Kultur jaringan dan sel tanaman merupakan teknik untuk memperbanyak dan memproduksi metabolit tanaman secara in vitro. Teknik ini memanfaatkan kemampuan sel untuk beregenerasi menjadi tanaman utuh (totipotensi) dengan menumbuhkan bagian tanaman pada medium nutrisi yang mengandung hormon pengatur pertumbuhan seperti auksin dan sitokinin.

1. Lecture 9
Kultur Jaringan & Sel Tanaman
FARMASI – UHAMKA
2019
Etin Diah Permanasari

2. Kultur Jaringan & Sel Tanaman
a. Prinsip Kultur Jaringan & Sel Tanaman
b. Teknik Kultur Jaringan & Sel Tanaman
c. Produk dari Kultur Sel Tanaman

3. Kultur Jaringan Tanaman
• Mengkultur dan membiakkan jaringan tanaman merupakan
dasar bagi Bioteknologi tanaman.
• Perbanyakan tanaman secara vegetatif (menggunakan bagian
organ pertumbuhan tanaman) merupakan alternatif dalam
upaya mendapatkan bibit tanaman baru yang mempunyai
sifat sama dengan induknya.
• Prinsip adalah kemampuan jaringan untuk tumbuh pada
larutan nutrisi (medium) yang sederhana dan komposisinya
diketahui.
Kultur jaringan = Tissue culture (Inggris)
• Tissue = jaringan, adalah sekelompok sel yang mempunyai bentuk dan
fungsi yang sama.
• Culture = kultur atau budi daya.

4. Kultur Jaringan/Kultur In vitro/Kultur Sel
• Suatu metode untuk mengisolasi bagian dari tanaman
seperti sekelompok sel atau jaringan yang ditumbuhkan
dalam kondisi aseptik sehingga bagian tanaman tersebut
dapat memperbanyak diri tumbuh menjadi tanaman
yang lengkap kembali.
• Merupakan suatu teknik untuk mengisolasi, sel,
protoplasma, jaringan, dan organ dan menumbuhkan
bagian tersebut pada nutrisi yang mengandung zat
pengatur tumbuh tanaman pada kondisi aseptik,sehingga
bagian-bagian tersebut dapat memperbanyak diri dan
beregenerasi menjadi tanaman sempurna kembali
4

5. Kultur Jaringan & Sel Tanaman

6. Prinsip Kultur Jaringan Tanaman
• Kultur Sel/Jaringan Tanaman menggunakan dasar teori sel
(Scheiden & Schwan): sel mempunyai kemampuan otonom
(mampu tumbuh mandiri), bahkan mempunyai kemampuan
TOTIPOTENSI.
• TOTIPOTENSI adalah kemampuan sel untuk tumbuh dan
berkembang menjadi individu utuh, bila ia dikultur dalam
kondisi (medium & lingkungan) yang sesuai, tidak tergantung
dari bagian mana sel itu berasal.

7. Beberapa Teknik Kultur Jaringan:
1. Kultur Meristem, yaitu kultur jaringan dengan menggunakan
eksplan (bagian tanaman) dari jaringan muda atau meristem
2. Kultur polen atau anther, yaitu teknik kultur jaringan dengan
menggunakan eksplan dari serbuk sari atau benang sari
3. Kultur protoplas, yaitu teknik kultur jaringan dengan
menggunakan eksplan dari isolat protoplasma (sel hidup yang
telah dihilangkan dinding selnya)
4. Kultur kloroplas, yaitu teknik kultur jaringan dengan
menggunakan eksplan kloroplas untuk memperbaiki sifat
tanaman atau membuat varietas baru
5. Kultur persilangan protoplasma (Somatic cross), yaitu
penyilangan dua macam protoplasma menjadi satu kemudian
dikultur hingga menjadi satu tanaman yang mempunyai sifat baru
(gabungan)

10. Embriogenesis kacang

12. Features of Anther/Microspore Culture

13. Possible Result of Fusion of Two
Genetically Different Protoplasts
= chloroplast
= mitochondria
= nucleus
Fusion
heterokaryon
cybrid cybrid
hybrid
hybrid

14. Kultur Jaringan Tanaman

15. Prinsip Kultur Jaringan
Kultur Jaringan didefinisikan sebagai teknik
membudidayakan suatu jaringan tanaman menjadi individu
tanaman yang mempunyai sifat sama seperti induknya.

