PROSES FOTOSINTESIS

Tumbuhan hijau yang mempunyai klorofil akan membuat makanannya sendiri. Tumbuhan-tumbuhan ini biasa disebut tumbuhan autotrof. Proses pembuatan makanan oleh tumbuhan dibantu dengan cahaya matahari disebut dengan fotosintesis. Proses Fotosintesis adalah proses penyusunan senyawa organik karbohidrat dengan bantuan cahaya matahari.

PROSES FOTOSINTESIS

Fotosintesis  berasal dari bahasa Yunani dengan 2 kata yaitu Foto dan Sintesis. Foto artinya Cahaya dan Sintesis artinya penggabungan. Jadi Foto sintesis 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 melakukan proses fotosintesis dengan menggunakan zat hara, karbon dioksida, dan air serta bantuan energi cahaya matahari.  Selanjutnya >>>

Tentang Fotosintesis :

  1. Pengertian dan Definisi Fotosintesis
  2. Faktor Lingkungan yang Mempengaruhi Fotosintesis
  3. Reaksi-reaksi pada Fotosintesis ( Fotosistem I dan II )
  4. Pengaruh Cahaya Terhadap Pertumbuhan Tanaman
  5. Pengaruh Cahaya Terhadap Diameter dan Tinggi Tanaman
  6. Pengaruh Cahaya Terhadap Ketebalan dan Luas Daun
  7. Pengaruh Cahaya Terhadap Jumlah Klorofil Daun
  8. Pengaruh Cahaya Terhadap Transpirasi

PROSES PROSES YANG MENGONTROL BERBAGAI TINGKAT PERTUMBUHAN

Perbedaan proses-proses fisiologi sangat penting pada berbagai tingkatan pertumbuhan.  Sebagai contoh, kondisi sangat cocok untuk perkecambahan (misalnya Agathis sp) sehingga dibawah tegakan Agathis sp terdapat banyak sekali semai.  Tetapi kondisi tersebut tidak sesuai untuk pertumbuhan lebih lanjut semai tersebut dan mereka mati setelah satu, dua atau beberapa tahun kemudian.  Kondisi iklim dan tanah suatu daerah mungkin cocok untuk pembungaan/pembuahan.  Oleh karena itu meskipun tanaman tersebut tumbuh baik pada waktu mudanya, tapi ia gagal dalam proses pembungaan/pembuahan.

Hubungan antara proses-proses yang penting terjadi dalam tubuh pohon dan faktor-faktor lingkungan yang mendukungnya pada berbagai tingkatan pertumbuhan dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel. 1. Proses dan faktor-faktor lingkungan yang penting pada berbagai tingkat pertumbuhan.

No

Tingkat Pertumbuhan

Proses-Proses dan Kondisi

Faktor Lingkungan Terpenting

1

Perkecambahan

Absorpsi Air Pencernaan RespirasiAsimilasi Temperatur Air oksigen

2

Pertumbuhan Semai

Fotosintesis Asimilasi Keseimbangan Air Cahaya Air TemperaturNutrisi

3

Pertumbuhan Vegetatif

Fotosintesis Respirasi AsimilasiTranslokasiKeseimbangan Air CahayaAirNutrisiTemperatur

4

Reproduksi

Fotosintesis C/N  ”balance” Kesiapan BerbungaPrimodia BungaAkumulasi Makanan Cahaya Nutrisi Temperatur

5

Menua

(Senescence)

Tak diketahui (mungkin hubungan – hormon, translokasi, keseimbangan fotosintesis vs respirasi) Air Nutrisi Hama/Penyakit

Sumber : Kramer and Kozlowski, 1979

 

APLIKASI KONSEP KLEB

Suatu bastar tumbuh lebih cepat daripada induknya, padahal mereka hidup dalam lingkungan yang sama. Hal ini disebabkan oleh kombinasi gen yang baru dapat menghasilkan keseimbangan proses-proses fisiologis yang lebih efisien, sehingga dapat menghasilkan makanan yang lebih banyak dan dikonversikan ke dalam jaringan pohon.

