- BAB
FISIOLOGI TUMBUHAN
Fisiologi
mempunyai arti yaitu suatu ilmu yang mempelajari fungsi, proses, dan aktifitas
suatu organisme dalam menjaga dan mengatur kehidupannya. Sedangkan Fisiologi
tumbuhan merupakan salah satu cabang biologi yang mempelajari tentang proses
metabolisme yang terjadi dalam tubuh tumbuhan yang menyebabkan tumbuhan
tersebut dapat hidup. Dengan mempelajari fisiologi tumbuhan, kita akan dapat
lebih memahami bagaimana sinar matahari dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk
menghasikan karbohidrat dari bahan baku anorganik berupa air dan
karbondioksida, mengapa tumbuhan membutuhkan banyak air, bagaimana biji
berkecambah, mangapa tumbuhan layu jika kekeringan dan berbagai macam gejala
lainnya yang ditampakkan oleh tumbuhan.
Pada dasarnya gejala gejala yang ditampakkan
oleh tumbuhan dapat di jelaskan berdasarkan prinsip kimia dan fisika. Beberapa
proses metabolisme telah dapat dijelaskan secara rinci tentang prinsip prinsip
kimia dan fisika yang terlibat, dimana penjelasan ini telah dapat diterima oleh
para ahli fisiologi tumbuhan. dengan meyakini bahwa bahwa setiap proses
metabolisme pada tumbuhan dapat dijelaskan secara kimia dan fisika, maka jelas
bahwa pengetahuan dasar tentang prinsip prinsip kimia dan fisika merupakan
bekal utama untuk mengkaji secara mendalam setiap fenomena fisiologi tumbuhan.
Organisme
yang menjadi sasaran dalam kajian fisiologi tumbuhan meliputi semua jenis
tumbuhan, dari tumbuhan satu sel seperti halnya bakteri hingga pada tumbuhan
tingkat tinggi. bila dikaitkan dengan 5 kelompok organisme berdasarkan
klasifikasi yang baku, maka fisiologi tumbuhan mengkaji tentang metabolisme
pada organisme yang tergolong monera, sebagian protista (yakni beberapa jenis
ganggang dan lumut), fungi (jamur), dan plantae. walaupun demikian pada
kenyataannya yang menjadi sasaran utama ahli fisiologi tumbuhan adalah
organisme dari kelompok plantae, terutama ganggang hijau, tumbuhan berdaun
jarum, monokotil dan dikotil.
proses – proses penting yang terjadi pada
tumbuhan seperti fotosintesis, respirasi, penyerapan ion, pengangkutan, membuka
dan menutupnya stomata, asimilasi, transpirasi, perbungaan dan pembentukan biji
di dalam tubuh tumbuhan. Fisiologi Tumbuhan sendiri memiliki beberapa manfaat
yakni
·
Fisiologi tumbuhan
mempunyai fungsi untuk menjabarkan serta menjelaskan proses – proses penting
yang terjadi pada tumbuhan misalnya fotosintesis, respirasi, traspirasi,asimilasi,
pengangkutan pertumbuhan dan perkembangan tanaman dan lain sebagainya
·
Fisiologi tumbuhan
berfungsi menjabarkan dan menjelaskan fungsi setiap jenis organ, jaringan, sel,
dan organel seluler dalam tumbuhan. Misalnya saja stomata mempunyai fungsi
sebagai sel untuk fotosintesis dan lain sebagainya
·
Fisiologi tumbuhan
menjabarkan dan menjelaskan bagaimana proses – proses dan fungsi – fungsi
diatas terhadap perubahan lingkungan.misalnya
saja proses respon tanaman terhadap rangsang atau yang sering disebut dengan
gerak tropisme pada tanaman, kemudian pengaruh siang dan malam atau yang sering
kita sebut dengan fotoperiodisme dan respon tumbuhan terhadap cekaman
lingkungan atau perubahan lingkunganan.
Di
lingkungan kita terdapat banyak sekali benda – benda disekitar kita namun tidak
semua benda yang ada dilingkungaan kita tersebut dapat dikatakan sebagai benda
hidup. Disebut benda hidup karena mempunyai ciri yaitu benda hidup dapat
bergerak dengan alat gerak, benda hidup memiliki kemampuan untuk berespirasi,
benda hidup dapat melakukan perkembangbiakan, benda hidup mampu untuk bertumbuh
besar dan tinggi, dan lain sebagainya. Sedangkan benda tak hidup memiliki ciri
– ciri yaitu benda mati tidak dapat bergerak (hanya dapat berpindah tempat jika
digeser atau dipindahkan ketempat lain), tidak mampu berkembang biak dan lain
sebagainya.
Benda hidup atau makhluk hidup dapat digolongkan lagi menjadi
beberapa misalnya tumbuhan dan hewan. Suatu benda hidup dapat digolongkan
sebagai tumbuhan karena mempunyai beberapa ciri – ciri sebagai berikut
·
Dapat memproduksi
makanannya sendiri
·
Ukuran tubuh tumbuhan
tidak dibatasi
·
Mampu tumbuh dan
berkembangsepanjang hidupnya
·
Tumbuhan tidak mampu
bergerak
·
Mampu membuat senyawa
karbon yang diperlukan dari karbon dioksida (fotosintesis)
·
Prose pengangkutan air
tanpa melalui bantuan alat pemompa
·
Mengembangkan proses
metabolisme khusus untuk mengkonversi elemen anorganik Proses pertumbuhan serta
perkembangan dikontrol oleh keterpaduan biokimia dan fisiologi
Dan
benda hidup atau makhluk hidup dapat digolongkan sebagai hewan karena mempunyai
ciri – ciri sebagai berikut
·
Dapat melakukan
pergerakan atau dapat berpindah tempat dengan alat gerak
·
Mempunyai ukuran tubuh
yang dibatasi agar dapat beroprasi dengan baik
·
Tidak mampu membuat
bahan organiknya / makanannya sendiri
·
Mengkonversi senyawa
karbon dan mendaurnya seefisien mungkindi dalam tubuh
·
Proses pengangkutan
melalui bantuan alat pemompa
·
Berkembang menuju suatu
keadaan yang mantap untuk jangka waktu yang lama
·
Dalam mekanisme
oprasinya hewan memerlukan syaraf untuk mengontrol gerak yang tepat dan tetap.
