Kuliah pendahuluan bioo teknologi pertanian

PENGANTAR PENGANTAR BIOTEKNOLOGI PERTANIANBIOTEKNOLOGI PERTANIAN

• Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.• Dr. Ir. Siti Subandiyah, M.Agr.Sci.Dr. Ir. Siti Subandiyah, M.Agr.Sci.• Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.• Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.

Berita Mutakhir Bioteknologi Pertanian

Monsanto menghentikan produksi gandum transgenik (10 Mei 2004)

• Sebagai reaksi atas kurangnya dukungan pasar, Monsanto untuk sementara menghentikan program gandum Roundup Ready sampai ada perubahan persepsi

Uni Eropa menyetujui pemasaran jagung transgenik baru (19 Mei 2004)• Syngenta diijinkan untuk memasarkan jagung

transgenik Bt-11 yang tahan serangga• Produk tanaman transgenik pertama dalam 5 tahun

terakhir yang disetujui Uni Eropa• Tapi Syngenta memutuskan untuk menunda

pemasarannya karena pertimbangan persepsi konsumen

Berita Mutakhir Bioteknologi Pertanian

BIOTEKNOLOGIBIOTEKNOLOGI

Penggunaan mahluk hidup atau Penggunaan mahluk hidup atau bagian-bagiannya untuk bagian-bagiannya untuk

menghasilkan barang atau jasa menghasilkan barang atau jasa secara industrisecara industri

CONTOH-CONTOH HASIL CONTOH-CONTOH HASIL PRODUKSI BIOTEKNOLOGIPRODUKSI BIOTEKNOLOGI

• Ragi roti, protein sel tunggalRagi roti, protein sel tunggal• Amilase, glukosa dehidrogenaseAmilase, glukosa dehidrogenase• Antibiotik, vitamin, asam amino, asam Antibiotik, vitamin, asam amino, asam

organikorganik• Etanol, metana, asam laktatEtanol, metana, asam laktat• Sirup jagung berfruktosa tinggiSirup jagung berfruktosa tinggi• Lumpur aktif, penghancur anaerobLumpur aktif, penghancur anaerob

MikrobiologiBiokimiaBiologi Molekular

Biologi SelGenetika Molekular Rekayasa Proses

Bioteknologi

Diagnosa Kesehatan

Industri Farmasi

Industri Fermentasi

Industri Pangan dan Pakan

Industri Kimia

Lingkungan dan Energi

Perkembangan BioteknologiPerkembangan BioteknologiJaman sebelum Louis PasteurJaman sebelum Louis Pasteur

• Minuman beralkohol (Bir, anggur, tuak)Minuman beralkohol (Bir, anggur, tuak)• Makanan terfermentasi (Keju, yoghurt, Makanan terfermentasi (Keju, yoghurt,

tape,tempe, petis, terasi)tape,tempe, petis, terasi)

Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman Louis PasteurJaman Louis Pasteur

• Alkohol (Etanol, Butanol, aseton, gliserol)Alkohol (Etanol, Butanol, aseton, gliserol)• Asam organik (Asam sitrat, asam asetat)Asam organik (Asam sitrat, asam asetat)• Pengolahan limbah secara aerobPengolahan limbah secara aerob

Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman antibiotikaJaman antibiotika

• Antibiotika (Penisilin, tetrasiklin, Antibiotika (Penisilin, tetrasiklin, streptomisin)streptomisin)

• Vaksin (Vaksin anti NCD, vaksin anti polio)Vaksin (Vaksin anti NCD, vaksin anti polio)• Transformasi steroid (DOPA)Transformasi steroid (DOPA)• Teknologi fermentasi media cairTeknologi fermentasi media cair• Teknologi biakan jaringan hewanTeknologi biakan jaringan hewan

Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman pasca antibiotikaJaman pasca antibiotika

• Asam amino (Asam glutamat, lisin, Asam amino (Asam glutamat, lisin, aspartame)aspartame)

