FAKTOR PEMBATAS

FAKTOR PEMBATAS

 

Tim Penyusun :

Eltra Cyta Ocktora

Tarbiyah / Ipa Biologi – D / V

FAKULTAS TARBIYAH JURUSAN IPA BIOLOGI

INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI (IAIN) SYEKH NURDJATI CIREBON

2011

FAKTOR PEMBATAS

ISI

Ekosistem merupakan suatu kesatuan di dalam alam yang terdiri dari semua organism yang berfungsi bersama-sama di suatu tempat yang berinteraksi dengan lingkungan fisik yang memungkinkan terjadinya aliran energi dan membentuk struktur biotik yang jelas dan siklus materi di antara komponen hidup dan tak hidup (Anonim, 2007). Oleh karena itu, di dalam suatu ekosistem harus terjadi keseimbangan antara komponen biotik maupun komponen abiotik sehingga aliran energi yang terjadi dengan baik.

Sebuah ekosistem adalah level paling kompleks dari sebuah organisasi alam. Ekosistem terbentuk dari sebuah komunitas dan lingkungan abiotiknya seperti iklim, tanah, air, udara, nutrien dan energi. Ahli ekologi sistem adalah mereka yang mencoba menghubungkan bersama beberapa perbedaan aktifitas fisika dan biologi di dalam suatu lingkungan. Penelitian mereka seringkali terfokus pada aliran energi dan perputaran material-material yang ada di dalam sebuah ekosistem. Mereka biasanya menggunakan komputer yang canggih untuk membantu memahami data-data yang dikumpulkan dari penelitian di lapangan dan untuk memprediksi perkembangan yang akan terjadi (Anonim, 2007). Sebuah ekosistem yang sederhana dapat digambarkan seperti berikut. Matahari menyediakan energi yang hampir dibutuhkan semua produsen untuk membuat makanan. Produsen terdiri dari tanaman-tanaman hijau seperti rumput dan pohon yang membuat makanan melalui proses fotosintesis.

Tanaman juga membutuhkan bahan-bahan abiotik seperti air dan pospor untuk tumbuh. Yang termasuk konsumen pertama diantaranya tikus, kelinci, belalang dan binatang pemakan tumbuhan lainnya. Ular, macan dan konsumen kedua lainnya atau yang biasa disebut dengan predator adalah pemakan binatang. Pengurai seperti jamur dan bakteri, menghancurkan tanaman dan binatang yang telah mati menjadi nutrien-nutrien sederhana. Nutrien-nutrien tersebut kembali ke dalam tanah dan digunakan kembalioleh tanaman-tanaman.

Tingkatan-tingkatan energi yang berkesinambungan yang berlangsung dalam bentuk makanan ini disebut rantai makanan. Di dalam sebuah rantai makanan yang sederhana rumput adalah produsen, konsumen pertama seperti kelinci memakan rumput. Kelinci selanjutnya dimakan oleh konsumen kedua misalnya ular atau macan. Bakteri pengurai menghancurkan sisa-sisa rumput yang mati, kelinci, ular, dan macan yang tidak termakan, sama halnya seperti menghancurkan kotoran binatang.

Dalam suatu ekosistem, bila salah satu dari elemennya terganggu, maka elemen lain juga akan turut terganggu. Apalagi jika elemen yang terganggu itu adalah elemen major. Elemen yang mempengaruhi banyak elemen lain. Suhu umpamanya. Ekosistem dan iklim bumi banyak bergantung pada perubahan suhu. Tiupan angin, taburan hujan, empat musim, ombak dan sebagainya. Oleh karena itu, perlu adanya keseimbangan di adalam ekosistem.

Salah satu faktor yang menjadi pembatas di dalam suatu ekosistem adalah tempratur, dimana tempratur ini merupakan bagian dari klimat. Tempratur di dalam suatu ekosistem akan berpengaruh secara langsung terhadap ternak, misalnya :

1.     Pengaruh tempratur terhadap pertumbuhan ternak, dimana pada suatu daerah yang memilki tempratur yang tinggi dapat mengurangi nafsu makan. Sebaliknya, konsumsi air meningkat akibat penguapan yang begitu tinggi pada tubuh ternak, sehingga ternak akan kekurangan zat-zat nutrisi yang dibutuhkan dalam pertumbuhan. Menurut Reksohadoprodjo, (1995) bahwa bila stress klimat, menekan nafsu makan, mengurangi sengaman (konsumsi) makanan dan waktu merenggut hijauan, maka akibatnya terjadi pengurangan produktivitas ternak yang tercermin dari pertumbuhan ternak dan hasil air susu yang kurang. Selain itu, lama ternak merumput di padang pengembalaan yang dipengaruhi secara langsung oleh tempratur. Karena pada umunya ternak tidak tahan terhadap panas dalam waktu yang lama.

2.    Pengaruh tempratur terhadap reproduksi, tempratur udara tinggi atau perubahan mendadak tempratur udara yang dapat terjadi terutama di daerah subtropik, dapat berpengaruh langsung terhadap penampilan kemampuan reproduksi sapi dan basah udara tinggi menunjang pengaruh tempratur tinggi. Dan kematian embrio atau pun fetus akan terjadi akibat tempratur yang begitu tinggi.

3.    Pengaruh tempratur produksi susu, kebanyakan bukti dari percobaan mengatakan bahwa produksi air susu, lemak, dan bahan solids nonfat berkurang dengan naiknya tempratur. Klimat mempunyai pengaruh nyata terhadapa bahan solids tanpa lemak. Produksi air susu sapi dari ternak kembar yang diteliti dan ditempatkan di daerah temprate adalah 44 % lebih tinggi disbanding kembarnya yang ditempatkan di daerah tropik dan produksi lemaknya 56 % lebi tinggi (Reksohadoprodjo, 1995).

