Objek Kajian dan Penerapan Biologi Dalam Bidang Pertanian

A.    Tinjauan Tentang Biologi

Biologi merupakan salah satu cabang ilmu dari Ilmu Pengetahuan Alam atau yang biasa kita singkat dengan IPA. Biologi berasal dari dua kata, yaitu ‘bios’ yang berarti hidup dan ‘logos’ yang berarti ilmu. Biologi adalah ilmu yang mempelajari tentang makhluk hidup. Tak hanya mempelajari tentang makhluk hidup saja, tetapi biologi juga mempelajari segala aspek yang menyertainya. Dalam pengembangan penerapan biologi yang dikenal sebagai biologi terapan, biologi dapat dihubungkan dengan berbagai ilmu, contohnya kimia, fisika, matematika serta teknologi informatika sehingga muncullah ilmu-ilmu baru seperti biokimia (hubungan antara biologi dengan kimia) dan biofisika (hubungan antara biologi dengan fisika) yang kemudian bergabung dan membentuk suatu ilmu baru lagi yaitu bioteknologi. Selain itu, biologi juga berkaitan erat dengan ilmu sosial dan membentuk ilmu-ilmu baru yang salah satu contohnya adalah psikologi dan biogeografi. Ilmu terapan tersebut dapat digunakan untuk meningkatkan kesejahteraan umat manusia di belahan bumi ini. Bidang yang tergolong biologi terapan misalnya kedokteran, pertanian, perikanan, kesehatan, farmasi, dan bioteknologi.

Secara garis besar, biologi dapat dibagi menjadi dua cabang ilmu, yaitu :

• Zoologi, yaitu ilmu yang mempelajari tentang kehidupan hewan di alam semesta ini.
• Botani, yaitu ilmu yang mempelajari tentang kehidupan tumbuhan di alam semesta ini.

Ada berbagai cabang ilmu biologi, yaitu :

• Ekologi : Ilmu yang mempelajari interaksi antar makhluk hidup dan lingkungannya.
• Morfologi : Ilmu yang mempelajari bentuk dan struktur makhluk hidup.
• Sitologi : Ilmu yang mempelajari susunan dan fungsi sel.
• Mikrobiologi : Ilmu yang mempelajari segala aspek kehidupan mikroorganisme.
• Fisiologi : Ilmu yang mempelajari sifat faal dan cara kerja dari tubuh suatu organisme.
• Taksonomi : Ilmu yang mempelajari klasifikasi atau pengelompokan makhluk hidup.
• Evolusi : Ilmu yang mempelajari perubahan dan perkembangan serta hubungan kekerabatan jenis makhluk hidup.
• Embriologi : Ilmu yang mempelajari perkembangan suatu organisme, mulai dari zigot sampai menjadi dewasa.
• Genetika : Ilmu yang mempelajari cara menurunnya sifat pada makhluk hidup.
• Patologi : ilmu yang mempelajari tentang seluk beluk penyakit.

Jadi, tidak akan mungkin dapat menguasai ilmu terapan tersebut tanpa menguasai ilmu biologi. Biologi merupakan ilmu yang mempelajari segala sesuatu yang hidup, dan dalam biologi memiliki kekhususan bidang pendalaman materi yang merupakan ciri khusus dari cabang biologi itu sendiri.

B.    Manfaat Ilmu Biologi Dalam Bidang Pertanian

Manfaat ilmu biologi dalam bidang pertanian, sebagai contoh Ilmu Biologi merupakan dasar dari Ilmu Pertanian terutama dalam penemuan jenis tanaman unggul, rekayasa genetika tumbuhan dan hewan. Misalnya: pengetahuan mengenai sifat suatu tanaman berdasarkan analisa sel (ilmu biologi) membuat manusia mampu menerapkan cara pembudidayaan yang tepat dan pengolahan hasilnya lebih lanjut (pertanian). Pengetahuan mengenai sifat dan karakter serangga yang berhubungan dengan iklim atau musim (ilmu biologi) membuat manusia dapat menetapkan waktu bercocok tanam yang tepat atau metode penanggulangan hama serangga tersebut (ilmu pertanian).

C.    Ilmu Terapan (Bioteknologi) Dalam Bidang Pertanian

Bioteknologi adalah suatu cabang ilmu biologi yang mempelajari tentang pemanfaatan makhluk hidup dan penggunaan biokimia, mikrobiologi, serta rekayasa kimia secara terpadu dengan tujuan memperoleh penerapan teknologi di bidang industri, kesehatan atau kedokteran, dan pertanian dari kapasitas mikroba, sel atau jaringan sebagai kultur. Selain itu, bioteknologi juga menghasilkan barang atau jasa untuk kepentingan makhluk hidup.