• Protein sel tunggalProtein sel tunggal• Enzim (amilase, glukosa isomerase, Enzim (amilase, glukosa isomerase,

glukosa dehidrogenase) glukosa dehidrogenase) • Teknologi imobilisasi sel dan ensimTeknologi imobilisasi sel dan ensim• Teknologi pengolahan limbah cair anaerob Teknologi pengolahan limbah cair anaerob

(Biogas)(Biogas)• Polisakarida bakteri (Xanthan, Trehalosa)Polisakarida bakteri (Xanthan, Trehalosa)

Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman bioteknologi modernJaman bioteknologi modern

• 1973, pertama kali gen berhasil diklon1973, pertama kali gen berhasil diklon• 1974, ekspresi gen terklon di jasad lain1974, ekspresi gen terklon di jasad lain• 1975, antibodi monoklonal1975, antibodi monoklonal

Perkembangan BioteknologiPerkembangan Bioteknologi Jaman bioteknologi modernJaman bioteknologi modern

• Teknologi hibridoma (Antibodi monoklonal)Teknologi hibridoma (Antibodi monoklonal)• Teknologi uji diagnostik dengan antibodiTeknologi uji diagnostik dengan antibodi• Rekayasa genetikaRekayasa genetika• Vaksin artifisialVaksin artifisial• Insulin dari khamirInsulin dari khamir

ARAS PENERAPAN BIOTEKNOLOGIARAS PENERAPAN BIOTEKNOLOGI

ARASARAS MASUKANMASUKAN KELUARANKELUARAN

TINGGITINGGIModal besar, alat Modal besar, alat

dan proses dan proses canggih, operator canggih, operator

terdidik terdidik

Produk bernilai Produk bernilai tinggi untuk tinggi untuk

kesehatan dan kesehatan dan panganpangan

MENENGAHMENENGAHModal menengah, Modal menengah,

alat dan proses alat dan proses tidak terlalu rumittidak terlalu rumit

Pangan, pakan, Pangan, pakan, pupuk dan pestisida pupuk dan pestisida

hayatihayati

RENDAHRENDAHModal kecil, alat Modal kecil, alat

dan proses dan proses sederhana, sederhana,

operator tak terdidik operator tak terdidik

Produk bernilai Produk bernilai rendah, sanitasi, rendah, sanitasi,

pemanfaatan pemanfaatan limbahlimbah

Istilah-istilah yang sering digunakan dalam Bioteknologi Modern

Transgen – Gen asing yang ditambahkan kepada suatu spesies

Contoh – Gen Cry (mengkode protein yang menjadi racun bagi serangga keluarga Koleoptera)

Istilah-istilah yang sering digunakan dalam Bioteknologi Modern

Transgenik – suatu organisme yang mengandung transgen melalui proses bioteknologi (bukan proses pemuliaan tanaman)

Contoh – Kapas BollgardJagung tahan herbisida

HASIL KEGIATAN BIOTEKNOLOGI HASIL KEGIATAN BIOTEKNOLOGI MODERN DI BIDANG PERTANIANMODERN DI BIDANG PERTANIAN

GMO - Genetically modified organisms

Suatu jasad yang memiliki sifat baru, yang sebelumnya tidak dimiliki oleh jenis jasad tersebut, sebagai hasil penambahan gen yang berasal dari jasad lain. Juga disebut organisme transgenik

Jagung tahan serangga

Normal Transgenic

Racun Bt yang dikandungnya membunuh corn borer

Gen pengendali produksi racun berasal dari bakteri




Tanaman tahan virus pepaya, jeruk, kentang Gen ketahanan berasal dari virus




Tanaman tahan herbisida

Yang sudah ada: kedelai, jagung, kanola Yang berikutnya: gula bit, kobis, strawberry, alfalfa, kentang, gandum Gen ketahanan berasal dari bakteri

Perbedaan

• Pemuliaan tanaman konvensional

• Pemuliaan tanaman melalui bioteknologi

Gen yang dipindahkan berasal dari spesies yang sama

Pemindahan gen melalui perkawinan interspesies

Gen yang dipindahkan berasal dari spesies yang berbeda

Pemindahan gen melalui rekayasa genetika tanaman

Wheat Rye

Triticale

X

Perkawinan Antarspesies dalam Pemuliaan Tanaman

Spesies baru, tetapi BUKAN bioteknologi modern

ATTCGA

ATTGGA

Gen yang diarah

Gen baru

Perlakuanmutagenesis

Mutagenesis: Sifat baru, tanpa gene asing

Mutagenesis mengubah urutan DNA suatu gen Dapat diperoleh sifat baru yang menguntungkan

