TUGAS MAKALAH

MATAKULIAH TEKNIK KULTUR JARINGAN TUMBUHAN

Pemanfaatan nanopartikel perak dan titanimum sebagai antikontaminan dalam

kultur jaringan tumbuhan

Nama : Moh. Badrodin

NIM : 11/314102/BI/8667

FAKULTAS BIOLOGI

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2015

1

Pemanfaatan nanopartikel perak dan titanimum sebagai antikontaminan dalam

kultur jaringan tumbuhan

Moh. Badrodin*

*Mahasiswa Faklutas Biologi, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Email: odinodin2013@gmail.com

ABSTRAK

Perkembangan nanoteknologi di era ini turut berkembang di berbagai bidang,

termasuk bidang kultur jaringan. Nanopartikel perak dan titanium, diketahui dapat

digunakan untuk membunuh mikroorganisme. Pada perkembangan selanjutnya

nanopartikel digunakan sebagai antikontaminan dalam kultur jaringan, baik untuk

sterilisasi pra kultur ataupun ditambahkan pada medium kultur. Dari beberapa

penelitian, terbukti bahwa nanopartikel dapat digunakan sebagai antikontaminan.

Efektivitas penggunaannya dipengaruhi oleh ukuran partikel, konsentrasi, lama

waktu yang digunakan, dan jenis eksplan yang digunakan. Dibandingkan dengan

menggunakan antibakteri atau fungisida, nanopartikel lebih menguntungkan dan

terbukti efektif. Penggunaan nanopartikel perak dan titanium sebagai

antikontaminan, tidak memperngaruhi kualitas dan pertumbuhan eksplan.

Kata kunci: nanosilver, nano dioxide titanium, kontaminasi, kultur jaringan

Pendahuluan

Menurut Haryono dkk. (2008) nanoteknologi berkembang pesat hampir di

seluruh negara di dunia, dan masing-masing negara memiliki fokus

pengembangan nanoteknologinya sendiri. Sehingga era ini dapat disebut sebagai

era nanoteknologi. Nanoteknologi merupakan teknologi yang mempelajari hal-hal

yang berukuran nano (≤1x10-9

). Banyak objek kajian yang dapat dikembangkan

dalam nanoteknologi. Hal ini karena nanoteknologi bersifat multidisplin ilmu,

sehingga masing-masing bidang keilmuan dapat mengembangkan nanoteknologi

(Dwandaru, 2012).

Bidang kultur jaringan tumbuhan menuntut kondisi aseptis agar eksplan

yang ditumbuhkan bebas dari organisme lain yang tidak diinginkan atau

kontaminan, baik kontaminan internal ataupun eksternal. Untuk itu dilakukan

berbagai usaha agar tidak terjadi kontaminasi, mulai dari sterilisasi alat, bahan,

eksplan, dan ruangan, hingga menambahkan antibakteri dan atau fungisida ke

dalam medium (Indrianto, 2003).

2

Terdapat berbagai metode sterilisasi yang dapat dilakukan. Beberapa

metode sterilisasi seperti sterilisasi alat, bahan, dan eksplan hanya efektif di awal

proses kultur. Di tengah proses kultur atau inkubasi tidak banyak hal yang bisa

dilakukan untuk mengatasi kontaminasi, kecuali melakukan subkultur pada

medium yang baru (Soltanloo et al., 2010). Untuk melindungi eksplan dari

serangan kontamin bakteri dan jamur sepanjang proses kultur, ditambahkan

antibakteri atau fungisida ke dalam medium. Akan tetapi hal ini dirasa kurang

efektif, karena penggunaan antibakteri atau fungsida memiliki beberapa

kekurangan. Kekurangan itu antara lain, antibakteri bersifat fitotoksik,

menghambat pertumbuhan eksplan (Mahna et al., 2013; Safavi, 2014), harga

antibiotik mahal, efektif menghambat bakteri tetapi tidak untuk jamur, bersifat

tidak tahan panas, efektif untuk beberapa jenis bakteri saja, dan menyebabkan

mutasi pada bakteri yang berdampak munculnya strain baru yang tahan terhadap

antibiotik (Soltanloo et al., 2010). Oleh karena itu perlu dikembangkan metode

sterilisasi menggunakan senyawa kimia yang lebih efektif dari pada menggunakan

antibiotik atau fungisida.

Nanopartikel diketahui memiliki ukuran yang kecil dengan area

permukaan yang luas, bermuatan, dan permukaan yang reaktif sehingga menarik

untuk diteliti (Mandeh et al., 2012). Akhir-akhir ini diketahui bahwa nanopartikel

dapat dimanfaatkan sebagai antikontaminan kultur jaringan oleh mikroorganisme

(bakteri dan jamur). Nanopartikel tersebut bersumber dari logam perak

(nanosilver disingkat NS) dan logam titanium (nano dioxide titanium berbentuk

TiO2). Penggunaan kedua logam ini berkembang pesat, karena banyak keuntungan

yang diperoleh dari pada menggunakan antibakteri atau fungisida (Safavi et al.,

2011).