16. Tahapan Kultur Jaringan Tanaman

17. Kultur Jaringan Tanaman meliputi
teknik:
1. Memilih mother plant
2. Mengambil (mengisolasi) bagian jaringan
tanaman  Eksplan
3. Penanaman dalam medium secara aseptik
4. Inisiasi jaringan dengan inkubasi dalam kondisi
ruang yang sesuai
5. Organogenesis
6. Amplifikasi anakan
7. Aklimatisasi di green house
8. Bibit siap tanam

18. Step 1. Pemilihan mother plant yg unggul
Suckers separated from mother plant
View of mother plant and sucker
Sword (left) and water sucker (right)
Young sucker for micro-propagation

19. Step 2. Pengambilan jaringan

20. Step 3. Penanaman dalam medium

21. Step 4. Inisiasi jaringan

22. Step 5. Organogenesis

23. Step 6. Amplifikasi Anakan

24. Step 7.Adaptasi/Aklimatisasi

25. MELAKUKAN
AKLIMATISASI
• Merupakan masa
adaptasi tanaman hasil
pembiakan secara
kultur jaringan yang
semula kondisinya
terkendali (in vitro),
kemudian berubah pada
lingkungan lapangan
yang kondisinya tidak
terkendali lagi (ex vitro).
Disamping itu tanaman
juga harus mengubah
pola hidupnya dari
tanaman heterotrof ke
autotrof.
Planlet Pisang Siap di
Aklimatisasi

26. Step 8 Bibit siap taman

27. Tanaman seragam dan serempak
tumbuh dan berbuahnya

28. ZAT PENGATUR TUMBUH
TANAMAN
• Dalam kultur jaringan, dua
golongan zat pengatur tumbuh
yang sangat penting adalah
sitokinin dan auksin.
• Zat pengatur tumbuh
mempengaruhi pertumbuhan dan
morfogenesis dalam kultur sel,
jaringan dan organ.
• Penambahan auksin atau sitokinin
eksogen, mengubah level zat
pengatur tumbuh endogen sel.

29. Dasar Kultur Jaringan Tanaman
• Dua Hormon yang mempengaruhi diferensiasi
tanaman:
– Auxin: merangsang pertumbuhan akar
– Cytokinin: merangsang pertumbuhan tunas (shoot)
• Rasio kedua hormon itu menentukan perkembangan
tanaman:
–  Auxin ↓Cytokinin = Perkembangan akar
–  Cytokinin ↓Auxin = Perkembangan tunas (shoot)
– Auxin = Cytokinin = Perkembangan kalus

31. Faktor Mempengaruhi Kuljar Tanaman
• Media Pertumbuhan
– Mineral, Growth factors, Sumber Carbon, Hormon
• Faktor Lingkungan
– Cahaya, Temperatur, Photoperiod, Sterilitas, Kelembaban
• Sumber Eksplan
– Sumber jaringan yang lebih muda (umumnya) lebih berhasil
untuk dikulturjaringan kan
• Genetika Tanaman
– Spesies tanaman yang berbeda akan mempunyai
karakteristika teknik kultur jaringan yang berbeda pula

32. Aplikasi Kuljar Tanaman
• Micropropagation
• Preservasi Plasma nutfah tanaman
• Variasi Somaclonal & seleksi mutasi
• Kultur Embryo
• Produksi Haploid & Dihaploid
• In vitro hybridization – Protoplast Fusion
• Produksi Tanaman Transgenik (GMO)

