"salah satu amal yang tidak akan putus pahalanya meski manusia telah meninggal dunia adalah ilmu yang bermanfaat"

10 Juni 2011

POLIPLOIDISASI

DOWNLOAD FILE .doc

-->
I.               INTISARI
Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Pemuliaan Tanaman Jurusan Budidaya Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Gadjah Mada Yogyakarta pada hari Kamis, tanggal 28 April 2011. Pada acara keempat ini akan dilakukan pengujian dan pengamatan pembelahan sel yang telah diperlakukan dengan cairan kimia colchisine, agar sel tersebut mengalami polyploidy. Dalam meningkatkan produksi hasil pertanian, banyak usaha yang telah dilakukan dengan pemuliaan tanaman. Salah satunya adalah dengan polyploidisasi, yaitu usaha untuk menggandakan jumlah kromosom. Tanaman polyploid mempunyai sifat superior dibandingkan dengan tanaman diploid. Tujuan dari praktikum polyploidisasi ini adalah memperoleh forma-forma dalam bentuk liar maupun untuk persilangan, mengubah pollen yang incompatible menjadi compatible, mempertahankan kombinasi gen yang diperoleh pada forma-forma diploid, dan mempertinggi hasil pertanaman. Bahan yang digunakan adalah bawang merah ( Allium cepa ) yang diberikan larutan colchisni. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa pemberian colchisine menyebabkan terjadinya penggandaan jumlah kromosom dari 16 menjadi 32, karena colchisine membuat benang-benang spindel tidak terbentuk pada saat akan memasuki anafase dalam pembelahan mitosis. 

II. PENDAHULUAN

  1. TUJUAN
a.     Memperoleh forma – forma baru baik dalam bentuk liar maupun yang diusahakan untuk persilangan
b.     Mengubah pollen yang incompatible menjadi compatible
c.     Mempertahankan kombinasi gen yang diperoleh pada forma – forma diploid
d.     Mempertinggi hasil pertanaman kita