Berdasarkan prosesnya bioteknologi dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Bioteknologi klasik atau konvensional                                                                                       Bioteknologi klasik atau konvensional merupakan praktik bioteknologi yang dilakukan dengan cara dan peralatan sederhana, tanpa melakukan rekayasa genetika. Bioteknologi klasik atau konvensional, contohnya : bir, wine, sake, yoghurt, roti, keju, kecap, tempe, tape, dan oncom. 
2. Bioteknologi modern                                                                                                             Bioteknologi modern merupakan praktik bioteknologi yang diperkaya dengan rekayasa genetika, yaitu suatu teknik pemanipulasian materi genetika. Pada teknik tersebut terjadi pemindahan materi genetika (transfer gen) dari satu makhluk hidup ke makhluk hidup lainnya. Melalui teknik tersebut manusia dapat mengontrol produk yang dihasilkan sesuai dengan keinginannya. Contohnya, dihasilkannya tanaman tahan hama dan penyakit, buah-buahan bersifat tahan lama, dan ternak yang mampu menghasilkan susu dalam jumlah yang lebih banyak.

Kegiatan utama dalam ruang lingkup bioteknologi, yaitu:

• Rekayasa Genetika                                                                                                                       Dalam bidang pertanian rekayasa genetika juga dapat difungsikan sebagai kegiatan utama dalam ruang lingkup bioteknologi. Rekayasa genetika merupakan salah satu teknologi yang potensial sebagai alternatif pemecahan masalah pangan dunia untuk menghasilkan tanaman transgenik. Tanaman transgenik merupakan tanaman yang mempunyai gen asing di dalam genomnya. Gen asing pada umumnya berasal dari bakteri atau tanaman lain yang membawa sifat tertentu. Sifat yang dibawa oleh gen asing ini merupakan sifat unggul yang tidak dimiliki tanaman inang. Tanaman transgenik telah banyak dilepas sebagai tanaman pangan dengan tujuan seperti tahan insekta, tahan herbisida, mengandung vitamin dan gizi tinggi, tahan penyimpanan jangka panjang, dan toleran terhadap lingkungan secara langsung berperan dalam meningkatkan produktifitas. Tanaman transgenik yang tahan terhadap insekta akan menurunkan frekuensi aplikasi pestisida. Pengurangan pemakaian pestisida sama artinya dengan tidak memasukkan bahan-bahan kimia berbahaya ke dalam lingkungan, sehingga dampak pencemaran lingkungan dapat dikurangi. Resiko dari produk transgenik tidak akan lebih besar dari produk hasil persilangan alamiah. Beberapa resiko pangan transgenik yang mungkin terjadi antara lain resiko alergi, keracunan dan tahan antibiotik. Sehingga sampai saat ini fakta menunjukkan bahwa kelompok tanaman ini telah memberi banyak manfaat khususnya dalam dunia pertanian karena memiliki produktivitas dan kualitas tinggi serta lebih ramah lingkungan.                                             Teknik-teknik untuk Rekayasa Genetika, seperti teknik transfer nukleus, teknik pemotongan, penyambungan dan penyisipan gen, dimana teknik-teknik ini bertujuan untuk mencari atau menciptakan jenis tanaman dengan sifat unggul tertentu (tanaman transgenik). Teknik-teknik rekayasa genetika seperti ini biasanya dilanjutkan dengan suatu teknik yang disebut Kloning. Istilah Klon merupakan garis turunan individu-individu yang secara genetik identik. Klon juga diartikan sebagai usaha membuat satu atau lebih replika (duplikat) suatu individu, sel, ataupun gen. Pengaplikasian yang sudah berhasil dilakukan adalah pada terciptanya tanaman budi daya yang mampu menghasilkan insektisida sendiri, sehingga tanaman tersebut tidak perlu disemprot insektisida lagi saat di lahan pertanian nantinya. Contoh jenis tanaman pangan yang telah berhasil di rekayasa dengan tiujuan tersebut adalah tanaman buah apel, pir, kol/kubis, brokoli, dan kentang. Teknik rekayasa genetika ini juga sudah berhasil menciptakan tanaman budi daya yang mampu mengikat nitrogen bebas sendiri dari udara, sehingga tanaman tersebut tidak perlu diberi pupuk nitrogen sintetik lagi saat di lahan pertanian nantinya. Contoh jenis tanaman yang sudah berhasil direkayasa untuk tujuan tersebut adalah pada padi dan gandum.  

