Menggunakan makhluk hidup untuk makanan dan pengobatan
Roti mengembang, yoghurt menebal, insulin menyelamatkan jiwa — semua merupakan produk organisme yang dimanfaatkan. Bagian terakhir ini membahas bagaimana manusia meningkatkan hasil panen (rumah kaca, pupuk, pengendalian hama), menumbuhkan mikroorganisme dalam skala besar (fermenter industri), dan mengubah organisme secara sengaja: pemuliaan seleksi, modifikasi genetik, dan kloning.
Edexcel International GCSE Biologi 4BI1, Bagian 5 (pernyataan 5.1–5.20B) melengkapi kurikulum. Pernyataan dengan suffiks B (budidaya ikan, mikroprogagasi, kloning mamalia) adalah khusus Biologi saja.
Produksi pangan
Tanaman tanaman. Ruang kaca dan terowongan polietilen menjebak panas dan melindungi tanaman, memungkinkan petani mengendalikan cahaya, suhu, CO₂ dan air; meningkatkan CO₂ dan suhu mendekati optimum akan meningkatkan laju fotosintesis dan hasil panen. Pupuk mengganti ion mineral (nitrat untuk asam amino, magnesium untuk klorofil) yang hilang dari tanah dengan setiap panen. Pengendalian hama: pestisida membunuh hama dengan cepat dan tuntas namun berisiko bioakumulasi, merusak spesies lain dan meninggalkan residu; pengendalian hayati (memperkenalkan predator hama) berkelanjutan dan spesifik tetapi lambat dan kurang terkendali jika spesies pengendali itu sendiri menyebar.
Mikroorganisme. Ragi memfermentasi gula: secara anaerob menghasilkan karbon dioksida (yang membuat roti mengembang) dan etanol; Lactobacillus mengubah gula susu menjadi asam laktat, membuat yoghurt menebal. Fermenter industri menjaga mikroorganisme tetap pada kondisi optimal: tindakan aseptis (tanpa kontaminasi), nutrisi, suhu dan pH optimal, aerasi (pasokan udara untuk kultur aerob) dan pengadukan (mengaduk menyebarkan panas dan nutrisi secara merata).
(B) Budidaya ikan menyediakan protein secara efisien: pertahankan kualitas air, kontrol predasi (intraspesifik — antar ikan — dan interspesifik), kontrol penyakit, buang limbah, kontrol kualitas dan frekuensi pemberian makan, serta lakukan pemuliaan seleksi strain yang tumbuh cepat.
Pembiakan terpilih
Pilih orang tua dengan karakteristik yang diinginkan → kawinkan → pilih keturunan terbaik → ulangi selama beberapa generasi. Hal ini mengembangkan tanaman dengan hasil panen lebih tinggi, ketahanan penyakit atau daya tahan, dan hewan dengan lebih banyak daging, susu atau sifat jinak — tetapi menyempitkan keragaman gen, meningkatkan kerentanan terhadap penyakit, dan memerlukan banyak generasi.
Modifikasi genetik (rekayasa genetika)
Enzim restriksi memotong DNA pada situs spesifik; ligase menyatukan potongan-potongan DNA. Plasmid (atau virus) berfungsi sebagai vektor: gen insulin manusia dipotong, dimasukkan ke dalam plasmid yang terbuka, dan DNA rekombinan diserap oleh bakteri, yang kemudian berbiak di dalam fermenter untuk menghasilkan insulin manusia. Tanaman GM dapat tahan terhadap hama atau herbisida, atau memproduksi lebih banyak makanan. Organisme yang menerima gen dari spesies berbeda disebut transgenik.
Kloning (B)
Mikropropagasi (kultur jaringan): sebuah eksplan kecil dibiakkan in vitro pada media nutrisi dengan hormon pertumbuhan, menghasilkan anak tanaman yang ident secara genetik — jumlah komersial tanaman dengan karakteristik yang diinginkan, bebas penyakit, dan tumbuh cepat. Kloning mamalia: nukleus diploid dari sel matang dimasukkan ke dalam sel telur yang telah dibuang intinya (inti aslinya dihilangkan); sel tersebut membelah menjadi embrio yang ditempatkan pada ibu pengganti — Dolly domba. Hewan transgenik hasil kloning dapat menghasilkan protein manusia dalam susu mereka.
Periksa diri Anda
- Sebutkan dua cara rumah kaca meningkatkan hasil panen.
- Nyatakan satu keuntungan dan satu kerugian pengendalian biologis.
- Mengapa Lactobacillus mengentalkan susu?
- Sebutkan lima kondisi yang dijaga oleh fermenter.
- (B) Sebutkan dua metode pengendalian predator dalam budidaya ikan.
- Sebutkan dua kekurangan seleksi buatan.
- Sebutkan enzim yang memotong DNA dan enzim yang menyatukannya.
- Apa itu vektor dalam rekayasa genetika?
- Jelaskan mengapa bakteri dengan gen insulin manusia berguna sebagai obat.
- (B) Uraikan tahap-tahap kloning mamalia.
Jawaban: 1 Menangkap panas di suhu optimum; CO₂, cahaya, dan air dikendalikan (dua saja); 2 Keuntungan — berkelanjutan, tidak ada residu; kerugian — lambat, dan spesies pengendali mungkin menyebar; 3 Mengubah laktosa menjadi asam laktat, yang menggumpalkan protein susu; 4 kondisi aseptis, nutrisi, suhu dan pH optimum, oksigenasi, pengadukan; 5 (B) kandang jaring untuk mencegah predator antar-spesies; kepadatan stocking lebih rendah untuk mencegah predator intra-spesies; 6 menyempitkan keragaman gen, sehingga penyakit mudah menyebar; memerlukan banyak generasi.
Jawaban lanjutan: 7 Enzim restriksi memotong; ligase menyatu; 8 plasmid atau virus yang membawa DNA rekombinan ke dalam sel; 9 mereka berkembang biak cepat di fermenter, mensekresi insulin manusia — aman dan diproduksi dalam skala besar; 10 (B) Nukleus diploid dari sel matang → sel telur tanpa inti → membelah menjadi embrio → ditransplantasikan ke ibu pengganti.