Akibat cekaman panas menyebabkan terjadinya penurunan konsumsi pakan, produksi susu dan bobot badan. Penurunan tersebut dikarenakan ternak berusaha menurunkan produksi panas, karena ada tambahan panas (heat gain) dari luar tubuh, dengan cara mengurangi konsumsi pakan sehingga berakibat terhadap penurunan bobot badan. Pengaruh kondisi lingkungan terhadap penambahan bobot badan, produksi susu, konsumsi pakan (hay) Penurunan ini terjadi karena selama dalam cekaman panas di dalam tubuh sapi justru terjadi katabolisme protein otot dan peningkatan Glucogenesis (Purwanto, 2007). Sedangkan pengaruh tempratur secara tidak langsung terhadap ternak yaitu pengaruh tempratur terhadap pakan (hijauan) terutama pada kualitas dan kuantitas pakan Sehingga akan kekurangan sumber gizi yang dapat menurunkan produktivitas ternak.

A.   KONSEP FAKTOR PEMBATAS DI DALAM EKOSISTEM

Pertumbuhan organisme yang baik dapat tercapai bila faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan berimbang dan menguntungkan.

Bila salah satu faktor lingkungan tidak seimbang dengan faktor lingkungan lain, faktor ini dapat menekan/kadang-kadang menghentikan pertumbuhan organisme

a.      Faktor lingkungan yang paling tidak optimum akan menentukan tingkat produktivitas organisme.

b.     Prinsip ini disebut sebagai prinsip faktor pembatas.

c.      Justus Von Liebig mempelajari pengaruh macam2 faktor terhadap pertumbuhan organisme(tanaman).

d.     Liebig menemukan bahwa prtumbuhan tanaman akan trbatas karena trbatasnya unsur hara yang diperlukan dalam jumlah kecil dan ketersediaan di alam hanya sedikit.

Hukum Minimum Liebig:

a.      Untuk dapat bertahan dan hidup di dalam keadaan tertentu, suatu organisme harus memiliki bahan-bahan penting yang diperlukan untuk pertumbuhan dan berkembang biak.

b.     Dalam keadaan mantap bahan penting yang tersedia dalam jumlah mendekati minimum yang diperlukan akan cenderung merupakan pembatas.

c.      Hukum Minimum Liebig dapat dipakai : Satu, hanya dalam keadaan yang tetap, yaitu bila pemasukan dan pengeluaran energi adalah seimbang. Misalnya CO2 adalah faktor pembatas utama dalam danau dan oleh karena itu produktivitas seimbang dengan kecepatan penyediaan CO2 yang berasal dari proses pembusukan bahan organik dengan cahaya, nitrogen, fosfor dan unsur-unsur utama lainnya.

d.     Kedua adalah faktor interaksi.  Contoh : beberapa tumbuhan memperlihatkan bahwa kebutuhan Zn lebih sedikit bila tumbuh di bawah naungan dari pada dengan cahaya penuh. Konsentrasi Zn yang rendah dalam tanah akan berkurang sifat membatasnya bagi tanaman yang berada di bawah naungan dibanding dengan cahaya penuh pada kondisi yang sama.

Oleh karena itu, Liebig menyatakan di dalam Hukum Minimum Liebig yaitu: “Pertumbuhan tanaman tergantung pada unsur atau senyawa yang berada dalam keadaan minimum”. Organisme mempunyai batas maksimum dan minimum ekologi, yaitu kisaran toleransi dan ini merupakan konsep hukum toleransi Shelford.

Hukum Toleransi Shelford

 “ besar populasi dan penyebaran suatu jenis dapat dikendalikan oleh faktor yang melampaui batas toleransi maks/min atau mendekati batas toleransi,populasi itu akan berada dalam keadaan tertekan (stress).

a.      apabila melampaui batas itu yaitu lebih rendah dari batas toleransi min atau lebih tinggi dari batas toleransi maks, maka makhluk hidup itu akan mati dan populasinya akan punah dari sistem tersebut.”

b.     Untuk menyatakan derajat toleransi sering dipakai istilah steno untuk sempit dan euri untuk luas.

c.      Cahaya, temperatur dan air secara ekologis merupakan faktor lingkungan yang penting untuk daratan, sedangkan cahaya, temperatur dan kadar garam merupakan faktor lingkungan yang penting untuk lautan.

B.  FAKTOR PEMBATAS EKOLOGI

Faktor pembatas :

a.    tergantung kepadatan : makanan dan ruangan

b.    tidak tergantung kepadatan :iklim dan bencana alam

HUKUM TOLERANSI: Kehadiran, kelimpahan dan penyebaran suatu spesies dalam ekosistem ditentukan oleh tingkat ketersediaan sumber daya serta kondisi faktor kimiawi dan fisis yang harus berada dalam kisaran yang dapat ditoleransi oleh spesies tersebut.

C.  KISARAN TOLERANSI POPULASI IKAN HIU THD. SUHU AIR SEBAGAI SALAH SATU FAKTOR LINGKUNGAN ABIOTIS:

**Berbeda dengan makhluk hidup yang lain, manusia dapat memperlebar kisaran toleransinya karena kemampuannya untuk berpikir, mengembangkan teknologi dan memanipulasi alam.

D.   Konsep gabungan mengenai faktor-faktor pembatas

Kehadiran dan keberhasilan suatu organisme atau golongan organisme-organisme tergantung kepada keadaan kompleks keadaan.

Azas lingkungan Holocoenotik

a.    Keadaan yang manapun yang mendekati atau melampaui batas-batas toleransi dinamakan sebagai membatasi atau faktor pembatas.

b.    Bilamana suatu faktor pembatas dapat diatasi, maka akan timbul faktor pembatas lain

c.    Bilamana salah satu faktor lingkungan diubah, perubahan ini akan mempengaruhi atau merubah komponen-komponen lain . Contoh: Suhu udara rumah kaca dinaikkan 10 derajat celcius,maka udara dlm rmh kaca banyak mengandung uap air, sehingga penguapan meningkat,kadar air tanah berkurang, tanah menjadi kering .

d.    Lingkungan merupakan kumpulan macam-macam faktor lingkungan yang saling berinteraksi. Jika satu faktor diubah, hampir semua faktor lainnya ikut berubah

e.    Hubungan antara komunitas makhluk hidup dengan lingkungannya bersifat holocoenotik Artinya tidak ada dinding pemisah antara faktor2 lingkungan dan dengan organisme di dalamnya Eksosisem sebagai satu keseluruhan, sulit untuk memisahkan satu faktor/organisme di alam tanpa mengganggu komponen ekosistem lain

Pentingnya Faktor-Faktor Fisis sebagai Faktor-Faktor Pembatas

1.   Tempratur/suhu

Beberapa organisme dapat hidup pada temperatur yang rendah sekali. Sedangkan beberapa microorganisme, terutama bakteri dan algae dapat hidup dan berkembang pada musim-musim semi yang panas kira-kira 88C Organisme yang hidup di air  umumnya mempunyai batas toleransi lebih sempit trhdp suhu daripada hewan yang hidup di darat, sehingga temperatur penting dan sering kali merupakan faktor pembatas. Semua proses-proses kimia dalam metabolisme seperti difusi,pembentukan dinding sel tergantung pada suhu. Kalau temperatur melampaui minimum, pernafasan dapat berhenti dan menyebabkan kematian. Pengaruh temperatur di dalam metabolisme, tidak hanya tentang lajunya tetapi juga mengenai produk yang dihasilkannya. Pengaruh temperatur tampak juga pada perkecambahan dan susunan jenis vegetasi.

