.

Fisiologi Tanaman

Silabus
Arti & Fungsi dari Fisiologi Tanaman
Struktur & Fungsi Sel, Komposisi & Syarat2 Kimia Sel
Air Sebagai Komponen Penyusun Sel
Fotosintesa dan Unsur2 Yang Diperlukan Tanaman.
Tanah Sebagai Substrat Larutan dan System Koloid
Difusi, Osmosis, & Imbibisi
Absorbsi air & transpirasi
Hal Enzim, Metabolisme Karbohidrat, Respirasi, Penyusunan & Pembongkaran Protein.
Pitohormone, Fisiologi Biji, Pertumbuhan Vegetatif & Generatif.

PendahuluanBatasan
Fisiologi Tumbuhan : ilmu yang membahas proses-proses yang terjadi di dalam tubuh tumbuhan pada tingkatan molekuler dan seluler
Fisiologi Tanaman : ilmu yang membahas proses-proses yang terjadi di dalam tubuh tanaman pada tingkatan individu dan populasi
Tanaman adalah tumbuhan yang dibudidayakan

Faktor Berpengaruh thd Tanaman
Genetik Iklim Air,Chya,Suhu,CO2
Tanaman Orgme Mikrob. Hma, Peny,Glm
Proses Tanah Fisik, Kimia, Biologi
Fisiologis Macam, mekanisme. tempat

Pertumbuhan Hasil

Pembahasan dalam Fisiologi Tumbuhan
Macam proses : Adsorbsi, transpirasi, respirasi dll
Mekanisme proses : fotosintesis terdiri dari reaksi cahaya dan rekasi gelap
Di mana terjadinya ; fotosintesis di dalam kloroplas
Faktor yang berpengaruh : transpirasi dipengaruhi intensitas cahaya

Beberapa Pengertian Dasar
Adsorbsi è
Penyerapan air & ion-ion dari dlm tanah ke dalam sel-sel akar dgn jalan difusi, osmosis, & imbibisi.
Transpirasi è
menguapnya molekul air & Oksigen ke udara melalui kutikula, stomata, dan lentisel
Fotosintesis è
Pengubahan zat-zat anorganik (CO2 & H2O) menjadi zat organik (C6H12O6) oleh klorofil dengan bantuan cahaya matahari.
Respirasi è
Proses pembongkaran (Katabolisme) dari bahan yg disimpan dlm bentuk zat kimia di ubah menjadi energi dengan bantuan O2

Difusi
gerakan partikel dari tempat dengan potensial kimia lebih tinggi ke tempat dengan potensial kimia lebih rendah karena energi kinetiknya sendiri sampai terjadi keseimbangan dinamis

Osmosis
Osmosis : gerakan air dari potensial air lebih tinggi ke potensial air lebih rendah melewati membran selektif permeabel sampai dicapai keseimbangan dinamis
Imbibisi
(menyelundup)
Peristiwa migrasi molekul2 air ke suatu zat lain yg berpori cukup besar dan menempatkan molekul air itu di dalam zat tersebut.
Air yg menyelundup disebut air imbibisi, sedangkan zat yang yang kemasukkan air disebut imbiban

2
S E L
Setiap organisme tersusun atas sel
“suatu ruangan kecil yang dikelilingi oleh membran dan berisi cairan/larutan kimia yang
pekat.”
Sel merupakan unit dasar kehidupan Dapat tumbuh dan menggandakan diri menghasilkan sel baru

MOLEKUL ORGANIK UTAMA DLM SEL
Gula è senyawa sumber makanan sel
Asam lemak è komponen dari membran sel
Asam amino è merupakan subunit dari protein
Nukleotida è merupakan sub unit dari DNA dan RNA

Sel Tumbuhan
Sel tumbuhan
memiliki struktur yang
khas :
– Vakuola
– Plastida(mis.,
kloroplas,
amiloplas dll.)
– Dinding sel