Kedelai : 30,6 juta Ha (pertumbuhan 10%)

Jagung : 12,4 juta Ha (pertumbuhan 27%)

Kanola : 6,8 juta Ha (tidak berubah)

Tanaman Biotehnologi :Luasan global pada tahun 2002

PENGALAMAN CINADampak Ekonomi Penggunaan Kapas Bt

Peningkatan pendapatan $494/Ha

Peningkatan pendapatan nasional $750 juta

PENGALAMAN INDIA

Jenis Kapas

Bt Non-Bt Kontrol

Hasil (kg/ha) 1501* 833 802

# Semprot Bollworm 0.62* 3.68 3.63

# Semprot serangga 3.57 3.51 3.45

Insektisida lain (Kg/ha) 1.74* 5.56 5.43

Toxic class I 0.64* 1.98 1.94

Toxic class II 1.07* 3.55 3.46

Toxic class III 0.03 0.03 0.03

Rata-rata hasil kapas dan penggunaan pestisida di 157 lokasi penelitian di India selama tahun 2001.

*Means within a row are significantly different at the 5% levelFrom: Science (2003) 299:900

Tanaman Bioteknologi dapat bersifat“Ramah Hasil dan Ramah Lingkungan”

Generasi Organisme Tansgenik Berikutnya di bidang Pertanian

Golden Rice Kandungan vitamin A

meningkat Gen berasal dari bakteri Kekurangan: produksi vitamin

A kurang banyak

Bunga matahari Tahan jamur putih Gen ketahanan berasal dari gandum



Rumput lapangan golf

Tahan herbisida Tumbuh lambat mengurangi pemangkasan

mengurangi polusi

Uji Lapangan Tanaman Transgenik

2001-03 data; collated from: Information Systems for Biotechnology (http://www.isb.vt.edu/)

OrganisasiOrganisasi Jumlah uji Jumlah uji 2002-03 (%)2002-03 (%)

MonsantoMonsanto 1480 (58%)1480 (58%)UniversitiesUniversities 329 (13%) 329 (13%) ScottsScotts 84 (3%)84 (3%)AventisAventis 78 (3%)78 (3%)SygentaSygenta 69 (3%)69 (3%)DowDow 63 (2%)63 (2%)USDA/ARSUSDA/ARS 60 (2%)60 (2%)ProdigeneProdigene 25 (1%)25 (1%)

Jenis Tanaman Transgenik yang Diuji


TanamanTanaman Jumlah pengujian Jumlah pengujian 2002-03 (%)2002-03 (%)

JagungJagung 1424 (56%)1424 (56%)

KapasKapas 193 (8%)193 (8%)

PadiPadi 146 (6%)146 (6%)

GandumGandum 141 (6%)141 (6%)

KedelaiKedelai 124 (5%)124 (5%)

AlfalfaAlfalfa 121 (5%)121 (5%)

RumputRumput 89 (4%)89 (4%)

Arah Pengembangan yang Dituju


SifatSifat Jumlah Penguian Jumlah Penguian 2002-03 (%)2002-03 (%)

Tahan seranggaTahan serangga 791 (31%)791 (31%)

Tahan herbisidaTahan herbisida 736 (29%)736 (29%)

Peningkatan kualitasPeningkatan kualitas 400 (16%)400 (16%)

Tahan penyakitTahan penyakit 171 (7%)171 (7%)

Beberapa Sifat Lain yang Mulai Menarik


SifatSifat Jumlah Pengujian Jumlah Pengujian 2002-03 (%)2002-03 (%)

Hasil tinggiHasil tinggi 105 (4%)105 (4%)

Kandungan asam aminoKandungan asam amino 94 (4%)94 (4%)

Kandungan gulaKandungan gula 44 (2%)44 (2%)

Kandungan lemakKandungan lemak 42 (2%)42 (2%)

Deteksi Ranjau DaratDibutuhkan oleh militer,Tanpa upaya ini,anak-anak dan penduduk sipil terancam

Bantuan Bioteknologi Tanaman (dikembangkan oleh Aresa Biodetection)• Gen yang peka terhadap logam dimasukkan ke dalam tanaman

• Apabila akar tanaman menyentuh ranjau darat,Tanaman berubah warna dari hijau menjadi

merah

Mendeteksi ranjau darat

Biofarming?

