400 kg/ha dengan biaya Rp2.494.000,- sehingga harga benih sebarHc 48 = Rp1.781,-/kg atau dibulatkan Rp1.800,-/kg.
c. Waktu Tanam Setempat
Tanaman kenaf tergolong tanaman hari pendek. Bila tanaman tersebut ditanam pada bulan-bulan dengan fotoperiode yang pendek, maka tanaman akan cepat berbunga, batang pendek, dan produktivitas seratnya rendah. Agar tanaman berbatang tinggi (> 2,5 m) dan berdiameter optimal (1,5 cm), maka pada fase vegetatif harus mendapat penyinaran yang panjang. Jadi selama pertumbuhan fase vegetatif tersebut diusahakan jatuh pada bulan yang mempunyai fotoperiode panjang. Oleh karena itu bulan tanam harus disesuaikan dengan ritme pergerakan bumi mengelilingi matahari. Untuk belahan bumi selatan maka bulan yang mempunyai fotoperiode panjang jatuh pada bulan Agustus-Oktober.Patokan waktu tanam untuk varietas tanaman serat karung disajikan pada Tabel
d. Populasi Tanaman Dan Jarak Tanam
Populasi dan jarak tanam tergantung dari tingkat kesuburan tanahnya. Pada umumnya populasi untuk TSK berkisar dari 250.000-330.000 tanaman/ha atau dengan jarak tanam (20 cm x 20 cm)-(20 cm x 15 cm) dengan satu tanaman tiap lubang. Tanaman serat karung yang dipanen adalah bagian vegetatifnya, agar produktivitasnya tinggi, maka tanaman harus berbatang tinggi dengan diameter besar. Tanaman yang berdiameter kecil ( < 10 mm) seratnya akan mudah hancur pada waktu retting (proses perendaman batang) dan bila diameternya terlabesar (> 22 mm), bagian bawah batang membutuhkan waktu retting yang lama atau sulit untuk diserat. Nurheru et al. (1990) telah memperoleh hubugan antara hasil serat dengan tinggi dan diameter batang kenaf Hc 48 pada 15 hari sebelum panen sebagai berikut:
Y = 0,7T 0,65 D11,43
Y adalah hasil serat untuk 100.000 batang dalam kg, T tinggi tanaman dalam cm, dan D1 diameter batang bagian bawah dalam mm (diukur + 10 cm dari permukaan tanah atau pangkal batang). Dalam praktek masih banyak dijumpai petani memelihara lebih dari dua tanaman/lubang. Hal ini mungkin disebabkan cara penanamannya dengan cara disebar. Rasa sayang petani untuk membuang tanaman yang berkelebihan masih melekat dan sulit untuk disadarkan. Alasnnya antara lain untuk berjagajaga bila ada pengaruh luar yang kurang baik (hama, penyakit, kerusakan lain), atau mungkin kurang tersedianya tenaga untuk mclakukan penjarangan sehingga jumlah tanaman masih tetap banyak.
e. Pemupukan
Pada dasarnya pemupukan untuk kenaf menganut sistem pemupukan berimbang, yaitu pemberian hara disesuaikan dengan kebutuhan tanaman dan tingkat kesuburan tanahnya. Menurut Ghosh (1978) panen serat varietas Hc 867 sebesar 1,7 ton/ha menyerap unsur hara 96 kg N, 26 kg P, 120 kg K, 137 kg Ca, dan 29 kg Mg. Dari hasil analisis tanah di wilayah pengembangan kenaf, unsur K, Ca, dan Mg umumnya tidak menjadi masalah atau cukup tersedia, sedang N dan P sering kekurangan, terutama unsure N. Hal ini sesuai dengan sifat tanaman kenaf. Karena yang dipanen bagian vegetatif berupa batang, maka tanaman kenaf sangat responsif terhadap pemupukan N. Pemberian 1/3 N pada umur 10 hari dimaksudkan untuk starter, karena sampai umur satu bulan laju pertumbuhan kenaf masih kecil. Laju pertumbuhan terbesar terjadi pada umur 30 hari sampai dengan umur 60 hari. Karena itu 213 N diberikan pada waktu kenaf berumur 30-35 hari. Pupuk N dapat pula diberikan tiga kali, yaitu pada umur 10, 30, dan 60 hari.
f. Panen Dan Penyeratan
Umur panen sangat mempengaruhi produktivitas dan kualitas serat. Umur panen yang optimal untuk kenaf yaitu bila 50% dari populasi sudah berbunga atau dapat ditunda sampai bunga yang kesepuluh mekar. Pada waktu mulai berbunga tanaman dalam Case generatif dan pertumbuhan vegetatif yang dicerminkan oleh aktivitas kambium mulai berhenti. Dalam Case vegetatif, kambium membentuk kulit dan sel-sel serat. Dalam fase generatif sudah tidak terjadi pembentukan serat. Bila panen terlambat atau kelewat masak, akan terjadi perombakan karbohidra~ serat untuk dikirimkan ke buah. Panen yang terlalu muda menghasilkan produktivitas dan kualitas yang rendah, meskipun warna seratnya putih. Sebaliknya panen yang terlalu tua (buah sudah mulai kering) kualitas seratnya rendah, serat menjadi rapuh karena meningkatnya kandungan lignin dan kekuatan serat juga turun Pemotongan batang hendaknya pada pangkal batang dekat permukaan tanah, karena kandungan serat yang paling tinggi terdapat pada sepertiga batang bagian bawah.
Perendaman batang atau kulit (retting)
Agar dapat diambil seratnya, maka batang berkulit atau kulit batang harus direndam dalam kolam perendaman. Dengan perendaman sel-sel serat dapat terlepas melalui proses mikrobiologis. Terlepasnya serat hanya dapat dilakukan karena adanya perombakan substansi yang mengelilingi sel serat oleh aktivitas bakteri. Bila. yang direndam seluruh batang, maka waktu yang diperlukan untuk perendaman adalah 14-20 Hari. Bila yang direndam banya kulitnya, waktu perendaman hanya 7-10 hari saja. Untuk melepaskan kulit dari kayu kenaf digunakan alat pengelupas kulit atau ribboner. Proses penyeratan dan perendaman batang merupakan pekerjaan yang sangat banyak membutuhkan tenaga dan biaya. Umumnya kemampuan petani untuk menyerat adalah 15-20 kg serat kering/ha/orang. Selain memerlukan banyak tenaga, pekerjaan menyerat dirasakan se bagai pekerjaan yang kurang nyaman karena berhadapan. dengan proses pembusukan kulit oleh kegiatan mikroba yang menghasilkan aroma yang kurang sedap.
Serat akan meneapaigrade A apabila ketentuan sebagai berikut dapat dipenuhi:
a. Perendaman ditempatkan pada kolam-kolam rendaman yang airnya mengalir secara per lahan-lahan. Batang harus berada di bawah permukaan air. Sebagai pemberat batang agar terendam air digunakan bahan-bahan yang tidak mempengaruhi kualitas.
b. Batang pisang tidak baik sebagai bahan pemberat karena mengandung senyawa tanin yang dapat menyebabkan serat berwarna hitam. Juga bahan mengandung Fe perlu dihindari karena Fe menyebabkan warna serat menjadi hitam.
c. Merendam batang yang mempunyai ukuran relatif sama agar diperoleh waktu masak yang seragam.
d. Diameter ikatan batang yang direndam jangan melebihi 20 cm karena bila terlalu besar bagian dalam memerlukan waktu masak lebih lama.
e. Kedalaman kolam rendaman kurang lebih 100 cm
Pemberian Urea ke dalam kolam perendaman dapat mempersingkat waktu retting dan meningkatkan kualitas serat. Dosis Urea untuk setiap 1.000 kg batang yang direndam adalah 0,1 kg (Adjie, 2007).
DAFTAR PUSTAKA
Adjie, 2007. Budidaya Khenaf. Jurnal Balai Penelitian Tanaman tembakau dan Serat. Malang. Diakses 18 April 2011.
Berger, J. 1969. The world's major fiber crops, their cultivation and manuring. Centre D'Etude Del Azote 6, Zurich.
Dempsey, J.M. 1963. Long vegetable fiber development in South Vietnam and Other Asian Countries. USOM-Saigon. Disbun TIt. I Jawa 1imur. 1992. Laporan evaluasi Program ISKARA 1991/1992.Surabaya.
Ghosh, T. 1978. Jute manual. Agric. Res. lost. Yesin. Burma.
Iswindiyono, S. dan A Sastrosupadi. 1987. Pengaruh interval pemberian air pada tenaf dan jute terbadap pertumbuhan.Skripsi SI Rttultas Pertanian, UPN "Veteran" Sufabaya.
Nurheru, A. Chandra Setiawan, dan A Sastrosupadi. 1990. Studi pendahuluan pendugaan produksi serat tenaf Hc 48 berdasarkan tinggi tanaman dan diameter batang. PTTS 5(2): 132-138.
Sastrosupadi, A. 1989. Hasil-basil penetitian serat batang selama Pelita IV. Prosiding Simposium I Hasil Penelitian dan Pengembangan Thnaman Industri, Bogor.
Sinha, M.K. and M.K Guharoy. 1987. Production technologies for jute and allied fibers. JARI, Barrack pore, West Bengal.
Rabu, 09 Februari 2011
RAKIT APUNG
A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Dalam budidaya secara hidroponik, tanaman mendapatkan makanan atau nutrisi dari larutan yang disiramkan pada media tanam. Dengan demikian tanaman tetap mendapatkan nutrisi untuk pertumbuhannya. Larutan pupuk atau nutrisi yang disiramkan pada media bisa bermacam-macam.
Rakit apung atau Floating hidroponik sistem (FHS) adalah salah satu sistem budidaya secara hidroponik tanaman (sayuran, terutama) dengan cara menanam tanaman pada lubang styrofoam yang mengapung di atas permukaan larutan nutrisi dalam bak penampung atau kolam sehingga akar tanaman terendam dalam larutan nutrisi. Karakteristik system ini antara lain adalah terisolasinya lingkungan perakaran sehingga fluktuasi suhu larutan nutrisi akan lebih rendah.
Pada sistem ini larutan tidak disirkulasikan, namun dibiarkan tergenang dan ditempatkan dalam suatu wadah tertentu untuk menampung larutan tersebut. Dengan demikian sistem ini dapat dimungkinkan tanaman akan kekurangan oksigen, yang nantinya akan merubah pH larutan. Dengan berubahnya pH larutan maka akan menyebabkan tanaman tidak dapat tumbuh dengan baik karena penyerapan nutrisi oleh tanaman kurang optimal.
2. Tujuan
Tujuan dari praktikum uji macam nutrisi pada sistem rakit apung adalah mahasiswa dapat mengetahui dan memahami pertumbuhan tanaman dalam sistem rakit apung.
B. TINJAUAN PUSTAKA
Floating hidroponik sistem (FHS) adalah budidaya tanaman (terutama sayuran) dengan cara menanam tanaman pada lubang styrofoam yang mengapung di atas permukaan larutan nutrisi dalam bak penampung atau kolam. Dalam sistem ini akar tanaman terendam dalam larutan nutrisi (Hartus, 2007 ).
Teknik hidroponik sistem rakit apung adalah menanam tanaman pada suatu rakit yang dapat mengapung di atas permukaan air atau nutrisi dengan akar menjuntai kedalam air. Styrofoam diambangkan pada kolam larutan nutrisi sedalam kurang lebih 30 cm. Pada styrofoam diberi lubang tanam dan bibit ditancapkan dengan bantuan busa atau rockwool (Sutiyoso, 2003).
Pada sistem FHS larutan nutrisi tidak disirkulasikan, namun dibiarkan pada bak penampung dan dapat digunakan lagi dengan cara mengontrol kepekatan larutan dalam jangka waktu tertentu. Hal ini perlu dilakukan karena dalam jangka yang cukup lama akan terjadi pengkristalan dan pengendapan pupuk cair dalam dasar kolam yang dapat mengganggu pertumbuhan tanaman. Sistem ini mempunyai beberapa karakteristik seperti terisolasinya lingkungan perakaran yang mengakibatkan fluktuasi suhu larutan nutrisi lebih rendah, dapat digunakan untuk daerah yang sumber energi listriknya terbatas karena energi yang dibutuhkan tidak terlalu tergantung pada energi listrik (mungkin hanya untuk mengalirkan larutan nutrisi dan pengadukan larutan nutrisi saja) (Falah, 2006).
Selain harus tetap menjaga sirkulasi larutan nutrisi juga perlu diperhitungkan konsentrasi larutan nutrisi karena hal tersebut sangat mempengaruhi perkembangan tanaman. Konsentrasi larutan nutrisi dapat diperoleh dengan mengetahui nilai EC (Electric Conductivity). Nilai EC dapat didapat dengan cara mengukur nilai resistensi pada larutan nutrisi. Tidak hanya kelangsungan sirkulasi larutan yang memegang peranan penting tetapi juga konsentrasi larutan dapat diketahui dengan mengukur nilai EC (dengan menggunakan EC meter) (Ridho’ah dan Hidayati, 2005).
Selain EC dan konsentrasi larutan nutrisi, suhu dan pH merupakan komponen yang sering dikontrol untuk dipertahankan pada tingkat tertentu untuk optimalisasi tanaman. Suhu dan pH larutan nutrisi dikontrol dengan tujuan agar perubahan yang terjadi oleh penyerapan air dan ion nutrisi tanaman dapat dipertahankan (Susila, 2000 ).
C. METODE PRAKTIKUM
1. Tempat dan Waktu Praktikum
Praktikum hidroponik sistem rakit apung bertempat di Laboratorium Rumah Kaca Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret Surakarta dan dilaksanakan pada hari Kamis tanggal 3 Oktober 2010 pukul 15.00 – 16.30 WIB.
2. Alat dan Bahan
a. Kolam Nutrisi
b. Nutrisi (AB Mix)
c. Bibit tanaman kangkung, bayam merah dan bawang
3. Cara Kerja
a. Menyiapkan bibit tanaman sayuran
b. Menanam bibit pada lubang tanam
c. Memelihara tanaman (perlu penambahan nutrisi)
d. Pengamatan terhadap komponen pertumbuhan
D. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Pengamatan
Tabel 1.1 Data Rekapan Tinggi Tanaman pada Hidroponik Rakit Apung
MST Tinggi Tanaman
Kangkung Bayam Kailan Daun Bawang
1 2 3 4 1 2 3 1 2 3 1 2
0 0 7,5 1,7 8,3 5,13 6,42 3,96 2,35 3,2 0 0 0
1 5,85 9,75 4,75 12,2 5,88 11,2 5,2 3,70 3,8 5,93 5,57 5,25
2 8,65 19,7 34,5 11,3 6,66 15,5 4,35 4,65 4,38 5,32 14,2 13,5
3 20,1 52 49 11,4 6,75 20,9 3,38 5,73 5,63 5,55 14,5 17,4
4 54 92,5 54,3 13 7 26,9 3 6,49 6,88 9,1 20,9 18,1
5 136 - 61,8 - - - 4,12 6,74 - 7,63 27,4 33
∑ 224 181 172 56,3 31,4 80,9 20,1 24,7 23,9 33,5 82,6 87,4
x 44,7 36,3 34,3 11,3 6,28 16,2 4,01 4,94 4,78 6,71 16,5 17,5
X tot 31,65 8,82 5,57 16,9
Sumber : Laporan Sementara
Gambar 1.1 Tinggi Rekapan Semua Jenis Tanaman
Tabel 1.2 Data Rekapan Jumlah Daun pada Hidroponik Rakit Apung
MST Jumlah Daun
Kangkung Bayam Kailan Daun Bawang
1 2 3 4 1 2 3 1 2 3 1 2
0 0 3 0 2 3 5,75 6,75 5,75 8 0 0 0
1 2,75 4,25 5 8,5 9 6,5 5 7,75 9 10 1 0
2 4 5,25 18,8 11,5 15 6,75 7 4,25 10 8 1 0
3 25 10,5 32,7 29 23 5 6 5,5 11 11 1 1
4 79,25 11,3 82,5 38,7 18 7 - 6,1 17 10 2 2
5 80,25 - - 85,5 - 8,5 - - - 13 3 3
∑ 191 34,3 174 146 68 39,5 24,8 29,4 55 52 8 6
x 38,3 6,85 34,7 29,2 14 7,9 4,95 5,87 11 10,4 8 1,5
X tot 27,76 8,81 9,09 1,55
Sumber : Laporan Sementara
Gambar 1.2 Rekapan Jumlah Daun Semua Jenis Tanaman Hidroponik Rakit Apung
Tabel 1.3 Pengamatan Berat Basah dan Panjang Akar Kailan
No Berat Basah (gram) Panjang Akar (cm)
1 11,59 8,7
2 17,80 11,5
3 17,95 15,5
4 14,94 8,3
X 15,75 11
Sumber : Laporan Sementara
2. Pembahasan
Kualitas larutan nutrisi dapat diketahui dengan mengukur electrical conductivity (EC). Semakin tinggi konsentrasi larutan semakin tinggi arus listrik yang dihantarkan karena pekatnya kandungan garam dan akumulasi ion mempengaruhi kemampuan untuk menghantarkan listrik larutan nutrisi tersebut. Pada budidaya kailan ini EC kita 1,8 dan pH 4,5. Dengan nilai EC dan pH yang sedemikian tersebut maka EC dan pH yang kita gunakan sudah bisa dibilang cukup untuk budidaya kailan (Sayuran) walaupun EC 1,8 bukan EC yang ideal untuk tanaman sayuran. Artinya EC tersebut tidak terlalu tinggi. Namun untuk EC paling ideal untuk tanaman sayuran adalah 2,5 - 3,2. Dengan EC tinggi berarti kepekatan larutan juga tinggi, sehingga daya serap tanaman terhadap unsur hara dari larutan juga berkurang sehingga pertumbuhan tanaman juga terhambat. Untuk pH ideal untuk hidroponik sayuran adalah 4,5 - 5,5, sehingga untuk hidroponik rakit apung ini pH tanaman ideal.
Dari pengamatan kelompok kita diketahui bahwa kailan yang dibudidayakan dengan hidroponik apung adalah bertumbuh baik, karena dari minggu ke minggu setelah tanam berkembang dengan baik, tinggi dan jumlah daun pada tanaman kailan ini sudah lebih dari cukup, dengan tinggi kailan yang 6,875cm dan jumlah daun 17 pada minggu 4. Karena jika tinggi kailan lebih dari itu dan panen diundur itu justru tidak optimal untuk budidaya kailan. Bila dibandingkan dengan ulangan kailan dari kelompok lain, kailan kelompok 8 (sampel 2) ini jika dari segi tinggi lebih tinggi dari sampel 1 dan tidak lebih tinggi dari sampel 3. Namun kailan sampel 3 tersebut jika untuk ukuran kailan, tinggi tersebut terlalu tinggi.
Dari hasil rekapitulasi data semua kelompok pada tanaman kangkung, bawang, kailan dan daun bawang diketahui bahwa yang mengalami perkembang tinggi yang pesat adalah kangkung dengan rata-rata tinggi 31,645 cm, dan yang mengalami perkembangan yang paling lambat adalah kailan dengan tinggi rata-rata 5,47 cm.
Dari tabel 1.3 pengamatan berat basah kailan dan panjang akar diketahui bahwa panjang akar dan berat basah berkolerasi lurus, semakin berat bragkasan kailan, semakin tinggi pula panjang akar. Dari tabel 1.3 diketahui berat brangkasan tertinggi pada sampel 14 yaitu 17,59 gram dan panjang akar 15,5 cm. Daun bawag dan kangkung pertumbuhannya setelah minggu ke-4 mengalami kenaikan pertumbuhan yang konstan. Dari keempat tanaman tersebut yang mempunyai pertumbuhan yang baik adalah kangkung. Pertumbuhan kangkung rata-rata pada minggu terakhir pengamatan tingginya 31,65 cm dan jumlah daun rata-rata 27,76.
Pertumbuhan adalah proses kehidupan tanaman yang mengakibatkan perubahan ukuran tanaman semakin besar dan menentukan hasil pada tanaman. Tinggi tanaman merupakan ukuran yang sering diamati sebagai indikator pertumbuhan. Variable tinggi tanaman yang digunakan untuk mengukur pengaruh lingkungan ataupun perlakuan yang diterapkan (Tanjung, 2007).
E. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
Dari praktikumHidroponik system rakit apung dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
a. Tinggi tanaman rata-rata kailan kelompok 8 adalah 4,78 cm.
b. Dibandingkan tanaman yang lain, kangkung, bayam dan daun bawang, tinggi tanamna kailan paling rendah yaitu dengan rata-rata 5,47 cm. Dibanding dengan tinggi kangkung dengan rata-rata 31,645 cm.
c. Dari praktikum hidroponik sistem rakit apung didapatkan rata-rata berat basah tanaman 15,57 gram dan panjang akar rata-rata 11 cm.
d. EC dan pH pada system hidroponik rakit apung ini adalah 1,8 dan 4,5.
2. Saran
Semoga praktikum yang akan datang lebih baik lagi. Kita sebaiknya juga diajari membuat nutrisi. Sehingga kita praktikum tidak hanya menanam saja.
DAFTAR PUSTAKA
Falah, M. A. F. 2006. Produksi Tanaman dan Makanan dengan Menggunakan Hidroponik - Sederhana hingga Otomatis -. http://io.ppi jepang.org/article .php?id=200. Diakses tanggal 17 Desember 2010.
Hartus, T. 2007 Berkebun Hidroponik secara Murah. Penebar Swadaya. Jakarta.
