Home / Biologi / Kultur Jaringan

Kultur Jaringan

  • 8 min read

Penulis : Rizkia Afriani, Mahasiswi Institut Pertanian Bogor ( IPB ), FMIPA Jurusan Biologi 2017

Pengertian kultur jaringan

Kultur jaringan tanaman merupakan teknik pemeliharaan atau menumbuhkan sel tanaman, jaringan atau organ dalam kondisi steril pada media kultur bernutrisi. Teknik ini digunakan untuk menghasilkan klon tanaman dalam jumlah banyak dalam waktu cepat.

kultur jaringan in vitro
Gambar 1 kultur jaringan in vitro

Dalam kultur sel tanaman, jaringan dan organ tanaman ditanam secara in vitro pada media buatan, di bawah lingkungan aseptik dan terkendali. Teknik ini mengacu pada konsep totipotensialitas sel tanaman dimana sel tunggal memiliki kemampuan untuk mengekspresikan genom lengkap dengan pembelahan sel.

Media kultur jaringan tanaman mengandung semua nutrisi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangan normal tanaman. Terutama makronutrien, mikronutrien, vitamin, komponen organik lainnya, pengatur pertumbuhan tanaman (ZPT), sumber karbon dan medium agar.

Sejarah kultur jaringan

Ilmu kultur jaringan tanaman berakar dari penemuan sel diikuti oleh pengusulan teori sel. Pada tahun 1838, Schleiden dan Schwann mengusulkan bahwa sel adalah unit struktural dasar dari semua organisme hidup. Mereka memvisualisasikan sel yang mampu kembali utuh jika berada pada lingkungan mendukung untuk meregenerasi kembali menjadi tanaman utuh.

Gottlieb Haberlandt
Gottlieb Haberlandt , sumber wikipedia

Berdasarkan teori tersebut, pada tahun 1902, seorang ahli fisiologi Jerman, Gottlieb Haberlandt untuk pertama kalinya berusaha membudidayakan sel-sel palisade tunggal diisolasi dari daun dalam larutan garam knop yang diperkaya dengan sukrosa. Meskipun tidak berhasil, tetapi percobaan tersebut sebagai dasar teknologi kultur jaringan dan Gottlieb disebut sebagai bapak kultur jaringan tanaman.

Setelah itu beberapa penemuan penting terjadi dalam kultur jaringan yang dirangkum sebagai berikut:

  1. 1902 – Haberlandt mengusulkan konsep kultur sel in vitro
  2. 1904 – Hannig embrio hasil budidaya dari beberapa spesies silangan
  3. 1922 – Kolte dan Robbins masing-masing berhasil membudidayakan ujung akar dan batang
  4. 1926 – Went menemukan hormon pertumbuhan tanaman pertama yaitu Indole asam asetat
  5. 1939 – Gautheret, White dan Nobecourt membentuk perkembangbiakan struktur kalus.
  6. 1954 – Muir pertama kali memecah jaringan kalus menjadi sel tunggal
  7. 1955 – Skoog dan Miller menemukan kinetin sebagai hormon pembelahan sel
  8. 1960 – Cocking pertama kali mengisolasi protoplas dengan degradasi enzimatik dinding sel
  9. 1962 – Murashige dan Skoog mengembangkan media MS dengan konsentrasi garam yang lebih tinggi
  10. 1964 – Guha dan Maheshwari menghasilkan tanaman haploid pertama dari serbuk sari Datura (budaya Anther)
  11. 1966 – Steward menunjukkan totipotensi dengan meregenerasi tanaman wortel dari sel tunggal tomat
  12. 1971 – Takebe et al. Regenerasi tanaman pertama dari protoplas
  13. 1981- Larkin dan Scowcroft memperkenalkan istilah variasi somaklonal
  14. 1984 – Horshet et al. mengembangkan tembakau transgenik melalui transformasi dengan Agrobacterium
  15. 1987 – Klienet al. mengembangkan metode transfer gen biolistik untuk transformasi tanaman
  16. 2005 – Genom padi diurutkan berdasarkan Proyek Urutan Genom Beras Internasional

Pilihan eksplan

Eksplan merupakan jaringan yang diperoleh dari tanaman untuk dibudidayakan. Eksplan dapat diambil dari berbagai bagian tanaman, termasuk bagian pucuk, daun, batang, bunga, akar, sel tunggal yang tidak berdiferensiasi dan dari berbagai jenis sel dewasa asalkan masih mengandung sitoplasma dan inti hidup dan dapat terdiferensiasi dan melanjutkan pembelahan sel.