Bercocoktanam tanaman transgenik yang menghasilkan bahan-bahan yang

memiliki fungsi kesehatan (pharmaceutical products)

Contoh bahan-bahan yang memiliki fungsi kesehatan (pharmaceutical products) : Obat-obatan, antibodi, protein

Sistem Produksi Sederhana

Keunggulan teknolog ini?

• Gen biasanya dimasukkan ke dalam tanaman yang biasa ditanam di lapangan (biasanya jagung)

• Cara bercocoktananam jagug tidak diubah

Mengurangi beaya produksi • Sistem hewan: $1000 - $5000 per gram protein• Sistem tanaman: $1 - $10 per gram protein Sumber: The Roanoke Times, 2000

IMPIAN BIOPFARMING Vaksin yang Dapat Dimakan

Tanaman transgenik untuk memenuhi kebutuhan kesehatan manusia

• Gen penyandi protein spesifik dari jasad patogen diklon• Gen tersebut dimasukkan ke dalam genom tanaman

(kentang, pisang, tomat)• Tanaman dikonsumsi manusia • Tubuh manusia membentuk antibodi terhadap protein patogen• Tubuh manusia mengalami “imunisasi” terhadap pathogen• Contoh:

DiarrheaHepatitis BCacar

Bioremediasi• Polusi air, tanah dan udara menjadi masalah• Tanaman dapat membantu degradasi senyawa polutan tersebut Dibutuhkan tanaman yang dapat membantu degradasi senyawa polutan dan aman terhadap lingkungan

Tanaman yang kandungan nutrisinya diperkaya• Malnutrisi meluas• Malnutrisi dapat menyebabkan berbagai penyakit ikutan Dibutuhkan modifikasi tanaman pangan untuk mengatasi masalah tersebut

Prioritas Bioteknologi Tanaman dan Lingkungan di Masa yang Akan Datang

SATUAN ACARA PERKULIAHAN PENGANTAR BIOTEKNOLOGI PERTANIAN (PNT3806C)

No. Topik Kuliah Tanggal Dosen

1. Pendahuluan-Definisi Bioteknologi-Sejarah Perkembangan Biotek-Peranan Bioteknologi

31-08-2007 Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.

2. DNA sebagai bahan genetik-Sejarah penemuan DNA-Struktur DNA-Replikasi, transkripsi, dan translasi

07-09-2007 Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.

3. Struktur gen dan ekspresinya-Gen pada sel prokariot-Gen pada sel eukariot

14-09-2007 Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.

4. Dasar-dasar kloning gen-Definisi kloning gen-Enzym restriksi, vector, dan inang-Isolasi, pemotongan, dan penyambungan DNA-Transformasi dan seleksi


5. Metode Perakitan Mikroba Rekombinan 05-10-2007 Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.

Ujian Sisipan Mengikuti jadwal fakultas 23-10-2007 – 02-11-2007


7. Perbanyakan Mikroba Rekombinan-Fermentasi substrat cait-Fermentasi substrat padat


8. Bioteknologi Lingkungan 16-11-2007 Dr. Ir. Jaka Widada, M.P.

9. Perbanyakan tanaman secara in-vitro-Definisi-Bahan perbanyakan-Teknik perbanyakan-Variasi somaklonal-Fusi protoplas dan hibridisasi somatic

23-11-2007 Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.