Kelebihan menggunakan nanosilver sebagai antikontaminan dalam kultur

jaringan yakni memiliki kisaran yang luas terhadap berbagai macam

mikroorganisme, efektif melawan bakteri gram positif dan gram negatif, dan tidak

berdampak nagatif pada pertumbuhan eksplan (Soltanloo et al., 2010), lebih aman

dari pada menggunakan fungisida sintetik, dalam jumlah sedikit sudah efektif

sehingga lebih ekonomis (Safavi et al., 2011), tahan terhadap panas, tidak

menyebabkan bakteri resisten, tidak toksik, dan ramah lingkungan (Mahna et al.,

3

2013). Bahkan dalam penelitian Abdi et al. (2008) dikatakan bahwa nanopartikel

perak dapat berfungsi sebagai antibakteri, fungsida, dan antivirus.

Selain nanopartikel perak, nanopartikel lain yang dapat digunakan sebagai

antikontaminan adalah nano dioxide titanium (TiO2). Kelebihan menggunakan

TiO2 sebagai antikontaminan dibandingkan antibakteri dan fungisida adalah

efektif sebagai antikontaminan bakteri dan jamur dan lebih aman dari pada

menggunakan antibakteri dan fungsida (Mandeh et al., 2012). Menurut Safavi

(2012) TiO2 dikenal bersifat fotokatalis yang dapat mencegah kontaminasi bakteri

di air ataupun udara. Efektivitasya bergantung pada ukuran partikel, intensitasnya,

dan panjang gelombang cahaya yang digunakan karena akan aktif jika terkena

sinar UV.

Dengan ditemukannya agen antikontaminan baru yang lebih aman, seperti

nanosilver (NS) dan nano dioxide titanium (TiO2), menjadi hal yang menarik

dalam bidang kultur jaringan. Penggunakan nanopartikel untuk mengatasi

kontaminasi dalam kultur jaringan merupakan hal yang masih baru. Oleh

karenanya menjadi hal yang menarik untuk dikaji lebih lanjut. Penulisan makalah

ini bertujuan untuk mengetahui aplikasi nanopartikel untuk mengatasi kontaminan

dalam kultur jaringan tumbuhan. Untuk mempermudah pembahasan, dalam

makalah ini akan dibagi menjadi 2 sub pembahasan berupa Nanopartikel Perak

dan Nanopartikel Titanium sebagai agen antikontaminan dalam kultur jaringan.

Pembahasan

a. Nanopartikel perak sebagai agen antikontaminan dalam kultur jaringan

Nanopartikel perak sebelumnya memang sudah diketahui dapat

digunakan sebagai antimikrobia. Akan tetapi, pertama kali nanopartikel perak

digunakan sebagai antikontaminan dalam bidang kultur jaringan dilakukan oleh

Abdi et al. (2008). Dalam penelitiannya, Abdi et al. (2008) melakukan kultur

jaringan tanaman valerian (Valeriana officinalis L.). dan membagi eksplan

menjadi 2 grup, yakni eksplan dengan kontaminan internal (grup 1) dan tanpa

kontaminan internal (grup 2). Hal tersebut bertujuan untuk mengetahui

efektivitas penggunaan nanopartikel silver dalam mengatasi kontaminasi

internal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan dengan nanopartikel

4

perak mampu mengurangi kontaminasi eksplan (dibandingkan dengan kontrol).

Keberhasilan tersebut terutama untuk mengurangi kontaminasi internal. Akan

tetapi, penggunaan nanopartikel perak tanpa sterilisasi permukaan eksplan

tidak berpengaruh terhadap kontaminasi. Penggunaan nanopartikel hanya

efektif bila dikombinasikan dengan sterilisasi permukaan eksplan, dan yang

paling efektif apabila perlakuan diberikan setelah sterilisasi permukaan

eksplan. Semakin lama waktu perendaman dan semakin tinggi konsentrasi

nanopartikel perak yang diberikan (<180 menit dan <100 mg/L), maka akan

semakin efektif dalam mengurangi terjadinya kontaminasi.

Pada penelitian berikutnya, Soltanloo et al. (2010) menggunakan

Nanocid (Nanosilver colloid L-2000) untuk mengurangi kontaminasi oleh

bakteri Escherichia coli dan Fusarium graminearum dalam menguji

perkecambahan biji Arabidopsis thaliana dan induksi kalus tanaman Brassica

napus. Pada penelitian ini, nanocid dicampur dengan medium MS padat yang

digunakan sebagai medium kultur. Hasil percobaan menunjukkan bahwa

nanocid dapat menghambat pertumbuhan E. coli dan F. graminearum mulai

dari 20 – 100 ppm. Berdasarkan uji perkecambahan A. thaliana penambahan

nanocid tidak mengganggu perkecambahan biji pada konsentrasi <100 ppm.