Pada
dasarnya sel hewan dan sel tumbuhan mempunyai perbedaan dan persamaan ciri
diantara keduanya. Parsamaan ciri antara sel hewan dan sel tumbuhan yaitu
persamaan ada pada bagian atau organel – organel penyusun kedua sel tersebut,
yaitu membran plasma, inti sel, sitoplasma, sitoskeleton, ribosom, retikulum
endoplasma (RE), badan golgi atau aparatus golgi, lisosom, peroksisom, dan
mitokondria. Secara ringkas struktur dan fungsi organel – organel yang ada
disetiap sel hewan dan sel tumbuhan dapat dilihat pada tabel dibawah ini
Organel
|
Stuktur
|
Fungsi
|
Ribosom
|
Tersusun dari
protein dan RNA ribosomal, berada bebas dalam sitoplasma atau melekat pada RE
kasar
|
Tempat sintesis
protein
|
Retikulum Endoplasma
(RE)
|
Tersusun dari
kantung pipih dan tabung yang berhubungan dengan membran inti, terdiri dari
RE kasar (terdapat ribosom dipermukaannya) dan RE halus
|
RE kasar berfungsi
sebagai tempat sintesis protein dan RE halus berfungsi sebagai tempat
sintesis lipid, metabolisme karbohidrat, dan detoksifikasi obat – obatan
|
Badan Golgi
|
Kantung pipih
bertumpuk
|
Memproses protein dan
molekul lain yang akan dibawa keluar sel atau ke membran sel
|
Lisosom
|
Vesikel yang
terbentuk dari badan golgi, mengandung enzim – enzim hidrolik
|
Mencerna mikromolekul
secara intraseluler dan merusak sel – sel asing
|
Periksosom
|
Vesikel yang
mengandung enzim oksidatif dan katalase
|
Merombak H2O2
yang bersifat racun bagi sel
|
Motokondria
|
Tersusun atas
membran dalam, membran luar, krista dan matriks
|
Tempat terjadinya
respirasi seluler
|
Serta
perbedaan antara sel tumbuhan dan sel hewan yaitu sel tumbuhan memiliki dinding
sel sementara sel hewan tidak memiliki dinding sel, sel tumbuhan memiliki
vakuola berukuran besar, sel hewan memiliki vakuola berukuran kecil. Sel
tumbuhan memiliki plastida (kloroplas, kromoplas, dan leukoplas), sel hewan
tidak memiliki plastida. Sel tumbuhan tidak memiliki sentriol sedangkan sel
hewan memiliki sentriol.
- BAB
TUMBUHAN DAN AIR
Air
merupakan zat cair yang dapat berubah bentuk dalam kisaran suhu tertentu. Air
merupakan bagian terbesar pembentuk jaringan dari semua makhluk hidup (tak
terkecuali tumbuhan). Antara 40% sampai 60% dari berat segar pohon terdiri dari
air, dan bagi tumbuhan herba jumlahnya mungkin akan mencapai 90%. Cairan yang
mengisi sel akan mampu menjaga substansi itu untuk berada dalam keadaan yang
tepat untuk berfungsi metabolisma. Fungsi air bagi tumbuhan yaitu. Sebagai
penunjang Tumbuhan memerlukan air untuk penunjang jaringan-jaringan yang tidak
berkayu. Apabila sel-sel jaringan ini mempunyai cukup air maka sel-sel ini akan
berada dalam keadaan kukuh. Tekanan yang diciptakan oleh kehadiran air dalam
sel disebut tekanan turgor dan sel akan menjadi mengembang, dan apabila jumlah
air tidak memadai maka tekanan turgor berkurang dan isi sel akan mengerut dan
terjadilah plasmolisis. Sebagai Alat Angkut. Tumbuhan memanfaatkan air sebagai
alat untuk mengangkut materi disekitar tubuhnya. Nutrisi masuk melalaui akar
dan bergerak ke bagian tumbuhan lainnya sebagai substansi yang terlarut dalam
air. Demikian juga karbohidrat yang dibentuk di daun diangkut ke
jaringan-jaringan lainnya yang tidak berfotosintesis dengan cara yang sama. Air
juga berperan dalam pengaturan suhu tubuh tumbuhan.
Selain
mempunyai fungsi seperti diatas air juga mempunyai sifat – sifat seperti sifat
fisika yakni air mempunyai bentuk cair pada suhu kamar, air mempunyaipanas
jenis yang relatif besar, air mengembang dala, keadaan membeku, mempunyai sifat
adhesi dan kohesi, air mempunyai panas laten penguapan dan pencairan.