33. Mikropropagasi
• Perbanyakan bibit
tanaman dalam jumlah
banyak dan waktu cepat
• Dilakukan di dalam
laboratorium
• Bibit secara genetik
identik

34. Konservasi Plasma Nutfah
Pelestarian Bunga
bangkai
(Amorphophallus titanum)

35. Aplikasi Kultur Jaringan Tanaman

36. Aplikasi Kultur Jaringan Tanaman

37. Tanaman Transgenik dengan Kultur Jaringan
• Tanaman transgenik: memanfaatkan DNA
rekombinan ditransformasikan ke dalam sel
tanaman  dikultur menjadi tanaman transgenik
yang baru
• Contoh tanaman transgenik:
o Jagung tahan hama
o Tembakau tahan cuaca dingin
o Tomat tahan lama
o Kedelai tahan terhadap herbisida
o dll
37

38. 38

39. Aplikasi Kultur Jaringan Tanaman

40. Keuntungan
Keuntungan :
1.Bibit (hasil) yang didapat berjumlah
banyak dan dalam waktu yang singkat
2.Sifat identik dengan induk
3.Dapat diperoleh sifat-sifat yang
dikehendaki
4.Metabolit sekunder tanaman segera
didapat tanpa perlu menunggu tanaman
dewasa.

41. Kekurangan
Kerugian :
1. Bibit hasil kultur jaringan sangat rentan
terhadap hama penyakit dan udara luar
2. Bagi orang tertentu, cara kultur jaringan dinilai
mahal dan sulit.
3. Membutuhkan modal ivestasi awal yang tinggi
untuk bangunan (laboratorium khusus),
peralatan dan perlengkapan.
4. Diperlukan persiapan SDM yang handal untuk
mengerjakan perbanyakan kultur jaringan agar
dapat memperoleh hasil yg memuaskan
5. Produk kultur jaringan pd akarnya kurang
kokoh
6. Mahal

42. Perbedaan Kultur Jaringan Tanaman vs Kultur
Konvensional
Kultur Jaringan Kultur Konvensional
1. Prinsip pengklonan sel vegetatif (pucuk, daun,
akar, dll.) menjadi tanaman baru
1. Prinsip perbanyakan dengan menggunakan sel
generatif (biji) atau vegetatif (stek)
2. Kualitas bibit yang dihasilkan seragam & persis
sama dengan induk
2. Kualitas bibit tidak seragam & tidak persis sama
dengan induk (krn berasal dari sel generatif)
3. Waktu yang diperlukan relatif lebih cepat 3. Waktu yang diperlukan lama, sesuai dengan
umur tanaman
4. Tempat pelaksanaan di sebuah laboratorium dan
greenhouse
4. Budidaya dilakukan di lahan yang luas
5. Bibit dalam jumlah yang besar dapat dihasilkan
dalam waktu singkat (sama) & satu tempat (lab.)
5. Bibit dalam jumlah besar dihasilkan pada lahan
yang sangat luas & waktu yang lama
6. Dapat dilakukan usaha perbaikan galur bibit
tanaman melalui rekayasa genetika
6. Perbaikan galur bibit dilakukan scr konvensional
melalui persilangan (okulasi) atau penyerbukan
silang
7. Dapat dihasilkan bahan kimia komersial tanpa
perlu menumbuhkan tanaman utuhnya
7. Untuk menghasilkan bahan kimia komersial kita
harus menanam tanaman tsb, baru kemudian
dilakukan ekstraksi
8. Untuk tujuan konservasi sangat hemat waktu,
tempat, biaya & tenaga
8. Untuk konservasi harus membutuhkan lahan,
waktu, tenaga biaya yang besar

43. Kultur Sel Tanaman

44. Kultur Sel Tanaman
• Kultur Sel = Cell culture (Inggris)
– Cell = sel, adalah satuan terkecil dari mahluk hidup
– Culture = kultur atau budidaya
• Kultur sel didefinisikan sebagai teknik memproduksi
suatu metabolit yang dihasilkan tanaman dengan
mengkultur sel yang menghasilkannya.