Ridho’ah, M. dan N. R. Hidayati. 2005. Sistem Kontrol Pemberian Nutrisi pada Hidroponik Sistem NFT Berbasis Mikrokontroler. Diakses dari http://digilib.its.ac.id. Tanggal 18 Desember 2010.
Susila, E. T. 2000. Pengembangan Sentra Produksi Sayuran dan Buah di Lahan Pantai melalui Hidroponik. Inovasi Online. Vol 6/XV.
Sutiyoso, Y. 2003. Hidroponik Rakit Apung. Penebar Swadaya. Jakarta
Tanjung, F.A. 2007. Pengaruh Jenis Bahan Dasar Kompos dan Lama Waktu Fermentasi terhadap Pertumbuhan dan Hasil Tanaman Sawi (Brassica juncea L.) Secara Hidroponik Substrat. Skripsi S1. Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret Surakarta.
1. Latar Belakang
Dalam budidaya secara hidroponik, tanaman mendapatkan makanan atau nutrisi dari larutan yang disiramkan pada media tanam. Dengan demikian tanaman tetap mendapatkan nutrisi untuk pertumbuhannya. Larutan pupuk atau nutrisi yang disiramkan pada media bisa bermacam-macam.
Rakit apung atau Floating hidroponik sistem (FHS) adalah salah satu sistem budidaya secara hidroponik tanaman (sayuran, terutama) dengan cara menanam tanaman pada lubang styrofoam yang mengapung di atas permukaan larutan nutrisi dalam bak penampung atau kolam sehingga akar tanaman terendam dalam larutan nutrisi. Karakteristik system ini antara lain adalah terisolasinya lingkungan perakaran sehingga fluktuasi suhu larutan nutrisi akan lebih rendah.
Pada sistem ini larutan tidak disirkulasikan, namun dibiarkan tergenang dan ditempatkan dalam suatu wadah tertentu untuk menampung larutan tersebut. Dengan demikian sistem ini dapat dimungkinkan tanaman akan kekurangan oksigen, yang nantinya akan merubah pH larutan. Dengan berubahnya pH larutan maka akan menyebabkan tanaman tidak dapat tumbuh dengan baik karena penyerapan nutrisi oleh tanaman kurang optimal.
2. Tujuan
Tujuan dari praktikum uji macam nutrisi pada sistem rakit apung adalah mahasiswa dapat mengetahui dan memahami pertumbuhan tanaman dalam sistem rakit apung.
B. TINJAUAN PUSTAKA
Floating hidroponik sistem (FHS) adalah budidaya tanaman (terutama sayuran) dengan cara menanam tanaman pada lubang styrofoam yang mengapung di atas permukaan larutan nutrisi dalam bak penampung atau kolam. Dalam sistem ini akar tanaman terendam dalam larutan nutrisi (Hartus, 2007 ).
Teknik hidroponik sistem rakit apung adalah menanam tanaman pada suatu rakit yang dapat mengapung di atas permukaan air atau nutrisi dengan akar menjuntai kedalam air. Styrofoam diambangkan pada kolam larutan nutrisi sedalam kurang lebih 30 cm. Pada styrofoam diberi lubang tanam dan bibit ditancapkan dengan bantuan busa atau rockwool (Sutiyoso, 2003).
Pada sistem FHS larutan nutrisi tidak disirkulasikan, namun dibiarkan pada bak penampung dan dapat digunakan lagi dengan cara mengontrol kepekatan larutan dalam jangka waktu tertentu. Hal ini perlu dilakukan karena dalam jangka yang cukup lama akan terjadi pengkristalan dan pengendapan pupuk cair dalam dasar kolam yang dapat mengganggu pertumbuhan tanaman. Sistem ini mempunyai beberapa karakteristik seperti terisolasinya lingkungan perakaran yang mengakibatkan fluktuasi suhu larutan nutrisi lebih rendah, dapat digunakan untuk daerah yang sumber energi listriknya terbatas karena energi yang dibutuhkan tidak terlalu tergantung pada energi listrik (mungkin hanya untuk mengalirkan larutan nutrisi dan pengadukan larutan nutrisi saja) (Falah, 2006).
Selain harus tetap menjaga sirkulasi larutan nutrisi juga perlu diperhitungkan konsentrasi larutan nutrisi karena hal tersebut sangat mempengaruhi perkembangan tanaman. Konsentrasi larutan nutrisi dapat diperoleh dengan mengetahui nilai EC (Electric Conductivity). Nilai EC dapat didapat dengan cara mengukur nilai resistensi pada larutan nutrisi. Tidak hanya kelangsungan sirkulasi larutan yang memegang peranan penting tetapi juga konsentrasi larutan dapat diketahui dengan mengukur nilai EC (dengan menggunakan EC meter) (Ridho’ah dan Hidayati, 2005).
Selain EC dan konsentrasi larutan nutrisi, suhu dan pH merupakan komponen yang sering dikontrol untuk dipertahankan pada tingkat tertentu untuk optimalisasi tanaman. Suhu dan pH larutan nutrisi dikontrol dengan tujuan agar perubahan yang terjadi oleh penyerapan air dan ion nutrisi tanaman dapat dipertahankan (Susila, 2000 ).
C. METODE PRAKTIKUM
1. Tempat dan Waktu Praktikum
Praktikum hidroponik sistem rakit apung bertempat di Laboratorium Rumah Kaca Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret Surakarta dan dilaksanakan pada hari Kamis tanggal 3 Oktober 2010 pukul 15.00 – 16.30 WIB.
2. Alat dan Bahan
a. Kolam Nutrisi
b. Nutrisi (AB Mix)
c. Bibit tanaman kangkung, bayam merah dan bawang
3. Cara Kerja
a. Menyiapkan bibit tanaman sayuran
b. Menanam bibit pada lubang tanam
c. Memelihara tanaman (perlu penambahan nutrisi)
d. Pengamatan terhadap komponen pertumbuhan
D. HASIL DAN PEMBAHASAN
1. Hasil Pengamatan
Tabel 1.1 Data Rekapan Tinggi Tanaman pada Hidroponik Rakit Apung
MST Tinggi Tanaman
Kangkung Bayam Kailan Daun Bawang
1 2 3 4 1 2 3 1 2 3 1 2
0 0 7,5 1,7 8,3 5,13 6,42 3,96 2,35 3,2 0 0 0
1 5,85 9,75 4,75 12,2 5,88 11,2 5,2 3,70 3,8 5,93 5,57 5,25
2 8,65 19,7 34,5 11,3 6,66 15,5 4,35 4,65 4,38 5,32 14,2 13,5
3 20,1 52 49 11,4 6,75 20,9 3,38 5,73 5,63 5,55 14,5 17,4
4 54 92,5 54,3 13 7 26,9 3 6,49 6,88 9,1 20,9 18,1
5 136 - 61,8 - - - 4,12 6,74 - 7,63 27,4 33
∑ 224 181 172 56,3 31,4 80,9 20,1 24,7 23,9 33,5 82,6 87,4
x 44,7 36,3 34,3 11,3 6,28 16,2 4,01 4,94 4,78 6,71 16,5 17,5
X tot 31,65 8,82 5,57 16,9
Sumber : Laporan Sementara
Gambar 1.1 Tinggi Rekapan Semua Jenis Tanaman
Tabel 1.2 Data Rekapan Jumlah Daun pada Hidroponik Rakit Apung
MST Jumlah Daun
Kangkung Bayam Kailan Daun Bawang
1 2 3 4 1 2 3 1 2 3 1 2
0 0 3 0 2 3 5,75 6,75 5,75 8 0 0 0
1 2,75 4,25 5 8,5 9 6,5 5 7,75 9 10 1 0
2 4 5,25 18,8 11,5 15 6,75 7 4,25 10 8 1 0
3 25 10,5 32,7 29 23 5 6 5,5 11 11 1 1
4 79,25 11,3 82,5 38,7 18 7 - 6,1 17 10 2 2
5 80,25 - - 85,5 - 8,5 - - - 13 3 3
∑ 191 34,3 174 146 68 39,5 24,8 29,4 55 52 8 6
x 38,3 6,85 34,7 29,2 14 7,9 4,95 5,87 11 10,4 8 1,5
X tot 27,76 8,81 9,09 1,55
Sumber : Laporan Sementara
Gambar 1.2 Rekapan Jumlah Daun Semua Jenis Tanaman Hidroponik Rakit Apung
Tabel 1.3 Pengamatan Berat Basah dan Panjang Akar Kailan
No Berat Basah (gram) Panjang Akar (cm)
1 11,59 8,7
2 17,80 11,5
3 17,95 15,5
4 14,94 8,3
X 15,75 11
Sumber : Laporan Sementara
2. Pembahasan
Kualitas larutan nutrisi dapat diketahui dengan mengukur electrical conductivity (EC). Semakin tinggi konsentrasi larutan semakin tinggi arus listrik yang dihantarkan karena pekatnya kandungan garam dan akumulasi ion mempengaruhi kemampuan untuk menghantarkan listrik larutan nutrisi tersebut. Pada budidaya kailan ini EC kita 1,8 dan pH 4,5. Dengan nilai EC dan pH yang sedemikian tersebut maka EC dan pH yang kita gunakan sudah bisa dibilang cukup untuk budidaya kailan (Sayuran) walaupun EC 1,8 bukan EC yang ideal untuk tanaman sayuran. Artinya EC tersebut tidak terlalu tinggi. Namun untuk EC paling ideal untuk tanaman sayuran adalah 2,5 - 3,2. Dengan EC tinggi berarti kepekatan larutan juga tinggi, sehingga daya serap tanaman terhadap unsur hara dari larutan juga berkurang sehingga pertumbuhan tanaman juga terhambat. Untuk pH ideal untuk hidroponik sayuran adalah 4,5 - 5,5, sehingga untuk hidroponik rakit apung ini pH tanaman ideal.
Dari pengamatan kelompok kita diketahui bahwa kailan yang dibudidayakan dengan hidroponik apung adalah bertumbuh baik, karena dari minggu ke minggu setelah tanam berkembang dengan baik, tinggi dan jumlah daun pada tanaman kailan ini sudah lebih dari cukup, dengan tinggi kailan yang 6,875cm dan jumlah daun 17 pada minggu 4. Karena jika tinggi kailan lebih dari itu dan panen diundur itu justru tidak optimal untuk budidaya kailan. Bila dibandingkan dengan ulangan kailan dari kelompok lain, kailan kelompok 8 (sampel 2) ini jika dari segi tinggi lebih tinggi dari sampel 1 dan tidak lebih tinggi dari sampel 3. Namun kailan sampel 3 tersebut jika untuk ukuran kailan, tinggi tersebut terlalu tinggi.
Dari hasil rekapitulasi data semua kelompok pada tanaman kangkung, bawang, kailan dan daun bawang diketahui bahwa yang mengalami perkembang tinggi yang pesat adalah kangkung dengan rata-rata tinggi 31,645 cm, dan yang mengalami perkembangan yang paling lambat adalah kailan dengan tinggi rata-rata 5,47 cm.
Dari tabel 1.3 pengamatan berat basah kailan dan panjang akar diketahui bahwa panjang akar dan berat basah berkolerasi lurus, semakin berat bragkasan kailan, semakin tinggi pula panjang akar. Dari tabel 1.3 diketahui berat brangkasan tertinggi pada sampel 14 yaitu 17,59 gram dan panjang akar 15,5 cm. Daun bawag dan kangkung pertumbuhannya setelah minggu ke-4 mengalami kenaikan pertumbuhan yang konstan. Dari keempat tanaman tersebut yang mempunyai pertumbuhan yang baik adalah kangkung. Pertumbuhan kangkung rata-rata pada minggu terakhir pengamatan tingginya 31,65 cm dan jumlah daun rata-rata 27,76.
Pertumbuhan adalah proses kehidupan tanaman yang mengakibatkan perubahan ukuran tanaman semakin besar dan menentukan hasil pada tanaman. Tinggi tanaman merupakan ukuran yang sering diamati sebagai indikator pertumbuhan. Variable tinggi tanaman yang digunakan untuk mengukur pengaruh lingkungan ataupun perlakuan yang diterapkan (Tanjung, 2007).
E. KESIMPULAN DAN SARAN
1. Kesimpulan
Dari praktikumHidroponik system rakit apung dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
a. Tinggi tanaman rata-rata kailan kelompok 8 adalah 4,78 cm.
b. Dibandingkan tanaman yang lain, kangkung, bayam dan daun bawang, tinggi tanamna kailan paling rendah yaitu dengan rata-rata 5,47 cm. Dibanding dengan tinggi kangkung dengan rata-rata 31,645 cm.
c. Dari praktikum hidroponik sistem rakit apung didapatkan rata-rata berat basah tanaman 15,57 gram dan panjang akar rata-rata 11 cm.
d. EC dan pH pada system hidroponik rakit apung ini adalah 1,8 dan 4,5.
2. Saran
Semoga praktikum yang akan datang lebih baik lagi. Kita sebaiknya juga diajari membuat nutrisi. Sehingga kita praktikum tidak hanya menanam saja.
DAFTAR PUSTAKA
Falah, M. A. F. 2006. Produksi Tanaman dan Makanan dengan Menggunakan Hidroponik - Sederhana hingga Otomatis -. http://io.ppi jepang.org/article .php?id=200. Diakses tanggal 17 Desember 2010.
Hartus, T. 2007 Berkebun Hidroponik secara Murah. Penebar Swadaya. Jakarta.
Ridho’ah, M. dan N. R. Hidayati. 2005. Sistem Kontrol Pemberian Nutrisi pada Hidroponik Sistem NFT Berbasis Mikrokontroler. Diakses dari http://digilib.its.ac.id. Tanggal 18 Desember 2010.
Susila, E. T. 2000. Pengembangan Sentra Produksi Sayuran dan Buah di Lahan Pantai melalui Hidroponik. Inovasi Online. Vol 6/XV.
Sutiyoso, Y. 2003. Hidroponik Rakit Apung. Penebar Swadaya. Jakarta
Tanjung, F.A. 2007. Pengaruh Jenis Bahan Dasar Kompos dan Lama Waktu Fermentasi terhadap Pertumbuhan dan Hasil Tanaman Sawi (Brassica juncea L.) Secara Hidroponik Substrat. Skripsi S1. Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret Surakarta.
ISOLASI DNA
A. Pendahuluan
1. Latar Belakang
Isolasi merupakan pemishan materi dari materi lain untuk di identifikasi. Pada dasarnya isolasi DNA dapat dilakukan dari berbagai sumber, antara lain organ manusia, darah, daun, daging buah, serangga, kalus, akar batang, daging. Pada kali ini kita bahan isolasi DNA tanaman. DNA yang diisolasi dari tanaman seringkali terkontaminasi oleh polisakarida dan metabolit sekunder seperti tanin, pigmen, alkaloid dan flavonoid. Sedangkan DNA dari hewan lebih banyak mengandungn protein. Salah satu kesulitan isolasi DNA dari tanaman tinggi adalah proses destruksi dinding sel untuk melepaskan isi sel. Hal ini disebabkan karena tanaman memiliki dinding sel yang kuat dan seringkali pada beberapa jenis tanaman, kontaminasi tersebut sulit dipisahkan dari ekstrak asam nukleat. Kehadiran kontaminasi di atas dapat menghambat aktivitas enzim, misalnya DNA tidak sensitif oleh enzim restriksi dan menggangu proses amplifikasi DNA dengan PCR. Demikian pula pada hewan yang memiliki kandungan kitin (seperti serangga), memerlukan teknik dan metode khusus untuk menghancurkan sel hingga isi dapat terpisah atau keluar dari sel.
Salak (Salacca zalacca (Gaertner (Voss) merupakan tanaman asli Indonesia. Buahnya banyak digemari masyarakat karena rasanya manis, renyah dan kandungan gizi yang tinggi. Salak mempunyai nilai ekonomis dan peluang pasar yang cukup luas, baik di dalam negeri maupun ekspor. Pulau Jawa sebagai salah satu pusat keragaman kultivar salak, mempunyai potensi yang cukup besar untuk menghasilkan varietas-varietas unggul yang lebih bernilai ekonomis dan kompetitif. Pusat keragaman genetik yang ada di pulau Jawa meliputi: Condet (Jakarta), Manonjaya (Tasikmalaya- Jawa Barat), Banjarnegara, Bejalen, Saratan, Njagan, Lawu (Jawa Tengah), Sleman (Yogyakarta), Malang, Pasuruan dan Madura (Jawa Timur) (Sudaryono dkk, 1992). Keragaman varietas akan terus berkembang sejalan dengan sistim perkembangbiakan salak secara kawin silang dan penggunaan biji sebagai bahan tanaman. Namun informasi tentang keragaman genetik salak masih sangat kurang. Sehingga perlu adanya isolasi DNA untuk dilakukan pengujian dan penelitian yang merupakan tahap awal di mulainya rekayasa genetika tanaman.
Maka pada praktikum kali ini mencoba untuk mengisolasi DNA dari tanaman Salak. Isolasi DNA salak dengan mengambil potongna daun muda kemudian di ekstraksi dan di dapatkan DNA dari tanaman Salak. Kemudian selanjutnya di identifikasi DNA tersebut.
2. Tujuan
Pada praktikum Bioteknologi Acara 1 Isolasi DNA bertujuan untuk melakukan isolasi DNA Salak dengan metode ekstraksi untuk mendapatkan DNA dari tanaman Salak.
3. Waktu dan Tempat Praktikum
Pada praktikum Bioteknologi Acara I Isolasi DNA dilaksanakan pada tanggal 22 Desember 2010 pukul 15.00 di Laboratorim Pemuliaan Tanaman Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret Surakarta.
B. Tinjauan Pustaka
Penelitian keragaman genetik tanaman buah merupakan salah satu kegiatan penting untuk mendukung pemuliaan tanaman. Perbedaan tanaman dapat dideteksi melalui beberapa penanda, antara lain dengan pola pita DNA (Lamadji 1998), yang sering disebut sebagai penanda molekuler. Penanda molekuler berperan penting dalam konservasi dan pengelolaan sumber daya genetik tanaman (Karp et al. 1997).
Untuk memudahkan penghancuran sampel dari bahan seperti ini, umumnya ekstraksi DNA menggunakan nitrogen cair. Namun, masalah akan muncul bila lokasi penelitian jauh dari pusat industri sehingga sulit mendapatkan nitrogen cair. Oleh karena itu, perlu metode isolasi DNA yang mudah dan tidak memerlukan nitrogen cair, tetapi dapat menghasilkan DNA yang berkualitas tinggi untuk proses amplifikasi (Imran, 2002).
Protokol yang digunakan merupakan prosedur ekstraksi berbasis CTAB yang dikembangkan oleh Doyle dan Doyle (1987) dan dimodifikasi oleh Santoso (2005), serta dilaksanakan secara preparasi mini. Contoh daun dikeluarkan dari freezer dan ditimbang 100 mg tanpa tulang daun lalu diletakkan dalam mortar pestel dan ditambah 0,5 ml bufer ekstraksi CTAB (CTAB: 4,1 g NaCl, 10 g CTAB, 0,5 M EDTA pH 8,0 (Sumiati, 2009).
Ekstraksi DNA menggunakan nitrogen cair untuk melisis dinding sel dapat mengeluarkan semua isi sel yang kemudian ditampung dalam larutan penyangga yang berisi Tris HCl dan EDTA. Dinding sel juga dapat dipecahkan dengan penggerusan menggunakan bufer ekstraksi diikuti dengan penghangatan pada suhu 65°C. Detergen seperti sodium dodecil sulfat (SDS), sarkosil, dan CTAB dapat digunakan untuk proses lisis (Subandri, 2006).
Penggunaan bufer CTAB sebagai pengganti nitrogen cair untuk ekstraksi dapat menghasilkan produk DNA yang berkualitas yang ditunjukkan oleh pita DNA genom Dengan demikian, bufer CTAB dapat digunakan untuk mengisolasi DNA pada tanaman jeruk. Produk ekstraksi DNA yang berkualitas baik ditunjukkan dengan pita DNA yang terlihat tebal dan bersih bila divisualisasi menggunakan image gel elektroforesis (Anonim, 2008).
Teknik Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) yaitu teknik pengujian polimorfisme DNA berdasarkan pada amplifikasi dari segmen-segmen DNA acak yang menggunakan primer tunggal yang sekuen nukleotidanya ditentukan secara acak. Primer tunggal ini biasanya berukuran 10 basa. PCR dilakukan pada suhu anealing yang rendah yang memungkinkan primer menempel pada beberapa lokus pada DNA. Aturan sederhana untuk primer adalah terdiri atas 18- 28 susunan basa dengan persentase G+C 50-60% (Subandiyah 2006).
C. Alat, Bahan, Cara Kerja
1. Alat
a. Sentrifuse h. Petridish
b. Mikropipet i. Erlemenyer
c. Ependorf j. Inkubator
d. Water bath k. Pinset
e. Mortar
f. Timbangan
g. Thermometer
2. Bahan
a. Daun Salak f. Etanol 70 %
b. Larutan Stok g. DNA Loading
c. Chlorofoam h. Agarase
d. 2,5 Sodium asetat i. TAE
e. Aquadest
3. Cara Kerja
1. Sebelum di gunkanan memanaskan buffer ekstraksi dalam suhu 65 0C selama 15-30 menit
2. Menimbang sampel daun seberat 100-150 mg.
3. Melumatkan menjadi tepung halus dengan mortir menggunakan Nitogen cair.
4. Memindahkan tepung yang telah halus dalam tabung steril.
5. Menambahkan 1 ml larutan ekstraksi dan diinkubasi pada suhu 65 0C selama 60 menit.
6. Menambahkan 800 µl chlorofoam mencampurnya hingga homogeny
7. Mencentrifugasi pada kecapatan 12.000 RPM selama 10 menit
8. Mengambil cairan lapisan atas memindahkannya ke tabung baru.
9. Menambahkan 1/10 dari volume 2,5 M Sodium Asetat, dan 650 µl (minimal 1 : 1 dengan volume ) Isopropanol dingin mencampur hingga homogeny kemudian mencentrifugasi pada kecepatan 13.000 RPM selama 5 menit.