Dalam
proses yang terjadi pada tubuh tumbuhan yakni yang berkaitan dengan pengangkutan
air mempunyai peran yang penting. Air dan unsur hara diserap melalui rambut
akar karena pada rambut akar terdapat pembuluh xilem yang paling muda dalam
jumlah yang banyak. air bergerak melalui jaringan khusus (xylem), yang
strukturnya sangat berbeda-beda tergantung pada pengelompokannya, yang secara
umum bersamaan dengan bentuk tabung. Air didorong naik sebagian akibat daya
kapiler, tetapi sebagian besar bergerak anik akibat perbedaan terkanan antar
daun dengan akar yang akan menghasilkan aliran yang terus-menerus melalui
tumbuhan. Dalam tumbuhan yang tidak mempunyai jaringan xylem air diangkut ke
seluruh tubuh oleh proses osmosis.Kemudian setelah air dan unsur hara tersebut
diserap maka akan terjadi pengangkutan air dan unsur hara tersebut menuju daun
untuk bahan fotosintesis. Dan teori yang menjelaskan proses pengangkutan air
yaitu teori tekanan akar ( dapat terjadi jika kondisi lingkungan yang
menghambat laju traspirasi ), teori kapilaritas (air naik melalui pembuluh
kapiler), teori sel pemompa (air naik ke daun melalui sel yang disebut sel
pemompa namun teori ini tidak dipakai karena adanya pembuktian bahwa
pengangkutan air terjadi pada pembuluh xilem), teori yang terakhir adalalah
teori kohesi (menyangkut 3 unsur tenaga yaitu adanya tenaga pendorong, hidrasi
pada lintasan yang dilalui serta gaya kolusi antar molekul air). Dalam
pengangkutan air terjadi 2 mekanisme pengangkutan air yaitu apoplas dan
simplas. Apoplas merupakan pengangkutan air dan unsur hara melalui dinding sel
sedangkan simplas merupakan pengangkutan air dan unsur hara melewati / melalui
sitoplasma.
Umumnya
air yang masuk ke tanah dan tumbuhan akan hilang melalui proses penguapan, dan
hanya 2% air yang diserap oleh akar akan dipakai membentuk lebih banyak materi
tumbuhan. Pada prinsipnya air akan meninggalkan tumbuhan melalui tiga cara:
yang pertama traspirasi. dalam daun air akan diuapkan dari dinding sel ke ruang
antar sel. Dari sini didifusikan ke luar ke udara melalui lubang kecil di daun
yang disebut stomata/ mulut daun. Mulut-mulut daun ini akan terbuka pada siang
hari dan menutup pada malam hari. Mekanisme transpirasi dimulai dengan
penguapan air oleh sel – sel mesofil ke rongga antar sel dalam daun. Penguapan
akan terus berlangsung sampai rongga antar sel penuh dengan air, kemudian uap
air yang terkumpul akan tetap berada di dalam rongga tersebut sampai stomata
membuka. Dan traspirasi bertujuan untuk mempercepat laju pengangkutan unsur
hara melalui pembuluh xilem, menjaga turgiditas sel tumbuhan agar tetap pada
kondisi optimal, untuk menjaga stabilitas suhu daun. Yang kedua air keluar
melalui proses Penguapan Kutikula, sebagaian air mungkin menguap melalui
kutikula dari daun atau tngkai. Dan hanya sebagian kecil air hilang dengna cara
ini, umumnya kurang dari 10% dari total kehilangan air. Yang ketiga air keluar
melalui proses Gutasi, di daerah yang lembab kehilangan air akibat penguapan
adalah terlalu sulit. Untuk tumbuhan yang hidup pada habitat ini mempunyai
lubang pada ujung dari xylem dari daun sebagai adaptasi morfologi dan fisiologi.
Lubang ini dikenal dengan hidatoda, yang memungkinkan air menetes langsung
keluar dari daun.
Selain mempunyai tujuan traspirasi
juga dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu radiasi cahaya, kelembaban(makin
banyak uap air diudara makin kecil perbedaan tekanan uap air yang akibatnya
memperlambat laju traspirasi), suhu (jika suhu naik laju transpirasi juga
semakin cepat), angin(angin dapat menurunkan tekanan uap air disekitar daun
akibatnya laju traspirasi turun), keadaan air tanah. Di lingkungan daratan
dengan situasi kelebihan air maka tanah menjadi jenuh air, permasalahan utama
pada situasi seperti ini adalah tidak adanya udara dalam tanah sehingga
perakaran tumbuhan tidak bisa bernafas dan juga tanah sering menjadi asam. Jika
jumlah air tidak memadai untuk keperluan tumbuhan maka sel menjadi lembek, dan
stomata menutup untuk mengurangi kehilangan air berkelanjutan. Kondisi air
tanah seperti ini dikenal dengan titik kelayuan, dan sel-sel tumbuhan mulai
untuk terjadinya plasmolisis yang biasanya berjalan berkepanjangan. Dan apabila
situasi kekurangan air ini menerus maka tumbuhan akan mati. Umumnya tumbuhan
yang berada di daerah kering ini berada dalam keadaan setengah dehidrasi pada
siang hari yang diimbangi dengan penyimpanan dalam keseimbangan airnya pada
malam hari. Adaptasi Tumbuhan terhadap Kondisi ekstrim. Kekeringan merupakan
situasi yang sering dialami oleh tumbuhan, meskipun dipahami bahwa hujan
bukanlah satusatunya faktor yang dapat menimbulkan. Suhu yang tinggi bisa juga
memberikan pengaruh kekurangan air ini. Bila musim kering itu bersifat periodik
dan merupakan karakteristika daerah, maka tumbuhan yang berada di daerah akan
memperlihatkan penyesuaian dirinya, berbagai cara penyesuaian ini tergantung
pada tumbuhan itu. Umumnya memperlihatkan reduksi dari daun dan dahan,
memperpendek siklus hidup atau biji matang pada atau dekat permukaan, rambut
akar bertambah banyak, sel kutikula menbal, dinding sel mengandung lebih banyk
ikatan kipid, jaringan polisade berkembang lebih baik tetapi sebaliknya dengan
bungakarang, sel dan ruang antar sel mengecil tetapi jaringan lignin membesar.
Kecepatan fotosintesis, tekanan osmosa dan permeabilitas protoplasma meninggi
dan diikuti dengan penurunan viskositas protoplasma, akibatnya perbandingan
tepung dan gula menjadi besar, sehingga secara total tumbuhan menjadi tahan
terhadap kelayuan.