Konsentrasi nanocid di atas >100 ppm menyebabkan biji tidak berkecambah.

Sedangkan pada uji induksi kalus B. napus, seperti pada uji perkecambahan.

kalus tetap berhasil diinduksi pada konsentrasi nanocid <100 ppm. Semakin

tinggi konsentrasi nanocid yang diberikan akan menurunkan persentase

pembentukan kalus, tetapi meningkatkan berat basahnya. Penggunaan nanocid

efektif pada konsentrasi 20 ppm, dan lebih efektif dalam mereduksi

kontaminasi bakteri dibandingkan kontaminasi jamur.

Mahna et al. (2013) menggunakan Nanocid L-2000 untuk sterilisasi

eksplan biji Arabidopsis thaliana, kotiledon Lycopersicon esculentum dan daun

Solanum tuberosum. Dari hasil perkecambahan in vitro biji A. thaliana, dan

kultur kotiledon L. esculentum serta daun S. tuberosum, menunjukkan bahwa

penambahan nanocid mampu mereduksi kontaminasi tanpa mengurangi

pertumbuhan eksplan. Hal tersebut tergantung dari konsentrasi dan lama waktu

yang diberikan pada saat sterilisasi.

5

Diketahui bahwa terdapat dua cara penggunaan nanopartikel perak,

yakni perendaman dan penambahan pada medium kultur. Berdasarkan

penelitian Shokri et al. (2014) diketahui bahwa perlakuan penambahan

nanopartikel perak pada medium lebih efektif, dari pada perlakuan perendaman

eksplan. Hal tersebut karena nanopartikel perak tidak hanya berperan pada

awal kultur saja, tetapi selama masa kultur.

Semakin tinggi konsentrasi dan lama perendaman, nanopartikel perak

akan semakin efektif dalam mengurangi kontaminan, tetapi akan lebih

menghambat pertumbuhan eksplan jika melebihi batas toleransi (Abdi et al.,

2008; Mahna et al., 2013; Shokri et al., 2014). Hal tersebut berbeda-beda

tergantung pada kombinasi konsentrasi dan lama waktu perendaman, serta jenis

eksplan yang digunakan. Penelitian Abdi et al. (2008) pada kultur Valeriana

officinalis, menunjukkan bahwa efektivitas nanopartikel perak hingga

konsentrasi ≤100 ppm dengan lama waktu ≤180 menit. Mahna et al. (2013)

mengatakan bahwa, selain perbedaan jenis eksplan, perbedaan bagian eksplan

yang digunakan juga mempengaruhi konsentrasi dan lama waktu yang

diberikan. Untuk perkecambahan biji A. thaliana penggunaan nanocid efektif

pada konsentrasi 100 – 2000 ppm dengan waktu perendaman 5 – 10 menit.

Untuk kultur daun S. tuberosum efektif disterilisasi dengan nanocid pada

konsentrasi 10 – 250 ppm dengan waktu perendaman 5 – 20 menit (tidak untuk

250 ppm 20 menit). Untuk kotiledon L. esculentum konsentrasi dan lama

perendaman lebih rendah dari pada perlakuan lainnya. Efektifitas perlakuan

yakni 25 – 100 ppm selama 1 menit dan 25 – 100 ppm selama 2,5 menit.

Nanopartikel perak dapat mengurangi mikroogranisme karena ion perak

berperan dalam proses respirasi, pembelahan sel, perusakan selubung bakteri,

dan mengganggu penyerapan nutrien jamur dengan merusak dinding selnya.

Pengaruh ion perak terhadap mikroorganisme tidak hanya melalui satu

mekanisme tetapi melalui mekanisme yang multi, mulai dari penghambatan

hingga menyebabkan sel mengalami kematian. Selian itu muatan ion perak

mempengaruhi ion lokal pada sel mikroorganisme, yang akan mempengaruhi

struktur dan bentuk molekul. Dampaknya, sel akan mengurangi potensial

6

membran dan jumlah ATP intraseluler (Abdi et al., 2008; Soltanloo et al. 2010;

Mahna et al., 2013; Shokri et al., 2014 ).

b. Nanopartikel titanium sebagai agen antikontaminan dalam kultur jaringan

Selain nanopartikel perak, nanopartikel lain yang dapat dimanfaatkan

sebagai antikontaminan adalah nano dioxide titanium (TiO2). Berdasarkan

penelitian Safavi et al. (2011) menunjukkan bahwa penambahan nano dioxide

titanium (TiO2) dalam medium MS memberikan hasil yang baik dalam

mencegah kontaminasi. Penelitian tersebut merupakan penelitian pertama yang

menggunakan nanopartikel titanium sebagai anti kontaminan dalam bidang

kultur jaringan. Menurut Safavi (2012) penggunaan TiO2 dapat mencegah

kontaminasi dari bakteri dan jamur, bahkan beberapa jenis virus. Mandeh et al.