2.  Cahaya

cahaya adalah sumber energi, tetapi juga suatu pembatas pada kedua tingkat maksimum dan minimum. Oleh karena itu cahaya sebagai faktor pembatas dan pengontrol. Intensitas cahaya mengontrol seluruh ekosistem melalui pengaruhnya pada produksi primer. Berdasarkan kebutuhan cahaya dikenal:

a.   tumbuhan perlu cahaya penuh (light demanding)

b.  tumbuhan yang toleran dan setengah toleran.

3.  Air

Air untuk fungsi fisiologis perlu bagi semua protoplasma.  Dari sudut ekologis terutama sebagai faktor pembatas curah hujan sebagian besar ditentukan oleh geografi dan pola gerakan udara yang besar atau sistem iklim. Penyebaran curah hujan sepanjang tahun merupakan faktor pembatas yang sangat penting untuk organisme.

E.  Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas, Lingkungan Mikro dan Indikator Ekologi

Lingkungan mikro merupakan habitat organisme dengan faktor-faktor fisik lingkungan sekitar yang banyak dipengaruhi oleh iklim mikro dan perbedaan topografi.

1. Perbedaan iklim mikro ini dapat menghasilkan komunitas yang ada menjadi berbeda.
2. Suatu faktor lingkungan sering menentukan organisme yang akan ditemukan pada suatu daerah.
3. sebaliknya dapat ditentukan keadaan lingkungan fisik dari organisme yang ditemukan pada suatu daerah. Organisme inilah yang disebut indikator ekologi (indikator biologi/bioindikator).

indikator biologi /Bioindikator:

a.    umumnya organisme steno merupakan indikator yang lebih baik daripada organisme euri.

b.    Spesies jumlah besar umumnya merupakan indikator yang lebih baik daripada spesies jmlh kecil, karena spesies dengan anggota organisme besar mempunyai biomassa yang besar,umumnya lebih stabil.

c.    sebelum yakin terhadap satu spesies atau kelompok spesies yang akan digunakan sebagai indikator, seharusnya kelimpahannya di alam telah diketahui terlebih dahulu.

d.    semakin banyak hubungan antar spesies, populasi atau komunitas seringkali menjadi faktor yang semakin baik apabila dibandingkan dengan menggunakan satu spesies.

F.  Faktor Fisik sebagai Pembatas dalam Ekosistem

Dengan mengetahui faktor pembatas (limiting factor) suatu organisme dalam suatu ekosistem maka dapat diantisipasi kondisi-kondisi di mana organisme tidak dapat bertahan hidup.(Champbell, Biologi Edisi Kelima).

Umumnya suatu organisme yang mempunyai kemampuan untuk melewati atau melampaui faktor pembatasnya maka ia memiliki toleransi yang besar dan kisaran geografi penyebaran yang luas pula. Sebaliknya jika organisme tersebut tidak mampu melewatinya maka ia memiliki toleransi yang sempit dan memiliki kisaran geografi penyebaran yang sempit pula. . (RA Hutagalung, Ekologi Dasar)

Tidak sedikit didapati pula bahwa ada organisme tertentu yang tidak hanya beradaptasi dengan faktor pembatas lingkungan fisik saja, tetapi mereka bisa memanfaatkan periodisitas alami untuk mengatur dan memprogram kehidupannya guna mengambil keuntungan dari keadaan tersebut. (RA Hutagalung, Ekologi Dasar)

Faktor pembatas fisik bagi suatu organisme kita kenal secara luas di antaranya faktor cahaya matahari, suhu, ketersediaan sejumlah air, gabungan antara faktor suhu dan kelembaban, dan lain sebagainya.

G.  Faktor Kimiawi dan Nonfisik Ekosistem

Faktor pembatas nonfisik adalah unsur-unsur nonfisik seperti zat kimia yang terdapat dalam lingkungan akan menjadi faktor pembatas bagi organisme-organisme untuk dapat hidup dan berinteraksi satu sama lainnya. (RA Hutagalung, Ekologi Dasar)

Kondisi lingkungan perairan (aquatic) berbeda dengan kondisi lingkungan daratan (terrestrial), terutama ditinjau dari keberadaan unsur kimiawi seperti; O2, CO2, dan gas-gas terlarut lainnya yang dapat diperoleh organisme di lingkungannya. (RA Hutagalung, Ekologi Dasar)

Garam biogenik adalah garam-garam yang terlarut dalam air, seperti karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N), sulfur (S), posfor (P), kalium (K), kalsium (Ca), dan magnesium (Mg). Zat kimia ini merupakan unsur vital bagi keberlanjutan organisme tertentu.(RA Hutagalung, Ekologi Dasar)

Tanah terdiri atas bahan induk, bahan organik, dan mineral yang hasil pencampurannya dapat membentuk tekstur tanah tertentu. Ruang-ruang antara hasil pencampuran bahan-bahan tadi diisi oleh gas dan air. Kondisi tekstur dan kemampuan tanah inilah yang akan menentukan ketersediaan unsur hara bagi tumbuhan dan hewan di atasnya.(soeraatmadja, Ilmu Lingkungan)