Kecepatan fotosintesis per satuan luas daun dapat bertambah karena bertambahnya kandungan klorofil, atau karena perubahan structural yang mengakibatkan penambahan pengambilan karbondioksida atau pembukaan daun terhadap cahaya.  System perakaran yang lebih ekstensif atau lapisan kulit lebih tebal dapat memelihara turgiditas yang tinggi dalam pohon yang pada gilirannya akan menguntungkan fotosintesis dan juga pembesaran sel.

Misalnya sebatang pohon pinus menghasilkan getah yang lebih banyak daripada pohon-pohon disekitarnya (artinya pada lingkungan yang sama), ini mungkin disebabkan oleh perbedaan gen yang lebih cepat memproses makanan dirubah menjadi getah.  Kemungkinan yang lain adalah perbedaan structural yang memungkinkan mempercepat aliran getah.

Bila suatu spesies memperlihatkan ketahanan yang lebih besar terhadap suhu yang rendah atau terhadap kekeringan atau toleransi yang lebih besar terhadap bayangan dibanding spesies lain, ini disebabkan karena secara genetik menghasilkan struktur dan proses yang berbeda dan sebagai akibatnya lebih tahann terhadap keadaan lingkungan yang kurang menguntungkan.  Meski perubahan kecepatan pertumbuhan dapat dihubungkan dengan modifikasi structural, tetapi pada dasarnya bergantung pada perubahan proses.  Karena itu proses mengontrol struktur meski mereka juga dimodifikasi oleh perubahan struktur.

Keadaan lingkungan yang tidak menguntungkan mengurangi pertumbuhan pohon sebab mereka mengganggu berbagai proses fisiologis yang penting.  Sebagai contoh;  kekurangan air mengurangi pertumbuhan sebab penutupan stomata, mengurangi fotosintesis, kehhilangan turgiditas, penghentian pembesaran sel, dan lain-lain kondisi yang tidak menguntungkan di dalam pohon.

Kekurangan  nitrogen mengurangi pertumbuhan sebab nitrogen adalah unsure pokok protein yang diperlukan untuk pembentukan protoplasma baru, enzim-enzim, dan subtansi lain yang penting.  Fosfor, natrium, kalsium, belerang dan unsur-unsur mineral lainnya penting sebab fungsinya sebagai penyusun berbagai senyawa yang penting seperti koenzim, sistem “buffer”, dan sistem biokimia lain yang penting untuk dapat berlangsung berbagai  proses fisiologis.

Serangan serangga dan fungi hanya mengurangi pertumbuhan atau menyebabkan kematian bila serangan tersebut mengganggu satu atau lebih proses fiisiologis.  Pengguguran daun tidak langsung mengurangi pertumbuhan tetapi mengurangi fotosintesis yang akhirnya juga mengurangi pertumbuhan.

Bila floem diserang, kerusakan pada pohon disebabkan karena menurunnya translokasi makanan ke akar, dan kerusakan sistem akar ini merugikan bagi pohon sebab ia mengurangi absorpsi air dan nutrisi dari tanah.

PROSES-PROSES FISIOLOGI DAN PERTUMBUHAN

Pengukuran proses-proses fisiologi, seperti; fotosintesis, respirasi, dan transpirasi tidak begitu dihiraukan dalam praktek kehutanan, tetapi untuk menumbuhkan pohon secara efisien perlu diketahui bagaimana pohon tumbuh dan bagaimana dia bereaksi dengan berbagai faktor linkungan dan perlakuan yang dialaminya.  Pertumbuhan merupakan hasil akhir interaksi dari berbagai proses fisiologis, dan untuk mengetahui mengapa pertumbuhan pohon berbeda pada berbagai variasi keadaan lingkungan dan perlakuan, diperlukan pengertian bagaimana proses fisiologis dipengaruhi oleh lingkungan.