Bagian meristem tanaman sebagai eksplan
Gambar 2 Bagian meristem tanaman sebagai eksplan

Jenis-jenis kultur jaringan

Berikut beberapa jenis kultur jaringan:

Budidaya benih

Kultur benih adalah jenis kultur jaringan yang terutama digunakan untuk tanaman seperti anggrek. Untuk metode ini, eksplan (jaringan dari tanaman) diperoleh dari tanaman turunan in-vitro dan dimasukkan ke lingkungan buatan, tempat perkembang biakan.

Budaya embrio

Kultur embrio adalah jenis kultur jaringan yang melibatkan isolasi embrio dari organisme tertentu untuk pertumbuhan in vitro.

Kultur embrio mungkin melibatkan penggunaan embrio dewasa yang belum matang. Sementara embrio matang untuk kultur pada dasarnya diperoleh dari biji matang.

Budaya kalus

Kalus merupakan massa sel yang tidak terspesialisasi, tidak terorganisir dan terbagi. Kalus diproduksi ketika eksplan (sel) dikultur dalam medium yang tepat seperti jaringan tumor yang tumbuh dari luka jaringan.

Budaya organ

Kultur organ adalah jenis kultur jaringan yang melibatkan isolasi organ untuk pertumbuhan in vitro. Tanaman organ apa pun dapat digunakan sebagai eksplan untuk proses kultur (Tunas, akar, daun, dan bunga).

Budaya protoplas

Protoplas merupakan sel tanpa dinding sel. Protoplas adalah istilah yang digunakan untuk merujuk pada sel (jamur, bakteri, sel tanaman dll) di mana dinding sel telah dihapus, itulah sebabnya mereka juga disebut sebagai sel telanjang.

Beberapa jenis kultur jaringan lainnya termasuk kultur sel tunggal, budaya suspensi, budaya serbuk sari dan embriogenesis somatik

Proses kultur jaringan tanaman

proses kultur jaringan

Berikut langkah-langkah dalam kultur jaringan:

Fase inisiasi

Fase inisiasi adalah fase pertama kultur jaringan diamana jaringan yang menarik diperoleh dan disterilkan untuk mencegah mikroorganisme dari mempengaruhi proses negatif. Selama tahap inilah jaringan diinisiasi dengan menggunakan media agar sederhana yaitu media MS (Murashige dan Skoog)

Fase Multiplikasi (perbanyakan)

Fase multiplikasi adalah langkah kedua dari kultur jaringan di mana bahan tanaman in vitro dibagi kembali dan kemudian dimasukkan ke medium. Di sini, medium tersusun atas komponen yang tepat untuk pertumbuhan termasuk regulator dan nutrisi berfungsi atas proliferasi jaringan dan produksi beberapa tunas.

Pembentukan akar

Pada fase inilah akar terbentuk, dimana hormone (ZPT) diperlukan untuk mendorong rooting, dan sampai pada bentuk planlet.

Tahap Aklimatisasi

Pada tahap ini, tanaman in vitro disapih dan dikeraskan. Pengerasan dilakukan secara bertahap dari kelembaban tinggi ke rendah dan dari intensitas cahaya rendah ke intensitas cahaya tinggi. Tanaman kemudian dipindahkan ke substrat yang sesuai (pasir, gambut, kompos dan sebaginya) dan ditumbuhkan dilapang untuk beradaptasi dengan kondisi lingkungan yang tidak dikontrol.

Teknik kultur jaringan secara in vitro

Mikropropagasi

Teknik ini digunakan untuk keperluan pengembangan tanaman klon berkualitas tinggi (klon adalah sekelompok sel yang identik). Mikropropagasi memiliki potensi untuk menyediakan penyebaran cepat dan besar genotipe baru.

Genetika sel somatik

Digunakan untuk produksi haploid dan hibridisasi somatic.

Tumbuhan transgenik

Digunakan untuk ekspresi gen mamalia atau gen tanaman untuk berbagai spesies yang terbukti bermanfaat untuk rekayasa spesies yang tahan terhadap virus dan serangga.

Aplikasi kultur jaringan

Konservasi plasma nutfah

Sel in vitro dan kultur organ menawarkan sumber alternatif untuk konservasi genotipe yang terancam punah. Konservasi plasma nutfah di seluruh dunia semakin menjadi kegiatan penting karena tingginya tingkat hilangnya spesies tanaman dan meningkatnya kebutuhan untuk menjaganya sebagai warisan.

Konservasi plasma nutfah spesies tanaman yang tidak menghasilkan biji (tanaman steril) atau yang memiliki biji namun tidak dapat disimpan untuk jangka waktu yang lama dapat berhasil dilestarikan melalui teknik in vitro untuk pemeliharaan gen tanaman terancam punah.