Komponen Sel Tumbuhan
1. Protoplas
A. Protoplasma
• Sitoplasma
• Inti
• Organel
B. Non protoplasma
• Vakuola
• Zat ergastik
2. Dinding Sel
– Dinding primer
– Dinding sekunder
– Lamela tengah

Komponen Protoplasma
A.Sitoplasma
bagian dari protoplas
larutan yang kental, komponen utama : air (85 – 90%)
- aliran sitoplasma : rotasi dan
sirkulasi
- sitoskeleton è bentuk sel
- memegang organel
- tersusun atas filamen & protein
mikrofilamen
mikrotubul
Filamen intermediet

Komponen Protoplasma
B. Nucleus
adalah Organel yg mengandung sebagian besar materi genetik sel dengan bentuk molekul DNA linear panjang yang membentuk kromosom bersama dengan beragam jenis protein seperti histon.
Gen di dalam kromosom-kromosom inilah yang membentuk genom inti sel.
Fungsi utama nukleus adalah :
- menjaga integritas gen-gen tersebut
dan mengontrol aktivitas sel dengan
mengelola ekspresi gen.
- mengorganisasikan gen saat terjadi
pembelahan sel,
- memproduksi mRNA untuk mengkodekan
protein, sebagai tempat sintesis ribosom,
- tempat terjadinya replikasi dan transkripsi dari
DNA,
- mengatur kapan dan di mana ekspresi gen
harus dimulai, dijalankan, dan diakhiri

Komponen Protoplasma
C. PLASTIDA
Kloroplas
Fungsi : Fotosintesis
- Struktur dibungkus oleh suatu seludang yang
terdiri atas 2 membran
- Mengandung klorofil
- memiliki ribosom dan DNA sendiri
Kromoplas
- Menyimpan pigmen (karotenoid)
yang tidak larut air
- Warna : orange, kuning keemasan
dan merah
Leukoplas è plastida yang tidak berpigmen
- Amiloplas è plastida yang berfungsi untuk menyimpan pati
- proteinoplas,
- elaeioplas
Komponen Protoplasma
MITOKONDRIA
Fungsi : respirasi sel
1 - 5 micrometer
Bentuk : oval – memanjang.
Bentuk : bulat, memanjang, atau berlekuk
diameter : 0.5 – 1.0 μm, panjang 3μm
membran ganda
• membran dalam
• membran luar
memiliki DNA – mitokondrion
menyediakan ATP untuk metabolisme

Komponen Protoplasma
RETIKULUM INDOPLASMA
Sistemyang terdiri atas dua lapis membran yang melingkupi
ruang sempit di antara keduanya.
Bentuk : sisterna, tubul atau lembaran
Berhubungan dengan membran inti
Merupakan komponen dalam plasmodesmata
( saluran penghubung antar sel) – desmotubul
Terdiri atas :
- Retikulum endoplasma kasar
(RER – rough endoplasmic reticulum)
è pada permukaannya terdapat ribosom
è sintesis protein
- Retikulum endoplasma halus
(SER – smooth endoplasmic reticulum)
è tanpa ribosom
è produksi senyawa lipofilik
Fungsi : transpor intraseluler materi-materi yang akan
disekresikan
Terlibat dalam pembentukan vakuola
Membentuk membran pada badan Golgi (diktiosom)

Komponen Protoplasma
BADAN GOLGI (APARATUS GOLGI)
Terdiri atas sekelompok sisterna yang pipih tersusun paralel
Fungsi : proses sekresi gula, polisakarida, kompleks polisakarida-protein

Komponen Protoplasma
RIBOSOM
Tersusun atas protein dan RNA
Tempat berlangsungnya sintesis protein di dalam sel.
melekat/menempel pada permukaan membran retikulum endoplasma