Tumbuhan perdu yang mempunyai daun lebar lebih tahan terhadap keterbatasan sinar matahari, sedangkan tumbuhan rerumputan sangat membutuhkan sinar matahari. Lebar atau kecil daun berpengaruh langsung terhadap kemampuan tumbuhan untuk melakukan kegiatan fotosintesis dan penguapan (transpirasi). Semakin lebar daun semakin tinggi kemampuan fotosintesis dan semakin besar pula penguapan. (soeraatmadja, Ilmu Lingkungan)
Faktor cahaya, temperatur, dan kadar garam dalam ekosistem perairan akan berinteraksi bersama menjadi faktor pembatas utama terhadap keberadaan organisme. Hal ini dapat dilihat jelas pada perbedaan jenis organisme yang biasa didapati di dekat muara sungai dengan yang terdapat di lepas pantai atau laut dalam.(RA Hutagalung, Ekologi Dasar)

H.  Faktor – Faktor Pembatas Yang Terikat Padat dan Bebas dari Kepadatan

Bila suatu populasi tidak dikenai faktor pembatas mana pun sehingga dapat merealisir potensi biotik secara penuh, pertumbuhannya berlangsung dengan pola eksponen, tetapi pertumbuhan eksponen ini tidak dapat berlangsung lama karena ada peranan faktor pembatas lingkungan. Kadang – kadang factor lingkungan menyebabkan pertumbuhan eksponen tiba – tiba berhenti. ( Heddy suwasono, Pengantar Ekologi)

Dalam kasus ini faktor pembatas kecil sekali efektivitasnya dan peningkatan, dan tiba – tiba menjadi sangat efektif, yang biasanya menyebabkan penurunan yang cepat pada kepadatan populasi. Pola pertumbuhan populasi ini adalah cirri beberapa serangga kecil dengan siklus hidup pendek dimana populasi tumbuh dengan cepat selama periode cuaca yang sesuai dengan kemudian tiba – tiba menurun bila cuaca berubah. Ingat bahwa faktor pembatas disini adalah tergantung pada kepadatan populasi; perubahan cuaca bukan disebabkan oleh meningkatnya populasi dan pengaruh pembatasnya akan parah pada populasi kecil maupun besar. ( Heddy suwasono, Pengantar Ekologi)

Biasanya ada fluktuasi, kadang – kadang fluktuasi ini berasal dari fluktuasi lain dalam lingkungn fisik, yang dapat meningkatkan dan menurunkan “daya dukung”. Tetapi fluktuasi kepadatan juga terjadi di labdimana kondisi lingkungan juga dijaga sekonstan mungkin. Jadi pola pertumbuhan yang sebenarnya bisa mendekati kurva sigmoid hanya dengan cara kasar. Akan menghasilkan kurva pertumbuhan sigmoid bila faktor pembatas makin efektif sesuai dengan kenaikan kepadatan populasi, yaitu bila faktor pembatas paling sedikit tergantung pada kepadatan. Perbedaan antara factor pembatas yang tergantung pada kepadatan dan yang tidak tergantung pada kepadatan belum jelas, tetapi walaupun demikian konsep tersebut berguna untuk menjelaskan jenis – jenis pengaruh lingkungan yang ikut membantu menentukan kepadatan populasi. Sebenarnya faktor yang tidak tergantung pada kepadatan adalah yang secara konstan mempengaruhi tanpa mempengaruhi populasi apa apun. Bila populasi inang meningkat, persentase yang menjadi korban akan tinggi karena masing – masing individu yang mungkin terpaksa mengalami situasi yang kurang memadai atau makin lemah sehingga mudah terbang dari sumber daya yang ada menjadi mudah diketemukan dan di serang. ( Heddy suwasono, Pengantar Ekologi).

KESIMPULAN

faktor pembatas terdiri dari faktor pembatas fisik yang kita kenal secara luas di antaranya faktor cahaya matahari, suhu, ketersediaan sejumlah air, dan lain sebagainya, Faktor pembatas nonfisik yaitu nonfisik seperti zat kimia Dan Tipologi Ekosistem dan Indikator Ekologi.

Prinsip – prinsip yang berkaitan dengan faktor pembatas meliputi Hukum Leibig menyebutkan bahwa "sesuatu organisme tidak lebih kuat dari pada rangkaian terlemah dari rantai kebutuhan ekologinya". Hukum Leibig adalah hukum atau ketentuan fenomena alam pada ekosistem tertentu yang menyatakan bahwa organisme tertentu hanya dapat bertahan hidup pada kondisi faktor tertentu dalam keadaan minimum. Dan Hukum Toleransi Shelford menyatakan bahwa organisme tertentu dapat bertahan hidup tidak hanya ditentukan oleh faktor pembatas minimum saja, tetapi juga ditentukan oleh faktor pembatas maksimum. Dengan mengetahui batas toleransi suatu organisme maka hal ini dapat membantu memahami pola dan penyebaran organisme pada ekosistem tertentu.

Beberapa prinsip dasar factor pembatas ekologi, diantaranya :

a.    Hukum minimum (Justus Von Liebig, 1840), kehidupan makhluk hidup ditentukan (sangat dipengaruhi) oleh unsur-unsur yang berada atau tersedia dalam jumlah yang sedikit atau minimum.

b.    Hukum Toleransi (Shelford), setiap organisme mempunyai batas-batas toleransi tertentu (maksimum dan minimum) untuk setiap faktor alam.

c.    Faktor pembatas, adalah faktor-faktor alam yang berada pada atau melampaui titik minimum atau maksimum daya toleransi suatu organisme.

d.    Daya dukung lingkungan (carrying capacity), kemampuan suatu areal tanah atau lahan untuk memberikan jaminan (mendukung) kehidupan orgaisme.

e.    Faktor alam yang holocoenotic, di alam ini ternyata tidak hanya antara organisme dan lingkungannya saja terjadi interaksi, akan tetapi antara sesama faktor-faktor lingkungan itu sendiri juga terjadi hubungan tersebut.

f.    Habitat dan niche,habitat adalah tempat dimana organisme hidup. Niche adalah peranan suatu makhluk hidup di habitatnya.

DAFTAR PUSTAKA

Campbell. 2000. Biologi Edisi Kelima Jilid Tiga. Erlangga; Jakarta.

Hutagalung, RA., 2010. Ekologo Dasar. Erlangga; Jakarta.

Soeraatmadja. 1987. Ilmu Lingkungan. ITB; Bandung.