Dan
stomata yang berperan dalam respirasi mempunyai faktor yang mempengaruhi kerja
dari stomata tersebut. Beberapa faktor yang mempengaruhi kerja dari stomata
yaitu karbondioksida. Jika karbondioksidanya rendah, menyebabkan tekanan CO2
endah sehingga menyebabkan pH menjadi tinggi dan merangsang penguraian pati
gula sehingga stomata membuka. Yang kedua cahaya, cahaya menyebabkan terjadinya
fotosintesis. Yang ketiga water stres yaitu jika tekanan air turun maka stomata
akan menutup. Yang keempat suhu yaitu jika suhu lingkungan naik maka stomata
akan membuka. Dan yang terakhir angin yaitu angin yang bertiup kencang
pengeluaran air melalui traspirasi melebihi kemampuan tumbuhan untuk menggantinya,
akibatnya daun menglami kekurangan air sehingga tekanan turgor turun dan
stomata menutup.
Stomata
mempunyai mekanisme kerja membuka dan menutup seperti berikut. Mekanisme saat
stomata membuka yaitu pada saat turgor sel penutup tinggi dinding sel penutup
yang berhadapan pada celah stomata akan tertarik kebelakang sehingga celah
terbuka. Naiknya turgor disebabkan air yang mengalir dari sel tetangga ke sel
penutup, sehingga sel tetangga mengalami kekurangan air dan berakibat selnya
mengkerut. Mekanisme pada saat stomata menutup yaitu pada waktu turgor sel
turun yang disebabkan kembalinya air dari sel penutup ke sel tetangga, celah
stomata menutup dan sel tetangga akan menggembung.
- BAB
KEMOSINTESIS
Kemosintesis
merupakan reaksi anabolisme selain fotosintesis. Kemosintesis adalah konversi
biologis satu molekul karbon atau lebih (biasanya karbon dioksida atau metana),
senyawa nitrogen dan sumber makanan menjadi senyawa organik dengan menggunakan
oksidasi molekul anorganik (contohnya, gas hidrogen, hidrogen sulfida) atau
metana sebagai sumber energi. Kemosintesis adalah anabolisme yang menggunakan
energi kimia. Energi kimia yang digunakan pada reaksi ini adalah energi yang
dihasilkan dari suatu reaksi kimia, yaitu reaksi oksidasi. Organisme autotrof
yang melakukan kemosintesis disebut kemoautotrof. Menurut Campbell et al.
(2002), prokariota paling awal adalah organisme kemoautotrof yang mendapatkan
energi dari bahan kimia anorganik dan menghasilkan energinya sendiri dan
bukannya menyerap ATP. Hal ini disebabkan Hidrogen sulfide (H2S) dan
senyawa besi (Fe2+) sangat berlimpah di bumi purbakala, dan sel-sel
primitive kemungkinan mendapatkan energi dari reaksi melibatkan senyawa
tersebut. Beberapa arkhaea modern saat ini dapat bertahan hidup pada sumber
mata air panas yang mengandung sulfur dan melakukan reaksi kimia yang
membebaskan energi.
Kemampuan
melakukan kemosintesis hanya dimiliki oleh beberapa jenis mikroorganisme,
misalnya bakteri belerang nonfotosintetik (Thiobacillus) dan bakteri nitrogen
(Nitrosomonas dan Nitrosococcus). Banyak mikroorganisme di
daerah laut dalam menggunakan kemosintesis untuk memproduksi biomassa dari satu
molekul karbon. Dua kategori dapat dibedakan. Pertama, di tempat yang jarang
tersedia molekul hidrogen, energi yang tersedia dari reaksi antara CO2
dan H2 (yang mengawali produksi metana, CH4) dapat
menjadi cukup besar untuk menjalankan produksi biomassa. Kemungkinan lain,
dalam banyak lingkungan laut, energi untuk kemosintesis didapat dari reaksi
antara O2 dan substansi seperti hidrogen sulfida atau amonia. Pada
kasus kedua, mikroorganisme kemosintetik bergantung pada fotosintesis yang
berlangsung di tempat lain dan memproduksi O2 yang mereka butuhkan.
Contoh dari kemosintesis misalnya pembentukan nitrat
oleh bakteri nitrit pada akar tanaman leguminoceae yaitu sebagai berikut
Bakteri
Nitrosomonas dan Nitrococcus memperoleh energi dengan cara mengoksidasi NH3
dalam bentuk senyawa amonium karbonat menjadi asam nitrit, reaksinya
Nitrosomonas
(NH4)2
+ CO3 + 3O2 2HNO2
+ CO2 + 3H2O + energi
Nitrococcus
Bakteri
nitrat, misalnya bakteri nitrobacter memperoleh energi dengan cara mengoksidasi
nitrit menjadi nitrat, reaksinya
Nitrobacter
Ca(NO2)2
+ O2 Ca(NO2)2
+ energi
Bakteri
besi, misalnya Lipotrik memperoleh energi dengan cara mengoksidasi ferro
menjadi ferri, reaksinya
Oksigen
Fe 2+ Fe
2+
Contoh
lain dari kemosintesis yaitu pada pembentukan sulfat oleh bakteri sulfur.
Misalnya bakteri sulfur tak berwarna (Thiobacillus) memperoleh energi dengan
cara mengoksidasi H2S, reaksinya
cahaya
2H2S + O2
H2O + 2S +
energi
Klorofil
Selanjutnya
energi tersebut digunakan untuk fiksasi CO2 menjadi gula
(karbohidrat), reaksinya
Cahaya matahari
CO2 + 2H2S
CH2O
+ 2S + H2O
Klorofil
Nitrogen
merupakan gas yang terdapat diudara sebesar 78,08% yang berbentuk gas tanpa warna, tanpa bau,
dan tanpa rasa. Nitrogen mempunyai nama lain zat lemas, karena mempunyai sifat
malas, tidak aktif bereaksi dengan unsur lain. Nitrogen bebas dalam udara dapat
dimanfaatkan oleh tumbuhan dengan cara difiksasi terlebih dahulu yaitu fiksasi
oleh petir yang turun bersama dengan air hujan dan Nitrogen ditambat oleh
bakteri penambat. Bakteri penambat tersebut misalnya bakteri yang bersimbiosis
dengan tanaman leguminoceae seperti kacang tanah. Pengubahan nitrogen bebas
menjadi nitrogen yang dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan disebut dengan Siklus
Nitrogen. Mekanisme dari siklus nitrogen tersebut yaitu nitrogen bebas diikat oleh bakteri yang
bersimbiosis dengan akar leguminoceae dalam bentuk amonia kemudian diubah
menjadi nitrit atau nitrifikasi oleh bakteri Nitrosococcus dan Nitrosomonas.
