FisTum

LAPORAN PRAKTIKUM

DASAR – DASAR FISIOLOGI TUMBUHAN

ACARA V

FOTOSINTESIS

 

Oleh :

                                      

Nama : Aprian Aji Santoso
Nim   : A1L010222

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS PERTANIAN

PURWOKERTO

2011

I.  PENDAHULUAN

            Organisasi dan fungsi suatu sel hidup bergantung pada persediaan energi yang tidak ada berhentinya.  Sumber energi ini tersimpan dalam molekul-molekul organik seperti karbohidrat.  Organisme heterotrof hidup dan tumbuh dengan memasukkan molekul-molekul organik ke dalam sel-selnya. 

            Satu-satunya sumber molekul bahan bakar yang menjadi tempat bergantung seluruh kehidupan ialah fotosintesis.  Organisme yang dapat melakukan proses fotosintesis adalah organisme autotrof seperti tumbuhan dan ganggang hijau.  Yang pada akhirnya ketahanan hidup seluruh kehidupan di bumi ini bergantung pada proses fotosintesis.  Oleh karena itu organisme heterotrof sangat bergantung pada organisme autotrof.

            Fotosintesis merupakan salah satu proses metabolisme yang terjadi di dalam tumbuhan, yaitu proses anabolisme atau biosintesis senyawa organik atau glukosa yang berasal dari senyawa anorganik (H2O dan CO2) dengan menggunakan cahaya sebagai sumber energi.  Pada proses fotosintesis juga akan terbentuk gas oksigen sebagai hasil samping.

            Tujuan praktikum acara fotosintesis ini adalah disamping untuk melengkapi mata kuliah Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan juga untuk :

1.      Mengukur laju fotosintesis secara quantitatif dengan menggunakan alat Leaf Chamber Analyser (LCA 4).

2.      Mengamati hubungan antara intensitas cahaya dengan laju fotosintesis suatu tumbuhan.

II.  TINJAUAN PUSTAKA

            Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti cahaya dan sintesis yang berarti penyusunan.  Fotosintesis adalah peristiwa penyusunan zat organik (gula) dari zat anorganik (air dan karbondioksida) dengan pertolongan energi cahaya matahari.  Karena bahan baku yang digunakan adalah zat karbon (karbondioksida), maka dapat juga disebut asimilasi zat karbon (Syamsuri, 2000).

            Pada dasarnya proses fotosintesis merupakan kebalikan dari pernapasan.  Proses pernapasan bertujuan memecah gula menjadi karbondioksida air dan energi.  Sebaliknya, proses fotosintesis mereaksikan (menggabungkan) karbondioksida dan air menjadi gula dengan menggunakan energi cahaya matahari.  Proses fotosintesis umumnya hanya berlangsung pada tumbuhan berklorofil pada waktu siang hari.  Fotosintesis dapat terjadi pada malam hari asalkan ada sumber cahaya, misal cahaya lampu.  Secara singkat persamaan reaksi fotosintesis yang terjadi di alam dapat dituliskan sebagai berikut (Syamsuri, 2000) :

                                                   Cahaya matahari

6 CO2 + 12 H2O                         C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

                                                          klorofil

            Dalam kehadiran cahaya, fotosintesis dapat terjadi pada sembarang bagian hijau tumbuhan, akan tetapi pada tumbuhan darat yang khusus, hanya daun dengan bagian permukaan yang luas dan kloroplas melimpah yang merupakan pusat utama proses tersebut.  Karbondioksida yang digunakan pada fotosintesis diperoleh dari atmosfer yang biasanya mengandung gas ini sekitar 0,03 % volume.  Karena kutikula relatif kedap gas, maka karbondioksida harus memasuki daun terutama lewat stomata.  Setelah berada di dalam daun, karbondioksida itu berdifusi ke dalam sistem ruang udara antar sel dan larut dalam air yang menjenuhkan dinding sel-sel mesofil.  Karbondioksida ini lalu berdifusi atau bergerak aktif karena aliran protoplasma, melalui air pada sitoplasma memasuki kloroplas.  Dengan kehadiran cahaya terjadilah fotosintesis dalam kloroplas (Loveless, 1991).