• Kultur Jaringan                                                                                                                       Kultur jaringan adalah teknik menumbuhkan jaringan atau sel menjadi individu baru pada media khusus yang asptik. Kultur jaringan sel tumbuhan dapat tumbuh pada kultur (media tumbuh) yang cukup mengandung nutrienbat. Prinsip dasar kultur jaringan dan sel adalah bahwa sel yang diisolasikan akan mengembangkan potensi dasarnya (totipotensi). Potongan daun cocor bebek, misalnya, dapat tumbuh membentuk akar, batang, dan daun menjadi tanaman cocor bebek yang baru dengan sifat individu unggul.                       Dengan menggunakan teknik kultur Jaringan, tanaman yang sudah diketahui berkhasiat sebagai obat, atau pun tanaman budi daya yang sudah diketahui keunggulan mutunya, dapat diproduksi dengan waktu singkat, dalam jumlah yang banyak, tanpa memerlukan lahan yang luas, dan dengan kondisi steril. Teknik kultur jaringan ini termasuk salah satu usaha kloning, dimana individu-individu baru yang dihasilkan akan sama persis atau identik dengan suatu tanaman yang sudah diketahui manfaat maupun keunggulannya. Adapun contoh-contoh tanaman budi daya yang sudah berhasil diperbanyak dengan teknik kultur jaringan tersebut antara lain tanaman kelapa sawit, tanaman anggrek, tanaman pisang barangan, dan wortel.

• Proyek genom                                                                                                                     Proyek genom adalah proyek menyekuen urutan DNA setiap kromosom dari ujung ke ujung. Proyek genom pada tanaman sangat menjanjikan untuk mendapatkan informasi terlengkap tentang seluruh sifat biologis tanaman. Informasi ini akan membantu kita memahami bagaimana gen-gen menyebabkan tanaman mampu melaksanakan segala aktivitasnya sebagai makhluk hidup.                                                                                           Tanaman menyediakan materi untuk kebutuhan industri seperti minyak, tekstil, bahan bakar dan obat-obatan. Nenek moyang kita dahulu meningkatkan kualitas tanaman dengan menyeleksi tanaman berdasarkan sifat dan karakter yang diinginkan melalui proses persilangan yang panjang. Sifat unggul dari satu tanaman liar digabungkan ke tanaman lain sehingga terbentuk tanaman baru dengan beberapa karakter yang lebih bagus. Proses panjang ini telah memungkinkan lahirnya revolusi hijau, dalam hal ini produk pertanian teroptimalkan sampai menyamai pertambahan jumlah penduduk. Meskipun demikian, ledakan pendudu terutama di negaranegara berkembang yang diikuti oleh berkurangnya lahan-lahan pertanian untuk pemukiman menyebabkan pertanian tidak seimbang lagi. Dengan demikian, usaha persilangan yang memakan waktu lama dengan sendirinya tidak mampu meningkatkan hasil produksi untuk mencukupi kebutuhan pangan pada masa mendatang. Untuk itu diperlukan satu teknologi baru guna meningkatkan produksi pangan secara lebih cepat. Adapun targetnya adalah untuk mengisolasi gen-gen yang memberikan sifat unggul, seperti sifat tahan penyakit, sifat toleran pada tanah bergaram, dan sifat alami lainnya, di antaranya gen yang mengatur pembentukan minyak biji-bijian atau waktu berbunga yang semuanya berdampak pada hasil panen.

• Teknik mutasi buatan                                                                                                               Teknik Mutasi Buatan merupakan usaha merubah susunan atau jumlah materi genetik/DNA dengan menggunakan radiasi sinar radioaktif (sinar X, alpha, beta dan gamma) atau dengan senyawa kimia (kolkisin).                                                                         Teknik mutasi dengan sinar gamma biasanya ditujukan untuk menghasilkan biji-biji tanaman padi dan palawija, agar berumur pendek (cepat dipanen), hasilnya banyak dan tahan terhadap serangan hama wereng. Selain itu, terdapat teknik mutasi buatan lainnya, yakni teknik perendaman biji-biji tanaman perkebunan dan pertanian dalam senyawa kolkisin, senyawa ini menyebabkan tanaman mempunyai buah yang besar dan tidak berbiji; misalnya buah semangka, pepaya, jeruk, dan anggur tanpa biji. Namun sayangnya tanaman ini tidak dapat menghasilkan tanaman baru sebagai keturunannya, karena buah-buahan yang dihasilkan tidak memiliki organ reproduksi yaitu biji. 

Dengan demikian teknik-teknik yang dilakukan dalam perkembangan bioteknologi seperti teknik Rekayasa Genetika, Kultur Jaringan, dan teknik Mutasi Buatan pun kini sudah berhasil membantu mengatasi masalah rawan pangan.