Suwasono, Heddy. 1986. Pengantar Ekologi. Universitas Brawijaya; Malang

Uya. 2010. Komponen Ekosistem. http://www.shvoong.com/exact-sciences/biology/2012066-komponen-ekosistem.html (Diakses tanggal 2 Desember  2011. 21.05 WIB).

ISOLASI DNA TANAMAN dan ELEKTROFORESIS DNA

ISOLASI DNA TANAMAN dan ELEKTROFORESIS DNA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

DNA adalah asam nukleat yang mengandung materi genetik dan berfungsi untuk mengatur perkembangan biologis seluruh bentuk kehidupan secara seluler. DNA terdapat pada nukleus, mitikondria, dan kloroplas. Perbedaan ketiganya adalah DNA nukleus berbentuk linier dan berasosiasi sangat erat dengan protein histon, sedangkan DNA mitokondria dan kloroplas berbentuk sirkular dan tidak berasosiasi dengan protein histon. Selain itu DNA mitokondria dan kloroplas memiliki ciri khas, yaitu hanya mewariskan sifat-sifat yang berasal dari garis ibu. Sedangkan DNA nukleus memiliki pola pewarisan sifat dari kedua orangtua. Dilihat dari organismenya, struktur DNA prokariot tidak memiliki protein histon dan berbentuk sirkular, sedangkan DNA eukariot berbentuk linier dan memiliki protein histon.

            DNA memiliki struktur pilinan utas ganda yang anti pararel dengan komponen-komponennya, yaitu gula pentosa (deoksiribosa), gugus fosfat dan pasangan basa. Sebuah sel memiliki DNA yang merupakan materi genetik dan bersifat herediter pada seluruh sistem kehidupan. Genom adalah set lengkap dari materi genetik (DNA) yang dimiliki suatu organisme dan terorganisasi menjadi kromosom.         DNA juga dapat diisolasi, baik pada manusia maupun tumbuhan. DNA manusia dapat diisolasi melalui darah. Komponen darah yang diisolasi yaitu sel darah putih, karena memiliki nukleus dimana terdapat DNA didalamnya.

DNA yang diisolasi dari tanaman seringkali terkontamoinasi oleh polisakarida dan metabolit sekunder  seperti tannin, pigmen, alkaloid, dan flavonoid. Salah satu kesulitan isolasi DNA dari tanaman tinggi adalah proses destruksi dinding sel untuk melepaskan isi sel. Hal ini disebabkan karena tanaman memiliki dinding sel yang kuat, dan pada beberapa tanaman kontaminasi sulit dipisahkan dari ekstrak asam nukleat. Kehadiran kontaminasi diatas dapat menghambat aktivitas enzim, misalnya DNA tidak sensitive oleh enzim retriksi dsan mengganggu proses amplifikasi DNA dengan PCR.

            Elektroforesis dengan Agarose merupakan metode standar untuk memisahkan, mengidentifikasi, mengkarakterisasi dan purifikasi dari molekul DNA/RNA. Cara pemisahan dengan elektroforesisi ini merupakan alat pendukung yang sangat pokok dalam teknologi DNA rekombinan, dengan aplikasi yang begitu luas baik untuk pemisahan untai tunggal atau untai ganda molekul DNA.

1.2  Tujuan

1. Dapat melakukan isolasi DNA dari berbagai jenis tanaman
2. Dapat memahami cara kerja senyawa yang digunakan untuk mengisolasi DNA

1.3  Dasar Teori

Isolasi DNA

Deoxyribonucleic acid (DNA) merupakan senyawa kimia yang paling penting dalam makhluk hidup. DNA merupakan senyawa yang mengandung informasi genetik makhluk hidup dari satu generasi ke generasi selanjutnya (Suryo 2004: 57).

Keseluruhan DNA dalam suatu sel akan membentuk genom. Genom meliputi bagian gen yang fungsional maupun non-fungsional dalam sel organisme. DNA genom meliputi gen danintergen(Campbell dkk.2004:221).

DNA organisme prokariot dan eukariot mempunyai perbedaan bentuk. Organisme prokariot memiliki DNA berbentuk sirkular, sedangkan organisme eukariotik mempunyai DNA berbentuk linier. DNA eukariot terletak dalam inti sel, sedangkan DNA prokariot terletak dalam sitoplasma (Jusuf  2001:7).

Struktur DNA pertama kali dijelaskan oleh James Watson dan Francis Crick. Mereka memperoleh model DNA dari hasil foto difraksi sinar X yang dibuat oleh Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins. Watson dan Crick menyimpulkan bahwa struktur DNA merupakan rantai ganda (double helix). Untai ganda tersusun dari dua rantai polinukelotida yang terpilin. Kedua rantai memiliki susunan antiparalel, yaitu satu rantai berorientasi dari ujung 5’ ke 3’sedangkan yang lain berorientasi ujung 3’ ke 5’. Ujung 5’ merupakan ujung yang berakhir dengan gugus 5-fosfat dan ujung 3’ berakhir dengan gugus OH. Kedua rantai dihubungkan dengan ikatan hidrogen yang memghubungkan kedua basa nitrogen (Sadava dkk.2004:218--220).

Komponen nukleotida DNA adalah gula, fosfat, dan basa nitrogen. Komponen gula pada DNA adalah gula deoksiribosa, yaitu gula ribose yang kehilangan satu atom oksigen. Basa yang ada pada DNA ada dua macam, yaitu purin dan pirimidin. Purin terbagi lagi menjadi dua macam, yaitu adenin dan guanin. Pirimidin terdiri dari dua jenis, yaitu timin dansitosin (Sadava dkk.2004:219).

DNA mempunyai fungsi-fungsi yang sangat penting bagi tubuh kita. Hal tersebut dikarenakan DNA merupakan molekul kehidupan utama di dalam sel makhluk hidup. Fungsi-fungsi tersebut adalah:

1. Tempat menyimpan dan menyalurkan informasi genetik suatu makhluk hidup (Sadava dkk.2004:220).
2. Fungsi heterokatalis, yaitu fungsi untuk melaksanakan pengaturan pembuatan molekul-molekul lain yang penting dalam tubuh dan fungsi autokatalis, yaitu fungsi DNA untuk mereplikasi dirinya sendiri (Suryo 1999:59).