Selain faktor-faktor lingkungan, pertumbuhan juga dipengaruhi oleh faktor-faktor genetik yang diturunkan. Tetapi bagaimana pengaruh dari kedua faktor tersebut berinteraksi, perlu dikai lebih lanjut.  Untuk mengatakan bahwa bayangan atau kekeringan mengurangi pertumbuhan atau kombinasi gen baru dapat mempercepat pertumbuhan, belumlah dapat diterangkan secara tuntas.  Bagaimana interaksi antara faktor genetik dan lingkungan, melalui proses fisiologis internal dan kondisi pohon, mengontrol kwantita dan kualitas pertumbuhan ditunjukan oleh Kleb yang terkenal dengan konsep Kleb (1913-1981).

 

 

 

ARTI DAN PERANAN FISIOLOGI POHON

Seorang fisiolog memandang sebatang pohon sebagai suatu pabrik biokimia yang kompleks, yang dimulai dari biji. Dia memperhatikan tingkah laku proses-proses yang disebut “pertumbuhan” terjadi.

Dari satu hektar hutan dapat dihasilkan beratus kilogram biomass tiap tahun dari bahan mentah yang sederhana ; air, karbon dioksida, dan beberapa kilogram nitrogen dan garam-garam mineral. Keberhasilan pohon tersebut memproduksi biomas tergantung terutama pada efesiensinya untuk membuat karbohidrat secara fotosintesis dan kemampuan untuk mengubah karbohidrat sederhana ini ke dalam jaringan-jaringan.  Perubahan ini termasuk translokasi (pengangkutan) produk fotosintesis ke bagian bagian tanaman, konversinya ke subtansi-subtansi lain, misalnya protein dan lemak dan penggunaannya untuk asimilasi dan respirasi.

Objek umum fisiologi pohon adalah menerangkan bagaimana pohon tumbuh di pandang dari proses-proses di dalam pohon dan kondisi yang mengontrol  pertumbuhan.  Karena itu seorang fisiolog terutama tertarik untuk mempelajari bagaimana pohon itu tumbuh. Tetapi untuk seorang silvikulturis menaruh perhatian penting bagaimana cara menumbuhkan pohon secara lebih efisien.

PERGERAKAN HARA DI DALAM TUBUH TANAMAN (PENYERAPAN UNSUR HARA)

Bentuk akar yang bulat panjang seperti benang ternyata paling penting bagi penyerapan air dan unsur hara yang terlarut dalam larutan tanah. Selain akar yang berbentuk benang, Rambut Akar juga ikut menyerap ion dan air. Pergerakan air dan unsur hara yang terlarut di dalamnya ke bagian muda akar berhubungan dengan lintasan Apoplas dan Simplas.

Lintasan apoplas terutama mengikutsertakan difusi dan aliran masa air dari sel ke sel melalui ruang di antara polisakarida dinding sel. Diyakini bahwa lintasan apoplas selalu berlanjut dari rambut akar atau sel epidermis lain ke endodermis. Pita Caspary endodermis yang kedap air memaksa semua bahan masuk ke sel endodermis melintasi membrane plasma. Artinya bahwa membrane plasma sel endodermis merupakan batas akhir bagi akar untuk mengendalikan masuknya unsur hara terlarut.

Lintasan simplas dari sel rambut akar ke endodermis dan melintas sepanjang endodermis itu ke sel xylem mati yang tak bermembran plasma. Tapi, akar sebagian besar angiosperma memiliki pita Caspary lain di hypodermis, yang disebut eksodermis. Pita ini berkembang dan menjadi dewasa di daerah yang lebih jauh dari ujung akar (sampai 12 cm), tidak seperti pita serupa di endodermis, sehingga pita itu terletak di daerah akar primer yang agak tua, tapi yang belum kehilangan sel luarnya. Eksodermis ini membatasi pergerakan zat warna dan ion sulfat menuju korteks, sehingga keberadaannya merupakan titik kendali penting yang mendorong zat terlarut luar terserap oleh membran plasma tertentu di sel eksodermis. Setelah berada di dalam sitosol eksodermis, ion dapat bergerak menuju xylem dari sel ke sel melalui lintasan simplas.