  1. LATAR BELAKANG
Saat ini banyak tanaman pertanian seperti, padi, jagung, kapas memiliki jumlah kromosom lebih dari 2x. Tanaman yang seperti ini disebut tanaman yang bersifat polyploid. Banyak hal-hal yang dapat membuat hal ini bisa terjadi pada tanaman, bisa secara alami yaitu karena kehidupan tanaman banyak dipengaruhi oleh kejadian-kejadian alam. Kejadian-kejadian alam tersebut bisa saja seperti, suhu yang amat rendah, suhu yang amat tinggi, banjir, petir. Selain terjadi secara alami, penggandaan kromosom ini dapat juga dilakukan dengan cara buatan yang mana salah satunya dengan cara kemis yang menggunakan cairan colchisine.
  1. LANDASAN TEORI
Sel-sel somatik pada suatu tanaman biasanya bersifat diploid (2n) dimana masing-masing memiliki genom dan jumlah kromosom yang tertentu.  Dengan demikian sel-sel somatik tiap spesies tanaman itu sudah memiliki jumlah kromosom tertentu (Allard, 1966).
Ada makhluk yang mempunyai kromosom banyak sekali ada juga yang memiliki sedikit.  Makin dekat hubungan kekebaratan (kedudukan sistematik) makhluk, makin dekat persamaan jumlah kromosomnya.  Namun tidak ada hubungan linear antara hubungan sistematik dengan banyaknya kromosom.  Meski jumlah kromosom mungkin sama pada dua organisme yang berbeda spesies, tapi tentunya tidak mungkin sama bentuk kromosomnya (Yatim, 1972).
Perubahan jumlah kromosom menyediakan sumber tambahan keragaman genetik. Perubahan jumlah ini terjadi dengan penambahan atau pengurangan kromosom-kromosomnya, baik utuh atau satu set kromosom lengkap (genom).  Perbedaan-perbedaan ini bisa dilihat dalam ragam fenotipnya (Crowder, 1993).
Pentingnya penelitian terhadap kromosom dalam pemuliaan tanaman ini dapat diketahui antara lain melalui beberapa contoh kasus berikut ini. Secara konvensional untuk membuat bibit unggul dengan cara seleksi dan pemuliaan tanaman telah dilakukan tetapi membutuhkan waktu yang lama dan kurang praktis jika diterapkan dalam jumlah yang besar ( Soemardi, 1994 ).
Polyploidi adalah organisme yang mempunyai lebih dari dua set kromosom atau genom dalam sel stomatisnya. Untuk organisme yang mempunyai jumlah kromosom dari kelipatan jumlah kromosom dasar (n) disebut haploid. Bila jumlah kromosom individu bukan merupakan kelipatan n disebut aneuploid, misalnya 2n+1 atau 2n-1. Jumlah yang lebih kecil daripada kelipatan n disebut hyperploid, sedang yang lebih besar disebut hypoploid ( Poespodarsono, 1998 ).
Alternatif metode mutasi yang bisa dilakukan adalah mutasi menggunakan senyawa kimia, misalnya colchicine. Efek yang ditimbulkan melalui mutasi dengan colchicine adalah terjadinya penggandaan kromosom atau poliploidisasi. Autotetraploid secara alami dihasilkan melalui kejadian duplikasi secara spontan dari genom 2x menjadi 4x. Secara artifisial autotetraploid diperoleh melalui perlakuan mutasi mengunakan colchicine. Tanaman autotetraploid dapat menguntungkan secara komersial karena pada tanaman tersebut terjadi peningkatan jumlah kromosom yang mengakibatkan pertambahan ukuran sel, ukuran bunga, buah, stomata dan bagian-bagian tanaman lainnya. Hal tersebut disebabkan terjadinya kenaikan produk dari aktifitas gen (protein atau RNA) yang proposional dengan kenaikan jumlah gen dalam sel (Anthony et al., 2000).
Usaha poliploidisasi buatan dilakukan dengan alasan untuk memperoleh bentuk-bentuk baru yang memiliki sifat lebih baik.  Sifat-sifat baik yang diharapkan dari bentuk poliploid antara lain adalah (Danoesastro dan Haryono, 1991):
1.      lebih unggul, mempunyai kualitas dan kuantitas yang lebih baik
2.      mempertahankan sifat-sifat baik dari bentuk-bentuk heterozigot
3.      menghilangkan sterilitas karena sebab genetik
4.      menghilangkan incompatibilitas
5.      mendapatkan pasangan seimbang untuk tanaman tetraploid yang telah ada
Agar pemberian colchisine efektif terhadap terjadinya polyploidi, maka zat ini harus diberikan pada sel yang sedang membelah. Sel yang demikian pada titik tumbuh, ujung akar dan ujung batang. Struktur meristem ujung batang terdiri dari bagian distal (paling atas) dan berturut-turut dibawahnya lapisan-lapisan subdistal, organonek subdistal dan daerah pendewasaan. Lapisan subdistal ini merupakan tempat terjadinya diferensial sel ( Wardlaw, 1968 cit. Permadi, 1991 ).
Pengaruh dari kolkhisin tergantung pada konsentrasi dari kolkhisin, dimana konsentrasi yang tepat untuk setiap spesies berbeda-beda.  Selain itu dipengaruhi juga oleh lamanya sel mengalami kontak dengan kolkhisin, tipe sel dan lingkungan yang sesuai untuk mitosis (Sutjahjo, 1993).

III.           METODOLOGI

Praktikum  polyploidisasi dilaksanakan di Laboratorium Pemuliaan Tanaman, Jurusan Bididaya Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Gadjah Mada. Pada hari Senin, tanggal 28 April 2011.
Bahan  yang digunakan pada praktikum kali ini adalah ujung akar bawang merah  (Allium cepa), colchicine, alkohol 70 %, aquades, larutan aceto carmine 1%, larutan carnoy farmer, larutan p-dichloro-hidroksi quinolin 0,002 N. Sedangkan alat-alat yang dipakai pada ialah mikroskop, pinset.
Cara kerjanya pertama-tama ialah disiapkan bawang merah yang baik lalu dikecambahkan di medium air bersih. Setelah akar tumbuh sepanjang kurang lebih 2 – 3 cm bawang merah dipindahkan pada media larutan colchicine. 24 jam kemudian ujung akar yang nampak membesar dipotong. Lalu potongan ujung akar difiksasi menggunakan larutan carnoy, kemudian dilakukan pengecatan menggunakan aceto carmine atau bahan lainnya. Setelah itu diamati dibawah mikroskop dengan metode Squeeze.