10. Membuang supernatant pellet di cuci dengan alcohol 70 %.
11. Mengeringkan pellet DNA dengan kering angin (Centrifuge MILLI-DRY seperlunya).
12. Melarutkan DNA 200 µl TE, Menghitung konsentrasi DNA dengan Spektrofotometer OD 260 dan 280.
13. Menympannya dalam suhu -20 0C.
D. Hasil Dan Pembahasan
1. Hasil
Gambar 1.1. Alat Sentrifuse
Gambar 1.2 Mikropipet
Gambar 1.3 Bahan Yang Akan Diisolasi DNAnya
Gambar 1.4 Ependorf
Gambar 1.5 Sentrifuse Bagian Dalamnya
2. Pembahasan
Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel.
Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme.
Pengujian DNA dilakukan untuk mendapatkan genetik tanaman yang unggul sesuai dengan yang kita inginkan. Sehingga bermangaat bagi kehidupan manusia. Pengujian DNA biasanya dilakukan untuk dalam bidang pertanian ntuk mendapat kan tanaman yang tahan dan resisten terhadap hama dan penyakit tanaman
Pengujian DNA adalah suatu teknik biologi molekular yang dipakai untuk kepentingan pengujian forensik terhadap materi uji berdasarkan profil DNA-nya. Teknik ini dikenal pula sebagai penyidikan DNA, penyidikjarian genetik (genetic fingerprinting, sering disingkat sidik jari DNA), DNA profiling, atau semacamnya. Dalam bidang hukum, materi uji hampir pasti adalah ekstrak dari tubuh manusia, misalnya dalam penentuan orang tua atau penyelidikan pemerkosaan/pembunuhan. Namun demikian, penerapan teknik ini juga dipakai untuk hewan maupun tumbuhan, misalnya dalam menentukan kemurnian suatu galur atau kultivar, atau dalam menguji masuknya materi genetik tertentu (misalnya dalam mendeteksi materi transgenik) ke dalam populasi/bahan makanan.
Pengujian DNA memanfaatkan profil DNA, yaitu sehimpunan data yang menggambarkan susunan DNA yang dianggap khas untuk individu yang menjadi sampelnya. Dalam pengujian DNA, hanya sebagian kecil berkas DNA yang dipakai untuk pengujian. Sasaran utama adalah bagian DNA yang berisi pengulangan urutan basa, suatu bagian DNA yang dikenal sebagai pengulangan berurutan yang bervariasi (variable number tandem repeats, VNTR). VNTR dapat berupa minisatelit maupun mikrosatelit. Dengan demikian, pengujian DNA adalah salah satu teknik penggunaan penanda genetik. Karena menggunakan penanda, pengujian DNA bukanlah teknik sekuensing genom menyeluruh (full genome sequencing), yang sering juga disebut dalam literatur sebagai DNA profiling.
Metode pengujian ini pertama kali dilaporkan pada publikasi 1984 oleh Sir Alec Jeffreys dari Universitas Leicester, Inggris; konon penemuannya terjadi secara kebetulan. Teknik ini dikomersialkan pada tahun 1987 ketika ICI membuka pusat pengujian DNA di Inggris. Metode ini sekarang menjadi prosedur forensik rutin di banyak negara.
Pada isolasi DNA menggunakan daun muda atau pucuk jal ini disebabkan bahwa di daun pucuk dapat menekan senyawa polifenol dan polisakarida sehingga dapat memperbesar kemungkinan keberghasilan untu melakukan isolasi DNA yang kita inginkan.
Metode yang digunakan untuk mengisolasi DNA dari berbagai jenis tanaman, organ tanaman, maupun jaringannya dapat dilakukan dengan berbagai cara. Namun pada intinya terdapat tiga faktor utama yang sangat penting untuk dalam melakukan purifikasi dan ekstraksi DNA secara maksimal. Pertama adalah cara dalam menghomogenkan jaringan tanaman khususnya adalah dinding selnya. Kedua adalah komposisi dari larutan buffer yang ditambahkan dalam penggerusan jaringan tanaman dan yang ketiga adalah penghilangan enzim penghambat-polisakarida.
Tahapan yang dilakukan untuk mendapatkan DNA tanaman pisang adalah penggerusan atau homogenasi daun Salak dengan penambahan nitrogen cair. Fungsinya adalah untuk mempermudah penggerusan dan menjaga agar DNA tidak mengalami kerusakan. Hal ini dilakukan sampai didapatkan daun tanaman pisang yang telah hancur. Selanjutnya dilakukan penambahan buffer ekstrak yang berfungsi untuk melisiskan membran sel dan membran fosfolipid bilayer, atau dalam praktikum kali ini hanya menggunakan nitrogen cair karena memiliki fungsi yang sama dengan bufer ekstrak.
Kemudian dilakukan inkubasi sampel dalam water bath bersuhu 60 derajat C selama 60 menit. Hal ini dilakukan untuk optimalisasi kerja buffer ekstrak. Selanjutnya dilakukan sentrifugasi sampel dengan kecepatan 12000 rpm selama 10 menit hal ini dilakukan untuk memisahkan debris dan komponen sel lain yang menjadi pengotor dengan DNA. Hasilnya didapatkan bahwa supernatan berwarna hijau sedangkan pelet berwarna putih kehijauan.
Supernatan yang telah diperoleh selanjutnya diambil dan ditambahkan dengan larutan Phenol:Chloroform:Isolamyl Alkohol (PCI). Hal ini dilakukan untuk mengekstraksi DNA dari kontaminan. Fenol merupakan pelarut organik yang dapat melarutkan protein, lipid dan molekul lain sepergi polisakarida sehingga diharapkan akan didapatkan supernatan yang berisi DNA bebas kontaminan. Setelah pencampuran, homogenat tersebut divorteks untuk optimalisasi homogenasi.
Selanjutnya dilakukan sentrifugasi homogenat dengan PCI tersebut dengan kecepatan 13000 rpm selama 5 menit dalam. Hasil yang didapatkan adalah supernatan dan pelet yang berada pada tiga lapisan lapisan atas berwarna hijau jernih, lapisan tengah berwarna hijau keruh dan pelet yang berwarna hijau tua. Kemudian diambil supernatan pada lapisan paling atas dan ditambahkan larutan Chloroform:Isoamyl Alkohol untuk presipitasi lanjutan. Kemudian kembali dilakukan vorteks dan sentrifugasi.
Hasil yang didapatkan akan terbentuk kembali supernatan dan pelet pada eppendorf, kemudian dilakukan pengambilan supernatan. Supernatan ditambahkan dengan amonium nitrat dan etanol absolut untuk presipitasi lanjutan dan menghilangkan kontaminan. Hasilnya diketahui terbentuk filamen-filamen DNA dalam larutan jernih tersebut. Kemudian dilakukan inkubasi selama satu malam untuk optimalisasi presipitasi.
Funsdi alat-alat isolasi DNA. Sentrifuse berfungsi memisahkan antara bagian yang padat dan cair (supernatant dan debsis). Mikropipet berfungsi untuk mengambil larutan supernatant dan zat kimia lain. Ependorf berfungsi untuk wadah sampel yang akan di ekstraksi Water bath berfungsi untuk memanaskan DNA sampel. Mortir berfungsi untuk menghaluskan sampel yang kan di ekstraksi. Timbangan berfungsi untuk menimbang jumlah sampel yang dibutuhkan. Thermometer berfungsi untuk mengukur suhu. Petridish berfungsi untuk membersihkan sampel.. Erlemenyer berfungsi untuk mencairkan agarase. Incubator berfungsi untuk inkubasi sampel. Pinset berfungsi untuk mengambil material kecil. Sarung tangan berfungsi untuk melindungi tangan dari zat berbahaya
E. Kesimpulan Dan Saran
1. Kesimpulan
a. Pengujian DNA dilakukan untuk mendapatkan genetik tanaman yang unggul sesuai dengan yang kita inginkan.
b. Metode yang digunakan untuk mengisolasi DNA dari berbagai jenis tanaman, organ tanaman, maupun jaringannya dapat dilakukan dengan berbagai cara.
c. Hasil yang didapatkan akan terbentuk kembali supernatan dan pelet pada eppendorf.
d. Hasil isolasi DNA berupa supernatan dan cairan bening.
2. Saran
Praktikumnya lebih terkonsep yang jelas lagi.
1. Latar Belakang
Isolasi merupakan pemishan materi dari materi lain untuk di identifikasi. Pada dasarnya isolasi DNA dapat dilakukan dari berbagai sumber, antara lain organ manusia, darah, daun, daging buah, serangga, kalus, akar batang, daging. Pada kali ini kita bahan isolasi DNA tanaman. DNA yang diisolasi dari tanaman seringkali terkontaminasi oleh polisakarida dan metabolit sekunder seperti tanin, pigmen, alkaloid dan flavonoid. Sedangkan DNA dari hewan lebih banyak mengandungn protein. Salah satu kesulitan isolasi DNA dari tanaman tinggi adalah proses destruksi dinding sel untuk melepaskan isi sel. Hal ini disebabkan karena tanaman memiliki dinding sel yang kuat dan seringkali pada beberapa jenis tanaman, kontaminasi tersebut sulit dipisahkan dari ekstrak asam nukleat. Kehadiran kontaminasi di atas dapat menghambat aktivitas enzim, misalnya DNA tidak sensitif oleh enzim restriksi dan menggangu proses amplifikasi DNA dengan PCR. Demikian pula pada hewan yang memiliki kandungan kitin (seperti serangga), memerlukan teknik dan metode khusus untuk menghancurkan sel hingga isi dapat terpisah atau keluar dari sel.
Salak (Salacca zalacca (Gaertner (Voss) merupakan tanaman asli Indonesia. Buahnya banyak digemari masyarakat karena rasanya manis, renyah dan kandungan gizi yang tinggi. Salak mempunyai nilai ekonomis dan peluang pasar yang cukup luas, baik di dalam negeri maupun ekspor. Pulau Jawa sebagai salah satu pusat keragaman kultivar salak, mempunyai potensi yang cukup besar untuk menghasilkan varietas-varietas unggul yang lebih bernilai ekonomis dan kompetitif. Pusat keragaman genetik yang ada di pulau Jawa meliputi: Condet (Jakarta), Manonjaya (Tasikmalaya- Jawa Barat), Banjarnegara, Bejalen, Saratan, Njagan, Lawu (Jawa Tengah), Sleman (Yogyakarta), Malang, Pasuruan dan Madura (Jawa Timur) (Sudaryono dkk, 1992). Keragaman varietas akan terus berkembang sejalan dengan sistim perkembangbiakan salak secara kawin silang dan penggunaan biji sebagai bahan tanaman. Namun informasi tentang keragaman genetik salak masih sangat kurang. Sehingga perlu adanya isolasi DNA untuk dilakukan pengujian dan penelitian yang merupakan tahap awal di mulainya rekayasa genetika tanaman.
Maka pada praktikum kali ini mencoba untuk mengisolasi DNA dari tanaman Salak. Isolasi DNA salak dengan mengambil potongna daun muda kemudian di ekstraksi dan di dapatkan DNA dari tanaman Salak. Kemudian selanjutnya di identifikasi DNA tersebut.
2. Tujuan
Pada praktikum Bioteknologi Acara 1 Isolasi DNA bertujuan untuk melakukan isolasi DNA Salak dengan metode ekstraksi untuk mendapatkan DNA dari tanaman Salak.
3. Waktu dan Tempat Praktikum
Pada praktikum Bioteknologi Acara I Isolasi DNA dilaksanakan pada tanggal 22 Desember 2010 pukul 15.00 di Laboratorim Pemuliaan Tanaman Fakultas Pertanian Universitas Sebelas Maret Surakarta.
B. Tinjauan Pustaka
Penelitian keragaman genetik tanaman buah merupakan salah satu kegiatan penting untuk mendukung pemuliaan tanaman. Perbedaan tanaman dapat dideteksi melalui beberapa penanda, antara lain dengan pola pita DNA (Lamadji 1998), yang sering disebut sebagai penanda molekuler. Penanda molekuler berperan penting dalam konservasi dan pengelolaan sumber daya genetik tanaman (Karp et al. 1997).
Untuk memudahkan penghancuran sampel dari bahan seperti ini, umumnya ekstraksi DNA menggunakan nitrogen cair. Namun, masalah akan muncul bila lokasi penelitian jauh dari pusat industri sehingga sulit mendapatkan nitrogen cair. Oleh karena itu, perlu metode isolasi DNA yang mudah dan tidak memerlukan nitrogen cair, tetapi dapat menghasilkan DNA yang berkualitas tinggi untuk proses amplifikasi (Imran, 2002).
Protokol yang digunakan merupakan prosedur ekstraksi berbasis CTAB yang dikembangkan oleh Doyle dan Doyle (1987) dan dimodifikasi oleh Santoso (2005), serta dilaksanakan secara preparasi mini. Contoh daun dikeluarkan dari freezer dan ditimbang 100 mg tanpa tulang daun lalu diletakkan dalam mortar pestel dan ditambah 0,5 ml bufer ekstraksi CTAB (CTAB: 4,1 g NaCl, 10 g CTAB, 0,5 M EDTA pH 8,0 (Sumiati, 2009).
Ekstraksi DNA menggunakan nitrogen cair untuk melisis dinding sel dapat mengeluarkan semua isi sel yang kemudian ditampung dalam larutan penyangga yang berisi Tris HCl dan EDTA. Dinding sel juga dapat dipecahkan dengan penggerusan menggunakan bufer ekstraksi diikuti dengan penghangatan pada suhu 65°C. Detergen seperti sodium dodecil sulfat (SDS), sarkosil, dan CTAB dapat digunakan untuk proses lisis (Subandri, 2006).
Penggunaan bufer CTAB sebagai pengganti nitrogen cair untuk ekstraksi dapat menghasilkan produk DNA yang berkualitas yang ditunjukkan oleh pita DNA genom Dengan demikian, bufer CTAB dapat digunakan untuk mengisolasi DNA pada tanaman jeruk. Produk ekstraksi DNA yang berkualitas baik ditunjukkan dengan pita DNA yang terlihat tebal dan bersih bila divisualisasi menggunakan image gel elektroforesis (Anonim, 2008).
Teknik Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) yaitu teknik pengujian polimorfisme DNA berdasarkan pada amplifikasi dari segmen-segmen DNA acak yang menggunakan primer tunggal yang sekuen nukleotidanya ditentukan secara acak. Primer tunggal ini biasanya berukuran 10 basa. PCR dilakukan pada suhu anealing yang rendah yang memungkinkan primer menempel pada beberapa lokus pada DNA. Aturan sederhana untuk primer adalah terdiri atas 18- 28 susunan basa dengan persentase G+C 50-60% (Subandiyah 2006).
C. Alat, Bahan, Cara Kerja
1. Alat
a. Sentrifuse h. Petridish
b. Mikropipet i. Erlemenyer
c. Ependorf j. Inkubator
d. Water bath k. Pinset
e. Mortar
f. Timbangan
g. Thermometer
2. Bahan
a. Daun Salak f. Etanol 70 %
b. Larutan Stok g. DNA Loading
c. Chlorofoam h. Agarase
d. 2,5 Sodium asetat i. TAE
e. Aquadest
3. Cara Kerja
1. Sebelum di gunkanan memanaskan buffer ekstraksi dalam suhu 65 0C selama 15-30 menit
2. Menimbang sampel daun seberat 100-150 mg.
3. Melumatkan menjadi tepung halus dengan mortir menggunakan Nitogen cair.
4. Memindahkan tepung yang telah halus dalam tabung steril.
5. Menambahkan 1 ml larutan ekstraksi dan diinkubasi pada suhu 65 0C selama 60 menit.
6. Menambahkan 800 µl chlorofoam mencampurnya hingga homogeny
7. Mencentrifugasi pada kecapatan 12.000 RPM selama 10 menit
8. Mengambil cairan lapisan atas memindahkannya ke tabung baru.
9. Menambahkan 1/10 dari volume 2,5 M Sodium Asetat, dan 650 µl (minimal 1 : 1 dengan volume ) Isopropanol dingin mencampur hingga homogeny kemudian mencentrifugasi pada kecepatan 13.000 RPM selama 5 menit.
10. Membuang supernatant pellet di cuci dengan alcohol 70 %.
11. Mengeringkan pellet DNA dengan kering angin (Centrifuge MILLI-DRY seperlunya).
12. Melarutkan DNA 200 µl TE, Menghitung konsentrasi DNA dengan Spektrofotometer OD 260 dan 280.
13. Menympannya dalam suhu -20 0C.
D. Hasil Dan Pembahasan
1. Hasil
Gambar 1.1. Alat Sentrifuse
Gambar 1.2 Mikropipet
Gambar 1.3 Bahan Yang Akan Diisolasi DNAnya
Gambar 1.4 Ependorf
Gambar 1.5 Sentrifuse Bagian Dalamnya
2. Pembahasan
Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di dalam inti sel.
Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme.
Pengujian DNA dilakukan untuk mendapatkan genetik tanaman yang unggul sesuai dengan yang kita inginkan. Sehingga bermangaat bagi kehidupan manusia. Pengujian DNA biasanya dilakukan untuk dalam bidang pertanian ntuk mendapat kan tanaman yang tahan dan resisten terhadap hama dan penyakit tanaman
Pengujian DNA adalah suatu teknik biologi molekular yang dipakai untuk kepentingan pengujian forensik terhadap materi uji berdasarkan profil DNA-nya. Teknik ini dikenal pula sebagai penyidikan DNA, penyidikjarian genetik (genetic fingerprinting, sering disingkat sidik jari DNA), DNA profiling, atau semacamnya. Dalam bidang hukum, materi uji hampir pasti adalah ekstrak dari tubuh manusia, misalnya dalam penentuan orang tua atau penyelidikan pemerkosaan/pembunuhan. Namun demikian, penerapan teknik ini juga dipakai untuk hewan maupun tumbuhan, misalnya dalam menentukan kemurnian suatu galur atau kultivar, atau dalam menguji masuknya materi genetik tertentu (misalnya dalam mendeteksi materi transgenik) ke dalam populasi/bahan makanan.
Pengujian DNA memanfaatkan profil DNA, yaitu sehimpunan data yang menggambarkan susunan DNA yang dianggap khas untuk individu yang menjadi sampelnya. Dalam pengujian DNA, hanya sebagian kecil berkas DNA yang dipakai untuk pengujian. Sasaran utama adalah bagian DNA yang berisi pengulangan urutan basa, suatu bagian DNA yang dikenal sebagai pengulangan berurutan yang bervariasi (variable number tandem repeats, VNTR). VNTR dapat berupa minisatelit maupun mikrosatelit. Dengan demikian, pengujian DNA adalah salah satu teknik penggunaan penanda genetik. Karena menggunakan penanda, pengujian DNA bukanlah teknik sekuensing genom menyeluruh (full genome sequencing), yang sering juga disebut dalam literatur sebagai DNA profiling.
Metode pengujian ini pertama kali dilaporkan pada publikasi 1984 oleh Sir Alec Jeffreys dari Universitas Leicester, Inggris; konon penemuannya terjadi secara kebetulan. Teknik ini dikomersialkan pada tahun 1987 ketika ICI membuka pusat pengujian DNA di Inggris. Metode ini sekarang menjadi prosedur forensik rutin di banyak negara.
Pada isolasi DNA menggunakan daun muda atau pucuk jal ini disebabkan bahwa di daun pucuk dapat menekan senyawa polifenol dan polisakarida sehingga dapat memperbesar kemungkinan keberghasilan untu melakukan isolasi DNA yang kita inginkan.
Metode yang digunakan untuk mengisolasi DNA dari berbagai jenis tanaman, organ tanaman, maupun jaringannya dapat dilakukan dengan berbagai cara. Namun pada intinya terdapat tiga faktor utama yang sangat penting untuk dalam melakukan purifikasi dan ekstraksi DNA secara maksimal. Pertama adalah cara dalam menghomogenkan jaringan tanaman khususnya adalah dinding selnya. Kedua adalah komposisi dari larutan buffer yang ditambahkan dalam penggerusan jaringan tanaman dan yang ketiga adalah penghilangan enzim penghambat-polisakarida.
Tahapan yang dilakukan untuk mendapatkan DNA tanaman pisang adalah penggerusan atau homogenasi daun Salak dengan penambahan nitrogen cair. Fungsinya adalah untuk mempermudah penggerusan dan menjaga agar DNA tidak mengalami kerusakan. Hal ini dilakukan sampai didapatkan daun tanaman pisang yang telah hancur. Selanjutnya dilakukan penambahan buffer ekstrak yang berfungsi untuk melisiskan membran sel dan membran fosfolipid bilayer, atau dalam praktikum kali ini hanya menggunakan nitrogen cair karena memiliki fungsi yang sama dengan bufer ekstrak.