Ion yang diserap oleh sel epidermis dan bergerak menuju xylem melalui jalur simplas haruslah menembus epidermis, eksodermis, beberapa sel korteks, endodermis dan akhirnya perisiklus. Tiap pergerakan dari sel hidup yang satu ke sel yang lain dapat meliputi pengangkutan langsung yang menembus kedua dinding primer, lamela tengah diantaranya, serta kedua membram plasma dari sel yang berdampingan. Atau ion dapat bergerak melalui plasmodesmata berbentuk tabung yang menembus dinding sel yang bersebelahan dan lamela tengah di antaranya pada hampir semua sel tumbuhan hidup.

PERGERAKAN UNSUR HARA DARI LARUTAN TANAH KE AKAR

Ada 3 cara pergerakan unsur hara dari larutan tanah ke akar, yaitu :

1. Intersepsi (Penyerapan) Akar

2. Aliran Masa (mass flow)

3. Difusi

 

INTERSEPSI AKAR

Pada waktu akar tanaman tumbuh, maka akar memasuki ruangan yang ditempati oleh unsur hara dan terjadi kontak yang sangat dekat sehingga terjadi pertukaran ion pada permukaan akar dan permukaan kompleks adsorpsi.

ALIRAN MASSA

Gerakan/aliran air bersama dengan elektrolit terlarut melalui tanah. Gerakan masal ini terjadi karena adanya perbedaan potensial karena hujan, pengairan, atau serapan air oleh akar.

DIFUSI

Difusi gerakan ion yang terjadi karena adanya gradien  difusi/adanya perbedaan kegiatan ion. Pertukaran kontak dan aliran massa merupakan mekanisme penyumbang populasi ion didaerah perakaran mekanisme difusi adalah untuk ion H2PO4– dan K+

Aliran massa (massflow) dan diffusi merupakan dua proses yang menyebarkan bahan terlarut dalam profil tanah seperti pupuk dan pestisida. Kata diffusi berarti suatu penyebaran yang disebabkan oleh pergerakan panas secara acak, sebagai gerak Brown dari partikel koloid (Wild, 1981). Dalam hal ini perpindahan terjadi oleh adanya perbedaan konsentrasi larutan pada dua tempat yang berjarak tertentu dimana pergerakan terjadi dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi yang rendah. Aliran massa atau aliran konveksi berbeda dengan difusi kerena pergerakannya terjadi oleh adanya perpindahan air atau gas (Hillel, 1980).

Proses aliran massa dan difusi terjadi oleh sifat-sifat fisika yang berbeda dan arah geraknya berbeda. Aliran massa suatu zat dalam larutan tanah akan bergerak dari daerah yang berair ke daerah yang kering. Sedangkan difusi justru berlawanan, yaitu dari daerah yang berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah (daerah yang banyak air). Walaupun prosesnya berbeda tetapi di dalam tanah berlangsung secara simultan atau bersama-sama (Wild, 1981).

Kedua proses pergerakan, baik difusi maupun aliran massa, sangat penting dalam memindahkan unsur hara dari suatu tempat ke dekat permukaan akar, agar dapat diserap oleh akar tanaman. Hal ini terjadi bagi unsur hara P, K, Ca, Mg, S dan sebagainya; tetapi bagi unsur hara N, terutama NO3- , justru pergerakan tersebut bukan saja berperan memindahkan ke dekat akar tetapi dalam pengangkutan yang menjauhi akar atau biasa dikenal sebagai tercuci/terlindi (Nkrumah, Griffith, Ahmad dan Gumbs, 1989).