45. Prinsip Kultur Sel Tanaman
• Gambaran khusus mengenai tanaman berbiji adalah bahwa ia
mensintesis metabolit : terpenoid, steroid, alkaloid, minyak atsiri
dan pigmen.
• Kultur sel tanaman dapat dipakai untuk mengungkapkan lintasan
biokimiawi yang diperlukan untuk biosintesisnya, menimbun dan
merombak produk metabolik, dan dalam beberapa hal dapat
sekaligus untuk memproduksi bahan kimiawi darinya.

46. Prinsip Kultur Sel Tanaman
Teknik kultur sel tanaman untuk memproduksi bahan kimiawi
komersial meliputi teknik:
1. Isolasi sel yang memproduksi bahan kimiawi dimaksud
2. Penanaman sel pada medium yang sesuai
3. Inkubasi untuk memperbanyak sel tersebut (Teknik kultur cair dengan
dilakukan penggojogan)
4. Pemanenan, setelah dicapai jumlah sel yang maksimal
5. Ekstraksi bahan aktif dari sel

47. Produk Metabolit Kultur Sel Tanaman

52. Produksi Metabolit pada kultur sel tanaman
Industri Produk Spesies tanaman Penggunaan
Farmasi Kodein (alkaloid)
Diosgenin (steroid)
Kuinin (alkaloid)
Digoksin
Skopolamin (alkaloid)
Vinkristin (alkaloid)
Curcumin
Papaver somniferum
Dioscorea deltoidea
Cinchona ledgeriana
Digitalis lantana
Datura stramonium
Catharanthus roseus
Curcuma sp.
Analgesik
Anti inflamasi
Anti malaria
Kardiotonik
Anti hipertensi
Anti leukimia
Pertanian Piretrin Crysanthemum
cinerariaefolium
Insektisida
Makanan -
minuman
Kuinin (alkaloid)
Taumatin (kalkon)
Chinchona ledgeriana
Thaumatococcus danieli
Bahan pemahit
Pemanis
Kosmetik Shikonin Lithosperum
erythrorhizon
Pewarna

53. Callus culture of some commercially
important plants
Podophyllum hexandrum Azadirachta indica Linum album

54. Protocol for establishment of plant cell suspension cultures

55. Seeds of P. hexandrum
Germinated seedling
Callus culture
Suspension culture
Batch cultivation
Batch cultivation with fluorescence probe
Continuous cultivation
with cell retention
Setric impeller
Various steps involved in cell culture

56. Kultur Sel Tanaman

57. Glossary
• Kultur jaringan tanaman: teknik untuk memperbanyak tanaman
(atau bagian fungsional nya) dari jaringan embrionik, fragmen
jaringan, kalus, sel terisolasi atau protoplas tanaman.
• Totipotency: kemampuan sel tananam untuk tumbuh dan
berkembang menjadi individu tanaman utuh, bila dikultur secara in
vitro
• Kompetensi: kemampuan potensial endogenous dari suatu sel atau
jaringan untuk berkembang sesuai tahapannya
• Organogenesis: Proses inisiasi dan perkembangan suatu struktur
yang menjadi suatu bentuk organ yang alamiah dan/atau fungsi
tertentu.
• Embriogenesis: Proses inisiasi dan perkembangan embrio atau
struktur yang menyerupai embrio tumbuhan yang berasal dari sel-
sel somatik (Somatic embryogenesis).

58. 1. Sebutkan dan jelaskan hormon pengatur
pertumbuhan tanaman. Bagaimana
modifikasi dalam kultur jaringan?
2. Gambarkan dan jelaskan langkah dan teknik
dalam kultur jaringan
3. Jelaskan dan gambarkan mengenai tanaman
transgenik dalam kultur jaringan
58