Kemudian dilakukan inkubasi sampel dalam water bath bersuhu 60 derajat C selama 60 menit. Hal ini dilakukan untuk optimalisasi kerja buffer ekstrak. Selanjutnya dilakukan sentrifugasi sampel dengan kecepatan 12000 rpm selama 10 menit hal ini dilakukan untuk memisahkan debris dan komponen sel lain yang menjadi pengotor dengan DNA. Hasilnya didapatkan bahwa supernatan berwarna hijau sedangkan pelet berwarna putih kehijauan.
Supernatan yang telah diperoleh selanjutnya diambil dan ditambahkan dengan larutan Phenol:Chloroform:Isolamyl Alkohol (PCI). Hal ini dilakukan untuk mengekstraksi DNA dari kontaminan. Fenol merupakan pelarut organik yang dapat melarutkan protein, lipid dan molekul lain sepergi polisakarida sehingga diharapkan akan didapatkan supernatan yang berisi DNA bebas kontaminan. Setelah pencampuran, homogenat tersebut divorteks untuk optimalisasi homogenasi.
Selanjutnya dilakukan sentrifugasi homogenat dengan PCI tersebut dengan kecepatan 13000 rpm selama 5 menit dalam. Hasil yang didapatkan adalah supernatan dan pelet yang berada pada tiga lapisan lapisan atas berwarna hijau jernih, lapisan tengah berwarna hijau keruh dan pelet yang berwarna hijau tua. Kemudian diambil supernatan pada lapisan paling atas dan ditambahkan larutan Chloroform:Isoamyl Alkohol untuk presipitasi lanjutan. Kemudian kembali dilakukan vorteks dan sentrifugasi.
Hasil yang didapatkan akan terbentuk kembali supernatan dan pelet pada eppendorf, kemudian dilakukan pengambilan supernatan. Supernatan ditambahkan dengan amonium nitrat dan etanol absolut untuk presipitasi lanjutan dan menghilangkan kontaminan. Hasilnya diketahui terbentuk filamen-filamen DNA dalam larutan jernih tersebut. Kemudian dilakukan inkubasi selama satu malam untuk optimalisasi presipitasi.
Funsdi alat-alat isolasi DNA. Sentrifuse berfungsi memisahkan antara bagian yang padat dan cair (supernatant dan debsis). Mikropipet berfungsi untuk mengambil larutan supernatant dan zat kimia lain. Ependorf berfungsi untuk wadah sampel yang akan di ekstraksi Water bath berfungsi untuk memanaskan DNA sampel. Mortir berfungsi untuk menghaluskan sampel yang kan di ekstraksi. Timbangan berfungsi untuk menimbang jumlah sampel yang dibutuhkan. Thermometer berfungsi untuk mengukur suhu. Petridish berfungsi untuk membersihkan sampel.. Erlemenyer berfungsi untuk mencairkan agarase. Incubator berfungsi untuk inkubasi sampel. Pinset berfungsi untuk mengambil material kecil. Sarung tangan berfungsi untuk melindungi tangan dari zat berbahaya
E. Kesimpulan Dan Saran
1. Kesimpulan
a. Pengujian DNA dilakukan untuk mendapatkan genetik tanaman yang unggul sesuai dengan yang kita inginkan.
b. Metode yang digunakan untuk mengisolasi DNA dari berbagai jenis tanaman, organ tanaman, maupun jaringannya dapat dilakukan dengan berbagai cara.
c. Hasil yang didapatkan akan terbentuk kembali supernatan dan pelet pada eppendorf.
d. Hasil isolasi DNA berupa supernatan dan cairan bening.
2. Saran
Praktikumnya lebih terkonsep yang jelas lagi.
PERANAN BIOTEKNOLOGI DALAM BIDANG PERTANIAN DALAM PENGENDALIAN OPT
A. Pendahuluan
Latar Belakang
Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.
Bioteknologi secara sederhana sudah dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Sebagai contoh, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-19, pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan.
Tungro merupakan salah satu penyakit penting tanaman padi yang menjadi penghambat dalam peningkatan stabilitas produksi padi. Berbagai usaha pengendalian telah dilakukan, di antaranya dengan penerapan teknologi pengendalian penyakit tungro terpadu yang bertujuan untuk mencegah atau menghindarkan pertanaman dari penularan tungro dengan komponen utama waktu tanam tepat, penggunaan varietas tahan, dan pergiliran varietas tahan. Namun demikian, teknologi tersebut kurang sesuai untuk daerah dengan pola tanam tidak serempak, sehingga dikembangkan strategi pengendalian penyakit tungro dengan eliminasi RTSV. Perkembangan bioteknologi berbasis biologi molekuler dapat digunakan untuk membantu dalam pengendalian penyakit tungro melalui pendekatan biologi, ekologi, dan epidemiologi penyakit tungro. Kemajuan di bidang biologi molekuler telah melahirkan berbagai teknik yang dapat dimanfaatkan dalam pengelolaan penyakit tungro, di antaranya diagnosis penyakit tungro, deteksi dini infeksi virus tungro dan vektor infektif, identifikasi dan karakterisasi strain virus tungro dan biotipe wereng hijau, pemantauan terjadinya resistensi wereng hijau terhadap suatu varietas, munculnya strain virus tungro dan biotipe wereng hijau yang baru, karakterisasi ketahanan varietas terhadap virus tungro dan wereng hijau, perakitan varietas tahan berdasarkan sifat ketahanannya terhadap virus tungro dan wereng hijau serta perakitan varieta transgenik tahan virus tungro. Hal tersebut merupakan tantangan sekaligus.
Asia lainnya seperti India, Malaysia, Vietnam, Filipina, dan Thailand (Ling 1979, Suranto 2004). Di Indonesia, kehilangan hasil padi akibat penyakit tungro dalam kurun waktu 1996-2002 mencapai 12.078 t/tahun atau senilai Rp 12-15 milyar (Soetarto et al. 2001). Berbagai usaha pengendalian telah dilakukan, di antaranya dengan penerapan teknologi pengendalian penyakit tungro secara terpadu yang bertujuan untuk mencegah atau menghindarkan pertanaman dari ancaman tungro (escape strategy) dengan komponen utama waktu tanam tepat, penggunaan varietas tahan, dan pergiliran varietas tahan. Namun demikian, tidak semua komponen dapat diterapkan, waktu tanam tepat kurang sesuai untuk daerah dengan pola tanam tidak serempak, ketersediaan varietas tahan masih terbatas, sehingga tidak mencukupi untuk pewilayahan dan distribusi berdasarkan sifat ketahanan spesifik lokasi. Perbedaan geografis dan intensitas interaksi virus tungro dan wereng hijau dengan varietas menyebab- kan adanya variasi genetik strain virus tungro dan biotipe wereng hijau. Oleh karena itu, pengendalian penyakit tungro harus dilakukan secara komprehensif dengan memperhatikan berbagai aspek, seperti tingkat ketahanan varietas, kepadatan populasi dan efisiensi penularan oleh wereng hijau, penyebaran virus, ketersediaan sumber inokulum, kondisi lingkungan dan sosioekonomi petani (Hasanuddin et al. 2001). Implementasi bioteknologi berbasis biologi molekuler sangat membantu pengendalian penyakit tungro berdasarkan aspek biologi, ekologi dan epidemiologi penyakit. Kemajuan di bidang biologi molekuler telah melahirkan berbagai teknik yang dapat dimanfaatkan dalam pengelolaan penyakit tungro, di antaranya (1) diagnosis penyakit tungro, (2) deteksi dini infeksi virus tungro dan vektor infektif (mengetahui keberadaan sumber inokulum dan penularan- nya), (3) identifikasi dan karakterisasi strain virus tungro dan biotipe wereng hijau (keragaman genetik virus tungro dan biotipe wereng hijau berdasarkan perbedaan virulensi virus tungro, efisiensi penularan oleh wereng hijau dan perbedaan geografis), (4) pemantauan resistensi wereng hijau terhadap suatu varietas dan munculnya strain virus tungro dan biotipe wereng hijau yang baru, (5) karakterisasi ketahanan varietas terhadap virus tungro dan wereng hijau (keragaman genetik varietas berdasarkan tingkat ketahanannya), dan (6) perakitan varietas tahan berdasarkan sifat ketahanannya terhadap virus tungro dan wereng hijau (varietas tahan spesifik lokasi) serta perakitan varietas transgenik tahan virus tungro.
Beberapa teknik molekuler atau teknologi DNA yang banyak digunakan dalam penelitian dan pengelolaan hama dan penyakit tanaman dan pengembangan pemuliaan tanaman di antaranya (1) restriction fragment length polymorphism (RFLP) yaitu markah berdasarkan hibridisasi DNA, (2) randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) dan amplified fragment length polymorphism (AFLP), yaitu markah yang diidentifikasi menggunakan polymerase chain reaction (PCR) dengan menggunakan sekuen-sekuen nukleotida sebagai primer (Garcia et al. 2004) dan 3) sequence tagged sites (STS), sequence characterized amplified regions (SCARs), simple sequence repeat (SSRs) atau mikrosatelit (microsatellites) dan single nucleotide polymorphism (SNPs), yaitu markah berdasarkan PCR dengan menggunakan primer yang menggabungkan sekuen komplementer spesifik pada DNA target (Azrai 2005). Berdasarkan tujuan, target, efisiensi, dan efektifitasnya, terdapat beberapa modifikasi teknik PCR, di antaranya reversed transcription-PCR (RT-PCR), repetitive-PCR (Rep-PCR), loop-mediated isothermal amplification (LAMP), dan RT-LAMP (Mori et al. 2006). Perkembangan rekayasa genetic melalui metode kloning DNA dan teknologi rekombinan DNA memungkinkan gen tunggal dari suatu varietas dapat ditransfer ke varietas yang lain (teknologi varietas transgenik).
B. ISI
PRINSIP DASAR BIOTEKNOLOGI DAN CONTOH PENERAPAN DALAM BIDANG PERTANIAN
Perakitan Varietas Tahan Penyakit Tungro
Penanaman varietas tahan virus tungro dan wereng hijau merupakan komponen yang paling efektif dalam pengendalian tungro (Sama 1985, Loebenstein and mGera 1993, Daradjat et al. 1999). Ketahanan varietas terhadap virus tungro akan menekan intensitas penyakit dan ketahanan terhadap wereng hijau akan menekan penularan virus tungro. Namun demikian, varietas tahan tidak boleh ditanam terus-menerus karena dapat meningkatkan tekanan seleksi vector dan memungkinkan berkembangnya wereng hijau biotipe baru (Daradjat et al. 1999). Durabilitas ketahanan varietas terhadap wereng hijau dan virus tungro dipengaruhi oleh variasi biotipe wereng hijau dan virulensi virus tungro (Widiarta dan Kusdiaman 2002).
Keragaman ketahanan genetik varietas akan meningkatkan durabilitas ketahanan varietas, menurunkan tekanan seleksi wereng hijau dan virus tungro, serta mencegah terjadinya epidemi penyakit tungro. Oleh karena itu, perakitan varietas berdasarkan sumber gen tahan dan strain virus tungro harus terus-menerus dilakukan (Hasanuddin et al. 2001). Pengembangan varietas saat ini lebih ditekankan pada perakitan varietas tahan virus terutama RTSV karena dapat menghambat penyebaran RTBV, oleh wereng hijau, sehingga tidak terjadi infeksi ganda (Widiarta et al. 2004). Di Indonesia, telah dilepas beberapa varietas tahan tungro seperti Tukad Unda, Tukad Petanu, Tukad Balian, Kalimas, dan Bondoyudo (Daradjat et al. 2004) dan telah diperoleh pula 29 galur tahan tungro (Muliadi dan Praptana 2005). Varietas dan galur tersebut merupakan hasil seleksi berdasarkan pengamatan fenotipik dengan berbagai tingkat ketahanan. Pada masa
mendatang diperlukan identifikasi pada tingkat molekuler untuk memperoleh informasi keberadaan gen tahan yang menunjukkan suatu varietas atau galur mempunyai sifat ketahanan sebagai tetua dalam persilangan selanjutnya. Varietas ARC 11554, Utri Merah, Habiganj DW8, dan Utri Rajapan merupakan sumber ketahanan terhadap RTSV dan RTBV (Choi 2004). Utri Merah memiliki sejumlah gen yang mampu menghambat perkembangan partikel RTBV dan dua gen resesif yang mengendalikan ketahanan terhadap RTSV. Salah satu gen resesif dari Utri Merah bersifat alelik dengan gen ketahanan yang bersifat resesif pada Utri Rajapan (Shahjahan et al. 1990).
Uji kesesuaian tetua tahan terhadap penyakit tungro perlu dilakukan dengan adanya keragaman strain virus tungro dan biotipe wereng hijau. Hasil penelitian menunjukkan varietas ARC 15544, Utri Merah, dan Utri Rajapan tahan terhadap strain virus tungro dari Sulawesi Selatan, Sulawesi Tengah, Sulawesi Barat, dan Sulawesi Tenggara (Praptana et al. 2005). Telah diketahui pula 10 varietas padi lokal dari Nusa Tenggara Barat tahan terhadap penyakit tungro (Praptana dan Muliadi 2006). Perakitan varietas dengan sumber tetua tahan penyakit tungro dan varietas yang disukai di suatu daerah perlu dilakukan untuk memperoleh varietas tahan spesifik lokasi. Pemanfaatan teknik molekuler dalam penelusuran sifat ketahanan varietas dan seleksi dalam persilangan sangat mendukung percepatan perakitan varietas tahan penyakit tungro.
Perakitan Varietas Padi Transgenik Tahan Virus Tungro
Pemuliaan tanaman padi berdasarkan sifat ketahanan terhadap penyakit tungro diarahkan pada perakitan varietas baru dengan spektrum ketahanan yang lebih luas dan durabilitas yang lebih tinggi. Perakitan varietas tahan wereng hijau dapat dilakukan dengan penumpukan (pyramiding) gen ketahanan untuk meningkatkan durasi ketahanan dengan memanfaatkan markah molekuler (Wang et al. 2004). Perkembangan teknologi rekombinan DNA membuka peluang perakitan tanaman tahan virus tungro melalui rekayasa genetik.
Berdasarkan faktor patogenisitas virus tungro dan penyakit tungro diharapkan dapat dilakukan perakitan varietas transgenik tahan virus tungro melalui teknologi transformasi. Perakitan varietas transgenik dapat dilakukan dengan mentrasfer gen dari virus ke tanaman yang umum dinamakan dengan pathogenderived resistance (PDR). PDR yang dapat digunakan dalam perakitan varietas transgenik di antaranya adalah coat protein-mediated resistance (CP-MR), replicase protein-mediated resistance (Rep-MR), movement protein-mediated resistance (MP-MR), satellite RNA (sat RNA) dan defective-interfering viral nucleic acids (Dasgupta et al. 2003). Biologi molekuler sangat diperlukan dalam perakitan varietas transgenik, di antaranya dalam konstruksi dan rekonstruksi plasmid, konfirmasi keberadaan transgen dan ekspresi dari gen yang ditransfer, serta kestabilannya dalam genom tanaman target (Bahagiawati 2004). Terdapat dua teknik transformasi yang telah umum digunakan yaitu transformasi langsung melalui Agrobacterium tumifaciens dengan mikroinjeksi, elektroporasi, dan penembakan partikel. Sistem transformasi dengan A. tumifaciens lebih banyak digunakan karena relatif lebih murah, efisien dan stabil dalam mengintroduksikan suatu gen (Siemens and Schieder 1996). Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses transformasi dengan A. tumifaciens adalah transfer T-DNA ke dalam inti target, integrasi T-DNA pada genom tanaman target, dan ekspresi gen yang ditranfer (Sheng and Citovsky 1996).
Beberapa tahapan dalam perakitan varietas transgenik tahan virus dengan transformasi melalui A. tumifaciens adalah: (a) mengkontruksi plasmid (plasmid yang sudah tersedia, Ti-vector) dengan mentransfer gen CP beserta promotor dan terminator; (b) menyeleksi plasmid terkonstruksi dengan marker; (c) mentransfer plasmid ke A. tumifaciens; (d) transformasi oleh A. tumifaciens pada embryogenic tissue dengan metode liquid-phase wounding; dan (e) seleksi putative transformed somatic embryos sehingga diperoleh putative transgenic. Penggunaan teknik PCR untuk mendeteksi keberadaan transgene pada putative transgenic dengan primer spesifik menghasilkan putative transgenic sebagai materi pengujian. Selanjutnya dilakukan inokulasi virus dan pengamatan fenotipik berdasarkan waktu kemunculan gejala dan persentase putative transgenic yang bergejala. Kemungkinannya akan diperoleh putative transgenic dengan berbagai tingkatan ketahanan yaitu peka, tahan, sangat tahan, dan immune. Teknik DAS-ELISA dapat digunakan untuk mendeteksi virus pada putative transgenic. Tingkat ekspresi transgene dianalisis dengan teknik Western-blot dan Northern-blot. Akumulasi gen CP yang tertranskripsi dalam nukleus berkorelasi dengan tingkat protein yang terekspresi. Analisis segregasi dilakukan untuk mengetahui pewarisan transgene dengan menyilangkan tanaman transgenik R1 dengan tanaman nontransgenik (Bau et al. 2003). Selanjutnya diperlukan perbaikan tanaman transgenik melalui persilangan tanaman transgenik dengan galur yang mempunyai sifat agronomis baik. Markah molekuler RFLP dan RAPD dapat digunakan dalam proses seleksi keturunan tanaman transgenik yang
dihasilkan (Bahagiawati 2004).
CP-MR merupakan pendekatan inovatif dalam pengendalian virus tanaman melalui perakitan varietas transgenik dengan mentransfer gen CP virus (Beachy 1990). Di IRRI telah dilakukan perakitan varietas transgenik dengan mentranrfer gen CP, polimerase, protease, RNase H, dan antisens RNA dari RTBV pada varietas IR64, TN1, Taipei 309, dan Kinuhikari dengan promoter RTBV dan Cauliflower mosaic virus (35S), namun tanaman yang dihasilkan belum dapat mencegah atau mengurangi infeksi RTBV (Azzam et al. 1999). Perakitan pepaya transgenik tahan Papaya ringspot virus (PRSV) dengan mentransfer gen CP dari strain kuat lokal Taiwan (PRSV YK) dengan A. tumifaciens menghasilkan pepaya transgenik yang bersifat broad spectrum resistance (Bau et al. 2003). Hal ini membuka peluang dalam eksplorasi strain virus tungro berdasarkan virulensinya di seluruh daerah endemis penyakit tungro di Indonesia untuk memperoleh strain kuat virus tungro yang selanjutnya dapat digunakan sebagai materi perakitan varietas transgenic tahan virus tungro. Tanaman padi transgenik yang dirakit berdasarkan pendekatan Rep-MR, CP-MR, dan MP-MR menunjukkan ketahanan yang bersifat broad spectrum dan mempunyai durabilitas yang tinggi (Azzam and Chancellor 2002). Pemanfaatan varietas padi transgenik yang mengandung gen tahan virus di Indonesia diharapkan dapat mencegah penyebaran virus dan mengendalikan penyakit tungro dalam skala yang luas, sehingga sesuai untuk pengendalian penyakit tungro berdasarkan konsep epidemiologi. Namun demikian, jalan yang harus ditempuh masih sangat panjang, sehingga tidak dapat diharapkan dalam waktu 5-10 tahun ke depan, mengingat proses perakitan varietas transgenik membutuhkan waktu yang relatif lama dan hal yang paling penting adalah varietas transgenik harus memenuhi persyaratan uji keamanan hayati dan keamanan pangan.
C. KESIMPULAN
Bioteknologi dengan memanfaatkan biologi molekuler dapat berperan dalam pengelolaan penyakit tungro berdasarkan aspek biologi, ekologi, dan epidemiologi. Berbagai teknik molekuler berpeluang untuk dimanfaatkan dalam pengelolaan penyakit tungro, di antaranya diagnosis penyakit tungro, deteksi virus tungro, identifikasi strain virus tungro dan biotipe wereng hijau, patogenisitas virus tungro dan patogenesis penyakit tungro serta penularannya, karakterisasi ketahanan varietas terhadap virus tungro dan wereng hijau, perakitan varietas tahan virus tungro dan wereng hijau serta perakitan tanaman transgenik tahan virus tungro. Berbagai teknik molekuler perlu dimanfaatkan oleh peneliti bioteknologi di Indonesia.
D. PENUTUP
KELEBIHAN BIOTEKNOLOGI
Banyak pakar memandang rekayasa genetika secara sederhana sebagai kelanjutan dari teknik pemuliaan konvensional karena kedua teknik itu pada dasarnya bertujuan untuk menggabungkan materi genetika dari sumber yang berbeda untuk menggabungkan materi genetika dari sumber yang berbeda untuk menghasilkan organisme yang memiliki sifat-sifat baru yang berguna. Meskipun pada dasarnya rekayasa genetika dan pemuliaan konvensional memiliki kesamaan. Namun kedua teknik itu juga memiliki perbedaan – perbedaan penting. Parameter Pemuliaan konvensional Rekayasa Genetika tingkat organisme utuh sel atau molekul ketepatan sekumpulan gen satu tunggal kepastian perubahan genetika sulit atau perubahan bahan tidak mungkin dikarakterisasi genetika dapat dikarakterisasi dengan baik batasan taksonomi hanya dapat dipakai dalam tidak ada batasan suatu spesies atau satu genus taksonomi. Dalam rekayasa genetika, kita memindahkan satu gen tunggal yang fungsinya sudah diketahui dengan jelas, sedangkan pada umumnya yang dipindahkan berupa kumpulan gen, meskipun dalam metode pemuliaan tanaman ada metode silang balik ( back cross ) yang tujuannya mentransfer satu gen sehingga diperoleh galur isogenik. Dengan meningkatkan ketepatan dan kepastian manipulasi genetika, maka resiko untuk menghasilkan organisme dengan sifat – sifat yang tidak diharapkan dapat diminimumkan . Model uji coba (trial-and-error) dalam pemuliaan selektif dapat dibuat menjadi lebih tepat melalui rekayasa genetika.