(2012) mengatakan bahwa, selain dapat mengurangi kontaminasi oleh bakteri,

TiO2 dapat meningkatkan tingkat callogenesis, ukuran, dan kualitas kalus

Hordeum vulgare. Safavi (2014) menambahkan, menggunakan TiO2 sebagai

antibakteri efektif pada kultur Solanum tuberosum tanpa mengganggu

pertumbuhannya.

Nanopartikel titanium mampu mengurangi kontaminan karena sifat

fotokatalitiknya. Fotokalitik akan aktif ketika terpapar oleh sinar UV. Hal itu

akan mengganggu stabilitas dinding sel dan membran sel yang selanjutnya

menyebabkan kematian sel (Safavi et al., 2011; Mandeh et al. 2012)

Simpulan

Nanopartikel merupakan suatu solusi yang dapat digunakan untuk

antikontaminan (antimikrobia), sebagai pengganti antibakteri atau fungisida.

Penggunaan nanopartikel perak dan titanium terbukti mampu mengurangi

kontaminasi dalam kultur jaringan, tergantung dari ukuran partikel, konsentrasi,

lama waktu yang digunakan, dan jenis eksplan yang digunakan. Nanopartikel

dapat diaplikasikan untuk sterilisasi pra kultur dan atau ditambahkan pada

medium kultur. Penggunaan nanopartikel perak dan titanium untuk mengurangi

kontaminasi, tidak memperngaruhi kualitas dan pertumbuhan eksplan.

7

Daftar Pustaka

Abdi, G., H. Salehi, & M. Khosh-Khui. 2008. Nano silver: a novel nanomaterial

for removal of bacterial contaminants in valerian (Valeriana officinalis L.)

tissue culture. Acta Physiol Plant 30: 709–714.

Dwandaru, W. S. B. 2012. Aplikasi nanosains dalam berbagai bidang kehidupan

sehari-hari. http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/penelitian/Dr.%20Wip-

sar%20Sunu%20Brams%20Dwandaru,%20S.Si.,M.Sc.,%20Ph.D/APLIK

ASI%20NANOSAINS%20DALAM%20KEHIDUPAN%20SEHARI.pdf.

Diakses pada 11 Maret 2015.

Haryono, A., N. T. Rochman, A. F. Syukri, S. Purwanto, & A. S. Herman. 2008.

Kondisi terkini penerapan nanoteknologi pada industri di Indonesia.

Prosiding Pertemuan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan. Pp. 20 –

28.

Indrianto, A. 2003. Bahan ajar kultur jaringan tumbuhan. Fakultas Biologi

Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Pp. 1 – 6.

Mahna, N., S. Z. Vahed, & S. Khani. 2013. Plant in vitro culture goes nano

nanosilver-mediated decontamination of ex vitro explants. J. Nanomed

Nanotechol 4(2): 1 - 4.

Mandeh, M., M.Omidi, & M. Rahaie. 2012. In vitro influences of tio2

nanoparticles on barley (Hordeum vulgare L.) Tissue Culture. Biological

Trace Element Research 150 (1-3): 376-380.

Safavi, K. 2012. Evaluation of using nanomaterial in tissue culture media and

biological activity. Proceeding International Conference on Ecological,

Environmental and Biological Sciences 2nd

in Bali (Indonesia): 5 – 8.

________. 2014. Effect of titanium dioxide nanoparticles in plant tissue culture

media for enhance resistance to bacterial activity. Bull. Env. Pharmacol.

Life Sci. 3(5): 163-166.

________, F. Mortazaeinezahad, M. Esfahanizadeh, & M. J. Asgari. 2011. In vitro

antibacterial activity of nanomaterial for using in tobacco plants tissue

culture. World Academy of Science, Engineering and Technology 55: 372

– 373.

Shokri, S., A. R. Babaei, M. Ahmadian, S. Hessami & M. M. Arab. 2014. The

effects of different concentrations of Nano-Silver on elimination of

Bacterial contaminations and phenolic exudation of Rose (Rosa hybrida

L.) in vitro culture. Intl J Farm & Alli Sci. 3(1): 50 – 54.

Soltanloo, H., M. Alimohammadi, S. S. Ramezanpour, M. Bagher, & B. Najar.

2010. Nanosilver colloid: a novel antimicrobial candidate applicable in

plant tissue culture medium. Australian Journal of Basic and Applied

Sciences 4(10): 5338 - 5345.