            Dalam kloroplas tanaman tingkat tinggi terdapat dua macam klorofil, yaitu klorofil A dan klorofil B.  Klorofil A berwarna hijau kebiru-biruan, sedangkan klorofil B berwarna hijau kekuning-kuningan.  Selain klorofil, di dalam kloroplas terdapat pula pigmen berwarna kuning yaitu karotin dan xantofil.  Hanya sebagian kecil saja dari sinar matahari dapat dimanfaatkan dalam fotosintesis yaitu yang termasuk dalam sinar putih (Darmawan, 1983).

            Sinar putih ini apabila disorotkan melalui sebuah prisma, akan terurai menjadi berbagai warna dengan panjang gelombang yang berkisar antara 400 sampai 750 milimikron.  Warna-warna tersebut diantaranya adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, dan ungu.  Warna sinar matahari yang paling banyak diserap untuk fotosintesis terletak pada daerah biru ungu dan merah jingga, sedangkan kuning dan hijau hanya diserap sedikit (Darmawan, 1983).

            Pada fotosintesis terjadi dua macam reaksi yaitu reaksi terang dan reaksi gelap.  Reaksi terang atau reaksi fotokimia adalah reaksi yang membutuhkan cahaya.  Sedangkan reaksi gelap adalah reaksi kimia yang terjadi secara terus menerus pada keadaan ada atau tanpa cahaya tetapi dipengaruhi oleh suhu (Darmawan, 1983).

            Reaksi terang terdiri dari dua macam reaksi (Darmawan, 1983), yaitu :

1.      Siklis : Pengumpulan dan penyimpanan energi dari matahari.

Cahaya merangsang klorofil yang segera mengirim elektron pada vitamin K dan FMN (Flavin mononukleotida) yang meneruskan lagi ke sitokrom.  Dalam proses ini energi yang dilepaskan dipergunakan untuk merubah ADP menjadi ATP.  Untuk ini dibutuhkan 10.000 kal/ mol.  Kemudian elektron dengan energi rendah tersebut ditangkap kembali oleh klorofil sambil melepaskan sinar merah.  ATP merupakan senyawa berkadar energi tinggi, sedangkan ADP berkadar energi rendah.

2.      Non siklis.

Sinar matahari melalui klorofil meningkatkan taraf energi dari hidrogen.  Taraf energi ini dilepaskan dan ditangkap oleh sitokrom b yang melepaskan energi ke sitokrom f dengan mengubah ADP menjadi ATP.

Sitokrom f ditingkatkan taraf energinya oleh cahaya matahari.  Energi diteruskan pada zat X, yang kemudian melepaskan energi dengan pembentukan NADPH dari NADP.

            Reaksi gelap terjadi dengan penangkapan CO2 dari udara oleh senyawa 5 C untuk kemudian membentuk senyawa 6 C.  Senyawa 6 C ini kemudian pecah menjadi 2 senyawa masing-masing dengan 3 C yang menjadi bahan untuk pembentukan asam amino, lemak, dan sebagainya.  Sekitar 20 % dari senyawa 3 C bergabung menjadi senyawa 6 C yang selanjutnya membentuk gula, pati, selulosa, dan sebagainya, dengan energi yang dilepaskan dari perubahan ATP mrnjadi ADP dan NADPH menjadi NADP.  Sedanglan kira-kira 80 % dari senyawa 3 C bergabung dengan senyawa 2 C dengan energi dari perubahan ATP ke ADP menjadi senyawa 5 C dan seterusnya (Darmawan, 1983).

            Dari proses fotosintesis terdapat faktor-faktor luar yang mempengaruhi proses fotosintesis (Loveless, 1991), yaitu :

1.      Konsentrasi karbondioksida

Dengan intensitas cahaya dan suhu cukup tinggi sehingga tidak menjadi pembatas, ternyata bahwa pada konsentrasi karbondioksida rendah kecepatan fotosintesis hampir sebanding dengan konsentrasi karbondioksida.  Hal ini menyatakan bahwa pada konsentrasi rendah hampir seluruh karbondioksida mengatur kecepatan proses ini.  Jika konsentrasi karbondioksida dinaikkan, peningkatan kecepatan turun dengan cepat, sampai dicapai kecepatan maksimum kira-kira pada konsentrasi 1 , di atas angka ini kecepatan akan konstan pada suatu kisaran lebar dari konsentrasi karbondioksida.