Pemuliaan konvensional mengawinkan organisme dari satu spesies, dari spesies yang berbeda, atau kadang-kadang dari genus yang berbeda. Dalam rekayasa genetika sudah tidak ada lagi hambatan taksonomi. Manipulasi genetika tidak lagi terbatas pada sekelompok kecil variasi genetika. Bila kita inginkan suatu bahan genetika untuk disisipkan pada satu organisme, maka tidak lagi menjadi masalah seberapa jauh hubungan kekerabatan organisme pemilik bahan genetika tersebut. Sebagai contoh gen penyandi antibodi dari manusia dapat dipindahkan ke tanaman tembakau sehingga kita dapat memanen antibodi bukan dari hewan percobaan, yang sering kali kurang disukai oleh kelompok pecinta binatang, tetapi langsung dari ekstrak daun tembakau. Kemampuan memindahkan gen dari satu organisme ke organisme lain tanpa batasan taksonomi memungkinkan kita memanfaatkan sumber daya alam yang luar biasa, yaitu keragaman hayati ( biodiversity ). Tentu saja semua usaha itu dapat dilakukan dengan dampak yang minimal bila kita mau belajar dari kearifan proses – proses biologi yang mendasari keragaman tersebut.
KEKURANGAN BIOTEKNOLOGI
Pemuliaan tanaman konvensional menggunakan hasil observasi fenotipe, kadang –kadang didukung oleh statistika yang rumit dalam menyeleksi individu unggul dalam populasi pemuliaan. Namun demikian, tugas ini terkesan sulit karena kerumitan genetik dari sebagian besar sifat-sifat agronomi dan adanya interaksi yang kuat dengan factor lingkungan. Oleh karena itu pemuliaan tanaman di masa mendatang akan lebih mengarah kepada penggunaan tehnik dan metodologi pemuliaan molekular dengan menggunakan penanda genetik. Dengan penggunaan “ pemuliaan molekuler “ ini telah menjanjikan kesederhanaan terhadap kendala dan tantangan tersebut. Seleksi tidak langsung dengan menggunakan penanda molekuler yang terikat dengan sifat-sifat yang diinginkan telah memungkinkan studi individu pada tahap pertumbuhan dini, mengurangi permasalahan yang berkaitan dengan seleksi sifat-sifat ganda dan ketidaktepatan pengukuran akibat ekspresi sifat yang disebabkan oleh faktor eksternal lokus genetik ganda.
Selanjutnya dengan kemajuan iptek di bidang teknologi molekuler telah memberikan peluang untuk mengatasi keterbatasan itu, dimana beberapa aspek mikro dalam pemuliaan dapat diketahui dan dilakukan, antara lain : (1) identifikasi dan penentuan letak gen; (2) pemindahan gen tak terbatas; (3) peningkatan pemahaman proses genetik dan fisiologi tanaman; (4) perbaikan diagnosis penyakit dengan metode molekuler ; (5) pengaturan produksi protein pada tanaman serealia dan kacang – kacangan untuk meningkatkan gizi; (6) memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan; serta (7) memungkinkan dilakukannya transformasi, konstruksi, dan ekspresi genetik melalui teknologi DNA.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2001. Harian Kompas 18 September 2001
Heru, 2009, Peranan Bioteknologi Dalam Pengelolaan Penyakit Tungro. Peneliti pada Loka Penelitian Penyakit Tungro, Lanrang, Sulawesi Selatan. Diakses Pada tanggal 3 Januari 2011.
Lubis, 1998 . Pemuliaan Tanaman dan Bio Molekuler. Program Studi Pemuliaan Tanaman Fakultas Pertanian.Universitas Sumatera Utara. Diakses Pada tanggal 1 Januari 2011.
Widiarta, I.N., Burhanuddin, A.A. Daradjat, dan A. Hasanuddin. 2004. Status dan program penelitian pengendalian terpadu penyakit tungro. Prosiding Seminar Nasional Status Program Penelitian Tungro Mendukung Keberlanjutan Produksi Padi Nasional. Makassar, 7-8 September 2004.
Latar Belakang
Bioteknologi adalah cabang ilmu yang mempelajari pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol) dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa. Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular, mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.
Bioteknologi secara sederhana sudah dikenal oleh manusia sejak ribuan tahun yang lalu. Sebagai contoh, di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, roti, maupun keju yang sudah dikenal sejak abad ke-19, pemuliaan tanaman untuk menghasilkan varietas-varietas baru di bidang pertanian, serta pemuliaan dan reproduksi hewan.
Tungro merupakan salah satu penyakit penting tanaman padi yang menjadi penghambat dalam peningkatan stabilitas produksi padi. Berbagai usaha pengendalian telah dilakukan, di antaranya dengan penerapan teknologi pengendalian penyakit tungro terpadu yang bertujuan untuk mencegah atau menghindarkan pertanaman dari penularan tungro dengan komponen utama waktu tanam tepat, penggunaan varietas tahan, dan pergiliran varietas tahan. Namun demikian, teknologi tersebut kurang sesuai untuk daerah dengan pola tanam tidak serempak, sehingga dikembangkan strategi pengendalian penyakit tungro dengan eliminasi RTSV. Perkembangan bioteknologi berbasis biologi molekuler dapat digunakan untuk membantu dalam pengendalian penyakit tungro melalui pendekatan biologi, ekologi, dan epidemiologi penyakit tungro. Kemajuan di bidang biologi molekuler telah melahirkan berbagai teknik yang dapat dimanfaatkan dalam pengelolaan penyakit tungro, di antaranya diagnosis penyakit tungro, deteksi dini infeksi virus tungro dan vektor infektif, identifikasi dan karakterisasi strain virus tungro dan biotipe wereng hijau, pemantauan terjadinya resistensi wereng hijau terhadap suatu varietas, munculnya strain virus tungro dan biotipe wereng hijau yang baru, karakterisasi ketahanan varietas terhadap virus tungro dan wereng hijau, perakitan varietas tahan berdasarkan sifat ketahanannya terhadap virus tungro dan wereng hijau serta perakitan varieta transgenik tahan virus tungro. Hal tersebut merupakan tantangan sekaligus.
Asia lainnya seperti India, Malaysia, Vietnam, Filipina, dan Thailand (Ling 1979, Suranto 2004). Di Indonesia, kehilangan hasil padi akibat penyakit tungro dalam kurun waktu 1996-2002 mencapai 12.078 t/tahun atau senilai Rp 12-15 milyar (Soetarto et al. 2001). Berbagai usaha pengendalian telah dilakukan, di antaranya dengan penerapan teknologi pengendalian penyakit tungro secara terpadu yang bertujuan untuk mencegah atau menghindarkan pertanaman dari ancaman tungro (escape strategy) dengan komponen utama waktu tanam tepat, penggunaan varietas tahan, dan pergiliran varietas tahan. Namun demikian, tidak semua komponen dapat diterapkan, waktu tanam tepat kurang sesuai untuk daerah dengan pola tanam tidak serempak, ketersediaan varietas tahan masih terbatas, sehingga tidak mencukupi untuk pewilayahan dan distribusi berdasarkan sifat ketahanan spesifik lokasi. Perbedaan geografis dan intensitas interaksi virus tungro dan wereng hijau dengan varietas menyebab- kan adanya variasi genetik strain virus tungro dan biotipe wereng hijau. Oleh karena itu, pengendalian penyakit tungro harus dilakukan secara komprehensif dengan memperhatikan berbagai aspek, seperti tingkat ketahanan varietas, kepadatan populasi dan efisiensi penularan oleh wereng hijau, penyebaran virus, ketersediaan sumber inokulum, kondisi lingkungan dan sosioekonomi petani (Hasanuddin et al. 2001). Implementasi bioteknologi berbasis biologi molekuler sangat membantu pengendalian penyakit tungro berdasarkan aspek biologi, ekologi dan epidemiologi penyakit. Kemajuan di bidang biologi molekuler telah melahirkan berbagai teknik yang dapat dimanfaatkan dalam pengelolaan penyakit tungro, di antaranya (1) diagnosis penyakit tungro, (2) deteksi dini infeksi virus tungro dan vektor infektif (mengetahui keberadaan sumber inokulum dan penularan- nya), (3) identifikasi dan karakterisasi strain virus tungro dan biotipe wereng hijau (keragaman genetik virus tungro dan biotipe wereng hijau berdasarkan perbedaan virulensi virus tungro, efisiensi penularan oleh wereng hijau dan perbedaan geografis), (4) pemantauan resistensi wereng hijau terhadap suatu varietas dan munculnya strain virus tungro dan biotipe wereng hijau yang baru, (5) karakterisasi ketahanan varietas terhadap virus tungro dan wereng hijau (keragaman genetik varietas berdasarkan tingkat ketahanannya), dan (6) perakitan varietas tahan berdasarkan sifat ketahanannya terhadap virus tungro dan wereng hijau (varietas tahan spesifik lokasi) serta perakitan varietas transgenik tahan virus tungro.
Beberapa teknik molekuler atau teknologi DNA yang banyak digunakan dalam penelitian dan pengelolaan hama dan penyakit tanaman dan pengembangan pemuliaan tanaman di antaranya (1) restriction fragment length polymorphism (RFLP) yaitu markah berdasarkan hibridisasi DNA, (2) randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) dan amplified fragment length polymorphism (AFLP), yaitu markah yang diidentifikasi menggunakan polymerase chain reaction (PCR) dengan menggunakan sekuen-sekuen nukleotida sebagai primer (Garcia et al. 2004) dan 3) sequence tagged sites (STS), sequence characterized amplified regions (SCARs), simple sequence repeat (SSRs) atau mikrosatelit (microsatellites) dan single nucleotide polymorphism (SNPs), yaitu markah berdasarkan PCR dengan menggunakan primer yang menggabungkan sekuen komplementer spesifik pada DNA target (Azrai 2005). Berdasarkan tujuan, target, efisiensi, dan efektifitasnya, terdapat beberapa modifikasi teknik PCR, di antaranya reversed transcription-PCR (RT-PCR), repetitive-PCR (Rep-PCR), loop-mediated isothermal amplification (LAMP), dan RT-LAMP (Mori et al. 2006). Perkembangan rekayasa genetic melalui metode kloning DNA dan teknologi rekombinan DNA memungkinkan gen tunggal dari suatu varietas dapat ditransfer ke varietas yang lain (teknologi varietas transgenik).
B. ISI
PRINSIP DASAR BIOTEKNOLOGI DAN CONTOH PENERAPAN DALAM BIDANG PERTANIAN
Perakitan Varietas Tahan Penyakit Tungro
Penanaman varietas tahan virus tungro dan wereng hijau merupakan komponen yang paling efektif dalam pengendalian tungro (Sama 1985, Loebenstein and mGera 1993, Daradjat et al. 1999). Ketahanan varietas terhadap virus tungro akan menekan intensitas penyakit dan ketahanan terhadap wereng hijau akan menekan penularan virus tungro. Namun demikian, varietas tahan tidak boleh ditanam terus-menerus karena dapat meningkatkan tekanan seleksi vector dan memungkinkan berkembangnya wereng hijau biotipe baru (Daradjat et al. 1999). Durabilitas ketahanan varietas terhadap wereng hijau dan virus tungro dipengaruhi oleh variasi biotipe wereng hijau dan virulensi virus tungro (Widiarta dan Kusdiaman 2002).
Keragaman ketahanan genetik varietas akan meningkatkan durabilitas ketahanan varietas, menurunkan tekanan seleksi wereng hijau dan virus tungro, serta mencegah terjadinya epidemi penyakit tungro. Oleh karena itu, perakitan varietas berdasarkan sumber gen tahan dan strain virus tungro harus terus-menerus dilakukan (Hasanuddin et al. 2001). Pengembangan varietas saat ini lebih ditekankan pada perakitan varietas tahan virus terutama RTSV karena dapat menghambat penyebaran RTBV, oleh wereng hijau, sehingga tidak terjadi infeksi ganda (Widiarta et al. 2004). Di Indonesia, telah dilepas beberapa varietas tahan tungro seperti Tukad Unda, Tukad Petanu, Tukad Balian, Kalimas, dan Bondoyudo (Daradjat et al. 2004) dan telah diperoleh pula 29 galur tahan tungro (Muliadi dan Praptana 2005). Varietas dan galur tersebut merupakan hasil seleksi berdasarkan pengamatan fenotipik dengan berbagai tingkat ketahanan. Pada masa
mendatang diperlukan identifikasi pada tingkat molekuler untuk memperoleh informasi keberadaan gen tahan yang menunjukkan suatu varietas atau galur mempunyai sifat ketahanan sebagai tetua dalam persilangan selanjutnya. Varietas ARC 11554, Utri Merah, Habiganj DW8, dan Utri Rajapan merupakan sumber ketahanan terhadap RTSV dan RTBV (Choi 2004). Utri Merah memiliki sejumlah gen yang mampu menghambat perkembangan partikel RTBV dan dua gen resesif yang mengendalikan ketahanan terhadap RTSV. Salah satu gen resesif dari Utri Merah bersifat alelik dengan gen ketahanan yang bersifat resesif pada Utri Rajapan (Shahjahan et al. 1990).
Uji kesesuaian tetua tahan terhadap penyakit tungro perlu dilakukan dengan adanya keragaman strain virus tungro dan biotipe wereng hijau. Hasil penelitian menunjukkan varietas ARC 15544, Utri Merah, dan Utri Rajapan tahan terhadap strain virus tungro dari Sulawesi Selatan, Sulawesi Tengah, Sulawesi Barat, dan Sulawesi Tenggara (Praptana et al. 2005). Telah diketahui pula 10 varietas padi lokal dari Nusa Tenggara Barat tahan terhadap penyakit tungro (Praptana dan Muliadi 2006). Perakitan varietas dengan sumber tetua tahan penyakit tungro dan varietas yang disukai di suatu daerah perlu dilakukan untuk memperoleh varietas tahan spesifik lokasi. Pemanfaatan teknik molekuler dalam penelusuran sifat ketahanan varietas dan seleksi dalam persilangan sangat mendukung percepatan perakitan varietas tahan penyakit tungro.
Perakitan Varietas Padi Transgenik Tahan Virus Tungro
Pemuliaan tanaman padi berdasarkan sifat ketahanan terhadap penyakit tungro diarahkan pada perakitan varietas baru dengan spektrum ketahanan yang lebih luas dan durabilitas yang lebih tinggi. Perakitan varietas tahan wereng hijau dapat dilakukan dengan penumpukan (pyramiding) gen ketahanan untuk meningkatkan durasi ketahanan dengan memanfaatkan markah molekuler (Wang et al. 2004). Perkembangan teknologi rekombinan DNA membuka peluang perakitan tanaman tahan virus tungro melalui rekayasa genetik.
Berdasarkan faktor patogenisitas virus tungro dan penyakit tungro diharapkan dapat dilakukan perakitan varietas transgenik tahan virus tungro melalui teknologi transformasi. Perakitan varietas transgenik dapat dilakukan dengan mentrasfer gen dari virus ke tanaman yang umum dinamakan dengan pathogenderived resistance (PDR). PDR yang dapat digunakan dalam perakitan varietas transgenik di antaranya adalah coat protein-mediated resistance (CP-MR), replicase protein-mediated resistance (Rep-MR), movement protein-mediated resistance (MP-MR), satellite RNA (sat RNA) dan defective-interfering viral nucleic acids (Dasgupta et al. 2003). Biologi molekuler sangat diperlukan dalam perakitan varietas transgenik, di antaranya dalam konstruksi dan rekonstruksi plasmid, konfirmasi keberadaan transgen dan ekspresi dari gen yang ditransfer, serta kestabilannya dalam genom tanaman target (Bahagiawati 2004). Terdapat dua teknik transformasi yang telah umum digunakan yaitu transformasi langsung melalui Agrobacterium tumifaciens dengan mikroinjeksi, elektroporasi, dan penembakan partikel. Sistem transformasi dengan A. tumifaciens lebih banyak digunakan karena relatif lebih murah, efisien dan stabil dalam mengintroduksikan suatu gen (Siemens and Schieder 1996). Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses transformasi dengan A. tumifaciens adalah transfer T-DNA ke dalam inti target, integrasi T-DNA pada genom tanaman target, dan ekspresi gen yang ditranfer (Sheng and Citovsky 1996).
Beberapa tahapan dalam perakitan varietas transgenik tahan virus dengan transformasi melalui A. tumifaciens adalah: (a) mengkontruksi plasmid (plasmid yang sudah tersedia, Ti-vector) dengan mentransfer gen CP beserta promotor dan terminator; (b) menyeleksi plasmid terkonstruksi dengan marker; (c) mentransfer plasmid ke A. tumifaciens; (d) transformasi oleh A. tumifaciens pada embryogenic tissue dengan metode liquid-phase wounding; dan (e) seleksi putative transformed somatic embryos sehingga diperoleh putative transgenic. Penggunaan teknik PCR untuk mendeteksi keberadaan transgene pada putative transgenic dengan primer spesifik menghasilkan putative transgenic sebagai materi pengujian. Selanjutnya dilakukan inokulasi virus dan pengamatan fenotipik berdasarkan waktu kemunculan gejala dan persentase putative transgenic yang bergejala. Kemungkinannya akan diperoleh putative transgenic dengan berbagai tingkatan ketahanan yaitu peka, tahan, sangat tahan, dan immune. Teknik DAS-ELISA dapat digunakan untuk mendeteksi virus pada putative transgenic. Tingkat ekspresi transgene dianalisis dengan teknik Western-blot dan Northern-blot. Akumulasi gen CP yang tertranskripsi dalam nukleus berkorelasi dengan tingkat protein yang terekspresi. Analisis segregasi dilakukan untuk mengetahui pewarisan transgene dengan menyilangkan tanaman transgenik R1 dengan tanaman nontransgenik (Bau et al. 2003). Selanjutnya diperlukan perbaikan tanaman transgenik melalui persilangan tanaman transgenik dengan galur yang mempunyai sifat agronomis baik. Markah molekuler RFLP dan RAPD dapat digunakan dalam proses seleksi keturunan tanaman transgenik yang
dihasilkan (Bahagiawati 2004).
CP-MR merupakan pendekatan inovatif dalam pengendalian virus tanaman melalui perakitan varietas transgenik dengan mentransfer gen CP virus (Beachy 1990). Di IRRI telah dilakukan perakitan varietas transgenik dengan mentranrfer gen CP, polimerase, protease, RNase H, dan antisens RNA dari RTBV pada varietas IR64, TN1, Taipei 309, dan Kinuhikari dengan promoter RTBV dan Cauliflower mosaic virus (35S), namun tanaman yang dihasilkan belum dapat mencegah atau mengurangi infeksi RTBV (Azzam et al. 1999). Perakitan pepaya transgenik tahan Papaya ringspot virus (PRSV) dengan mentransfer gen CP dari strain kuat lokal Taiwan (PRSV YK) dengan A. tumifaciens menghasilkan pepaya transgenik yang bersifat broad spectrum resistance (Bau et al. 2003). Hal ini membuka peluang dalam eksplorasi strain virus tungro berdasarkan virulensinya di seluruh daerah endemis penyakit tungro di Indonesia untuk memperoleh strain kuat virus tungro yang selanjutnya dapat digunakan sebagai materi perakitan varietas transgenic tahan virus tungro. Tanaman padi transgenik yang dirakit berdasarkan pendekatan Rep-MR, CP-MR, dan MP-MR menunjukkan ketahanan yang bersifat broad spectrum dan mempunyai durabilitas yang tinggi (Azzam and Chancellor 2002). Pemanfaatan varietas padi transgenik yang mengandung gen tahan virus di Indonesia diharapkan dapat mencegah penyebaran virus dan mengendalikan penyakit tungro dalam skala yang luas, sehingga sesuai untuk pengendalian penyakit tungro berdasarkan konsep epidemiologi. Namun demikian, jalan yang harus ditempuh masih sangat panjang, sehingga tidak dapat diharapkan dalam waktu 5-10 tahun ke depan, mengingat proses perakitan varietas transgenik membutuhkan waktu yang relatif lama dan hal yang paling penting adalah varietas transgenik harus memenuhi persyaratan uji keamanan hayati dan keamanan pangan.
C. KESIMPULAN
Bioteknologi dengan memanfaatkan biologi molekuler dapat berperan dalam pengelolaan penyakit tungro berdasarkan aspek biologi, ekologi, dan epidemiologi. Berbagai teknik molekuler berpeluang untuk dimanfaatkan dalam pengelolaan penyakit tungro, di antaranya diagnosis penyakit tungro, deteksi virus tungro, identifikasi strain virus tungro dan biotipe wereng hijau, patogenisitas virus tungro dan patogenesis penyakit tungro serta penularannya, karakterisasi ketahanan varietas terhadap virus tungro dan wereng hijau, perakitan varietas tahan virus tungro dan wereng hijau serta perakitan tanaman transgenik tahan virus tungro. Berbagai teknik molekuler perlu dimanfaatkan oleh peneliti bioteknologi di Indonesia.