IV. HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
Dalam siklus sel, pembelahan sel terjadi pada M-Phase. Pembelahan kromosom dapat dibedakan menjadi dua yaitu pembelahan mitosis (tanpa reduksi, pada sel soma) dan meiosis (dengan reduksi, pada sel gamet). Kromosom dapat terlihat pada saat pembelahan inti.
Menurut Nasir (2001), penggandaan kromosom dapat terjadi secara spontan atau buatan. Penggandaan buatan terjadi bila pada pembelahan sel kromosomnya juga mengganda, tetapi nukleusnya gagal mengganda sehingga membentuk inti dengan jumlah kromosom ganda. Bila penggandaan kromosom terjadi segera setelah pembuahan maka individu yang dihasilkan akan menjadi poliploid sempurna, sedangkan penggandaan pada tahap perkembangan lanjut hanya membentuk sektor poliploid saja. Bila penggandaan terjadi setelah meiosis maka pengurangan gamet akan terbentuk dan bila dibuahi dengan gamet normal maka akan terbentuk poliploid tidak berimbang.
Poliploid berdasarkan penyebabnya dapat dibagi dua macam, yaitu autopolyploid dan allopolyploid. Autopolyploid merupakan penggandaan jumlah kromosom yang berasal dari kromosom yang sama sedangkan allopolyploid merupakan penggandaan jumlah kromosom yang berasal dari kromosom yang berbeda. Umumnya allopolyploid dihasilkan dari persilangan atau hibridisasi daru dua jenis spesies organisme yang berbeda (Suryo, 1995). Menurut Kimball (1992), poliploid pada tumbuhan yang terjadi secara umumnya disebbakan karena kegagalan bunga betina untuk mengurangi jumlah kromosom sel telur dalam proses meiosis. Jika telur tersebut dibuahi oleh gamet normal (n) maka keturunannya adalah triploid (3n). jika gamet yang tidak direduksi dari induk triploid dibuahi lagi dengan gamet normal hasilnya adalah tetraploid (4n).
Jumlah kromosom pada bawang merah adalah 16 (2n). Salah satu metode untuk merubah sususnan genetic tersebut adalah dengan melipat gandakan jumlah kromosomnya. Cara ini dilakukan dengan menambahkan alkaloid dari tanaman Cholcicum autummnale. Colchicine (C22H25O6N) merupakan alkaloid yang berasal dari umbi dan biji tanaman Autumn crocus atau cholcicum autumnale Linn yang termasuk dalam familia Liliaceae. Colchicine bersifat sebagai racun yang terutama pada tumbuhan memperlihatkan pengaruhnya pada nucleus yang sedang membelah (Suryo, 1995).
Dari hasil pengamatan ditemukan adanya pengaruh kolkisin pada sel. Perbedaan terutama pada tahap mitosis antara sel kontrol dengan sel yang diberi kolkisin. Tahap-tahap mitosis pada kontrol adalah sebagai berikut :
Interfase (2n)
Pada fase ini, inti dalam kedaan tidak membelah. Stadium ini disebut juga stadium istirahat tetapi pada fase inilah terjadi pertukaran zat atau metabolisme berlangsung paling banyak. Pada tahap ini sel sedang mempersiapkan diri untuk mengadakan pembelahan.
Profase (2n)
Pada fase profase ini diawali dengan pembelitan kromosom. Disinilah dua kromatid saudara dari masing-masing kromosom dapat dibedakan. Nukleous tidak dapat dilihat lagi oleh mikroskop cahaya, karena komponen-komponen nukleous tersebar ke seluruh nukleous. Diketahui bahwa nukleous membesar, kemudian pecah dan hancur. Sentromer membelah menjadi dua sentriol dan pergi ke kutub yang berseberangan. Dan terbentuk benang-benang spindel, kromosom pun menggantung lewat sentromernya pada benang spindel ini. Tetapi pada fase ini kromosom masih berjumlah 16 buah yang berpencar secara bebas.
Metafase (2n)
Pada fase metafase ini seluruh kromosom sel bersama dengan sentromernya berada pada bidang equator. Fase ini sering disebut sebagai fase ester, karena kromosom terletak berderet pada bidang equatorial seperti bintang. Pada tahap ini jumlah kromosom dapat dihitung dengan jelas. Pada fase ini kromosom belum berpisah dan masih berada dibidang equator dan belum terbentuk dinding sel baru sehingga jumlah kromosomnya masih16.
Anafase (2n)
Pada fase anafase, sentromer tiap-tiap kromosom membelah menjadi dua, berikut kromatid dari satu kromosom berpisah. Tiap kromatid pergi ke kutup berseberangan dengan dipimpin oleh sentromernya. Jumlah kromosom sudah membelah menjadi dua anakan. Anafase merupakan fase yang terpendek. Pada akhir anafase sekat mulai terbentuk dekat bidang equator.
