senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · web viewkarakteristik kimia pada media...

16
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanaman Kentang Hitam 2.1.1 Botani Tanaman Kentang Hitam Kentang hitam (Solenostemon rotundifolius (Poir) J. K. Morton) merupakan tanaman dari famili Lamiaceae yang berpotensi tinggi untuk dikembangkan menjadi salah satu sumber karbohidrat alternatif, terutama umbinya. Tanaman yang berasal dari Afrika Barat ini juga tersebar di sepanjang daerah tropis Afrika dan Asia Selatan-Barat, termasuk India, Sri Lanka, Malaysia dan Indonesia (Nkansah, 2004). Di berbagai negara, kentang hitam dikenal dengan sebutan yang berbeda-beda, seperti di India disebut Koorka, Ghana (Frafra Potato), Sri Lanka (Innala, Ratala), Nigeria (Saluga, Tumuku, Sudan Potato), Prancis (Madagaskar Potato), Inggris (Zulu Round Potato), Hausa Potato, Chinese potato, dan Coleus Potato. Klasifikasi ilmiah untuk kentang hitam adalah sebagai berikut. Kingdom : Plantae Divisio : Spermatophyta Subdivisio : Magnoliophyta Class : Magnoliopsida Ordo : Lamiales Famili : Lamiaceae

Upload: others

Post on 01-Sep-2020

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanaman Kentang Hitam

2.1.1 Botani Tanaman Kentang Hitam

Kentang hitam (Solenostemon rotundifolius (Poir) J. K. Morton)

merupakan tanaman dari famili Lamiaceae yang berpotensi tinggi untuk

dikembangkan menjadi salah satu sumber karbohidrat alternatif, terutama

umbinya. Tanaman yang berasal dari Afrika Barat ini juga tersebar di

sepanjang daerah tropis Afrika dan Asia Selatan-Barat, termasuk India, Sri

Lanka, Malaysia dan Indonesia (Nkansah, 2004). Di berbagai negara, kentang

hitam dikenal dengan sebutan yang berbeda-beda, seperti di India disebut

Koorka, Ghana (Frafra Potato), Sri Lanka (Innala, Ratala), Nigeria (Saluga,

Tumuku, Sudan Potato), Prancis (Madagaskar Potato), Inggris (Zulu Round

Potato), Hausa Potato, Chinese potato, dan Coleus Potato. Klasifikasi ilmiah

untuk kentang hitam adalah sebagai berikut.

Kingdom : Plantae

Divisio : Spermatophyta

Subdivisio : Magnoliophyta

Class : Magnoliopsida

Ordo : Lamiales

Famili : Lamiaceae

Genus : Solenostemon

Spesies : Solenostemon rotundifolius (Poir) J. K. Morton

Kentang hitam memiliki akar membentuk sistem umbi dengan

perakaran memanjang ke dalam tanah membentuk akar halus dari umbi dan

percabanganya. Akar berasal dari titik mata tunas dan dapat dijadikan sebagai

penyokong alat perkembangbiakan (Rukmana, 1997). Batang kentang hitam

menjalar di permukaan tanah, berwarna hijau sedikit kemerahan, berbentuk

silindris dan berbulu. Batang membentuk sistem percabangan pada setiap

sisinya (Nkansah, 2004). Daun kentang hitam menyerupai daun nilam dengan

Page 2: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

5

bagian pinggir daun bergerigi, terdiri dari daun yang merumpun dan menjalar

di atas permukaan tanah, berwarna hijau muda dan sedikit oval (Wienny,

1999). Bunga terdiri dari bunga tunggal yang tumbuh pada setiap

percabangan, berwarna ungu, terdiri dari serbuk sari, dan kepala putik

(Rukmana, 1997). Umbi kentang hitam berukuran kecil, sebesar ibu jari dan

berwarna coklat tua hingga hitam. Morfologi tanaman kentang hitam dapat

dilihat pada Gambar 1 di bawah ini.

Salah satu daerah yang membudidayakan kentang hitam di

Indonesia adalah Solo dan Sangian. Morfologi kentang hitam dari kedua

daerah tersebut tidak terlalu berbeda. Hanya saja pada lapisan kulit bagian

dalam dari kentang hitam asal “Sangian” berwarna ungu, sedangkan

lapisan kulit bagian dalam dari kentang hitam asal “Solo” berwarna putih.