D. PENUTUP
KELEBIHAN BIOTEKNOLOGI
Banyak pakar memandang rekayasa genetika secara sederhana sebagai kelanjutan dari teknik pemuliaan konvensional karena kedua teknik itu pada dasarnya bertujuan untuk menggabungkan materi genetika dari sumber yang berbeda untuk menggabungkan materi genetika dari sumber yang berbeda untuk menghasilkan organisme yang memiliki sifat-sifat baru yang berguna. Meskipun pada dasarnya rekayasa genetika dan pemuliaan konvensional memiliki kesamaan. Namun kedua teknik itu juga memiliki perbedaan – perbedaan penting. Parameter Pemuliaan konvensional Rekayasa Genetika tingkat organisme utuh sel atau molekul ketepatan sekumpulan gen satu tunggal kepastian perubahan genetika sulit atau perubahan bahan tidak mungkin dikarakterisasi genetika dapat dikarakterisasi dengan baik batasan taksonomi hanya dapat dipakai dalam tidak ada batasan suatu spesies atau satu genus taksonomi. Dalam rekayasa genetika, kita memindahkan satu gen tunggal yang fungsinya sudah diketahui dengan jelas, sedangkan pada umumnya yang dipindahkan berupa kumpulan gen, meskipun dalam metode pemuliaan tanaman ada metode silang balik ( back cross ) yang tujuannya mentransfer satu gen sehingga diperoleh galur isogenik. Dengan meningkatkan ketepatan dan kepastian manipulasi genetika, maka resiko untuk menghasilkan organisme dengan sifat – sifat yang tidak diharapkan dapat diminimumkan . Model uji coba (trial-and-error) dalam pemuliaan selektif dapat dibuat menjadi lebih tepat melalui rekayasa genetika.
Pemuliaan konvensional mengawinkan organisme dari satu spesies, dari spesies yang berbeda, atau kadang-kadang dari genus yang berbeda. Dalam rekayasa genetika sudah tidak ada lagi hambatan taksonomi. Manipulasi genetika tidak lagi terbatas pada sekelompok kecil variasi genetika. Bila kita inginkan suatu bahan genetika untuk disisipkan pada satu organisme, maka tidak lagi menjadi masalah seberapa jauh hubungan kekerabatan organisme pemilik bahan genetika tersebut. Sebagai contoh gen penyandi antibodi dari manusia dapat dipindahkan ke tanaman tembakau sehingga kita dapat memanen antibodi bukan dari hewan percobaan, yang sering kali kurang disukai oleh kelompok pecinta binatang, tetapi langsung dari ekstrak daun tembakau. Kemampuan memindahkan gen dari satu organisme ke organisme lain tanpa batasan taksonomi memungkinkan kita memanfaatkan sumber daya alam yang luar biasa, yaitu keragaman hayati ( biodiversity ). Tentu saja semua usaha itu dapat dilakukan dengan dampak yang minimal bila kita mau belajar dari kearifan proses – proses biologi yang mendasari keragaman tersebut.
KEKURANGAN BIOTEKNOLOGI
Pemuliaan tanaman konvensional menggunakan hasil observasi fenotipe, kadang –kadang didukung oleh statistika yang rumit dalam menyeleksi individu unggul dalam populasi pemuliaan. Namun demikian, tugas ini terkesan sulit karena kerumitan genetik dari sebagian besar sifat-sifat agronomi dan adanya interaksi yang kuat dengan factor lingkungan. Oleh karena itu pemuliaan tanaman di masa mendatang akan lebih mengarah kepada penggunaan tehnik dan metodologi pemuliaan molekular dengan menggunakan penanda genetik. Dengan penggunaan “ pemuliaan molekuler “ ini telah menjanjikan kesederhanaan terhadap kendala dan tantangan tersebut. Seleksi tidak langsung dengan menggunakan penanda molekuler yang terikat dengan sifat-sifat yang diinginkan telah memungkinkan studi individu pada tahap pertumbuhan dini, mengurangi permasalahan yang berkaitan dengan seleksi sifat-sifat ganda dan ketidaktepatan pengukuran akibat ekspresi sifat yang disebabkan oleh faktor eksternal lokus genetik ganda.
Selanjutnya dengan kemajuan iptek di bidang teknologi molekuler telah memberikan peluang untuk mengatasi keterbatasan itu, dimana beberapa aspek mikro dalam pemuliaan dapat diketahui dan dilakukan, antara lain : (1) identifikasi dan penentuan letak gen; (2) pemindahan gen tak terbatas; (3) peningkatan pemahaman proses genetik dan fisiologi tanaman; (4) perbaikan diagnosis penyakit dengan metode molekuler ; (5) pengaturan produksi protein pada tanaman serealia dan kacang – kacangan untuk meningkatkan gizi; (6) memudahkan dalam menghasilkan dan menyeleksi tanaman tahan hama, penyakit dan cekaman lingkungan; serta (7) memungkinkan dilakukannya transformasi, konstruksi, dan ekspresi genetik melalui teknologi DNA.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2001. Harian Kompas 18 September 2001
Heru, 2009, Peranan Bioteknologi Dalam Pengelolaan Penyakit Tungro. Peneliti pada Loka Penelitian Penyakit Tungro, Lanrang, Sulawesi Selatan. Diakses Pada tanggal 3 Januari 2011.
Lubis, 1998 . Pemuliaan Tanaman dan Bio Molekuler. Program Studi Pemuliaan Tanaman Fakultas Pertanian.Universitas Sumatera Utara. Diakses Pada tanggal 1 Januari 2011.
Widiarta, I.N., Burhanuddin, A.A. Daradjat, dan A. Hasanuddin. 2004. Status dan program penelitian pengendalian terpadu penyakit tungro. Prosiding Seminar Nasional Status Program Penelitian Tungro Mendukung Keberlanjutan Produksi Padi Nasional. Makassar, 7-8 September 2004.
Senin, 03 Januari 2011
Replikasi DNA
Pendahuluan
Dulu sebelum struktur DNA diketahui, para ilumuan tertarik pada kemampuan organisme membuat salinan yang layak dari dirinya sendiri, dan kemudian kemampuan sel memproduksi banyak salinan sama précis makromolekul komplek. Spekulasi tentang permasalahan ini terfokus pada konsep template. Template sel seharusnya menjadi permukaan dimana molekul berada dalam susunan yang khusus dan bergabung untuk membentuk makromolekul yang struktur dan fungsinya unik.
Proses replikasi DNA menunjukan contoh biologi pertama dari penggunaan template untuk memandu sintesa makromolekul. Tahun 1940an mengantarkan pada pengetahuan bahwa DNA merupakan molekul genetik, tetapi semuanya berubah ketika James Watson dan Francis Crick menyimpulkan struktur DNA yang menjelaskan bagaimana DNA bekerja sebagai template untuk replikasi dan penyaluran informasi genetic. Satu strand merupakan pelengkap strand yang lain. Aturan keras pasangan basa berarti bahwa penggunaan salah satu strand sebagai templat akan menghasilkan strand lain yang dapat diprediksi susunan complementarinya.
Ciri pokok proses replikasi DNA dan mekanisme yang digunakan enzim yang mengkatalisasi DNA telah menunjukan kesamaan yang identik pada semua organisme. Kesatuan mekanisasi akan menjadi tema utama seperti yang kita proses dari cirri umum proses replikasi pada enzim replikasi E. coli dan akhirnya untuk replikasi eukaryotic.
Replikasi DNA diatur oleh kumpulan aturan pokok
Replikasi DNA dikatakan semikonservatif jika masing-masing strand DNA berlaku sebagai template untuk sintesa strand baru, dua molekul DNA baru akan dihasilkan, masing-masing dengan satu strand baru dan satu strand lama. Proses ini disebut replikasi semikonservatif. Hipotesa tentang replikasi semikonservatif diusulkan oleh Watson dan Crick setelah publikasi paper mereka tentang stuktur DNA; teri tersebut dibuktikan percobaan yang didesign dengan mahir oleh Mattew Meselson dan Franklin Stahl pada tahun 1957 (Gb. 24-2. Meselson dan Stahl menumbuhkan sel E.coli selama beberapa generasi pada medium dimana sumber nitrogen (NH4Cl) mengandung 15N, isotop nitrogen terberat disamping isotop normal, lebih banyak, ringan yakni 14N. DNa yang terisolasi dari sel ini memilika densitas 1%lebih besar dari pada DNA normal DNA[14N]. meskipun ini hanya perbedaan kecil , campuran [15N]DNA berat dengan [14N]DNA ringan dapat dipisahkan dengan sentrifugasi untuk keseimbangan pada garadien densitas klorida sesium.
Sel E.coli yang berkembang pada medium 15N ditransfer ke medium baru yang hanya mengandung isotop 14N, dimana sel-sel tersebut dibiarkan berkembang sampai populasi sel menjadi berlipat ganda. DNA yang terisolasi dari generasi pertama sel membentuk pita tunggal pada gradient CsCl pada posisi yang mengindikasikan bahwa DNA helik ganda dari sel turunan merupakan hibrida yang mengandung satu strand 14N baru dan satu stran 15N inang .
Hasil ini menumbangkan replikasi konservatif, hipotesis lain dimana satu turunan molekul DNA akan terdiri dari dua strand DNa hasil sintesa baru dan yang lainnya akan mengandung dua strand inang, sementara tidak akan dihasilakan molekul DNA hybrid pada percobaan Meselson-Stahl. Hipotesis replikasi semikonservatif kemudianmendukung langkah selanjutnya pada percobaan. Pada medium 14N,sel dibiarkanmengganda, dan produk hasil DNA dari lingkaran kedua replikasi ini menunjukan duapita, satu memiliki densitas yang sama denganDNA ringan dan yang lainnya memilikidensitas DNA hybrid yang diamati sel pertama menggandakan diri.
Replikasi mulai pada dari yang asli dan biasanya berlangsung dua arah
Pertanyaan tentang inang sekarang muncul. Apakah strand inang dilepaskan seluruhnyasebelum masing-masing tereplikasi? Apakah replikasi dimulai padatempat yang acakatau selalu pada point unik tertentu? Setelah inisiasi pada titik tertentu dalam DNA,apakah replikasi berlangsung searah atau dua arah? Indikasi awal menunjukan proseskoordinasi di mana strand inang dilepaskan dan direplikasi diajukan oleh John Cairns menggunakan teknik autoradiograpi. Cairns membuat DNA sel E. coli radiaktif dengan mengembangkannya dalam medium yang mengandung timidin berlabel tritium (3H). Saat DNA diisolasi dengan hati-hati, menyebar dan terlapisi dengan emulsi potografik,dan dibiarkan selama beberapa minggu, residu timidin radioaktif yang menghasilkan “lintasan” grain perak pada emulsi, memproduksi gamabaran molekul DNA. Lintasanini menunjukan kromosom E. coli secara utuh merupakan lingkaran tunggal, sepanjang 1.7 mm (lihat Gb. 23-2). DNA radioactive yang teisolasi dari sel selama proses replikasi menunjukan loop ekstra radioaktif (Gb. 24-3). Jumlah besar radioactivity dalam loop terkait dengan DNA yang diajukan Chairns untuk menyimpulkan bahwa loop dalam DNA merupakan formasi dua strand radioaktif yang saling berhubungan, masing-masing melengkapi strand inang. Salah satu atau kedua loop merupakan titik dinamis , yang diberi istilah cabang replikasi, dimana DNA inang dilepaskan danpemisahan strand secara cepat dengan replikasi. Hal ini menunjukkan bahwa kedua strand DNA direplikasi secara serempak, dan variasi dari percobaan ini (Gb. 23-3b) mengindikasikan bahwa replikasi kromosom bakteri berlangsung dua arah; kedua ujungloop memiliki cabang replikasi aktif.Untuk menentukan apakah loop berasal dari titik unik pada DNA, penunjukanyang dibutuhkan dalam rangkaian DNA. Proses ini disediakan dengan teknik denaturation mapping, yang dikembangkan oleh Ross Inmun dan teman-temannya.
Menggunakan 48502 pasangan basa kromosom dari bakteri fage , Inman menunjukanbahwa DNa dapat dengan selektif diubah sifatnya pada susuna yang tidak selalu kayaakan pasangan basa A=T. hal ini menghasilkan pola gelembung strand tunggal yangdapat diproduksi (lihat Gb. 12-30). Ketika DNA yang terisolasi mengandung loopreplikasi dirubah sifatnya secara partial dengancara ini, perkembagan cabang replikasidapat diukur dan dipetakan menggunakan wilayah denaturasi sebagai titik awalreferensi. Teknik yang dipakai mengungkapkan bahwa loop replikasi selalu berawaldari titik unik yang disebut origin. Disamping itu, hasil penelitian ini menguatkanobservasi awal yang mengatakan replikasi biasanya berlangsung dua arah. Untuk molekul DNA sel, dua cabang replikasi bertemu pada suatu titik pada sisi lingkaran yang berlawanan dengan origin.
Sintesis DNA berlangsung dengan arah 5’_ 3’ dan semiterputus
Strand DNA yang baru selalu disintesa dengan arah 5’_ 3’ (ujung 5’ dan 3’ strand DNA ). Karena kedua strand DNA anti parallel, strandtersebut bertindak sebagai template yang dibaca dari ujung 3’ kemudian 5’. Jika sintesis strand DNA selalu berlangsung dari arah 5’_ 3’, bagaimana mungkin kedua strand dapat disintesis secara seretntak? Jika dua-duanya disintesis secara berkelanjutanseperti cabang replikasi berpindah, salah satu harus disintesis dengan arah3’_ 5’. Permasalahn ini dipecahkan oleh Reiji Okazaki dan rekan-rekannya pada tahun1960an. Okazaki menemukan bahwa salah satu dari strand DNA baru disintesis dalamlembaran pendek, yang disebut fragmen Okazaki. Hasil ini kemudian membawa pasasebuah kesimpulan bahawa salah satu strand disinstesis secara berkelanjutan dansatunya lagi terputus (Gb. 24-4). Strand yang berkelanjutan atau leading strand adalahstrand yang mana sintesis 5’_ 3’ berlangsung dengan arah yang sama sepertiperpindahan cabang replikasi. Strand teputus atau lagging strand merupakan stranddimana sintesis 5’ _ 3’ berlangsung dengan arah yang berlawanan dengan perpindahancabang. Panjang fragmen Okazaki berkisar dari ratusan samapi ribuan nukleotida, tergantung jenis selnya.
DNA disintesis dengan DNA polymerase
Pencarian enzim yang dapat mensistesis DNA telah dimulai dari tahun 1955 oleh ArthurKornberg dan rekan-rekannya. Penelitian ini membawa pada pemurnian dan pencirianDNA polymerase pada sel E. coli, enzim polipeptida tunggal yang sekarang dikenaldengan sebutan DNA polymerase I (Mr 103.000). kemudian, ditemukan bahwa E. colimengandung skurang-kurangnya dua DNA polymerase yang berbeda , yang akandijelaskan dibawah.Studi mendalam DNA polymerase I mengungkapkan ciri proses DNA sintetis yangdibuktikan secara umum pada semua DNA polymerase. Reksi pokoknya adalahserangan nukleopilik oleh kelompok nukleotida 3’hidroksil pada ujung 3’ strand yang tumbuh di 5’-_-posporus deoxynucleoside 5’-trifospat yang baru masuk . Pirofospat anorganik dihasilkan melalui reaksi tersebut. Persamaan reaksinya adalah: (dNMP)n + dNMP _ (dNMP)n + PPi DNA perpanjangan DNA Dimana dNMP dan dNTP merupakan deoxynucleoside 5’-monofospat dan 5’-trifospat, secara berturut-turut.
Penelitian awal tentang DNA polymerase I membawa kepasa sebuah definisi tentangdua persyaratan sentral untuk DNA polymerase. Pertama, semua DNa polymerasemembutuhkan template (Gb. 24-5). Reaksi polimerisasi dipandu oleh template strandDNA sesuai denga aturan pasangan basa yang diasumsikan oleh Watson dan Crick: dimana terdapat guanine pada template, sitosin ditambahkan pada strand baru, dan
sebagainya. Hal ini metupakan penemuan yang beda , tidak hanya karena penemuan ini menghasilkan dasar kimia untuk replikasi DNA semikonservatif, tetapi karena penemuan ini memberikan contoh tentang penggunaan template untuk memandu reaksi biosintetik. Kedua, dibutuhkan primer. Primer merupakan segmen strand baru(pelengkap template)dengan kelompok 3’-hidroksil kemana nukleotida ditambahkan.Ujung 3’ dari primer disebut primer terminus. Dengan kata lain, bagian dari strand baruharus sudak ditempatkan; polymerase hanya dapat menambahkan nukleotida padastrand yang sudah ada sebelumnya. Ini sudah dibuktikan sebagai kasus pada semuaDNA polymerase, dan penemuan ini dilengkapi dengan cerita pengerutan DNA yangmenarik. Tidak ada enzim sintesis DNA dapat memulai sisntesis pada strand DNA baru.
Seperti yang akan kita lihat kemudian pada bab ini, enzim yang mensintesis RNA memiliki kemampuan memulai sintesis, dan akibatnya, primer sering merupakan oligonukleotida RNA. Setelah nukleotida ditambahkan pada strand DNA yang berkembang, DNA polymeraseharus harus dipisahkan atau dihilangkan dari template dan menambahkan nukleotidayang lain. Pemisahan dan penggabungan kembali polymerase dapat membatasikecepatan reaksi keseluruhan, oleh karena itu kecepatan reaksi umumnya bertambahjika polymerase menambahkan nukleotida tambahan tanpa pemisahan pada template. Jumlah nukleotida yang ditambahkan , rata-rata, sebelum polymerase dipisahkan didefinisikan sebagai processivity. DNA polymerase bervariasi dalam hal processivitynya, dengan beberapa penambahan sedikit nukleotida dan penambahan lainnya sebelum pemisahan terjadi.
Polimerasi merupakan rekasi yang menguntungkan secara termodinamik
Pentingnya interaksi nonkovalen dan kovalen dalam proses biokimia. Pembahasan tentang reaksi polimerisasi energetic dapat dilaksanakan jika ada ikatan kovalen. Penyusunan kembali ikatan kovalen yaitu: satu ikatan anhidridposporik (dalam dNTP) dihidrolisis dan dibentuk satu ikatan phospodiester (dalam DNA).hasil ini merupakan perubahan yang tidak terlalu bagus (tak diinginkan) dalam standar energy bebas ( D Gº’=2 kJ/mol)untuk semua reaksi yang ditunjukan padapersamaan 24-1. Hidrolisis pirofospat menjadi 2 molekul fospat anorganik oleehpirofospat yang ada pada sel menghasilkan D Gº’= -30 kJ/mol, dan denganmenggabungkan dua reaksi ini sel mampu menyediakan termodinamika kuat secarapenuh dapa arah polimerisasi, dengan menerima energy sebesar DGº’= -28kJ/mol. Halini sangat penting untuk sel, namundalam kasus ini, ini bukanlah keseluruhan cerita.Jika kalkulasi ini telah lengkap, polymerase cenderung mengkatalisasi degradasi DNA dengan keberadaan hidrolisis pirofospat. Polymerase DNA murni, melangsungkan pilimerisasi secara efisien di dalam vitro dengan ketidakadaan pirofospatase.
Penjelasan ini: interaksi nonkovalen yang tidak diketahui pada kalkulai di atas memberikan kontribusi termodinamika yang penting untuk reaksi polimerisasi. Setiap nukleotida baru yang ditambahkan pada cincin yang berkembanng dilakukan disana tidak hanya dengan ikatan pospodiester baru tetapi juga dengan ikatan hydrogen pada pasangannya di dalam template dan interaksi penumpukan basa (base stacking) dengan nukleotida yang berdekatan pada cincin yang sama (p. 330). Tambahan energyyang dihasilkan interaksi lemah ganda ini mampu menggerakkan reaksi dalam arah ;polimerisasi.
DNA Polimerase Sangat Akurat
Proses replikasi haru dilaksanakan dengan ketelitian yang tinggi. pada E. coli, kesalahan terjadi hanya satu dari 109 sampai 1010 nukleotida yang ditambahkan. Untuk kromosom E. coli yang mengandung 4,7 x 106 pasangan basa, ini berat kesalahan akan dibuat hanya 1000 sampi 10000 replikasi. Selama polimerisasi, pembedaan anta nukleotida yang benar dan yang tidak benar bergantung pada ikatan hydrogen yang
mengkhususkan pasangan yang benar antara basa yang saling melengkapi. Basa yangsalah tidak akan membentuk ikatan hydrogen yang benar dan dapat dihilangkan sebelum ikatan pospodiester terbentuk. Keakuratan reaksi polimerisasi tidak cukup menghitung tingkatan keakuratan pada proses replikasi. Pengukuran dalam vitro secarahati-hati menunjukan bahawa DNA polimerisasi memasukan satu nukleotida yang salahuntuk setiap 104 sampai 105 nukleotida yang benar. Kesalahan ini sering terjadi karenabasa dalam bentuk tautomerik yang tidak biasa (lihat Gb 12-9), membiarkan basa padaikatan hydrogen dengan pasangan yang salah. Tingkat kesalahan kemudian dikurangi dalam vivo dengan mekanisme tambahan enzim.Hakekat mekanisme pada hampir semua DNA polymerase adalah memisahkan aktivitaseksonuklease 3’_5’ yang menyediakan pemeriksaan ganda masing-masing nukleotida setelah ditambahkan. Aktivitas nuclease membiarkan enzim menghilangkan nukleotida yang baru ditambahkan dan cendrung mengkhususkan pada pasangan basa yang salah dipasangkan . Jika nukleotida yang salah telah ditambahkan, translokasipolymerase ke posisi dimana nukleotida berikutnya ditambahkan akan dihalangi.