Selanjutnya nitrit dubah menjadi nitrat atau Nitratifikasi oleh bakteri
Nitrobacter dan Nitrococcus. Selanjutnya dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan. Dan
ketika tumbuhan mati maka akan diuraikan oleh dekomposer dalam bentuk amonium.
Dan nitrat yang tidak digunakan tanaman akan kembali ke udara atau yang disebut
dengan Denitrifikasi.
Walaupun
ketersediaan nitrogen diudara bebas sangat melimpah namun hal tersebut belum
dapat dipergunakan oleh tumbuhan. Maka pada tanaman leguminoceae mempunyai tri
atau cara yang dilakukan untuk mendapatkan nitrogen lebih banyak guna memenuhi
kebutuhan nitrogen untuk mendukung proses fotosintesis. Cara yang dilakukan
yakni dengan menjalin hubungan simbiosis antara akar tumbuhan leguminoceae
dengan bakteri penambat. Dan hasil dari hubungan simbiosis tersebut sehingga
terbentuklah yang disebut bintil akar . hubungan tersebut merupakan hubungan
simbiosis mutualisme karena tumbuhan mendapatkan pasokan nitrogen dari bakteri
penambat atau sering dikenal dengan nama bakteri Rhizobium, sedangkan bakteri
Rhizobium mendapatkan suplai makanan dari tumbuhan yang merupakan hasil dari
fotosintesis. Proses pembentukannya yaitu Pertama, rambut akar mengeriting dan
mengelilingi bakteri. Pengeritingan disebabkan oleh molekul yang tidak dikenal
yang dilepaskan bacteri. Selanjutnya enzim dari bacteri merombak bagian dari
dinding sel, sehingga bakeri dapat masuk ke dalam rambut akar. Kemudian rambut
akar membentuk benang infeksi yang terdiri dari membran plasma yang lurus dan
memanjang dari sel yang terserang. Selanjutnya bakteri membelah di dalam benang
menembus sel korteks. Lalu sel korteks sebelah dalam, baktrinya dilepas dan berakibat
beberapa sel membelah. Pembelahan menyebabkan proliferasi jaringan
(pembengkakan jaringan) membentuk bintil akar dewasa dan tiap bakteri yang
membesar serta tidak bergerak disebut bacteroid. Dan tiap satu bintil akar
mengandung beberapa ribu bacteroid. Bakteri yang biasanya digunakan adalah
bakteri Rhizobium.
- BAB
KONTROL PADA TUMBUHAN
Tumbuhan dapat dikatakan sebagai makhluk hidup karena tumbuhan
mempunyai ciri yang salah satunya adalah bergerak. Namun gerakan tumbuhan tidak
seperti makhluk hidup lain yakni hewan melainkan tumbuhan bergerak karena
sentuhan rangsang. Gerak pada tumbuhan ini disebut dengan gerak tropisme
. Gerak Tropisme adalah
gerak bagian tumbuhan yang arah geraknya dipengaruhi oleh arah datangnya
rangsangan. Tropisme berasal dari bahasa Yunani, yaitu trope,
yang berarti membelok. Bila gerakannya mendekati arah rangsangan disebut tropisme
positif sedangkan jika gerak responnya menjauhi arah datangnya rangsangan
disebut tropisme negatif.
Contoh dari gerak
tropisme yaitu
· gerak batang tumbuhan ke arah cahaya,
· gerak akar tumbuhan ke pusat bumi,
· gerak akar menuju air, dan
·
gerak membelitnya ujung
batang atau sulur pada jenis tumbuhan bersulur.
Gravitropisme
adalah gerak pertumbuhan ke arah atau menjauhi tarikan gravitasi
bumi, di mana gerak ke arah gravitasi bumi disebut gravitropisme positif,
sedangkan gerakan pertumbuhan menjauhi gravitasi bumi disebut gravitropisme
negatif. Akar biasanya bersifat
gravitropik positif. Akar primer umumnya lebih tegak dibandingkan dengan akar
sekunder yang kadang tumbuh membentuk sudut hampir mendatar. Akar tersier dan
akar tingkat berikutnya tidak bersifat gravitropik sama sekali dan tumbuh
dengan arah tak beraturan. Jadi sistem perakaran saat tumbuh berdampingan dapat
menjelajahi tanah lebih luas dibandingkan bila semua akar tumbuh lurus ke
bawah. Salah satu hormon yang
berperan dalam mekanisme gravitropisme adalah hormon auksin, yang
berfungsi untuk pemanjangan sel akar, di mana distribusi auksin pada sel akar
diatur oleh gen-gen
tertentu pada tumbuhan.
Batang dan tangkai bunga biasanya bersifat gravitropil negatif, namun
responsnya sangat beragam. Batang utama atau batang pohon bisanya tumbuh 180o
dari pusat gravitasi bumi, sedangkan cabang, tangkai daun, rimpang,
dan stolon
biasanya lebih mendatar.
Gravitropisme
mempunyai fungsi memastikan akar tumbuh ke dalam tanah dan tunas menghadap
cahaya matahari. Gravitropisme dibagi menjadi 2 yaitu gravitropisme positif dan
gravitropisme negatif. Gravitropisme misalnya Misalnya: gerak pertumbuhan akar.