Komponen NON Protoplasma
VAKUOLA
Kantung yang dikelilingi membran berisi cairan/air
yang berfungsi untuk :
– Tempat penyimpanan cadangan makanan, air,
minyak, pigmen, senyawa toksis dan hasil
samping metabolisme
– Membantu mempertahankan tekanan turgor
dalam sel.
Pada sel yang masih muda/meristematis, vakuola
kecil dan banyak.
Pada sel dewasa è vakuola besar
Tempat penyimpanan senyawa dan makromolekul sementara, beberapa komponen bersifat toksik.
Tumbuhan tidak punya sistem ekskretoris seperti pada hewan
vakuola è untuk menyimpan byproduct.
Membran yang mengelilingi vakuola :
tonoplas è mengandung sistem transport aktif
Air masuk dengan cara osmosis
Vakuola merupakan tempat penghancuran senyawa tertentu oleh enzim hidrolase

Senyawa hasil metabolisme yang disimpan di dalam sel :
Pati è tersimpan di amiloplas
Inulin è tersimpan di vakuola
Protein – aleurontera è kumulasi dalam vakuola
Lipida è plastida (elaioplas), vakuola, spherosome
Kristal è vakuola : drus, raphida, pasir, sistolit
Silika è dinding sel
Pigmen è plastid, vakuola
Tanin è vakuola, sitoplasma, dinding sel

Dinding Sel
Dinding sel adalah struktur di luar membran plasma yang membatasi ruang bagi sel untuk membesar.
Dinding sel merupakan ciri khas yang dimiliki tumbuhan, bakteri, fungi (jamur), dan alga,
Dinding sel menyebabkan sel tidak dapat bergerak dan berkembang bebas,
Namun demikian, hal ini berakibat positif karena dinding-dinding sel dapat memberikan dukungan, perlindungan dan penyaring (filter) bagi struktur dan fungsi sel sendiri. Dinding sel mencegah kelebihan air yang masuk ke dalam sel.

Komponen :
– mikrofibril selulosa
– matriks non selulosa senyawa pektin,
hemiselulosa,lignin dan protein
Fungsi :
– memberi bentuk pada sel,
– memperkuat sel
– pelindung
Dinding sel tumbuh apabila masih
memiliki kontak dengan protoplas
Sintesis mikrofibril selulosa
dilakukan oleh enzim berbentuk
roset yang terdapat pada plasmalema

Dinding Sel Primer
è dinding sel yang terbentuk pertama kali pada sel yang baru
è terbentuk pada sel yang sedang aktif tumbuh
Lamela tengah
è merekatkan satu sel dengan sel lainnya
è berada si antara dinding sel primer yang saling berdekatan
è terdiri atas senyawa pektin
Dinding Sel Sekunder
è Terbentuk pada bagian sebelah dalam dari dinding primer
è Terbentuk pada sel atau bagian sel,yang telah berhenti
tumbuh
è Dinding sekunder berkembang di permukaan dalam dari
dinding primer,tersusun atas mikrofibril selulosa,hemiselulosa,
lignin, suberin, kutin, tanin dan garam-garam anorganik

Plasmodesmata
Saluran yang menghubungkan dua protoplas pada sel yang berdekatan – hubungan simplas
Fungsi :
è komunikasi antar sel
è transport materi

UNSUR HARA PENYUSUN TANAMAN
Mekanisme Unsur N
Dalam Tanaman ;
N Berperan mensintesa karbohidrat menjadi protein dan protoplasma (melalui mekanisme respirasi) yang berperan dalam pembentukan jaringan vegetatif tanaman.
Dalam Tanah
N di serap tanaman dlm bentuk nitrat (NO3) & amonium (NH4+), akan tetapi nitrat akan segera tereduksi menjadi amonium melalui enzim yg mengandung Mo

Mekanisme Unsur P
Mekanisme dlm Jaringan tanaman.
Pofor terdapat dalam bentuk phitin, nuklein, & fosfatide, yg merupakan bagian dari protoplasma & inti sel .
Sehingga, berperan penting dalam proses pembelahan sel, dan pembentkan jaringan meristem.
Pd tanaman, bagian2 generatif tanaman seperti bagian2 bunga (kelopak, tangkai sari, kepala sari, tepung sari & bakal biji) banyak megandung P
Mekanisme di dlm tanah.
Di dlm tanah terdapat 2 bentuk è organis & an organis.
Sebagian besar P dlm tanah dalam keadaan statis yg terikat pada senyawa organis. Dan hanya sedikit sekali yg dalam bentuk ion-ion P (anorganis) yg dpt dimanfaatkan tanaman.
Unsur yg paling dominan mengikat P menjadi statis adalah unsur Al dan Fe.