2.      Intensitas cahaya

Dengan konsentrasi karbondioksida dan suhu cukup tinggi sehingga tidak menjadi faktor pembatas, hubungan antara intensitas cahaya dan fotosintesis sama dengan antara konsentrasi karbondioksida dengan fotosintesis.  Hanya pada intensitas cahaya sangat rendah tidak ada fotosintesis yang dapat dideteksi melalui metode baku analisis gas, sebab pada keadaan demikian pertukaran gas pada fotosintesis lebih kecil daripada respirasi.  Di atas titik kompensasi (yaitu pada intensitas cahaya yang pada keadaan itu karbondioksida yang diambil untuk fotosintesis dan dikeluarkan oleh respirsi seimbang benar), maka peningkatan intensitas cahaya pada permulaan akan menyebabkan kenaikan sebanding dengan kecepatan fotosintesis, akan tetapi pada intensitas cahaya sedang peningkatan kecepatan mulai menurun sampai pada intensitas cahaya yang tinggi, kecepatan menjadi konstan.  Pada intensitas cahaya tinggi seperti itu tumbuhan dikatakan jenuh cahaya.

3.      Suhu

Kisaran suhu yang memungkinkan fotosintesis sangat bervariasi pada berbagai tumbuhan, tetapi untuk sebagian besar tumbuhan di daerah tropik kisaran itu kira-kira 5 – 40°C.

4.      Interaksi faktor-faktor luar

Walaupun sudah menjadi aksioma bahwa efek faktor mana pun pada kecepatan proses fisiologis harus diteliti pada keadaan ketika tingkatan faktor terkontrol lain tidak menjadi pembatas penelitian mengenai cara faktor-faktor saling berinteraksi dilakukan dengan mengubah tingkatan berbagai faktor pada waktu yang sama.  Jika interaksi antara dua dari tiga faktor luar terkontrol yang berpengaruh pada fotosintesis diteliti, maka interaksi antara suhu dan cahayalah yang lebih ruwet daripada interaksi lain sebab pola respons terhadap variasi suhu sangat berbeda pada intensitas cahaya rendah dan tinggi.  Jika intensitas cahaya rendah rendah, peningkatan suhu tidak menaikkan kecepatan fotosintesis.  Sebaliknya pada intensitas cahaya lebih tinggi kecepatan fotosintesis naik secara nyata pada pada kenaikan suhu.  Kenyataan bahwa efek suhu itu bergantung pada apakah cahaya juga menjadi pembatas atau tidak, memberi petunjuk penting mengenai mekanisme fotosintesis.

            Sedangkan faktor-faktor dalam yang berpengaruh terhadap proses fotosintesis (Loveless, 1991), yaitu :

1.      Keadaan struktur daun yang memungkinkan resistensi terhadap difusi karbondioksida dari atmosfer ke permukaan kloroplas.

2.      Penimbunan sejumlah besar hasil fotosintesis di dalam kloroplas.

III.  MATERI PRTAKTIKUM

A.    Alat

Leaf Chamber Analyser (LCA 4) yang terdiri dari :

1.      Plant Leaf Chamber (PLC) : tipe broad dan narrow leaf PLC; masing-masing untuk mengukur gas pada daun lebar dan daun sempit.

2.      Leaf Chamber Analyser : alat pengukur dan data logger.

3.      Battery dan battery charger.

4.      Kemikalia : Soda Lime (warna hijau dan berubah menjadi cokelat jika kena CO2 atau H2O dan Drierite (Anhidrous Calsium Sulfat : warna biru dan berubah menjadi pink jika terkena udara basah), juga ada Humidifier (Iron II (Ferrous) Sulphate : FeSO4.7H2O).

5.      SRAM Memory Card dan Internal RAM.

B.     Bahan

1.      Tanaman kedelai

2.      Tanaman jagung

IV.  CARA KERJA

1.      Mengecek baterai, apakah dalam kondisi terisi penuh atau tidak, jika tidak perlu discharge.

2.      Mengecek tabung kemikalia :

a.       Apakah sudah terisi kemikalia yang benar dan belum berubah warna, jika sudah rusak mengisi kembali hingga hampir penuh.

b.      Mengisi tabung soda lime dengan soda lime (warna hijau), drier dengan drierite dan humidifier dengan Iron II (Ferrous) Sulphate (FeSO4.7H2O).  Catatan : untuk menormalkan CO2 dalam tabung gas exchange, mengisi tabung sejauh 1 – 2 cm dari tabung drier dengan “molekuler siever” (crystalline sodium alumino-silicate).