Sedangkan gravitropisme Misalnya: gerak pertumbuhan batang.
Thigmotropism
adalah gerakan di mana suatu organisme bergerak atau tumbuh dalam menanggapi untuk menyentuh atau hubungi rangsangan. Biasanya thigmotropism
terjadi ketika tanaman tumbuh di sekitar permukaan, seperti dinding, pot, atau teralis. Climbing tanaman, seperti anggur, mengembangkan sulur yang melilit mendukung
objek. Sel menyentuh
menghasilkan auksin dan transportasi ke sel tersentuh. Beberapa sel tersentuh maka akan
memanjang lebih cepat sehingga tikungan pertumbuhan sel di sekitar objek. Beberapa bibit juga menghambat respon
triple, disebabkan oleh pulsa etilena yang
menyebabkan batang menebal
(tumbuh lebih lambat dan lebih kuat) dan kurva untuk
mulai tumbuh horizontal.
Fotoperiodisme
berasal dari kata fotoperiode yaitu panjang relatif siang dan malam. Respon
beberapa tumbuhan terhadap fotoperiodisme maka tumbuhan dibedakan menjadi
beberpa. Tumbuhan hari panjang yaitu tumbuhan yang dapat berbunga apabila waktu
siang hari lebih panjang yakni sekitaar 16 jam. Tumbuhan hari pendek yaitu
tumbuhan yang dapat berbunga apabila waktu siang lebih pendek contohnya
Chrysantemum. Tumbuhan hari netral yaitu tumbuhan yang dapat berbunga dan tidak
terpengaru oleh panjamg pendek siang hari. Tumbuhan panjang malam kritis yaitu
tumbuhan yang memerlukan paling tidak 8 jam kegelapan secara terus menerus
untuk berbunga contohnya Cocklebur.
Secara struktur kimia, bagian sensor fitokrom adalah suatu kromofor
dari kelompok bilin (jadi disebut fitokromobilin),
yang masih sekeluarga dengan klorofil atau hemoglobin (kesemuanya memiliki kerangka heme). Kromofor ini
dilindungi atau diikat oleh apoprotein, yang juga
berpengaruh terhadap kinerja bagian sensor. Kromofor dan apoprotein inilah yang
bersama-sama disebut sebagai fitokrom. Fitokrom mempunyai fungsi memberitahukan
pada tumbuhan apakah ada cahaya atau tidak, memberikan informasi pada tumbuhan
mengenai kualitas cahaya.
Respon
tumbuhan terhadap cekaman lingkungan terbagi dalam beberapa respon, yang
pertama respon terhadap kekurangan air. Beberapa atau bahkan semua tumbuhan
jika sedang mengalami krisis air atau kekurangan air tanaman akan mencari cara
untuk mempertahankan hidupnya walaupun dengan kekurangan air. Cara yang
digunakan yaitu tanaman mengurangi laju transpirasi, mengurangi fotosintesis,
menggugurkan daunnya.
Yang
kedua respons terhadap kekurangan O2, misalnya tumbuhan yang ada
dirawa memiliki respons terhadap kekurangan pasokan O2 yaitu dengan akar udara, pembentukan saluran
udara yang menyediakan O2 pada akar terendam.
Yang
ketiga respon terhadap cekaman garam dan responnya yaitu tumbuhan menghasilkan
zat terlarut kompatibel yaitu senyawa organik yang menjaga potensial air sel
lebih negatif dibandingkan dengan potensial air larutan tanah.
Yang
keempat respon terhadap cakram panas. Responnya yaitu tumbuhan mensintesis
protein khusus yaitu heat shock protein atau protein kejut panas.
Yang
kelima respon terhadap cekaman dingin dimana responnya yaitu tanaman mengubah
komposisi lipid membran. Contohnya meningkatkan proporsi asam lemak tak jenuh
yang mempunyai struktur mampu menjaga membran tetap cair pada suhu lebih rendah
deengan cara menghambat pembentukan kristal.
Yang
keenam respon terhadap cahaya. Cahaya merupakan salah satu kunci penentu dalam
proses metabolisme dan fotosintesis tanaman. Cahaya dibutuhkan oleh tanaman
mulai dari proses perkecambahan biji sampai tanaman dewasa. Respon tanaman
terhadap cahaya berbeda-beda antara jenis satu dengan jenis lainnya. Ada
tanaman yang tahan (mampu tumbuh) dalam kondisi cahaya yang terbatas atau
sering disebut tanaman toleran dan ada tanaman yang tidak mampu tumbuh dalam
kondisi cahaya terbatas atau tanaman intoleran. Kedua kondisi cahaya tersebut
memberikan respon yang berbeda-beda terhadap tanaman, baik secara anatomis
maupun secara morfologis. Tanaman yang tahan dalam kondisi cahaya terbatas
secara umum mempunyai ciri morfologis yaitu daun lebar dan tipis, sedangkan
pada tanaman yang intoleran akan mempunyai ciri morfologis daun kecil dan
tebal. Dan responya yaitu meningkatkan luas daun sebagai upaya mengurangi
penggunaan metabolit; contohnya perluasan daun ini menggunakan metabolit yang
dialokasikan untuk pertumbuhan akar, mengurangi jumlah cahaya yang
ditransmisikan dan direfleksikan. Pada tanaman jagung respon ketika intensitas
cahaya berlebihan berupa penggulungan helaian daun untuk memperkecil aktivitas
transpirasi. Proses hilangnya air dalam bentuk uap air dari jaringan hidup
tanaman yang terletak di atas permukaan tanah melewati stomata, lubang
kutikula, dan lentisel secara fisiologis mulia berkurang.