Aktivitas eksonuklease 3’_5’ menghilangkan kesalahan pemasangan nukleotida, dan polymerase akan dimulai kembali. Aktivitas ini disebut proofreading, aktivitas yang tidak menyederhanakan kemunduran reaksi polimerisasi, karena pirofospat tidak terlibat. Aktivitas polimerisasi dan proofreading DNA polymerase apat diukur secara terpisah. Pengukuran seperti tersebut menunjukan bahwa proofreading meningkatkan keakuratan reaksi polimerisasi dari lipatan 102 sampai 103. Pemisahan basa yang benar dan tidak benar tergantung pada interaksi pasangan basa yang samayang digunkanan selama polimerisasi. Strategi peningkatan kekauratan dengan interaksi nonkovalen yang saling melengkapi untuk pemisahan dua kali dengantahapan yang berurutan sangat umum dalam sintesis informasi yang mengandungmolekul. Strategi yang sama digunakan untuk meyakinkan kekauratan sintesis protein Secara keseluruhan, DNA polymerase melakukan kesalahan setiap 106 samapi 108 basa yang ditambahkan. Keakuratan replikasi sel E. coli yang telah diukur menunjukan tingkatan tinggi. sisa tingkatan akurasinya dihitung dengan sistem enzim terpisah yangmemperbaiki kesalahan pemasangan pasangan basa yang terjadi setelah replikasi. Proses yang disebut perbaikan kesalahan pemasangan (mismatch repair) ini dijelaskan dalam proses perbaikan DNA lainnya di bab ini.
Replikasi DNA membutuhkan banyak faktor enzim dan protein
Kita tahu bahwa replikasi pada E. coli tidak hanya membutuhkan DNA polymerasetetapi juga membutuhkan 20 atau lebih enzim dan protein yang berbeda, yangmasing-masing memiliki tugas. Meskipun belum menjadi sesuatu yang nyata,keseluruhan kompleks telah disebut sistem DNA replicase (DNA Replicase system)atau replisome. Kompleksiti enzim replikasi menunjukan persyaratan yang ditentukanpada saat proses oleh struktur DNA. Kami akan memperkenalkan nbeberapa kelasutama replikasi enzim dengan mempertimbangkan permaslahan yang dipecahkannya.Untuk menambah akses ke strand DNA yakni agar bertindak sebagai template dua inangstrand harus dipisahkan. Hal ini dikerjakan oleh enzim yang disebut Helicases, yang bergerak sepanjang DNA dan memisahkan strand dengan menggunakan energy kimia yang berasal dari ATP. Pemisahan strand membentuk penekatan topoligi pada struktur DNA helix, yang dibebaskan olek aksi topoisomerase. Strand yang terpisah distabilkan dengan ikatan protein-DNA. Primer harus ada atau disintesa sebelum DNA polymerasemensintesis DNA. Primer umumnya menunjukan segment RNA yang dihentikan olehenzim Primases. Akhirnya, Primer RNA harus dihilangkan dan digantikan oleh DNA.Pada E.coli, hal tersebut merupakan salah satu fungsi DNA polymerase I. setelah penghilangan segmen RNA dan pengisian salah satu gap dengan DNA, titik pada bagian belakang DNA dimana terdapat ikatan pospodiester rusak. Kerusakan tersebut,disebut torehan, harus ditutup dengan ezim DNA ligase. Semua proses tersebut harus dikoordinasikan dan diregulasi. Pengaruh dari proses dan enzim tersebut telah dikarakterisasikan pada sistem E. coli.
Replikasi pada sel eukaryotik lebih kompleks
Molekul DNA pada sel eukaryotic lebih luas dari sel eukaryotic pada bakteri dan terorganisir pada struktur nucleoprotein kompleks (kromatin) (Ban 23). Ciri esensialdari replikasi DNA sama denga eukariot dan prokariot. Namun, beberapa variasimenarik pada asas umum yang dijelaskan di atas memberikan pandangan baru tentangregulasi replikasi dan hubungannya dengan lingkaran sel. Origin replikasi disebut ORS (autonomously replicating sequence) telah teridentifikasidan diamati pada yeast. Elemen ARS menjangkau sampai region 300 pasangan basa danmengandung beberapa susunan yang dipelihara yang sangat penting untuk fungsi ARS. Ada hampir 400 elemen ARS pada yeast, dengan kebanyakan kromosom yang memilikibeberapa. Protein yang secara khusus mengikat region ARS telah diidentifikasi padayeast, meskipun fungsinya belum banyak diketahui.
Tingkatan perpindahan cabang replikasi pada eukariot (~50 nukelotida/detik) hanyasepersepuluh yang diamati pada E. coli. Pada tingkatan ini replikasi rata-rata kromosommanusia yang melanjutkan dari origin tunggal akan menghabiskan waktu 500 jam. Namun sebalikanya, replikasi kromosom manusia berlanjut dalam dua arah dari originganda yang ditempati 30.000 samapi 300.000 pasangan basa terpisah. Terkecuali elemen ARS yeast; struktur origin replikasi pada eukaryotic belum diketahui. Karenakromoskm eukaryotic hampir lebih besar secara seragam daripada kromosom bakteri,keberadaan origin ganda pada kromosom eukaryotic merupakan aturan umum.Seperti pada bakteri, ada beberapa tipe DNA polymerase pada sel eukaryotic. Beberapatelah memiliki fungsi khusus sepertireplikasi DNA pada mitokondria. Replikasi intikromosom memerlukan enzim DNA polymerase, yang ada hubunganya dengapolymerase yang lain yaitu DNA polymerase d . DNA polymerase _ merupakansubunit empat enzim dengan struktur dan ciri yang sama pada semua sel eukaryotic.
Salah satu dari subunit tersebut memiliki aktivitas primase. Subunit yang paling luas(Mr~180.000) mengandung aktivitas polimerisasi. DNA polymerase d memiliki duasubunit. Enzim ini menunjukkan asosiasi yang menarik dan stimulasi dengan proteinPCNA (proliferating cell nuclear antigen Mr~29.000) ditemukan pada jumlah yangbanyak dalam nukelus sel yang berkembangbiak. PCNA pada yeastakan berfungsibersama-sama dengan DNA polymerase d dari timus anak sapi dan PCNA timus anaksapi dengan DNA polymerase d yeast, mengajukan konservasi struktur dan fungsidari komponen kunci alat divisi sel pada semua sel eukaryotic. PCNA menunjukanfungsi yang sama dengan subunit _ DNA polymerase III E. coli , yaknimembentuk kelem lingkar yang mempertinggi prosesivas DNA polymerase δ.
DNA polymerase δ , yang memiliki aktivitas eksonuklease proofreading 3’_5’, cenderung melaksanakan sintesis strand leading. DNA polymerase _ memiliki prosesivas rendah, dan denga primase yang terasosiasi, DNA polymerase _ bisa melaksanakan sintesis strand lagging sebagai bagian dari replikasi eukaryotic. Polymerase lain adalah DNA polymerase Î, bisa menggantikan DNA polymerase DNA polymerase d pada situasi tertentu, seprti pada perbaikan DNA. Dua protein kompleks lainnya, RFA dan RFC (RF singkatan dari replication factor), telah dilibatkan dalam replikasi DNA eukaryotic. Dua-duanya ditemukan organisme yang berkisar dari yeast samapi mamalia. RFA merupakan eukaryotic DNA strand tunggal-ikatan protein, dengan fungsi yang sama dengan protein SSB pad E. coli. RFC memudahkan pertemuan kompleks replikasi aktif.
Mekanisme Replikasi DNA
Molekul DNA disintesis oleh DNA polimerase dari deoxyribonucleoside trifosfat (DNTP). Reaksi kimia mirip dengan sintesis RNA untai. Kedua DNA dan RNA polimerase dapat memperpanjang untai asam nukleat hanya dalam 5 'ke 3' arah. Namun, dua untai pada molekul DNA antiparalel. Oleh karena itu, hanya satu untai (strand terkemuka) dapat disintesis terus menerus oleh DNA polimerase. untai lain (lagging strand) disintesis segmen oleh segmen.
The structure formed by two b subunits of the E. Struktur dibentuk oleh dua b subunit dari E. coli DNA polymerase III . This structure can clamp a DNA molecule and slide with the core polymerase along the DNA molecule. coli DNA polimerase III. Struktur ini dapat penjepit molekul DNA dan slide dengan polimerase inti sepanjang molekul DNA.
DNA polymerases DNA polimerase E. Coli E. Coli
Tiga jenis DNA polimerase ada dalam E. coli: I, II dan III. DNA polimerase I digunakan untuk mengisi kesenjangan antara fragmen-fragmen DNA untai tertinggal. Itu juga merupakan enzim utama untuk mengisi jeda selama perbaikan DNA. DNA polimerase II PolB dikodekan oleh gen, yang terlibat dalam menanggapi SOS kerusakan DNA. DNA replication is mainly carried out by the DNA polymerase III. Replikasi DNA terutama dilakukan oleh DNA polimerase III.
DNA polimerase III terdiri dari beberapa subunit, dengan berat molekul total melebihi 600kD. Di antara mereka, a, e, dan q merupakan inti subunit polimerase. Peran utama subunit lain adalah untuk menjaga enzim dari jatuh dari untai cetakan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-B-1, dua b subunit dapat membentuk struktur berbentuk donat untuk menjepit molekul DNA di pusatnya, dan slide dengan polimerase inti sepanjang molekul DNA.
1. DNA sebagai Materi Genetika
Usaha pencarian materi genetiaka mengarah pada DNA. Peran DNA dalam hereditas pertama kali dilakukan dengan cara meneliti mikroba-mikroba. Seperti yang dilakukan Frederick Griffth yang membuktikan bahwa DNA dapat mentransformasi bakteri dengan melakukan percobaan menggunakan bakteri Streptococus pneumoniae Pembuktian lainnya dengan menggunakan Faga yaitu suatu virus yang menginfeksi bakteri. Percobaan ini dilakukan oleh Hershey dan Chase yang membuktikan bahwa faga menggunakan ujung ekornya untuk menempel pada sel inang dan menyuntikan materi genetiknya. Hal ini menunjukan bahwa adalah DNA, dan bukan protein yang berfungsi sebagai materi genetik faga.
2. Watson dan Crick Menemukan Heliks Ganda dengan Cara Membuat Model-Model yang sesuai dengan Data Sinar-X
Model Watson-Crick menjelaskan aturan-aturan Chragaff. Di mana saja satu untai molekul DNA memiliki sebuah A, untaian pasangannya pasti mempunyai sebuah T. dan sebuah G pada satu untai selalu berpasangan dengan sebuah C pada untai komplementernya. Oleh karena itu, pada DNA dari setiap organisme, banyaknya adenin sama dengan banyakn7ya timim dan banyaknya guanin sama dengan sitosin.
3. Replikasi dan Perbaikan DNA
Selama replikasi DNA, pemasangan basa untai-untai DNA yang ada bertindak sebagai cetakan untuk untai komplementer yang baru. Replikasi DNA semikonservatif yaitu di mana molkeul induk membuka gulungannya dan setiap untai kemudian berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis setengah molekul yang baru sesuai dengan aturan-aturan pemasangan basa.
Konsep dasar replikasi DNA adalah:
a. Sebelum melakukan replikasi, molekul induk mempunyai dua untai DNA komplementer
b. Langkah pertama dalam replikasi adalah pemisahan kedua untai DNA
c. Setiap untai yang lama berfungsi sebagai cetakan yang menetukan urutan nukleotida terpasang untai komplementer yang baru yang sesuai
d. Nukleotida baru tersebut disambung satu sama lain untuk membentuk tulang belakang gula fosfat dari untaian baru
Tiga model replikasi DNA adalah:
a. Model konservatif yaitu heliks ganda induk tetap dalam keadaan utuh dan salinan kedua yang sama telah dibuat
b. Model semi konservatif yaitu kedua untai molekul iduk berpisah dan setiap untai berfungsi sebagai cetakan untuk mensintesis komplementer yang baru
c. Model dispersif yaitu setiap untai dari kedua molekul anak terdiri dari campuran bagian untai lama dan untai yang baru disintesis
4. Enzim dan Protein dalam DNA
Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana DNA. Replikasi bermula di pangkal replikasi. Cabang replikasi bentuk-Y terbentuk pada ujung-ujung berlawanan dari gelembung replikasi, di mana kedua untai DNA berpisah. Pemanjangan DNA baru pada cabang replikasi dikatalisis oleh enzim-enzim yang disebut DNA polymerase. DNA polimerase mengkatalisis sintesis untai-untai DNA baru, 3’. Sintesis DNA pada cabang replikasiàbekerja dalam arah 5’ menghasilkan leading strand. Fragmen-fragmen ini kemudian disambung oleh DNA ligase.
Protein-protein yang Membantu Replikasi DNA terdapat dua jenis protein lain yang ikut berperan, diantaranya: helikase dan protein pengikat untai-tunggal. Helikase adalah sejenis enzim yang berfungsi membuka heliks ganda di cabang replikasi, memisahkan kedua untai lama.
Selain mengkatalisis enzim juga mengoreksi DNA Selama Replikasinya dan Memperbaiki Kerusakan pada DNA yang ada. Pada perbaikan salah pasang, protein mengoreksi DNA yang bereplikasi dan memperbaiki kesalahan dalam pemasangan basa. Pada perbaikan eksisi, enzim perbaikan membetulkan DNA yang dirusak oleh agen fisis dan kimiawi.
Dulu sebelum struktur DNA diketahui, para ilumuan tertarik pada kemampuan organisme membuat salinan yang layak dari dirinya sendiri, dan kemudian kemampuan sel memproduksi banyak salinan sama précis makromolekul komplek. Spekulasi tentang permasalahan ini terfokus pada konsep template. Template sel seharusnya menjadi permukaan dimana molekul berada dalam susunan yang khusus dan bergabung untuk membentuk makromolekul yang struktur dan fungsinya unik.
Proses replikasi DNA menunjukan contoh biologi pertama dari penggunaan template untuk memandu sintesa makromolekul. Tahun 1940an mengantarkan pada pengetahuan bahwa DNA merupakan molekul genetik, tetapi semuanya berubah ketika James Watson dan Francis Crick menyimpulkan struktur DNA yang menjelaskan bagaimana DNA bekerja sebagai template untuk replikasi dan penyaluran informasi genetic. Satu strand merupakan pelengkap strand yang lain. Aturan keras pasangan basa berarti bahwa penggunaan salah satu strand sebagai templat akan menghasilkan strand lain yang dapat diprediksi susunan complementarinya.
Ciri pokok proses replikasi DNA dan mekanisme yang digunakan enzim yang mengkatalisasi DNA telah menunjukan kesamaan yang identik pada semua organisme. Kesatuan mekanisasi akan menjadi tema utama seperti yang kita proses dari cirri umum proses replikasi pada enzim replikasi E. coli dan akhirnya untuk replikasi eukaryotic.
Replikasi DNA diatur oleh kumpulan aturan pokok
Replikasi DNA dikatakan semikonservatif jika masing-masing strand DNA berlaku sebagai template untuk sintesa strand baru, dua molekul DNA baru akan dihasilkan, masing-masing dengan satu strand baru dan satu strand lama. Proses ini disebut replikasi semikonservatif. Hipotesa tentang replikasi semikonservatif diusulkan oleh Watson dan Crick setelah publikasi paper mereka tentang stuktur DNA; teri tersebut dibuktikan percobaan yang didesign dengan mahir oleh Mattew Meselson dan Franklin Stahl pada tahun 1957 (Gb. 24-2. Meselson dan Stahl menumbuhkan sel E.coli selama beberapa generasi pada medium dimana sumber nitrogen (NH4Cl) mengandung 15N, isotop nitrogen terberat disamping isotop normal, lebih banyak, ringan yakni 14N. DNa yang terisolasi dari sel ini memilika densitas 1%lebih besar dari pada DNA normal DNA[14N]. meskipun ini hanya perbedaan kecil , campuran [15N]DNA berat dengan [14N]DNA ringan dapat dipisahkan dengan sentrifugasi untuk keseimbangan pada garadien densitas klorida sesium.
Sel E.coli yang berkembang pada medium 15N ditransfer ke medium baru yang hanya mengandung isotop 14N, dimana sel-sel tersebut dibiarkan berkembang sampai populasi sel menjadi berlipat ganda. DNA yang terisolasi dari generasi pertama sel membentuk pita tunggal pada gradient CsCl pada posisi yang mengindikasikan bahwa DNA helik ganda dari sel turunan merupakan hibrida yang mengandung satu strand 14N baru dan satu stran 15N inang .
Hasil ini menumbangkan replikasi konservatif, hipotesis lain dimana satu turunan molekul DNA akan terdiri dari dua strand DNa hasil sintesa baru dan yang lainnya akan mengandung dua strand inang, sementara tidak akan dihasilakan molekul DNA hybrid pada percobaan Meselson-Stahl. Hipotesis replikasi semikonservatif kemudianmendukung langkah selanjutnya pada percobaan. Pada medium 14N,sel dibiarkanmengganda, dan produk hasil DNA dari lingkaran kedua replikasi ini menunjukan duapita, satu memiliki densitas yang sama denganDNA ringan dan yang lainnya memilikidensitas DNA hybrid yang diamati sel pertama menggandakan diri.
Replikasi mulai pada dari yang asli dan biasanya berlangsung dua arah
Pertanyaan tentang inang sekarang muncul. Apakah strand inang dilepaskan seluruhnyasebelum masing-masing tereplikasi? Apakah replikasi dimulai padatempat yang acakatau selalu pada point unik tertentu? Setelah inisiasi pada titik tertentu dalam DNA,apakah replikasi berlangsung searah atau dua arah? Indikasi awal menunjukan proseskoordinasi di mana strand inang dilepaskan dan direplikasi diajukan oleh John Cairns menggunakan teknik autoradiograpi. Cairns membuat DNA sel E. coli radiaktif dengan mengembangkannya dalam medium yang mengandung timidin berlabel tritium (3H). Saat DNA diisolasi dengan hati-hati, menyebar dan terlapisi dengan emulsi potografik,dan dibiarkan selama beberapa minggu, residu timidin radioaktif yang menghasilkan “lintasan” grain perak pada emulsi, memproduksi gamabaran molekul DNA. Lintasanini menunjukan kromosom E. coli secara utuh merupakan lingkaran tunggal, sepanjang 1.7 mm (lihat Gb. 23-2). DNA radioactive yang teisolasi dari sel selama proses replikasi menunjukan loop ekstra radioaktif (Gb. 24-3). Jumlah besar radioactivity dalam loop terkait dengan DNA yang diajukan Chairns untuk menyimpulkan bahwa loop dalam DNA merupakan formasi dua strand radioaktif yang saling berhubungan, masing-masing melengkapi strand inang. Salah satu atau kedua loop merupakan titik dinamis , yang diberi istilah cabang replikasi, dimana DNA inang dilepaskan danpemisahan strand secara cepat dengan replikasi. Hal ini menunjukkan bahwa kedua strand DNA direplikasi secara serempak, dan variasi dari percobaan ini (Gb. 23-3b) mengindikasikan bahwa replikasi kromosom bakteri berlangsung dua arah; kedua ujungloop memiliki cabang replikasi aktif.Untuk menentukan apakah loop berasal dari titik unik pada DNA, penunjukanyang dibutuhkan dalam rangkaian DNA. Proses ini disediakan dengan teknik denaturation mapping, yang dikembangkan oleh Ross Inmun dan teman-temannya.
Menggunakan 48502 pasangan basa kromosom dari bakteri fage , Inman menunjukanbahwa DNa dapat dengan selektif diubah sifatnya pada susuna yang tidak selalu kayaakan pasangan basa A=T. hal ini menghasilkan pola gelembung strand tunggal yangdapat diproduksi (lihat Gb. 12-30). Ketika DNA yang terisolasi mengandung loopreplikasi dirubah sifatnya secara partial dengancara ini, perkembagan cabang replikasidapat diukur dan dipetakan menggunakan wilayah denaturasi sebagai titik awalreferensi. Teknik yang dipakai mengungkapkan bahwa loop replikasi selalu berawaldari titik unik yang disebut origin. Disamping itu, hasil penelitian ini menguatkanobservasi awal yang mengatakan replikasi biasanya berlangsung dua arah. Untuk molekul DNA sel, dua cabang replikasi bertemu pada suatu titik pada sisi lingkaran yang berlawanan dengan origin.
Sintesis DNA berlangsung dengan arah 5’_ 3’ dan semiterputus
Strand DNA yang baru selalu disintesa dengan arah 5’_ 3’ (ujung 5’ dan 3’ strand DNA ). Karena kedua strand DNA anti parallel, strandtersebut bertindak sebagai template yang dibaca dari ujung 3’ kemudian 5’. Jika sintesis strand DNA selalu berlangsung dari arah 5’_ 3’, bagaimana mungkin kedua strand dapat disintesis secara seretntak? Jika dua-duanya disintesis secara berkelanjutanseperti cabang replikasi berpindah, salah satu harus disintesis dengan arah3’_ 5’. Permasalahn ini dipecahkan oleh Reiji Okazaki dan rekan-rekannya pada tahun1960an. Okazaki menemukan bahwa salah satu dari strand DNA baru disintesis dalamlembaran pendek, yang disebut fragmen Okazaki. Hasil ini kemudian membawa pasasebuah kesimpulan bahawa salah satu strand disinstesis secara berkelanjutan dansatunya lagi terputus (Gb. 24-4). Strand yang berkelanjutan atau leading strand adalahstrand yang mana sintesis 5’_ 3’ berlangsung dengan arah yang sama sepertiperpindahan cabang replikasi. Strand teputus atau lagging strand merupakan stranddimana sintesis 5’ _ 3’ berlangsung dengan arah yang berlawanan dengan perpindahancabang. Panjang fragmen Okazaki berkisar dari ratusan samapi ribuan nukleotida, tergantung jenis selnya.