Mekanisme Unsur K
A. Dalam jaringan tanaman.
K bersifat sebagai katalisator.
K banyak terdapat di dalam sel-sel muda atau bagian tanaman yg banyak mengandung protein. Di dalam sel, K terkandung di dalam cairan sel sebagai ion K+, sehingga berperan penting dalam melaksanakan turgor yg disebabkan oleh tekanan osmosis.
Fungsi fisiologis khusus K : pada proses assimilasi zat arang.
B. Di dalam tanah.
Bersifat mudah larut dan mudah difiksasi dalam tanah

Contoh Kejadian osmosis di dalam sel :


TANAH SEBAGAI SUBSTRAT
Tanah mrpkn sistim koloid yg terdiri atas partikel2 yg sangat halus (misel), besarnya antara 0,001 – 0,1 micron
Di dalam larutan, partikel2 lebih kecil lagi è < 0,001 micron
Di dalam suspensi partikel > 0,1 micron
Biasanya,, misel2 di dlm sistem koloid tdk bermuatan (bkn ion). Akan tetapi misel-misel tanah tanah liat umumnya bermuatan negatif ( - ) sehingga dikelilingi oleh kation-kation spt Ca2+, K+, Na+, & H+

Misel tanah Liat : bermatan ( - ) & di kelilingin oleh kation

Kation2 pd misel tanah memiliki kemungkinan utk dapat di tukar dgn kation elemen lain.
Sbg contoh; pada saat pemberian kapur (CaCl2) pd tanah masam, yaitu tanah yg byk mengandung ion H+
Dari Kation2 yg terdapat di dlm misel tanah maka kation H+ yg paling sulit di gantikan dan Na+ yg paling mudah di gantikan.
Berikut Urutan Kation dari yg tersulit s/d yg termudah di gantikan :
H+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > Na+

Peresapan elemen oleh sel tanaman
Peresapan unsur hara oleh tanaman hanya dlm bentuk anion & kation
Peresapan melalui kaliptra dan daerah meristematik dlm jumlah yg kecil
Sebgian besar penyerapan di lakukan oleh bulu2 akar yg jumlahnya bisa berjuta2. Dari hasil penelitian tiap 1 mm2 terdapat 200 – 300 bulu akar.
Mekanisme penyerapan :
Bulu2 akar è korteks (sel2 kulit) è sel2 endodermis è perisikel è xylem

Adanya perbedaan muatan antara ion2 yg terdapat pd sel akar dan ion2 yg trdpt pd tanah, maka terjadi tukar menukar ion.
Diserapnya kation kedalam sel (oleh anion dlm sel) akan akan menyebabkan dilepaskannya anion sel ke dlm tanah (oleh kation yg terdapat di dalam tanah).
Ini adalah prinsip kerja dlm pemberian pupuk kimia, dimana memicu terjadinya pertukaran ion.

O2 è makin tinggi respirasi mk penyerapan ion akan semakin tinggi.
Transpirasi è kegiatan transpirasi mendorong penyerapan air & ion
Temperatur è temperatur naik 10 oC maka penyerapan naik 2 s/d 3 kali lipat

FOTOSINTESIS
Proses yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia

Tempat fotosintesis berlangsung ?

Di bagian daun (tulang Daun) terdapat bagian yang disebut mesofil.
Dalam mesofil terdapat jaringan palisade yang kaya akan kloroplas.
Dalam kloroplas terdapat pigmen hijau daun yang disebut klorofil.
Dalam kloroplas terdapat bagian-bagian yang disebut granum, stroma (fluida kental), tilakoid, membran dalam, membran luar.