3.      Memasang pipa PLC warna merah pada tempat berwarna merah dan warna hitam pada pasangan yang berwarna hitam serta kabel PLC pada Leaf Chamber Cable connection.

4.      Menghidupkan alat LCA 4 dengan menekan tombol On dan menunggu beberapa menit ( 5 menit) hingga Cref = Can atau C = 0 (warming up).

5.      Setelah warming up kemudian menentukan variabel yang akan diamati dalam hal ini adalah laju fotosintesis dan laju transpirasi dengan mengisi kolom dan mendefinisikan isi kolom sesuai dengan variabel yang diamati (set up logger configuration).

6.      Mendeteksi laju fotosintesis dan laju transpirasi pada daun tanaman kedelai dan kemudian mencatat hasilnya.

V.  HASIL PENGAMATAN

C         : date

D         : CO2 analysis in vpm

E          : CO2 anl, dilution corrected vpm

F          : CO2 differential r-a, in vpm

G         : CO2 reference in vpm

H         : record label text

I           : energy convention factor

J           : H2O analysis as % RH

K         : H2O anl, dilution corrected, %RH

L          : H2O differential a-r, in % RH

M         : H2O reference in % RH

N         : leaf area in cm2

O         : leaf area in cm2

P          : leaf surface temp in oC

Q         : stomatal conductance, mol m-2s-2

R         : P.A.R incident on L.C., umol m-2s-1

S          : P.A.R . at leaf surface, umol m-2s-1

T          : leaf chamber temp in oC

U         : date

V         : photosynthetic rate, umol m-2s-1

VI.  PEMBAHASAN

            Intisari fotosintesis ialah suatu proses pada tumbuhan hijau untuk menyusun senyawa organik dari karbondioksida dan air.  Proses ini hanya akan terjadi jika ada cahaya (karena itu ada awalan foto) dan melalui perantara pigmen hijau klorofil, terletak pada organel sitoplasma tertentu yang disebut kloroplas.  Reaksi keseluruhannya dapat ditulis dalam persamaan sebaagi berikut :

                                                                            klorofil

CO2 + H2O + energi cahaya                         (CH2O)n + O2

Dalam persamaan ini, (CH2O) merupakan rumus umum untuk menyatakan bahwa organik yang pada umumnya (tetapi tidak selalu) berupa pati atau beberapa karbohidrat lain.  Bahan organic yang merupakan hasil penting fotosintesis lebih banyak mengandung energi kimia potensial (yaitu yang dapat diperoleh dengan cara perubahan kimia) daripada karbondioksida dan air yang merupakan bahan dasar pembentuknya.  Perbedaan ini disebabkan adanya energi cahaya yang diserapnya.  Oleh karena itu dalam fotosintesis, energi radiasi cahaya diubah menjadi energi kimia dalam senyawa organik yang stabil semacam karbohidrat itu (Loveless, 1991).

            Dari data pengamatan yang ada, diperoleh data yang menunjukkan laju fotosintesis dan transpirasi yang terjadi dalam daun tanaman kedelai.  Data tersebut diambil dari alat yang bernama Leaf Chamber Analyser (LCA 4).  Kegunaan alat tersebut adalah :

1.      Untuk mengukur radiasi matahari dalam PAR (Photosynthetic Assimilation Rate).

2.      Untuk mengukur laju fotosintesis pada tingkat daun.

3.      Untuk mengukur laju transpirasi pada tingkat daun.

Komponen atau bagian alat LCA 4 adalah :

1.      Plant Leaf Chamber (PLC), yang mempunyai tipe broad dan narrow leaf PLC yang masing-masing digunakan untuk mengukur pertukaran gas pada daun lebar dan sempit.

2.      Leaf Chamber Analyser, yang terdiri dari alat pengukur dan data logger.

3.      Battery dan battery charger.

4.      Kemikalia, yang terdiri dari :

a.       Soda Lime, yang mula-mula berwarna hijau dan lama-lama berubah menjadi cokelat jika kena CO2 atau H2O.

b.      Drierite (Anhidrous Calsium Sulfat), yang mula-mula berwarna biru dan lama-lama berubah menjadi pink jika terkena udara basah.

c.       Humidifier (Iron II/ Ferrous Sulphate atau FeSO4.7H2O).