Tampilan umbi kentang hitam dari kedua daerah tersebut dapat dilihat

pada Gambar 2.

Gambar 1. Morfologi tanaman kentang hitam. a) daun, b) bunga, c) umbi (dok. Pribadi).

a b

c

Page 3: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

6

2.1.2 Syarat Tumbuh

- Iklim

Tanaman kentang hitam dapat tumbuh pada ketinggian 40-1300 m dpl

dan menyukai tanah yang gembur serta berdrainase baik (Suhardi, 2002).

Pertumbuhan tanaman kentang sangat dipengaruhi oleh keadaan cuaca.

Tanaman kentang tumbuh baik pada lingkungan dengan suhu rendah, yaitu 15

sampai 20º C, cukup sinar matahari, dan kelembaban udara 80 sampai 90 %

(Sunarjono, 1975). Menurut Silalahi (2009), kentang hitam tumbuh toleran

terhadap suhu panas dan dapat berproduksi dengan baik pada daerah dengan

curah hujan 2500-3300 mm per tahun. Kentang termasuk tanaman yang dapat

tumbuh di daerah tropika dan subtropika, dapat tumbuh pada ketinggian 500

sampai 3000 m dpl dan yang terbaik pada ketinggian 1300 m dpl (Silalahi,

2009).

- Tanah

Kentang hitam tumbuh baik pada tanah mineral masam marjinal.

Karakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat

masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah dengan kandungan pasir

sebesar 21.60%, debu sebesar 47.75%, dan liat sebesar 30.65% dan termasuk

kelas tekstur lempung berliat. Pengolahan tanah sebelum penanaman

memberikan ruang tumbuh yang baik bagi pertumbuhan tanaman dan

perkembangan umbi kentang hitam (Suhardi, 2002). Media yang cocok untuk

budidaya tanaman kentang, yakni media tanah dengan struktur remah,

Gambar 2. Umbi kentang hitam dari aksesi “Solo” (a) dan “Sangian” (b) (Sumber: LIPI, 2009).

a b

Page 4: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

7

gembur, banyak mengandung bahan organik, berdrainase baik dan memiliki

lapisan olah yang dalam (Rukmana, 1997).

2.1.3 Kandungan Gizi

Umbi kentang hitam mengandung sampai 20% karbohidrat (terutama

pati) dan sekitar 2% protein. Selain berpotensi sebagai sumber pangan

karbohidrat alternatif, umbi kentang hitam juga berkhasiat untuk mengobati

sakit maag (Silalahi, 2009). Kandungan gizi kentang hitam dapat dilihat lebih

rinci pada Tabel 1.

Kandungan per 100 g Kentang Hitam Kentang Ubi Jalar

Air (%) 64 83 78

Energi (kal) 142 62 88

Karbohidrat (g) 33.7 13.5 20.6

Protein (g) 0.9 2.1 0.4

Lemak (g) 0.4 0.2 0.4

Kalsium (mg) 34 63 30

Fosfor (mg) 75 5.8 10

Besi (mg) 0.2 0.7 0.5

Thiamin (mg) 0.02 0 0.66

Vitamin C (mg) 38 21 36

2.2 Teknik Kultur Jaringan (In Vitro)

Kultur jaringan atau dalam bahasa asing disebut sebagai tissue culture

merupakan salah satu teknik perbanyakan tanaman secara vegetatif dengan cara

mengisolasi bagian tanaman seperti daun, mata tunas, serta menumbuhkan bagian-

bagian tersebut dalam media buatan secara aseptik yang kaya nutrisi dan zat

pengatur tumbuh dalam wadah tertutup yang tembus cahaya, sehingga bagian

tanaman dapat memperbanyak diri dan bergenerasi menjadi tanaman lengkap

Tabel 1. Perbandingan kandungan gizi kentang hitam dengan tanaman kentang dan ubi jalar (Persatuan Ahli Gizi Indonesia, 2009).