Fotosintesis terjadi di kloroplas
Daun pada tanaman merupakan tempat utama terjadinya fotosintesis

Struktur kloroplas
Tilakoid adalah sistem membran dalam kloroplas (tempat terjadinya reaksi terang). Memisahkan kloroplas menjadi ruang tilakoid dan stroma
Grana kumpulan tilakoid dalam kloroplas
Stroma: daerah cair antara tilakoid dan membran dalam tempat terjadi siklus Calvin

Pigmen
-Substansi yang menyerap cahaya tampak
-Menyerap kebanyakan panjang gelombang tetapi paling sedikit menyerap panjang gelombang hijau


Energi mengalir ke dalam suatu ekosistem sebagai cahaya matahari dan meninggalkannya dalam bentuk panas

Reaksi fotosintesis

Khlorofil
6CO2 + 6H2O _______ C6H12O6 + 6O2
Energi cahaya

Fotosintesis
Proses dimana organisme yang memiliki kloroplas mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia

Melibatkan 2 lintasan metabolik
Reaksi terang: mengubah energi matahari menjadi energi seluler
Siklus Calvin: reduksi CO2 menjadi CH2O

Fotosintesis berlangsung dalam 2 tahap reaksi
reaksi terang (light-dependent reaction)
reaksi gelap (light –independent reaction)

persamaan fotosintesis
Fotosintesis
light
6CO2 +6H20 ______ C6H1206 + 6O2

Pada fotosintesisi
Fotosintesis terdiri dari dua proses yaitu
-Reaksi terang
-Siklus Calvin

Reduksi CO2 menjadi karbohidrat melalui oksidasi carrier energi (ATP, NADPH)
Reaksi terang memberi energi pada carrier
Reaksi gelap (siklus Calvin) menghasilkan PGAL (phosphoglyceraldehyde)

Reaksi terang
Energi cahaya akan diubah menjadi energi kimia dengan menghasilkan oksigen sebagai produk samping.
Terjadi di dalam membran tilakoid.
Energi cahaya yang diserap klorofil dalam membran tilakoid akan digunakan untuk membentuk ATP dari ADP dan fosfat.
Pada fase ini terjadi fotolisi air yang menghasilkan oksigen.

>>>Reaksi ini terjadi dalam membran tilakoid yang didalamnya terdapat pigmen khlorofil a,khlorofil b,dan pigmen tambahan yaitu karotin.
Molekul khlorofil dan pigmen asesori (tambahan) membentuk satu kesatuan unit sistem yang dinamakan Fotosistem.
Reaksi terang melibatkan 2 jenis fotosistem yaitu fotosistem I dan II.


Reksi gelap
(light-independ reaction)
Reaksi ini tidak memerlukan cahaya, terjadi didalam stoma kloroplas.

Reaksi ini pertama kali ditemukan oleh Malvin Calvin dan Andrew Benson.sehingga reaksi ini sering disebut siklus calvin-benson atau siklus calvin.
Siklus Calvin berlangsung dalam 3 tahap,yaitu:
Fase fiksasi
Fase reduksi
Fase regenerasi

Siklus Calvin menggunakan ATP dan NADPH untuk mengkonversi CO2 menjadi gula


FIKSASI
RuBP karboksilase
CO₂ + RuBP ____ PGA
Pada fase fiksasi terjadi penambahan CO2 oleh ribulose (Ribolose biphosphat RuBP) menjadi 3-fosfogliserat (3-phosphoglyserate.reaksi ini dikatalisasi oleh enzim ribulose bifosfat karboksilase (rubisco)

Fase reduksi
ATP ADP + P
PGA PGAP PGAL/G3P
NADPH + H⁺ NADP ⁺
Pada fase reduksi diperlukan ATP dan ion H⁺ dari NADPH₂ untuk mereduksi 3-fosfogliserat (PGA) menjadi 1,3-bifosfogliserat (PGAP) kemudian membentuk fosfogliseraldehid (gliceraldehyde-3-phosphat = PGAL atau G3P = glukosa 3-fosfat.