DNA disintesis dengan DNA polymerase
Pencarian enzim yang dapat mensistesis DNA telah dimulai dari tahun 1955 oleh ArthurKornberg dan rekan-rekannya. Penelitian ini membawa pada pemurnian dan pencirianDNA polymerase pada sel E. coli, enzim polipeptida tunggal yang sekarang dikenaldengan sebutan DNA polymerase I (Mr 103.000). kemudian, ditemukan bahwa E. colimengandung skurang-kurangnya dua DNA polymerase yang berbeda , yang akandijelaskan dibawah.Studi mendalam DNA polymerase I mengungkapkan ciri proses DNA sintetis yangdibuktikan secara umum pada semua DNA polymerase. Reksi pokoknya adalahserangan nukleopilik oleh kelompok nukleotida 3’hidroksil pada ujung 3’ strand yang tumbuh di 5’-_-posporus deoxynucleoside 5’-trifospat yang baru masuk . Pirofospat anorganik dihasilkan melalui reaksi tersebut. Persamaan reaksinya adalah: (dNMP)n + dNMP _ (dNMP)n + PPi DNA perpanjangan DNA Dimana dNMP dan dNTP merupakan deoxynucleoside 5’-monofospat dan 5’-trifospat, secara berturut-turut.
Penelitian awal tentang DNA polymerase I membawa kepasa sebuah definisi tentangdua persyaratan sentral untuk DNA polymerase. Pertama, semua DNa polymerasemembutuhkan template (Gb. 24-5). Reaksi polimerisasi dipandu oleh template strandDNA sesuai denga aturan pasangan basa yang diasumsikan oleh Watson dan Crick: dimana terdapat guanine pada template, sitosin ditambahkan pada strand baru, dan
sebagainya. Hal ini metupakan penemuan yang beda , tidak hanya karena penemuan ini menghasilkan dasar kimia untuk replikasi DNA semikonservatif, tetapi karena penemuan ini memberikan contoh tentang penggunaan template untuk memandu reaksi biosintetik. Kedua, dibutuhkan primer. Primer merupakan segmen strand baru(pelengkap template)dengan kelompok 3’-hidroksil kemana nukleotida ditambahkan.Ujung 3’ dari primer disebut primer terminus. Dengan kata lain, bagian dari strand baruharus sudak ditempatkan; polymerase hanya dapat menambahkan nukleotida padastrand yang sudah ada sebelumnya. Ini sudah dibuktikan sebagai kasus pada semuaDNA polymerase, dan penemuan ini dilengkapi dengan cerita pengerutan DNA yangmenarik. Tidak ada enzim sintesis DNA dapat memulai sisntesis pada strand DNA baru.
Seperti yang akan kita lihat kemudian pada bab ini, enzim yang mensintesis RNA memiliki kemampuan memulai sintesis, dan akibatnya, primer sering merupakan oligonukleotida RNA. Setelah nukleotida ditambahkan pada strand DNA yang berkembang, DNA polymeraseharus harus dipisahkan atau dihilangkan dari template dan menambahkan nukleotidayang lain. Pemisahan dan penggabungan kembali polymerase dapat membatasikecepatan reaksi keseluruhan, oleh karena itu kecepatan reaksi umumnya bertambahjika polymerase menambahkan nukleotida tambahan tanpa pemisahan pada template. Jumlah nukleotida yang ditambahkan , rata-rata, sebelum polymerase dipisahkan didefinisikan sebagai processivity. DNA polymerase bervariasi dalam hal processivitynya, dengan beberapa penambahan sedikit nukleotida dan penambahan lainnya sebelum pemisahan terjadi.
Polimerasi merupakan rekasi yang menguntungkan secara termodinamik
Pentingnya interaksi nonkovalen dan kovalen dalam proses biokimia. Pembahasan tentang reaksi polimerisasi energetic dapat dilaksanakan jika ada ikatan kovalen. Penyusunan kembali ikatan kovalen yaitu: satu ikatan anhidridposporik (dalam dNTP) dihidrolisis dan dibentuk satu ikatan phospodiester (dalam DNA).hasil ini merupakan perubahan yang tidak terlalu bagus (tak diinginkan) dalam standar energy bebas ( D Gº’=2 kJ/mol)untuk semua reaksi yang ditunjukan padapersamaan 24-1. Hidrolisis pirofospat menjadi 2 molekul fospat anorganik oleehpirofospat yang ada pada sel menghasilkan D Gº’= -30 kJ/mol, dan denganmenggabungkan dua reaksi ini sel mampu menyediakan termodinamika kuat secarapenuh dapa arah polimerisasi, dengan menerima energy sebesar DGº’= -28kJ/mol. Halini sangat penting untuk sel, namundalam kasus ini, ini bukanlah keseluruhan cerita.Jika kalkulasi ini telah lengkap, polymerase cenderung mengkatalisasi degradasi DNA dengan keberadaan hidrolisis pirofospat. Polymerase DNA murni, melangsungkan pilimerisasi secara efisien di dalam vitro dengan ketidakadaan pirofospatase.
Penjelasan ini: interaksi nonkovalen yang tidak diketahui pada kalkulai di atas memberikan kontribusi termodinamika yang penting untuk reaksi polimerisasi. Setiap nukleotida baru yang ditambahkan pada cincin yang berkembanng dilakukan disana tidak hanya dengan ikatan pospodiester baru tetapi juga dengan ikatan hydrogen pada pasangannya di dalam template dan interaksi penumpukan basa (base stacking) dengan nukleotida yang berdekatan pada cincin yang sama (p. 330). Tambahan energyyang dihasilkan interaksi lemah ganda ini mampu menggerakkan reaksi dalam arah ;polimerisasi.
DNA Polimerase Sangat Akurat
Proses replikasi haru dilaksanakan dengan ketelitian yang tinggi. pada E. coli, kesalahan terjadi hanya satu dari 109 sampai 1010 nukleotida yang ditambahkan. Untuk kromosom E. coli yang mengandung 4,7 x 106 pasangan basa, ini berat kesalahan akan dibuat hanya 1000 sampi 10000 replikasi. Selama polimerisasi, pembedaan anta nukleotida yang benar dan yang tidak benar bergantung pada ikatan hydrogen yang
mengkhususkan pasangan yang benar antara basa yang saling melengkapi. Basa yangsalah tidak akan membentuk ikatan hydrogen yang benar dan dapat dihilangkan sebelum ikatan pospodiester terbentuk. Keakuratan reaksi polimerisasi tidak cukup menghitung tingkatan keakuratan pada proses replikasi. Pengukuran dalam vitro secarahati-hati menunjukan bahawa DNA polimerisasi memasukan satu nukleotida yang salahuntuk setiap 104 sampai 105 nukleotida yang benar. Kesalahan ini sering terjadi karenabasa dalam bentuk tautomerik yang tidak biasa (lihat Gb 12-9), membiarkan basa padaikatan hydrogen dengan pasangan yang salah. Tingkat kesalahan kemudian dikurangi dalam vivo dengan mekanisme tambahan enzim.Hakekat mekanisme pada hampir semua DNA polymerase adalah memisahkan aktivitaseksonuklease 3’_5’ yang menyediakan pemeriksaan ganda masing-masing nukleotida setelah ditambahkan. Aktivitas nuclease membiarkan enzim menghilangkan nukleotida yang baru ditambahkan dan cendrung mengkhususkan pada pasangan basa yang salah dipasangkan . Jika nukleotida yang salah telah ditambahkan, translokasipolymerase ke posisi dimana nukleotida berikutnya ditambahkan akan dihalangi.
Aktivitas eksonuklease 3’_5’ menghilangkan kesalahan pemasangan nukleotida, dan polymerase akan dimulai kembali. Aktivitas ini disebut proofreading, aktivitas yang tidak menyederhanakan kemunduran reaksi polimerisasi, karena pirofospat tidak terlibat. Aktivitas polimerisasi dan proofreading DNA polymerase apat diukur secara terpisah. Pengukuran seperti tersebut menunjukan bahwa proofreading meningkatkan keakuratan reaksi polimerisasi dari lipatan 102 sampai 103. Pemisahan basa yang benar dan tidak benar tergantung pada interaksi pasangan basa yang samayang digunkanan selama polimerisasi. Strategi peningkatan kekauratan dengan interaksi nonkovalen yang saling melengkapi untuk pemisahan dua kali dengantahapan yang berurutan sangat umum dalam sintesis informasi yang mengandungmolekul. Strategi yang sama digunakan untuk meyakinkan kekauratan sintesis protein Secara keseluruhan, DNA polymerase melakukan kesalahan setiap 106 samapi 108 basa yang ditambahkan. Keakuratan replikasi sel E. coli yang telah diukur menunjukan tingkatan tinggi. sisa tingkatan akurasinya dihitung dengan sistem enzim terpisah yangmemperbaiki kesalahan pemasangan pasangan basa yang terjadi setelah replikasi. Proses yang disebut perbaikan kesalahan pemasangan (mismatch repair) ini dijelaskan dalam proses perbaikan DNA lainnya di bab ini.
Replikasi DNA membutuhkan banyak faktor enzim dan protein
Kita tahu bahwa replikasi pada E. coli tidak hanya membutuhkan DNA polymerasetetapi juga membutuhkan 20 atau lebih enzim dan protein yang berbeda, yangmasing-masing memiliki tugas. Meskipun belum menjadi sesuatu yang nyata,keseluruhan kompleks telah disebut sistem DNA replicase (DNA Replicase system)atau replisome. Kompleksiti enzim replikasi menunjukan persyaratan yang ditentukanpada saat proses oleh struktur DNA. Kami akan memperkenalkan nbeberapa kelasutama replikasi enzim dengan mempertimbangkan permaslahan yang dipecahkannya.Untuk menambah akses ke strand DNA yakni agar bertindak sebagai template dua inangstrand harus dipisahkan. Hal ini dikerjakan oleh enzim yang disebut Helicases, yang bergerak sepanjang DNA dan memisahkan strand dengan menggunakan energy kimia yang berasal dari ATP. Pemisahan strand membentuk penekatan topoligi pada struktur DNA helix, yang dibebaskan olek aksi topoisomerase. Strand yang terpisah distabilkan dengan ikatan protein-DNA. Primer harus ada atau disintesa sebelum DNA polymerasemensintesis DNA. Primer umumnya menunjukan segment RNA yang dihentikan olehenzim Primases. Akhirnya, Primer RNA harus dihilangkan dan digantikan oleh DNA.Pada E.coli, hal tersebut merupakan salah satu fungsi DNA polymerase I. setelah penghilangan segmen RNA dan pengisian salah satu gap dengan DNA, titik pada bagian belakang DNA dimana terdapat ikatan pospodiester rusak. Kerusakan tersebut,disebut torehan, harus ditutup dengan ezim DNA ligase. Semua proses tersebut harus dikoordinasikan dan diregulasi. Pengaruh dari proses dan enzim tersebut telah dikarakterisasikan pada sistem E. coli.
Replikasi pada sel eukaryotik lebih kompleks
Molekul DNA pada sel eukaryotic lebih luas dari sel eukaryotic pada bakteri dan terorganisir pada struktur nucleoprotein kompleks (kromatin) (Ban 23). Ciri esensialdari replikasi DNA sama denga eukariot dan prokariot. Namun, beberapa variasimenarik pada asas umum yang dijelaskan di atas memberikan pandangan baru tentangregulasi replikasi dan hubungannya dengan lingkaran sel. Origin replikasi disebut ORS (autonomously replicating sequence) telah teridentifikasidan diamati pada yeast. Elemen ARS menjangkau sampai region 300 pasangan basa danmengandung beberapa susunan yang dipelihara yang sangat penting untuk fungsi ARS. Ada hampir 400 elemen ARS pada yeast, dengan kebanyakan kromosom yang memilikibeberapa. Protein yang secara khusus mengikat region ARS telah diidentifikasi padayeast, meskipun fungsinya belum banyak diketahui.
Tingkatan perpindahan cabang replikasi pada eukariot (~50 nukelotida/detik) hanyasepersepuluh yang diamati pada E. coli. Pada tingkatan ini replikasi rata-rata kromosommanusia yang melanjutkan dari origin tunggal akan menghabiskan waktu 500 jam. Namun sebalikanya, replikasi kromosom manusia berlanjut dalam dua arah dari originganda yang ditempati 30.000 samapi 300.000 pasangan basa terpisah. Terkecuali elemen ARS yeast; struktur origin replikasi pada eukaryotic belum diketahui. Karenakromoskm eukaryotic hampir lebih besar secara seragam daripada kromosom bakteri,keberadaan origin ganda pada kromosom eukaryotic merupakan aturan umum.Seperti pada bakteri, ada beberapa tipe DNA polymerase pada sel eukaryotic. Beberapatelah memiliki fungsi khusus sepertireplikasi DNA pada mitokondria. Replikasi intikromosom memerlukan enzim DNA polymerase, yang ada hubunganya dengapolymerase yang lain yaitu DNA polymerase d . DNA polymerase _ merupakansubunit empat enzim dengan struktur dan ciri yang sama pada semua sel eukaryotic.
Salah satu dari subunit tersebut memiliki aktivitas primase. Subunit yang paling luas(Mr~180.000) mengandung aktivitas polimerisasi. DNA polymerase d memiliki duasubunit. Enzim ini menunjukkan asosiasi yang menarik dan stimulasi dengan proteinPCNA (proliferating cell nuclear antigen Mr~29.000) ditemukan pada jumlah yangbanyak dalam nukelus sel yang berkembangbiak. PCNA pada yeastakan berfungsibersama-sama dengan DNA polymerase d dari timus anak sapi dan PCNA timus anaksapi dengan DNA polymerase d yeast, mengajukan konservasi struktur dan fungsidari komponen kunci alat divisi sel pada semua sel eukaryotic. PCNA menunjukanfungsi yang sama dengan subunit _ DNA polymerase III E. coli , yaknimembentuk kelem lingkar yang mempertinggi prosesivas DNA polymerase δ.
DNA polymerase δ , yang memiliki aktivitas eksonuklease proofreading 3’_5’, cenderung melaksanakan sintesis strand leading. DNA polymerase _ memiliki prosesivas rendah, dan denga primase yang terasosiasi, DNA polymerase _ bisa melaksanakan sintesis strand lagging sebagai bagian dari replikasi eukaryotic. Polymerase lain adalah DNA polymerase Î, bisa menggantikan DNA polymerase DNA polymerase d pada situasi tertentu, seprti pada perbaikan DNA. Dua protein kompleks lainnya, RFA dan RFC (RF singkatan dari replication factor), telah dilibatkan dalam replikasi DNA eukaryotic. Dua-duanya ditemukan organisme yang berkisar dari yeast samapi mamalia. RFA merupakan eukaryotic DNA strand tunggal-ikatan protein, dengan fungsi yang sama dengan protein SSB pad E. coli. RFC memudahkan pertemuan kompleks replikasi aktif.
Mekanisme Replikasi DNA
Molekul DNA disintesis oleh DNA polimerase dari deoxyribonucleoside trifosfat (DNTP). Reaksi kimia mirip dengan sintesis RNA untai. Kedua DNA dan RNA polimerase dapat memperpanjang untai asam nukleat hanya dalam 5 'ke 3' arah. Namun, dua untai pada molekul DNA antiparalel. Oleh karena itu, hanya satu untai (strand terkemuka) dapat disintesis terus menerus oleh DNA polimerase. untai lain (lagging strand) disintesis segmen oleh segmen.
The structure formed by two b subunits of the E. Struktur dibentuk oleh dua b subunit dari E. coli DNA polymerase III . This structure can clamp a DNA molecule and slide with the core polymerase along the DNA molecule. coli DNA polimerase III. Struktur ini dapat penjepit molekul DNA dan slide dengan polimerase inti sepanjang molekul DNA.
DNA polymerases DNA polimerase E. Coli E. Coli
Tiga jenis DNA polimerase ada dalam E. coli: I, II dan III. DNA polimerase I digunakan untuk mengisi kesenjangan antara fragmen-fragmen DNA untai tertinggal. Itu juga merupakan enzim utama untuk mengisi jeda selama perbaikan DNA. DNA polimerase II PolB dikodekan oleh gen, yang terlibat dalam menanggapi SOS kerusakan DNA. DNA replication is mainly carried out by the DNA polymerase III. Replikasi DNA terutama dilakukan oleh DNA polimerase III.
DNA polimerase III terdiri dari beberapa subunit, dengan berat molekul total melebihi 600kD. Di antara mereka, a, e, dan q merupakan inti subunit polimerase. Peran utama subunit lain adalah untuk menjaga enzim dari jatuh dari untai cetakan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7-B-1, dua b subunit dapat membentuk struktur berbentuk donat untuk menjepit molekul DNA di pusatnya, dan slide dengan polimerase inti sepanjang molekul DNA.
1. DNA sebagai Materi Genetika
Usaha pencarian materi genetiaka mengarah pada DNA. Peran DNA dalam hereditas pertama kali dilakukan dengan cara meneliti mikroba-mikroba. Seperti yang dilakukan Frederick Griffth yang membuktikan bahwa DNA dapat mentransformasi bakteri dengan melakukan percobaan menggunakan bakteri Streptococus pneumoniae Pembuktian lainnya dengan menggunakan Faga yaitu suatu virus yang menginfeksi bakteri. Percobaan ini dilakukan oleh Hershey dan Chase yang membuktikan bahwa faga menggunakan ujung ekornya untuk menempel pada sel inang dan menyuntikan materi genetiknya. Hal ini menunjukan bahwa adalah DNA, dan bukan protein yang berfungsi sebagai materi genetik faga.
2. Watson dan Crick Menemukan Heliks Ganda dengan Cara Membuat Model-Model yang sesuai dengan Data Sinar-X
Model Watson-Crick menjelaskan aturan-aturan Chragaff. Di mana saja satu untai molekul DNA memiliki sebuah A, untaian pasangannya pasti mempunyai sebuah T. dan sebuah G pada satu untai selalu berpasangan dengan sebuah C pada untai komplementernya. Oleh karena itu, pada DNA dari setiap organisme, banyaknya adenin sama dengan banyakn7ya timim dan banyaknya guanin sama dengan sitosin.
3. Replikasi dan Perbaikan DNA
Selama replikasi DNA, pemasangan basa untai-untai DNA yang ada bertindak sebagai cetakan untuk untai komplementer yang baru. Replikasi DNA semikonservatif yaitu di mana molkeul induk membuka gulungannya dan setiap untai kemudian berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis setengah molekul yang baru sesuai dengan aturan-aturan pemasangan basa.
Konsep dasar replikasi DNA adalah:
a. Sebelum melakukan replikasi, molekul induk mempunyai dua untai DNA komplementer
b. Langkah pertama dalam replikasi adalah pemisahan kedua untai DNA
c. Setiap untai yang lama berfungsi sebagai cetakan yang menetukan urutan nukleotida terpasang untai komplementer yang baru yang sesuai
d. Nukleotida baru tersebut disambung satu sama lain untuk membentuk tulang belakang gula fosfat dari untaian baru
Tiga model replikasi DNA adalah:
a. Model konservatif yaitu heliks ganda induk tetap dalam keadaan utuh dan salinan kedua yang sama telah dibuat
b. Model semi konservatif yaitu kedua untai molekul iduk berpisah dan setiap untai berfungsi sebagai cetakan untuk mensintesis komplementer yang baru
c. Model dispersif yaitu setiap untai dari kedua molekul anak terdiri dari campuran bagian untai lama dan untai yang baru disintesis
4. Enzim dan Protein dalam DNA
Satu tim besar yang terdiri dari enzim dan protein lain menjadi pelaksana DNA. Replikasi bermula di pangkal replikasi. Cabang replikasi bentuk-Y terbentuk pada ujung-ujung berlawanan dari gelembung replikasi, di mana kedua untai DNA berpisah. Pemanjangan DNA baru pada cabang replikasi dikatalisis oleh enzim-enzim yang disebut DNA polymerase. DNA polimerase mengkatalisis sintesis untai-untai DNA baru, 3’. Sintesis DNA pada cabang replikasiàbekerja dalam arah 5’ menghasilkan leading strand. Fragmen-fragmen ini kemudian disambung oleh DNA ligase.
Protein-protein yang Membantu Replikasi DNA terdapat dua jenis protein lain yang ikut berperan, diantaranya: helikase dan protein pengikat untai-tunggal. Helikase adalah sejenis enzim yang berfungsi membuka heliks ganda di cabang replikasi, memisahkan kedua untai lama.
Selain mengkatalisis enzim juga mengoreksi DNA Selama Replikasinya dan Memperbaiki Kerusakan pada DNA yang ada. Pada perbaikan salah pasang, protein mengoreksi DNA yang bereplikasi dan memperbaiki kesalahan dalam pemasangan basa. Pada perbaikan eksisi, enzim perbaikan membetulkan DNA yang dirusak oleh agen fisis dan kimiawi.
Langganan:
Postingan (Atom)