Telofase (2n)
Dan pada tahap telofase kromatid disebut sebagai kromosom. Lalu kromosom mengalami pelonggaran pemilinan DNA lagi, menyebabkan menjadi panjang dan halus. Nukleous mulai muncul pada suatu bagian kromosom, benang-benang spindel hilang dan disusul dengan munculnya selaput inti sekeliling kromosom. Pada tahap telofase jumlah kromosom yang tampak adalah jumlah kromosom induknya sama dengan jumlah sel anakan yaitu 16 ( 2n ).  
Seperti yang terlihat diatas bahwa pada perlakuan kontrol, pembelahan mitosis berjalan secara normal. Hal ini berbeda dengan perlakuan yang diberi colchisine.
Pada proses ini tidak ada perbedaan pada tahap interfase dan profase dengan tahap pada interfase dan profase kontrol. Namun pada tahap metafase, tidak terlihat adanya benang-benang spindel seperti halnya pada tahap metafase normal sehingga jumlah kromosomnya menjadi 32. Ini diakibatkan karena adanya colchisine. Menurut Suryo (1995) fungsi colchicines yaitu untuk menghalang-halangi terbentuknya spindel (gelendong inti) pada mitosis. Colchicine bersifat racun, larut dalam air, merupakan alkaloid dan sangat aktif pada konsentrasi rendah. Pada mitosis, colchicine memperjelas detil morfologi kromosom bahkan memungkinkan terjadinya poliploidi. Colchicine merusak mikrotubulus dan mencegah pembentukan gelondong. Akibatnya kromosom yang telah menjadi dua gagal untuk berpisdah dan bergerak ke kutub yang berlawanan.
Dari tahap metafase fase pembelahan kembali ketahap interfase. Bedanya interfase II dengan interfase I ( interfase yang sebelumnya ) adalah pada tahap I nukleous tidak terlihat. Selain itu jumlah kromosomnya pun berbeda. Pada interfase ke II jumlah kromosonnya adalah 32. Dan juga pada tahap profasenya sama dengan profase I yang membedakan adalah jumlah kromosomnya pada profase II adalah 32 bukan 16.
Pada tahap metafasenya berjalan seperti metafase kontrol yaitu benang-benang spindel terbentuk dan sentromernya mengalami pembelahan. Hal ini karena pengaruh colchine-nya sudah hilang sehingga berjalan normal. Dan jumlah kromosomnya adalah 64 buah, ini dikarenakan seluruh kromosom berumpul pada bidang equator. Dan pada tahap anafase II dan telofase II berjalan normal, dimana pada tahap anafase sentromer memimpin kromatid menuju kutup dengan menggelantung pada benang spindel. Dan pada tahap telofase II terbentuk dua sel baru dengan masing – masing sel jumlah kromosomnya adalah 32 buah (4n). Inilah yang disebut tanaman tetraploid.
Tanaman tetraploid dapat menguntungkan secara komersial karena mempunyai banyak kelebihan antara lain mempunyai daun yang lebar dengan warna hijau, bunga dan buah besar, produksi bunga dan buah juga besar, meningkatnya jumlah dan ukuran putik pollen, serta ukuran berbagai macam organ tanaman. Selain itu tanaman tetraploid juga mempunyai kerugian yaitu masa vegetatif tanaman menjadi sangat lama, hal ini dapat menyebabkan umur tanaman yang menjadi semakin lama. 
Keberhasilan poliploidisasi dengan larutan kolkisin sangat ditentukan oleh konsentrasi kolkisin yang digunakan, lama persinggungan bagian tanaman dengan larutan, serta bagian tanaman yang disinggungkan dengan larutan. Larutan colchicines dengan konsentrasi yang kritis mencegah terbentuknya benang-benang plasma dari gelendong inti (“spindel”) sehingga pemisahan kromosom pada anafase dari mitosis tidak berlangsung, dan menyebabkan penggandaan kromosom tanpa pembentukan dinding sel. Sel gamet yang diberi kolkisin (contohnya biji) mengakibatkan tidak normalnya proses berpasangan dari kromosom homolog pada saat meiosis dan menyebabkan beberapa organisme poliploid menjadi steril (Anthony et al., 2000). Namun demikian, persilangan antara dua spesieas yang berbeda yang diikuti dengan penggandaan kromosom melalui perlakuan mutasi dengan colchicine menghasilkan hibrida poliploid yang fertil (Anthony et al., 2000).