METODE UNTUK MENGETAHUI STATUS HARA TANAMAN

  1. Analisis Abu/Unsur dalam Bahan Kering Tumbuhan. Bagian tumbuhan yang baru dipanen dipanaskan dengan suhu 1000C selama 1 atau 2 hari, maka seluruh air  dalam bagian tumbuhan tersebut akan menguap. Bahan kering yang tinggal adalah Polisakarida dan Lignin di dinding sel; dan Protein, Lipid, asam Amino, asam organic dan ion kalium di sitoplasma. Setelah itu dimasukkan ke tungku dengan suhu 6000C selama beberapa jam sampai yang tinggal adalah Abu berwarna keputihan. Abu ini adalah zat anorganik sebanyak 1% dari berat kering tumbuhan, namun Nitrogen sudah menguap ketika dipanaskan dalam tungku tadi. Lalu abunya dianalisis ternyata mengandung kira-kira 60 unsur hara.
  2. Penanaman di : a. Air (hidroponik/biakan larutan, seperti larutan Sach, Knop Tottingham, dll). Caranya :  1. Stek ditanam dalam botol Erlenmeyer yang diisi larutan. 2. Stek ke-2 dimasukkan dalam botol Erlenmeyer lain yang diisi air. 3. Kemudian hasil pertumbuhan ke-2nya dibandingkan. b. Pasir (prosesnya sama dengan pada air, namun air diganti dengan pasir).
  3. Uji Cepat tanaman (Uji cepat Nitrogen, Fosfor dan Kalium)

JUMLAH KEBUTUHAN UNSUR HARA

Berdasarkan jumlah yang diperlukan tanaman, Unsur hara dibagi menjadi dua golongan, yakni unsur hara makro dan unsur hara mikro. Unsur hara makro adalah unsur hara yang diperlukan dalam jumlah banyak (konsentrasi 1000 mg/kg bahan kering). Unsur hara mikro adalah unsur hara yang diperlukan dalam jumlah sedikit (konsentrasi kurang dari atau sama dengan 100 mg/kg bahan kering). Unsur hara makro dibutuhkan tanaman dan terdapat dalam jumlah yang lebih besar, dibandingkan dengan unsur hara mikro. Davidescu (1988) mengusulkan bahwa batas perbedaan unsur hara makro dan mikro adalah 0,02 % dan bila kurang disebut unsur hara mikro. Ada juga unsur hara yang tidak mempunyai fungsi pada tanaman, tetapi kadarnya cukup tinggi dalam tanaman dan tanaman yang hidup pada suatu tanah tertentu selalu mengandung unsur hara tersebut misalnya unsur hara Al (Almunium), Ni (Nikel) dan Fe (Besi). Unsur hara C diperlukan dalam jumlah 43,6%, O sebanyak 44,4% dan H sebanyak 6,2%.

Berdasarkan sumber penyerapannya, unsur hara dipilahkan menjadi dua, yakni unsur hara yang diserap dari udara dan unsur hara yang diserap dari tanah.

  • Diserap dari Udara

Unsur hara yang diserap dari udara adalah C, O, dan S, yaitu berasal dari CO2, O2, dan SO2, Penyerapan N baik dari udara maupun dari tanah diasimilasikan dalam proses reduksi dan aminasi. Nitrogen (N) udara diserap dari N2 bebas lewat bakteri bintil akar dan NH3 diserap lewat stomata tanaman.

  •  Diserap dari tanah

Penyerapan unsur hara dilakukan oleh akar tanaman dan diambil dari kompleks jerapan tanah ataupun dari larutan tanah berupa kation dan anion. Adapula yang dapat diserap dalam bentuk khelat yaitu ikatan kation logam dengan senyawa organik. Dewasa ini kebanyakan unsur hara mikro diberikan lewat daun.