- FOTOSINTESIS
Suatu
tanaman yang mempunyai pigmen hijau daun atau yang biasanya disebut dengan
klorofil umumnya dapat memproduksi makananya sendiri yaitu melalui proses yang
disebut dengan proses fotosintesis yaitu suatu proses biokimia pembentukan zat
makanan karbohidrat
yang dilakukan oleh tumbuhan,
terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil. Selain tumbuhan
berklorofil, makhluk hidup non-klorofil lain yang berfotosintesis adalah alga dan beberapa jenis bakteri. Organisme ini
berfotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbon
dioksida, dan air
serta bantuan energi cahaya matahari.[1]Bagian
dari daun yang sangat berperan dalam proses fotosintesis adalah kloroplast yang
terdapat dalam lapisan mesofil daun atau jaringan bunga karang dan jaringan
pagar. Kloroplas tersebut mengandung pigmen yang disebut dengan klorofil atau
pigmen hijau daun yang mempunyai funsi untuk menangkap cahaya yang dapat
digunakan dalam proses fotosintesis dan juga sebagai pemberi warna hijau pada
tumbuhan. Ada tiga warna yang diserap oleh klorofil yaitu warna violet, warna
merah, dan warna biru. Namun dari warna tersebut sebagian diserap dan yang lain
dipantulkan sehingga terbentuk warna hijau. Dan bagian klorofil yang benar –
benar menangkap cahaya adalah pigmen. Pigmen dibagi menjadi tiga yaitu klorofil
a yang dapat menangkap warna biru hijau yang cahayanya dapat langsung digunakan
tumbuhan untuk proses fotosintesis,
klorofil b yang dapat menangkap warna kuning hijau yang cahayanya tidak dapat
digunakan secara langsung untuk proses fotosintesis, karotenoid yang dapat
menangkap warna kuning jingga. Karotenoid mempunyai fungsi menangkap cahaya
yang berlebih karena cahaya yang berlebih dapat merusak klorofil.
Fotosintesis
adalah suatu proses biokimia
pembentukan zat makanan karbohidrat
yang dilakukan oleh tumbuhan,
terutama tumbuhan yang mengandung zat hijau daun atau klorofil. Selain tumbuhan
berklorofil, makhluk hidup non-klorofil lain yang berfotosintesis adalah alga dan beberapa jenis bakteri. Organisme ini
berfotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbon
dioksida, dan air
serta bantuan energi cahaya matahari.
Reaksi dari fosintesis yaitu
6CO2 + 2H2O
+ energi cahaya C6H12O6
+ 6O2 + 6H2O
Proses
tersebut juga merupakan asimilasi karbon karena karbon bebas dari CO2 diikat
(difiksasi) menjadi gula dan organisme lain yang tidak mempunyai pigmen
fotosintesis mempunyai cara lain dalam mengasimilasi karbon yaitu melalui
proses kemosintesis dengan bahan kimia.
Reaksi
terang dalam fotosintesis melibatkan 2 fotosistem yaitu fotosistem I dan II.
Fotosistem I (P700) merupakan fotosistem yang optimal menyerap cahaya pada
panjang gelombang 700 nm atau warna merah. Sedangkan fotosistem II (P680)
merupakan fotosistem yang optimal menyerap cahaya pada panjang gelombang 680 nm
atau warna biru. Dan reaksinya dimulai dari fotsistem II yang berakhir pada
fotosistem I. Dimana urutannya yaitu pertama Fotosistem II menyerap cahaya,
elektron dieksitasi (dikeluarkan) ke tingkat energi yang lebih tinggi kemudian
ditangkap oleh akseptor elektron primer atau sitokrom Q. Reaksi ini menguraikan
molekul air menjadi H+ dan O2. Hal tersebut merupakan
langkah penguraian air pada proses fotosintesis. Yang kedua rantai transpor
elektron (RTE) versi kloroplas, serupa dengan respirasi seluler. RTE kloroplas
terdiri atas plastoquinon (berfungsi membawa elektron) yaitu suatu kompleks
yang terdiri atas 2 sitokrom B dan F serta protein yang mengandung tembaga
plastosisanin (Pc) yang menghasilkan ATP. Yang ketiga elektron masuk ke P700
atau fotosistem I. Akseptor (penerima) elektron primer pada fotosistem I
(sitokrom X) melewatkan elektron ke RTE kedua melalui ferodoksin (Fd) (protein
yang mengandung besi) dan reaksi ini menghasilkan NADPH. Dan reaksi terang ini
terjadi di dalam tilakoid.
Sedangkan
reaksi gelap terjadi pada stroma melalui 2 jalur yaitu siklus Calvin – Benson
dan siklus Hatch – Slack. Siklus Calvin – Benson terjadi pada tanaman C3 contohnya
gandum, kentang, kacang – kacangan dan sebagainya sedangkan siklus Hatch –
Slack terjadi pada tumbuhan C4 contohnya tebu, jagung, dan famili rumput.
Mekanisme siklus Calvin-Benson dimulai dengan fiksasi CO2 oleh
ribulosa difosfat karboksilase (RuBP) membentuk 3-fosfogliserat. RuBP merupakan
enzim alosetrik yang distimulasi oleh tiga jenis perubahan yang dihasilkan dari
pencahayaan kloroplas. Pertama, reaksi dari enzim ini distimulasi oleh peningkatan
pH. Jika kloroplas diberi cahaya, ion H+ ditranspor dari stroma
ke dalam tilakoid
menghasilkan peningkatan pH stroma yang menstimulasi enzim karboksilase,
terletak di permukaan luar membran tilakoid. Kedua, reaksi ini distimulasi oleh
Mg2+, yang memasuki stroma daun sebagai ion H+, jika
kloroplas diberi cahaya. Ketiga, reaksi ini distimulasi oleh NADPH, yang
dihasilkan oleh fotosistem I selama pemberian cahaya. Siklus
Calvin – Benson dibagi menjadi tiga tahapan yaitu yang pertama fiksasi karbon. CO2
menautkan pada gula berkarbon 5 atau ribulosa bifosfat (RuBP) kemudian enzim
yang mengkatalis atau membantu pertautan CO2 ke RuBP yaitu rubisco.