V. KESIMPULAN

  1. Penggunaan colchisine mengakibatkan pembelahan yang bersifat polypliodi, yaitu kromosom anakan yang mengganda.
  2. polyploidi belum dapat diperoleh jika konsentrasi larutan colchisine, lama waktu persinggungan, serta jaringan yang diperlakukan kurang mencapai tepat. Kolkisin efektif untuk poliploidisasi jika diberikan pada sel yang sedang membelah.



DAFTAR PUSTAKA


Allard, R.W. 1966. Pemuliaan Tanaman. Bina Aksara. Jakarta.


Anthony J.F., Griffiths, Jeffrey H. Miller, David T. Suzuki, Richard C. Lewontin, William M. Gelbart, 2000, An Introduction to Genetic Analysis, W.H.Freeman and Company. . diakses 5 Mei 2011.

Crowder, L.V. 1993. Plant Genetics ( Genetika Tumbuhan, alih bahasa L. Kusdiarti dan Soetarso ). Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. 498p

Danoesastra dan Haryono. 1991. Zat Pengatur Tumbuhan dalam Pertanian. Yayasan Pembina. Fakultas Pertanian Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.

Permadi, A.H., R. Cahyani dan R. Syarif. 1991. Cara Pembelahan Umbi, Lama Perendam,an dan Konsentrasi Kolkhisin pada Poliploidisasi Bawang Merah “Sumenep“. Zuriat. II ( 2 ) : 21 – 24

Poepodarsono, Soemardjo. 1988. Dasar-dasar Ilmu Pemuliaan Tanaman. Pusat Antar Universitas Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Soemardi, L., S. Sutikno, Susanti. 1994. Mikrosporogenetika pada salak ( Salacca edulin  R ). Jurnal Biologi 1 (7): 232-248 p

Sutjahjo. 1993. Induksi Tetraploid Pada Tanaman Semangka  ( Citrollus lanatus ) dengan Kolkhisin. Buletin Agronomi. XXI ( 1 ) : 55- 60

Taylor, J.H., P. Woods, dan W. Hughes. 1957. Taylor's Experiment on Seedlings Vicia Faba. . diakses 5 Mei 2011.

Wilson, C. L., W Loomis, dan H. T. Croasdale. 1952. Botany three ed. Holt, Rinehart and Winston. New York.

Welsh, J. R. 1991. Basics of Genetics and Plant Breeding (Dasar-dasar Genetika dan Pemuliaan Tanaman  alih bahasa Ir. Johanis P. Mogea). Erlangga. Jakarta. 224p.  

Yatim, W. 1972. Biologi Umum. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta.

Baca juga

Kerja Sambilan Mudah dan Halal di Survei Online Berbayar #1

Mendapatkan bayaran dari mengisi survei sudah bukan hal asing . Lebih dari 70% orang online untuk mengisi survei . Mereka biasanya menj...