           DNA eukariot tidak hanya dijumpai pada nukleus, tetapi dapat ditemukan pada mitokondria dan kloroplas. DNA yang diisolasi dari kloroplas menunjukkan sifat berbentuk sirkular, terdiri dari untai ganda, replikasi semikonservatif, dan bebas dari protein histon. DNA kloroplas penting dalam proses fotosintesis (Raven & Johnson 2002: 94). DNA juga dijumpai pada organisme prokariotik. DNA prokariot mempunyai DNA ekstranuklear yang dinamakan plasmid. Plasmid merupakan DNA yang tidak terlalu esensial bagi fungsi kehidupan bakteri, tetapi penting dalam pengaturan siklus hidup dan perumbuhan dalam lokasi hidupnya.

Kebanyakan plasmid adalah sirkular dan tersusun dari beberapa ribu pasangan basa. Plasmid mempunyai titik ori (origin of replication) sehingga mampu mereplikasi diri tanpa pengaturan dari DNA kromosom. Replikasi dimulai dari titik ori hingga semua plasmid tereplikasi (Pierce2005:203).

Isolasi DNA merupakan langkah yang tepat untuk mempelajari DNA. Prinsipnya ada dua, yaitu sentrifugasi dan presipitasi. Sentrifugasi merupakan teknik untuk memisahkan campuran berdasarkan berat molekul komponennya. Molekul yang mempunyai berat molekul besar akan berada di bagian bawah tabung dan molekul ringan akan berada pada bagian atas tabung.

Hasil sentrifugasi akan menunjukkan dua macam fraksi yang terpisah, yaitu supernatan pada bagian atas dan pelet pada bagian bawah (Campbell dkk. 2002: 115). Presipitasi merupakan langkah yang dilakukan untuk mengendapkan suatu komponen dari campuran (Alberts dkk. 1994: 254).

Sebuah difenilamin (DPA) indikator akan mengkonfirmasi keberadaan DNA. Prosedur ini melibatkan hidrolisis kimia DNA: ketika dipanaskan (misalnya ≥ 95 ° C) dalam asam, reaksi memerlukan gula deoksiribosa dan karena itu spesifik untuk DNA. Dengan kondisi tersebut, 2-deoksiribosa akan dikonversi ke w-hydroxylevulinyl aldehida, yang bereaksi dengan senyawa, difenilamin, untuk menghasilkan senyawa berwarna biru. Konsentrasi DNA dapat ditentukan mengukur intensitas absorbansi larutan pada 600 nm dengan spektrofotometer dan membandingkan dengan kurva standar konsentrasi DNA diketahui. Mengukur intensitas absorbansi larutan DNA pada panjang gelombang 260 nm dan 280 nm digunakan sebagai ukuran kemurnian DNA. DNA menyerap sinar UV pada 260 dan 280 nanometer, dan protein aromatik menyerap sinar UV pada 280 nm, sebuah sampel DNA murni memiliki rasio 260/280 pada 1,8 dan relatif bebas dari kontaminasi protein. Sebuah persiapan DNA yang terkontaminasi dengan protein akan memiliki rasio 260/280 lebih rendah dari 1,8.

DNA bisa diukur dengan memotong DNA dengan enzim restriksi, menjalankannya pada gel agarosa, pewarnaan dengan bromida etidium atau noda yang berbeda dan membandingkan intensitas DNA dengan penanda DNA konsentrasi dikenal.
Menggunakan teknik Southern blot ini diukur DNA dapat diisolasi dan diperiksa lebih lanjut menggunakan analisis PCR dan RFLP. Prosedur ini memungkinkan diferensiasi diulang dalam urutan genom. Ini adalah teknik-teknik yang ilmuwan forensik digunakan untuk perbandingan, identifikasi, dan analisis.

Zubaidah (2004) dalam Jamilah (2005) menyatakan bahwa isolasi DNA dapat dilakukan melalui tahapan-tahapan antara lain: preparasi ekstrak sel, pemurnian DNA dari ekstrsk sel dan presipitasi DNA. Meskipun isolasi DNA dapat dilakukan dengan berbagai cara, akan tetapi pada setiap jenis atau bagian tanaman dapat memberikan hasil yang berbeda, hal ini dikarenakan adanya senyawa polifenol dan polisakarida dalam konsentrasi tinggi yang dapat menghambat pemurnian DNA. Jika isolasi DNA dilakukan dengan sample buah, maka kadar air pada masing-masing buah berbeda, dapat memberi hasil yang berbeda-beda pula. Semakin tinggi kadar air, maka sel yang terlarut di dalam ekstrak akan semakin sedikit, sehingga DNA yang terpretisipasi juga akan sedikit.
Penambahan deterjen dalam isolasi DNA dapat menyebabkan rusaknya membrane sel, melalui ikatan yang dibentuk melalui sisi hidrofobik deterjen dengan protein dan lemak pada membrane membentuk senyawa “lipid protein-deterjen kompleks”. Senyawa tersebut dapat terbentuk karena protein dan lipid memiliki ujung hidrofilik dan hidrofobik, demikian juga dengan deterjen, sehingga dapat membentuk suatu ikatan kimia. KIRSMAN83.2010.isolasi DNA

Elektroforesis

Elektroforesis adalah teknik pemisahan komponen atau molekul bermuatan berdasarkan perbedaan tingkat migrasinya dalam sebuah medan listrik . Medan listrik dialirkan pada suatu medium yang mengandung sampel yang akan dipisahkan. Teknik ini dapat digunakan dengan memanfaatkan muatan listrik yang ada pada makromolekul, misalnya DNA yang bermuatan negatif. Jika molekul yang bermuatan negatif dilewatkan melalui suatu medium, kemudian dialiri arus listrik dari suatu kutub ke kutub yang berlawanan muatannya maka molekul tersebut akan bergerak dari kutub negatif ke kutub positif. ^[2] Kecepatan gerak molekul tersebut tergantung pada nisbah muatan terhadap massanya serta tergantung pula pada bentuk molekulnya. Pergerakan ini dapat dijelaskan dengan gaya Lorentz, yang terkait dengan sifat-sifat dasar elektris bahan yang diamati dan kondisi elektris lingkungan:

Keterangan: F adalah gaya Lorentz, q adalah muatan yang dibawa oleh objek, E adalah medan listrik. Secara umum, elektroforesis digunakan untuk memisahkan, mengidentifikasi, dan memurnikan fragmen DNA

Pita DNA Setelah Elektroforesis dan Diamati di Bawah Sinar UV

Jenis Elektroforesis

Elektroforesis kertas adalah jenis elektroforesis yang terdiri dari kertas sebagai fase diam dan partikel bermuatan yang terlarut sebagai fase gerak, terutama ialah ion-ion kompleks. Pemisahan ini terjadi akibat adanya gradasi konsentrasi sepanjang sistem pemisahan. Pergerakan partikel dalam kertas tergantung pada muatan atau valensi zat terlarut, luas penampang, tegangan yang digunakan, konsentrasi elektrolit, kekuatan ion, pH, viskositas, dan adsorpsivitas zat terlarut.