Page 5: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

8

(Yusnita, 2003). Prinsip utama dari teknik kultur jaringan adalah perbanyakan

tanaman dengan menggunakan bagian vegetatif tanaman (akar, daun, batang, mata

tunas) menggunakan media buatan yang dilakukan di tempat steril.  Praktik kultur

jaringan tanaman bermula dari pembuktian sifat totipotensi (total genetic

potential) sel, yaitu bahwa setiap sel tanaman yang hidup dilengkapi dengan

informasi genetik dan perangkat fisiologis yang lengkap untuk tumbuh dan

berkembang menjadi tanaman utuh jika kondisinya sesuai. Teori tersebut

dikemukakan oleh Schwann dan Schleiden pada tahun 1838 (Santoso & Nursandi,

2003).

Teknik ini sering kali disebut kultur jaringan atau in vitro, sebagai lawan

dari in vivo. Dikatakan in vitro (bahasa Latin, berarti “di dalam kaca”), karena

jaringan dibiakkan di dalam tabung inkubasi atau cawan petri dari kaca atau

material tembus pandang lainnya. Kultur in vitro secara teoritis dapat dilakukan

untuk semua jaringan, baik dari tumbuhan maupun hewan, namun masing-masing

jaringan memerlukan komposisi media tertentu (Dodds dan Roberts, 1995).

Berbeda dengan teknik perbanyakan vegetatif secara konvensional, teknik kultur

jaringan melibatkan pemisahan sejumlah komponen biologis dan tingkat

pengendalian yang tinggi untuk memacu proses regenerasi dan perkembangan

eksplan (Hartman et al, 1990 dalam Zulkarnain, 2009).

Nugroho dan Sugito (2002) menyatakan bahwa beberapa keunggulan dari

bibit yang dihasilkan dari kultur jaringan, yaitu mempunyai sifat yang identik

dengan induknya, mampu menghasilkan bibit dengan jumlah besar dalam waktu

yang singkat, mutu dan kesehatan bibit lebih terjamin, dapat diperbanyak dalam

jumlah yang besar sehingga  tidak terlalu membutuhkan tempat yang luas, dan

kecepatan tumbuh bibit lebih cepat dibandingkan dengan perbanyakan

konvensional.

2.3 Induksi Poliploidisasi

Keragaman merupakan hal penting dalam pemuliaan karena dapat

ditemukan berbagai sumber gen untuk perbaikan suatu sifat tanaman. Gen-gen

tersebut dapat ditransfer ke tanaman dengan cara konvensional maupun rekayasa

Page 6: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

9

genetik. Salah satu teknik pemuliaan untuk perbaikan sifat adalah perakitan

poliploidi. Poliploidi adalah keadaan sel dengan penambahan satu atau lebih

genom dari genom normal 2n=2x. Organisme yang memiliki keadaan demikian

disebut sebagai organisme poliploid. Usaha-usaha yang dilakukan orang untuk

menghasilkan organisme poliploid disebut sebagai poliploidisasi. 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). Tipe poliploid tergantung dari banyaknya set kromosom, seperti triploid

(2n=3x), tetraploid (2n=4x), pentaploid (2n=5x), heksaploid (2n=6x), oktoploid

(2n=8x) dan seterusnya. Dalam kenyataan, organisme dengan satu set kromosom

(haploid=n) juga ditemukan hidup normal di alam, contohnya ganggang hijau-

biru, bakteria, virus, rumput hati, dan lumut (Crowder, 2006).

Menurut Suryo (2007), ada dua kemungkinan terjadinya poliploidi pada

tumbuhan, yaitu:

1. Poliploidi yang terjadi di alam. Dua proses dasar yang tak teratur dapat

ditemukan di alam, sehingga poliploid dapat terjadi dari tanaman diploid,

yaitu :

a. Kelipatan somatis. Sel-sel terkadang mengalami pemisahan yang tak

teratur selama mitosis, sehingga menghasilkan sel-sel meristematis yang

menyebabkan kelipatan jumlah kromosomnya tetap berada dalam generasi

baru dari tanaman tersebut.

b. Sel-sel reproduktif dapat mengalami reduksi yang tak teratur atau

mengalami pembelahan sel yang tak teratur sehingga kromosom-

kromosom tidak memisah secara sempurna ke kutub-kutub sel sewaktu

anafase, sehingga jumlah kromosom dalam gamet menjadi dua kali lipat.