Fase regenerasi
6 ATP 6ADP
12 PGL atau G3P 10 PGA atau G3P 6 ribulosa fosfat (RD) RUBP

2 G3P
Pada fase ini terjadi pembentukan kembali RuBP dari PGAL atau G3P. Dengan terbentuknya RUbP,penambahan CO2 kembali berlangsung.

Siklus Calvin
Dimulai dari CO2 dan menghasilkan Glyceraldehyde 3-phosphate
Tiga bagian siklus Calvin menghasilkan 1 produk molekul
Tiga tahap
Fiksasi karbon
Reduksi CO2
Regenerasi RuBP

Sebuah molekul CO2 dikonversi dari bentuk inorganiknya menjadi molekul organik (fixation) melalui pengikatan ke gula 5C (ribulose bisphosphate atau RuBP).
Dikatalisasi oleh enzim RuBP carboxylase (Rubisco).
(RuBP merupakan substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis)
Bentuk gula 6C pecah menjadi 3-phosphoglycerate

Tiap molekul 3-phosphoglycerate menerima tambahan grup fosfat membentuk 1,3-Bisphosphoglycerate (fosforilasi ATP)
NADPH dioksidasi dan elektron yang ditransfer ke 1,3-Bisphosphoglycerate memecah molekul dengan tereduksi menjadi Glyceraldehyde 3-phosphate

Tahap terakhir dari siklus ini adalah regenerasi RuBP
Glyceraldehyde 3-phosphate dikonversi menjadi RuBP melalui sebuah seri reaksi yang melibatkan fosforilasi molekul oleh ATP

Tanaman C3
Enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP dalam proses awal assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi
( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari) .
Jika konsentrasi CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah besar.
Contoh tanaman C3 antara lain : kedele, kacang tanah, kentang, dll

Tanaman c4
Senyawa yang terbentuk pertama kali setelah berikatan dengan CO2 adalah senyawa berkarbon empat (oksaloasetat).
Tempat terjadinya fotosintesis terjadi di dua tempat yaitu sel mesofil (siklus C3) dan sel seludang pembuluh (siklus C4).
Tumbuhannya seperti sorgum, amarantus, jagung.
Tumbuhan C4 → kemampuan melaksanakan fotosintesis lebih tinggi dan lebih tahan terhadap kekeringan.

Tanaman C4 meminimalkan keperluan fotorespirasi
dengan cara menggabungkan CO2 ke dalam senyawa empat karbon di sel mesofil

Senyawa empat karbon tersebut
Dieksport ke sel berkas pembuluh, dimana CO2 dilepaskan yang digunakan dalam siklus Calvin
contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum dan tebu.

Perbedaan tumbuhan C3 dan C4 adalah cara kedua tumbuhan memfiksasi CO2.
Pada tumbuhan C3,CO2 hanya difiksasi RuBP oleh karboksilase RuBP. Karboksilase RuBP hanya bekerja apabila CO2 jumlahnya berlimpah.
Tetapi pada sintesis C4,enzim karboksilase PEP memfiksasi CO2 pada akseptor karbon lain yaitu PEP. Karboksilase PEP memiliki daya ikat yang lebih tinggi terhadap CO2 daripada karboksilase RuBP. Oleh karena itu,tingkat CO2 menjadi sangat rendah pada tumbuhan C4,jauh lebih rendah daripada konsentrasi udara normal dan CO2 masih dapat terfiksasi ke PEP oleh enzim karboksilase PEP. Sistem perangkap C4 bekerja pada konsentrasi CO2 yang jauh lebih rendah.


Tanaman CAM (crassulacean acid metabolism)
Membuka stomatanya pada malam hari, menggabungkan CO2 ke dalam asam organik

Selama siang hari, stomata tertutup
CO2 dilepaskan dari asam organik untuk digunakan dalam siklus Calvin