Elektroforesis gel ialah elektroforesis yang menggunakan gel sebagai fase diam untuk memisahkan molekul-molekul. Awalnya elektoforesis gel dilakukan dengan medium gel kanji (sebagai fase diam) untuk memisahkan biomolekul yang lebih besar seperti protein-protein. Kemudian elektroforesis gel berkembang dengan menjadikan agarosa dan poliakrilamida sebagai gel media.

1.4  Metode Kerja

Isolasi DNA Tanaman

Alat :

• mikrovivet berbagai ukuran
• tabung 1,5 ml
• tips mikropipet berbagai ukuran
• saringan
• gelas kimia
• sendok
• penangas
• vorteks
• mini sentrifuga
• blender / lumping

Bahan :

• buffer ekstraksi (100 mM tris- HCl, Ph 8; 50 mM EDTA; 500 mM NaCl, CTAB 2%)
• Potasium asetat 5 M
• SDS 20%
• Kloroform : Isoamil alcohol (24:1)
• Alkohol 100% (pa)
• TE (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA pH 8)
• Buah strowberi
• CTAB 2%

Elektoforesis DNA

Range pemisahan molekul DNA dengan agarose gel

Agarose %	Seaparsi optimal dari molekul DNA (Kb)
0,3	5,0-60
0,6	1,0-20
0,7	0,8-10
0,9	0,5-7,0
1,2	0,4-6,0
1,5	0,2-4,0
2,0	0,1-3,0

Bahan kimia :

• Buffer TAE 10 X (400 mM Tris asetat, 10 mM EDTA Ph 8 )
• Eidium bromida
• Loading buffer
• DNA Marker
• Agarose

Alat dan bahan :

• Elektroforesis unit (meliputi comb dan tray)
• Power suply
• Mikropipet digital
• Transilluminator UV

BAB II

HASIL PENGAMATAN

Tabel 1.  Hasil Pengamatan Isolasi DNA

Foto Hasil Pengamatan	Keterangan
	Setelah sentrifuge kedua dengan kecepatan 14000rpm selama 10 menit.            Warna merah muda               Sampel di homogenkan dengan cara dibolak-balik sebanyak 50x
	Setelah di sentrifuge dengan kecepatan 14.000 rpm selama 10 menit       Larutan Bening         DNA

Tabel 2.  Pengamatan Hasil Elektroforensis DNA

Foto Hasil Pengamatan	Keterangan
	Tambahkan loading dye kedalam sampel dengan perbandingan 5 bagian sampel DNA dan 2 bagian Loading dye.
	Sampel dimasukkan ke dalam sumur yang terdapat dalam gel, alat siap dipasang dan disambungkan ke sumber listrik( elektroforesis pada daya  100 volt selama 30 menit )
	Fragmen DNA yg sempurna, karena tidak  terurai          Kontrol fragmen-fragmen DNA              Fragmen DNA yang banyak terurai dan kurang sempurna

PERTANYAAN DAN JAWABAN

Isolasi DNA

1. Hitung jumlah senyawa yang dimasukka pada tahapan kerja nomer 5, 14 dan 18!

Buffer ekstraksi sebanyak 4 kali volume total sampel = 4 x

Kloroform Isoamil Alkohol sebanyak ½ x volume total sampel = ½ x

Alkohol sebanyak 2 x volume total sampel = 2 x

2. Jelaskan apa fungsi senyawa-senyawa yang digunakan dalam isolasi DNA !

Buffer ekstraksi berperan dalam proses destruksi jaringan tanaman sehingga terjadi degradasi pada DNA.

SDS berfungsi sebagai detergen yang dapat melisis dinding sel dan mendenaturasi protein.

Kloroform Isoamil Alkohol membantu proses denaturasi protein yang masih menempel pada kromosom.

Alkohol digunakan untuk mempresipitasi asam nukleat.

Elektroforesis DNA

1. Coba sebutkan manakah yang disebut DNA pada hasil elektroforesis anda !
2.  

      2. Mengapa DNA hanya dapat diamati dengan bantuan sinar UV ? Jelaskan !

DNA berukuran sangat kecil dan sulit untuk diamati, oleh karena itu untuk memudahkan pengamatan DNA diwarnai menggunakan Etidium bromida. Etidium bromida ini akan berinteraksi dengan basa dari molekul DNA dan baru akan tampak jika di bawah lampu UV, warnanya ’orange fluoresence’.

3. Apakah Etidium Bromide ? Bagaimana cara kerja Etidium bromida dalam proses pewarnaan DNA ?

Etidium bromida seperti telah disebutkan di atas adalah pewarna yang digunakan untuk mempermudah pengamatan DNA dalam gel. Etidium bromida akan berinteraksi dengan basa dari molekul DNA dan baru akan tampak jika di bawah lampu UV, warnanya ’orange fluoresence’.

BAB III

PEMBAHASAN

Isolasi DNA

Pada praktikum isolasi DNA, dilakukan isolasi terhadap tanaman strawberry. Isolasi DNA ini dilakukan melalui beberapa tahap. Tahap pertama yang dilakukan yaitu mengisolasi jaringan yang ingin digunakan dengan mengambil beberapa bagian dagiang buah strawberry yang dihancurkan didalam tabung. Tahap selanjutnya yaitu melisiskan dinding dan membran sel dengan larutan pelisis, yaitu menggunakan larutan buffer ekstraksi.