Hasil dari pertautan atau katalisis CO2 ke RuBP oleh rubisco adalah
3 – Phosphoglycerate. Fiksasi Rubisco menjadi 3 – Phosphoglycerat butuh 6 ATP.
Selanjutnya fase ke dua yaitu Reduksi. 3 – Phosphoglycerate menerima gugus
fosfat baru dari ATP 1,3 – Biphosphoglycerate. Energi berupa 6 NADPH. Elektron
yang disumbangkan NADPH menghasilkan mereduksi 1,3 – Biphosphoglycerate
menghasilkan glyceraldehyde – 3 – phosphate (G3P). G3P yang dihasilkan sebanyak
6 buah, 1 keluar berupa glukosa dan unur organik lain yang berjumlah 5 masuk ke
fase ke 3. Fase ke tiga yaitu Rgenerasi
akseptor CO2. 5 G3P disusun ulang atau diregenerasi jadi 3 molekul
RuBP. Energinya 3 ATP. Dan kesluruhan ATP yang diperlukan pada siklus Calvin –
Benson yaitu pada fiksasi karbon sebanyak 6 ATP, pada reduksi sebanyak 6 NADPH
dan pada regenerasi akseptor CO2 sebanyak 3 ATP. Sehingga totalnya
adalah 9 ATP + 6 NADPH.
Sedangkan
siklus Hatch – Slack yang terjadi pada tanaman C4 seperti temu, jagung dan jenis
famili rumput mempunyai tahapan yaitu penambahan CO2 pada
phosphoenol pyruvat (PEP) membentuk Oxaloacetate kemudian Oxaloacetate di
Dehydrogenase menjadi malat. Malat menyalurkan CO2 kedalam seludang
berkas pembuluh. Dari sel seludang berkas pembuluh dilepas dan kemudian masuk
ke siklus Calvin – Benson.
Dan
tumbuhan CAM atau Crassulacean Acid Metabolism merupakan tumbuhan misalnya
tanaman nanas, buah naga dan sejenisnya memiliki siklus fotosintesis yang
berbeda dengan tumbuhan lain. Tahapannya yaitu penambahan CO2 pada
phosphoenol pyruvat (PEP) membentuk Oxaloacetate kemudian Oxaloacetate di
Dehydrogenase menjadi malat. Kemudian malat disimpan di dalam vakuola kemudian
saat siang hari atau saat ada cahaya matahari baru kemudian baru malat keluar
dari vakuola masuk ke siklus Calvin – Benson.
Fotorespirasi merupakan respirasi pada tumbuhan yang dibangkitkan oleh
penerimaan cahaya oleh daun. Fotorespirasi
adalah sejenis respirasi pada tumbuhan yang dibangkitkan oleh penerimaan cahaya yang
diterima oleh daun.
Diketahui pula bahwa kebutuhan energi dan ketersediaan oksigen
dalam sel juga memengaruhi fotorespirasi. Walaupun
menyerupai respirasi (pernapasan) biasa, yaitu proses oksidasi
yang melibatkan oksigen, mekanisme respirasi karena rangsangan cahaya ini agak
berbeda dan dianggap sebagai proses fisiologi tersendiri.
Fotorespirasi ini hanya terjadi pada tanaman C3. Fotorespirasi tersebut juga
melibatkan enzim Rubisco. Fotosintesis dan fotorespirasi memerlukan substrat
yang sama yaitu RuBP (ribulosa bifosfat). Fotorespirasi merupakan suatu bentuk
penyia – nyiaan energi. Untuk menekan fotorespirasi, tumbuhan C4 mengembangkan
strategi ruang dengan memisahkan jaringan yang melakukan reaksi terang dan
gelap. Proses yang disebut juga "asimilasi cahaya oksidatif" ini
terjadi pada sel-sel mesofil daun dan diketahui merupakan gejala umum pada tumbuhan C3, seperti kedelai
dan padi.
Lebih jauh, proses ini hanya terjadi pada stroma dari kloroplas,
dan didukung oleh peroksisom dan mitokondria.
Secara biokimia, proses fotorespirasi merupakan cabang dari jalur glikolat. Enzim utama yang terlibat
adalah enzim yang sama dalam proses reaksi gelap fotosintesis,
Rubisco
(ribulosa-bifosfat karboksilase-oksigenase). Rubisco memiliki dua sisi aktif:
sisi karboksilase yang aktif pada fotosintesis dan sisi oksigenase yang aktif
pada fotorespirasi. Kedua proses yang terjadi pada stroma ini juga memerlukan
substrat
yang sama, ribulosa bifosfat (RuBP),
dan juga dipengaruhi secara positif oleh konsentrasi ion Magnesium
dan derajat keasaman (pH) sel. Dengan demikian
fotorespirasi menjadi pesaing bagi fotosintesis, suatu kondisi yang tidak
disukai kalangan pertanian, karena mengurangi akumulasi energi. Jika kadar CO2
dalam sel rendah (misalnya karena meningkatnya penyinaran dan suhu sehingga
laju produksi oksigen sangat tinggi dan stomata menutup), RuBP
akan dipecah oleh Rubisco menjadi P-glikolat dan P-gliserat (dengan melibatkan satu molekul
air menjadi glikolat dan P-OH).
P-gliserat (P dibaca "fosfo") akan didefosforilasi oleh ADP sehingga
membentuk ATP.
P-glikolat memasuki proses agak rumit menuju peroksisoma, lalu mitokondria,
lalu kembali ke peroksisoma untuk diubah menjadi serin, lalu gliserat.
Gliserat masuk kembali ke kloroplas untuk diproses secara normal oleh siklus Calvin menjadi gliseraldehid-3-fosfat
(G3P).