5.      SRAM Memory Card dan Internal RAM.

Sedangkan bagaimana alat LCA 4 digunakan, sudah dijelaskan dalam bab cara kerja.

            Pada data yang ada, diperoleh hasil laju fotosintesis yang menunjukkan angka yang berubah-ubah.  Hal ini disebabkan karena pada saat pengukuran dengan menggunakan alat LCA 4 sinar matahari terhalang oleh awan sehingga fotosintesisnya tidak maksimal.  Disamping itu masih terdapat faktor penghambat yang lainnya.

            Seperti yang kita ketahui, laju fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa faktor (Darmawan, 1983), yaitu :

1.      Kadar CO2 di udara

Walaupun kadar CO2 di udara dapat dikatakan tetap (sekitar 0,03 %), akan tetapi pada siang hari kadar CO2 di sekitar tanaman menjadi sangat rendah dan hal ini menghambat proses fotosintesis.

2.      Suhu

Apabila intensitas cahaya cukup tinggi, maka makin tinggi suhu, makin tinggi laju fotosintesis.  Akan tetapi apabila intensitas cahaya rendah, maka kenaikan suhu tidak diikuti oleh kenaikan fotosintesis, karena pada keadaan demikian reaksi terang tidak berlangsung cukup.

3.      Cahaya

Ada 3 ciri dari cahaya yang mempengaruhi fotosintesis, yaitu :

a.       Intensitas cahaya

Makin rendah intensitas cahaya, makin rendah laju fotosintesis karena produksi ATP dan NADPH tidak cukup tinggi.  Intensitas cahaya pada siang terik dalam musim kemarau di Indonesia berada sekitar 10.000 kaki lilin (1 kaki lilin = intensitas cahaya dari 1 lilin jarak 1 kaki), tetapi hanya 25 – 30 % yang dipergunakan untuk fotosintesisoleh tanaman.  Pada bagian-bagian teduh bahkan hanya 10 % saja.

b.      Kualitas cahaya

Kualitas cahaya ditentukan oleh proporsi dari warna-warna cahaya seperti merah, kuning, hijau, biru, dan sebagainya.  Klorofil menyerap warna di daerah merah dan biru, yaitu panjang gelombang yang paling banyak digunakn dalam proses fotosintesis.  Sedangkan penyerapan yang terendah adalah warna hijau.  Warna hijau dari daun menunjukkan bahwa sinar hijau banyak dipantulkan.  Oleh karena itu, sinar hijau kecil sekali pengaruhnya terhadap fotosintesis.

c.       Lama penyinaran

Apabila CO2 serta faktor-faktor lain tidak terbatas, maka penyinaran secara terus menerus akan menyebabkan terjadinya fotosintesis secara terus menerus pula.

4.      Air tanah

Tersedianya air tanah secara tidak langsung mempengaruhi kadar air sel daun yang seterusnya mempengaruhi terbukanya stomata sehingga mempengaruhi fotosintesis.

5.      Kadar O2 di udara

Apabila kadar O2 di udara diturunkan dari 20 % menjadi 1 %, maka fotosintesis naik 30 %.  Jadi, O2 mempunyai daya menghambat fotosintesis.

6.      Kandungan hara dalam tanaman

Mg dan N merupakan bagian dari klorofil, jadi langsung berpengaruh pada fotosintesis.

7.      Kandungan klorofil

Banyaknya klorofil dalam tanaman juga langsung mempengaruhi fotosintesis.

VII.  KESIMPULAN

1.      Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur laju fotosintesis secara kuantitatif adalah dengan menggunakan Leaf Chamber Analyser (LCA 4).

2.      Intensitas cahaya sangat berpengaruh terhadap laju fotosintesis yaitu makin rendah intensitas cahaya, makin rendah laju fotosintesisnya.

DAFTAR PUSTAKA

Darmawan, Dr. Ir. Januar dan Baharsjah, Dr. Ir. Justika S.  1983.  Dasar-Dasar

            Fisiologi Tanaman.  Semarang : Suryandaru Utama

Kimball, John W.  1992.  Biologi Jilid 1.  Jakarta : Erlangga

Loveless, A. R.  1991.  Prinsip-Prinsip Biologi Tumbuhan Untuk Daerah Tropik.

            Jakarta : Erlangga

Syamsuri, Istamar, dkk.  2000.  Biologi 2000.  Jakarta : Erlangga