2. Poliploidi yang sengaja dibuat (secara induksi). Digunakan zat-zat kimia

tertentu seperti asenaften, kloralhidrat, sulfanilamid, etil-merkuri-kiorid,

heksaklorosikloheksan, kolkhisin, dan oryzalin.

Page 7: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

10

Tanaman poliploid biasanya mempunyai jumlah kromosom lebih banyak

daripada tanaman diploid, maka tanaman akan terlihat lebih kekar, bagian-bagian

tanaman menjadi lebih besar (akar, batang, daun, bunga, buah), sel epidermis dan

inti sel lebih besar, buluh-buluh pengangkut mempunyai diameter lebih besar,

begitu pula dengan ukuran stomatanya (Suryo, 2007).

Hasil penelitian awal pemuliaan tanaman menunjukkan bahwa diantara

taraf ploidi yang berbeda, didapatkan bahwa tiap spesies mempunyai taraf ploidi

optimum tertentu. Contoh pada bit gula dimana jumlah ploidi optimumnya adalah

tetraploid. Penelitian Hetharie (2000) menunjukkan bahwa taraf ploidi optimum

pada hibrida somatik kentang dari tetua Solanum tuberosum adalah 4x.

Penambahan jumlah kromosom yang melebihi jumlah optimum tersebut akan

menyebabkan gangguan fisiologi ke arah negatif (Karmana, 1989).

2.4 Senyawa Oryzalin

Manipulasi ploidi kromosom dapat dilakukan dengan menggunakan

senyawa kimia oryzalin (3,5-dinitro-N4, N4-dipropylsulfanilamide), yaitu suatu

herbisida untuk mengendalikan gulma rumput dan tanaman berdaun lebar (Hall et

al. 2005). Penggunaan oryzalin pada makhluk hidup khususnya pada tanaman

dapat menghalangi pembentukan benang spindel pada waktu mitosis hingga sel-

sel baru yang terbentuk jumlah kromosomnya berlipat ganda (Strachan & Hess

1983; Van Duren et al. 1996).

Oryzalin lebih efektif sebagai agen untuk menggandakan kromosom

dibanding amiprophos-methyl (APM) atau kolkisin (Ramulu et al, 1991).

Menurut Pintos (2007), penggunaan oryzalin untuk menghasilkan double haploid

Gambar 3. Struktur kimia oryzalin (Cox, 2001).

Page 8: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

11

pada Quercus suber L. melalui kultur anter hasilnya lebih efektif dalam

penggandaan kromosom daripada APM dan kolkisin. Oryzalin dapat menginduksi

tingkat ploidi kromosom dan memperluas variasi genetik tanaman. Peningkatan

jumlah kromosom biasanya berhubungan dengan peningkatan stomata, umbi, dan

kandungan patinya. Perlakuan oryzalin telah dipakai untuk mendapatkan tanaman

tetraploid pada kentang (Ramulu et al., 1991; Chauvin et al., 2003; Barandalla et

al., 2006) pisang (Van Duren et al., 1996), singkong (Awoleye et al., 1994),

Rhododendron (Vainola, 2000), Miscanthus sinensis (Petersen et al., 2003),

Alocasia sp. (Thao et al., 2003), mawar (Kermani et al., 2003; Khosravi et al.,

2007; Allum et al., 2007), bawang merah (Suminah et al., 2002; Grzebelus and

Adamus, 2004), Spathiphyllum wallisii (Stanys et al., 2006), Ranunculus

(Dhooghe et al., 2009), yacon (Viehmannova et al., 2009), jeruk (Aleza et al.,

2009) dan lain-lain. Satu studi menemukan bahwa oryzalin dan trifluralin baik

menghambat pertumbuhan spesies tertentu dari mikoriza fungi.

2.5 Mitosis dan Siklus Sel

Mitosis adalah suatu proses pembelahan inti sel somatik yang

menghasilkan dua sel anak yang identik. Pada tanaman biasanya terjadi selama 30

menit sampai beberapa jam yang berlangsung secara terus-menerus (Crowder,

2006). Kegiatan yang terjadi dari satu pembelahan sel ke pembelahan berikutnya

disebut siklus sel atau daur sel. Siklus sel mencakup dua fase yaitu, interfase dan

fase mitosis atau fase pembelahan. Interfase terdiri dari tiga tahapan yaitu,

pertama tahap G1 terjadi aktivitas biosintesa yang tinggi, kedua tahap S, yaitu

merupakan tahap replikasi dan transkripsi DNA, ketiga tahap G2, merupakan

tahap persiapan diri sel untuk membelah. Fase mitosis terdiri dari karyokinesis

(pembelahan nukleus) dan sitokinesis (pembelahan sitoplasma). Siklus sel dapat

digambarkan seperti diagram di bawah ini.