Budidaya embrio

Kultur embrio adalah jenis kultur jaringan tanaman yang digunakan untuk menumbuhkan embrio dari biji dan ovula dalam media bernutrisi. Dalam budaya embrio, tanaman berkembang langsung dari embrio atau secara tidak langsung melalui pembentukan kalus dan kemudian pembentukan pucuk dan akar.

Teknik ini telah dikembangkan untuk memecah dormansi benih, menguji vitalitas benih, produksi spesies langka dan tanaman haploid. Teknik ini efektif digunakan untuk mempersingkat siklus pemuliaan tanaman dengan menumbuhkan embrio yang dipotong dan menghasilkan dormansi benih yang singkat.

Transformasi genetik

Transformasi genetik adalah aspek terbaru dari kultur sel dan jaringan tanaman dimana dilakukan transfer gen dari satu organism eke organisme lain dengan sifat yang diinginkan ke tanaman inang dan pemulihan tanaman transgenik. Teknik ini memiliki potensi besar perbaikan genetik berbagai tanaman dengan mengintegrasikan dalam bioteknologi tanaman dan program pemuliaan.

Transformasi genetik pada tanaman dapat dilakukan dengan metode yang dimediasi vektor (transfer gen tidak langsung) atau tanpa vektor (transfer gen langsung). Transformasi genetik yang dimediasi vektor paling banyak menggunakan Agrobacterium untuk ekspresi gen asing dalam sel tanaman.

Produksi tanaman haploid

Teknik ini melibatkan fusi protoplas dari dua genom yang berbeda diikuti oleh pemilihan sel hibrida somatik yang diinginkan dan regenerasi tanaman hibrida. Fusi protoplas sebagai metode dalam transfer gen yang efisien dengan sifat yang diinginkan dari satu spesies ke spesies lain dan memiliki dampak yang meningkat pada perbaikan tanaman.

Keuntungan kultur jaringan

Berbagai teknik yang berbeda dalam kultur jaringan tanaman memiliki keuntungan tertentu dibandingkan metode perbanyakan tradisional (konvensional).

Berikut kelebihan kultur jaringan dibandingkan dengan perbanyakan secara konvensional atau tradisional:

  1. Produksi salinan persis tanaman yang menghasilkan bunga yang sangat baik, buah-buahan, atau memiliki sifat-sifat lain yang diinginkan.
  2. Cepat menghasilkan tanaman dewasa.
  3. Produksi beberapa tanaman tanpa adanya benih atau penyerbuk yang diperlukan untuk menghasilkan benih.
  4. Regenerasi seluruh tanaman dari sel-sel tanaman yang telah dimodifikasi secara genetik.
  5. Produksi tanaman dalam wadah steril yang memungkinkan dapat dipindahkan dengan mengurangi kemungkinan penularan penyakit, hama, dan patogen.
  6. Produksi tanaman dari biji yang dinyatakan memiliki peluang sangat rendah untuk berkecambah dan tumbuh, yaitu anggrek dan nepenthes .
  7. Untuk membersihkan tanaman tertentu dari infeksi virus dan lainnya dan dengan cepat menggandakan tanaman ini sebagai ‘stok bersih’ untuk hortikultura dan pertanian.

Pertanyaan Umum

Teknik kultur jaringan mengacu pada konsep?

Totipotensi

Bapak kultur jaringan adalah?

Gottlieb Haberlandt

Bagian tanaman yang diambil untuk dikulturkan disebut?

Eskplan

Fase perbanyakan tanaman dengan menggunakan regulator dan penambahan nutrisi disebut?

Fase multiplikasi

Teknik kultur jaringan untuk menghasilkan tanaman tahan virus dan serangga disebut sebagai?

Teknik rekayasa genetika yang menghasilkan tanaman transgenik.

Salah satu keuntungan kultur jaringan adalah dihasilkan bibit yang bebas dari penyakit, kenapa hal tersebut bisa terjadi?

Karena kultur jaringan dilakukan secara steril mulai dari pensterilan eksplan, medium, dan pertumbuhan eksplan yang terkontrol.

Daftar Pustaka

  • Plant tissue culture diakses pada https://en.wikipedia.org/wiki/Plant_tissue_culture
  • Tissue culture diakses pada https://en.wikipedia.org/wiki/Tissue_culture
  • Tissue culture diakses pada https://www.britannica.com/science/tissue-culture
  • Plant tissue culture diakses pada https://www.intechopen.com/books/recent-advances-in-plant-in-vitro-culture/plant-tissue-culture-current-status-and-opportunities
  • Tissue culture diakses pada https://www.microscopemaster.com/tissue-culture.html

Baca juga