10. Metode perakitan tanaman transgenik 30-11-2007 Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.

11. Bioteknologi Pemuliaan Tanaman 07-12-2007 Dr. Ir. Endang Sulistyaningsih, M.Sc.

12. Bioteknologi Perlindungan Tanaman 14-12-2007 Dr. Ir. Siti Subandiyah, M.Agr.Sc.

13. Keamanan, Pengaturan, dan HaKI organisme terekayasa secara genetik, Etika penelitian bioteknologi

28-12-2007 Dr. Ir. Siti Subandiyah, M.Agr.Sc.


Pustaka AcuanPustaka Acuan• Glick, B.R. and J.J. Pasternak. 1994. Glick, B.R. and J.J. Pasternak. 1994. Molecular Molecular

Biotechnology: Principles and application of recombinant Biotechnology: Principles and application of recombinant DNA.DNA. American Society for Microbiology, Washington, DC. American Society for Microbiology, Washington, DC.

• Watson, J.D., M. Gilman, J. Witkowski, and M. Zoller. 1992. Watson, J.D., M. Gilman, J. Witkowski, and M. Zoller. 1992. Recombinant DNA.Recombinant DNA. Scientific American Books, New York, Scientific American Books, New York, USA.USA.

• Mantell, S.H., J.A. Matthews, and R.A. McKee. 1985. Mantell, S.H., J.A. Matthews, and R.A. McKee. 1985. Principles of Plant Biotechnology: an introduction to Principles of Plant Biotechnology: an introduction to genetic engineering in plants.genetic engineering in plants. Blackwell Scientific Blackwell Scientific Publications, Oxford, UK.Publications, Oxford, UK.

• Brown, C.M., I. Campbell, and F.G. Friest. 1987. Brown, C.M., I. Campbell, and F.G. Friest. 1987. Introduction Introduction to Biotechnology.to Biotechnology. Blackwell Scientific Publications, Oxford, Blackwell Scientific Publications, Oxford, UK.UK.

• Smith, J.E. 1985. Smith, J.E. 1985. Biotechnology PrinciplesBiotechnology Principles. Van Nostrand . Van Nostrand Reinhold Co Ltd., Berkshire, UK.Reinhold Co Ltd., Berkshire, UK.

• Drlica, K. 1984. Drlica, K. 1984. Understanding DNA and Gene Cloning.Understanding DNA and Gene Cloning. John John Wiley & Sons Inc., New York, USA. Wiley & Sons Inc., New York, USA.

PenilaianPenilaian Total Nilai Ujian + Mid + Tugas dari 4 dosen dibagi 4Total Nilai Ujian + Mid + Tugas dari 4 dosen dibagi 4

(Rata-rata dari Nilai Dosen I + II + III + IV)(Rata-rata dari Nilai Dosen I + II + III + IV) Pengharkatan Pengharkatan

A : A : >> rata-rata kelas + 1,5 x stdev rata-rata kelas + 1,5 x stdevB : < rata-rata kelas + 1,5 x stdev & B : < rata-rata kelas + 1,5 x stdev &

>> rata-rata kelas + 0,5 x stdev rata-rata kelas + 0,5 x stdevC : < rata-rata kelas + 0,5 x stdev &C : < rata-rata kelas + 0,5 x stdev &

>> rata-rata kelas – 0,5 x stdev rata-rata kelas – 0,5 x stdevD :D : < rata-rata kelas – 0,5 x stdev & < rata-rata kelas – 0,5 x stdev &

>> rata-rata kelas – 1,5 x stdev rata-rata kelas – 1,5 x stdevE :E : < rata-rata kelas – 1,5 x stdev < rata-rata kelas – 1,5 x stdev

Tata Tertib KuliahTata Tertib Kuliah

Toleransi keterlambatan maks. 15 menitToleransi keterlambatan maks. 15 menit Tidak BerisikTidak Berisik HP tidak diaktifkanHP tidak diaktifkan Hadir minimal 70% Hadir minimal 70% Paham bahasa Indonesia & Inggris Paham bahasa Indonesia & Inggris Baca salah satu / dua buku acuanBaca salah satu / dua buku acuan Kerjakan Tugas, Mid, & Ujian Kerjakan Tugas, Mid, & Ujian

Kuliah pendahuluan bioo teknologi pertanian

Food

Transcript of Kuliah pendahuluan bioo teknologi pertanian