Page 9: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

12

- Interfase

Merupakan sebuah jeda atau fase istirahat panjang antara satu mitosis

dengan mitosis yang lain, jeda tersebut termasuk fase G1, S, G2.

- Fase S (Sintesis)

Merupakan tahap terjadinya replikasi DNA. Pada umumnya, sel tubuh

manusia membutuhkan waktu sekitar 8 jam untuk menyelesaikan tahap ini. Hasil

replikasi kromosom yang telah utuh, segera dipilah bersama dengan dua nuclei

masing-masing guna proses mitosis pada fase M.

- Fase M (Mitosis)

Interval waktu fase M kurang lebih 1 jam. Pada mitosis, sel membelah

dirinya membentuk dua sel anak yang terpisah. Fase mitosis terdiri dari profase,

prometafase, metaphase, anaphase dan telofase. Tahapan pembelahan inti ini

masing-masing tidak sama waktunya. Metafse merupakan tahapan mitosis yang

paling panjang dan paling mudah diganggu. Sehingga pengamatan kromosom

sering dilakukan pada tahap metaphase.

- Fase G (Gap)

Fase G yang terdiri dari G1 dan G2 adalah fase sintesis zat yang diperlukan

pada fase berikutnya. Pada sel mamalia, interval fase G2 sekitar 2 jam, sedangkan

interval fase G1 sangat bervariasi antara 6 jam hingga beberapa hari. Sel yang

Gambar 4. Diagram fase siklus sel (Furler, 2011).

Page 10: Senayanperpustakaan.fmipa.unpak.ac.id/file/bab 2.docx · Web viewKarakteristik kimia pada media pertanaman kentang hitam adalah bersifat masam dengan pH 4.80. Susunan fraksi tanah

13

berada pada fase G1 terlalu lama, dikatakan berada pada fase G0 atau “quiescent”.

Pada fase ini, sel tetap menjalankan fungsi metabolisnya dengan aktif, tetapi tidak

lagi melakukan proliferasi secara aktif. Sebuah sel yang berada pada fase G0 dapat

memasuki siklus sel kembali, atau tetap pada fase tersebut hingga terjadi

apoptosis.

2.6 Flow Cytometer

Flow cytometer merupakan suatu teknik yang digunakan untuk

menganalisis jenis-jenis sel/kromosom yang terdapat pada suatu populasi sel.

Mekanisme kerjanya adalah dengan 3-5 optikal channel (sebagai parameter) yang

memiliki tiga sinar laser yang berbeda-beda. Flow cytometer memiliki software

yang dapat digunakan secara otomatis untuk pemakaian rutin dan fleksibel. Flow

cytometer dihubungkan ke layar komputer melalui software yang bernama

flomax. Aplikasi flow cytometer dapat digunakan untuk kegiatan penelitian,

seperti analisis sel darah, monitoring HIV, perhitungan leukosit, analisis

mikroorganisme, analisis terhadap fase-fase daur sel dan lain-lain. Penggunaan

flow cytometer lebih banyak digunakan untuk analisis tingkatan ploidi pada

pemuliaan tanaman seperti, uji stabilitas level ploidi, deteksi tanaman aneuploidi,

produksi tanaman haploid dan diploid dari anter dan ovari. Data flow cytometer

dianalisis dengan program cell quest untuk melihat distribusi sel pada fase-fase

daur sel sub G1 (apoptosis), S, G2/M, dan sel yang mengalami poliploidi.

Penghambatan daur sel yang terjadi dapat diketahui dengan membandingkan

antara efek perlakuan larutan uji dengan kontrol (Anonym, 2010).

Menurut Thao (2002), penggunaan flow cytometer dalam menganalisis

tingkat ploidi suatu tanaman telah terbukti lebih akurat dan cepat daripada metode

konvensional, seperti penghitungan kromosom atau pengukuran stomata.