Untuk mengisolasi jaringan buah strawberry, maka jaringan tanaman tersebut yang masih memiliki komponen-komponen lengkap perlu dipisahkan satu dengan lainnya sehingga yang tersisa hanya sel darah putih. Karena itu ke dalam tabung diberikan larutan pelisis sel yaitu buffer ekstraksi seperti yang dipaparkan di atas yang merupakan larutan hipotonis. Karena larutan tersebut hipotonis, maka akan terjadi hemolisis. Larutan pelisis sel terdiri atas EDTA (ethylenediamine tetraacetic acid) yang akan membentuk kompleks (chelate) dengan ion logam, seperti Mg2+ yang merupakan kofaktor DNAse. Selain itu dalam larutan tersebut juga terdapat larutan NaCL yang berfungsi untuk menstabilkan larutan sehingga mempercepat reaksi-raksi yang akan terjadi pada tahapan berikutnya.

Untuk melisiskan membran sel dan membran nukleus sel tanaman yang terisolasi tadi, diberikan pula larutan SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) yang berfungsi untuk merusak lipid pada membran sel sehingga leukosit hancur. Pada saat proses destruksi jaringan tanaman dapat menyebabkan degradasi pada DNA dengan adanya aktivitas enzim endonuklease, karena itu digunakan buffer ekstraksi yang mengandung senyawa Tris, EDTA, CTAB, potassium asetat, dan SDS. Senyawa CTAB dan SDS merupakan detergen, yang dapat melisis dinding sel dan mendenaturasi protein. Selain itu CTAB dan EDTA adalah senyawa inhibitor yang dapat menghambat aktivitas enzim nuclease. Kemudian sampel tersebut dihomogenkan dengan menggunakan vortekx. Setelah dihomogenkan warna larutan berubah menjadi merah.

Sampel yang telah homogen kemudian diinkubasikan, setelah itu diberi larutan Potassium asetat dan dihomogenkan, setelah homogeny sampel disimpan dalam wadah berisi es. Potassium asetat adalah senyawa yang berikatan dengan debris sel dan protein sehingga membentuk senyawa kompleks dengan CTAB-potassium aesta-protein- debris sel. Setelah itu sampel disentrifuga pada kecepatan 14.000 rpm selam 10 menit.

Setelah sampel disentrifuga terbentuk 2 lapisan, fasa atas berupa larutan ekstrak dan berwarna bening, sedangkan fasa bawah berupa endapan yang berwarna merah.  Fasa atas yang kemudian diambil untuk digunkan pada tahap selanjutnya. Tahap ini disebut juga dengan tahap purifikasi. Tahap ini bertujuan untuk membersihkan sel tanaman dari zat-zat lainnya.

Kemudian, pada tahap berikutnya digunakan klorofom: isoamil alcohol (24:1) yang berperan untuk mendenaturasi protein yang masih menempel pada kromosom, sedangkan untuk mempresipitasi asam nukleat digunakan alkohol 100%. Pemberian alkohol bertujuan untuk membersihkan DNA dari pengotor-pengotornya. DNA dalam alcohol akan terpresipitasi (menggumpal) sedangkan DNA dalam air akan larut, tetapi protein tidak dapat larut dalam air. Tahap tersebut merupakan terakhir, disebut juga tahap presipitasi presipitasi bertujuan untuk mengendapkan protein histon, sehingga untai-untai DNA tidak lagi menggulung (coiling) dan berikatan dengan protein histon, yang menyebabkan DNA menjadi terlihat. Hal tersebut dapat terlihat dengan adanya benang-benang endapan DNA pada dasar tabung.

 Pembahasan Elektroforesis

            \Pada praktikum elektroforesis kali ini digunakan gel agarose karena dengan menggunakan gel agarose teknik yang digunakanpun cukup sederhana, mudah penanganannya dan sederhana, selain itu gel agarose mempunyai kemampuan pemisahan dengan range yang cukup luas yaitu mulai 70 pb (pasangan basa) sampai 800.000pb.

            Selainitu penggunaan gel agarose juga mempunyai keuntungan, dimana lokasi dari DNA dalam gel dapat diamati secara insitu dengan menggunakan Etidium Bromida sebagai pewarna. Etidium bromide nantinya akan berinteraksi dengan basa dari molekuk DNA dan memberikan warna orange Floresance dibawah lampu UV.

            Hasil penyinaran dibawah lampu UV dapat dilihat berupa potongan pita-pita DNA, yang mempunyai fragmen-fragmen.Gambar pada hasil pengamatan kami ditemukan salah satunya potongan fragmen pita DNA yang banyak terurai dan kurang sempurna karena pengaruh konsentrasi agarose yang menyebabkan DNA bermigrasi,sehingga fragmen-fragmennya lebih besar.

Bab IV

Kesimpulan

DNA juga dapat diisolasi, baik pada manusia maupun pada tumbuhan. Pada praktikum isolasi DNA dari tanaman digunakan jaringan tanaman yang mengandung sedikit kontaminan, yaitu menggunakan daging buah. Prinsip-prinsip dalam melakukan isolasi DNA ada 2, yaitu sentrifugasi dan presipitasi. Isolasi DNA memiliki beberapa tahapan, yaitu isolasi jaringan, dinding dan membran sel dilisiskan, ekstraksi dalam larutan, purifikasi, dan presipitasi.

Dari hasil pengamatan dapat dilihat hasil dari tahap-tahap yang telah dilakukan. Isolasi DNA telah berhasil dilakukan. Hal tersebut dilihat dengan adanya benang-benang DNA yang terbentuk. Terbentuknya benang-benang tersebuut juga merupakan hasil dari proses tahapan-tahapan yang dilakukan dengan menggunakan larutan senyawa-senya tertentu.

                                                                               

DAFTAR PUSTAKA

Achmmad, Wendy. 2010. Isolasi DNA.

http://www.macnature.com/2010/02/isolasi-dna-referensi-terpercaya.html

http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_extraction )

http://kirsman83.weebl..com/2/post/2010/01/isolasi-dna buah.htmly.com/2/post/2010/01/isolasi-dna-buah.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Elektroforesis (diakses pada tanggal 10 Mei 2010)

Lampiran Gambar

Proses Penuangan larutan ke dalam sampel dengan menggunakan mikropipet
Sentrifuge
Pipet Ukur