.

DASAR GENETIK TANAMAN
Tanaman Penyerbuk Sendiri
Tanaman Penyerbuk Silang
A. Tanaman Penyerbuk Sendiri (self pollinated crops)
Tanaman penyerbuk sendiri yang berlanjut dengan pembuahan secara terus menerus, maka populasi generasi-generasi berikutnya cenderung mempunyai tingkat homosigot yang semakin besar
Populasi tanaman akan cenderung merupakan kumpulan suatu lini murni (pure lines)
Tanaman Penyerbuk Sendiri (self pollinated crops)





Efek pebuahan sendiri yang berlanjut thd proporsi yang heterosigot dan homosigot pada satu lokus dg dua alel yg berbeda :

Untuk generasi keturunan = n+1 ;
Generasi segregasi = n ; maka
Proporsi yg heterosigot (Aa) adalah 1/2n dan
Proporsi yg homosigot adalah = 1 – 1/2n
= (2n - 1 ) / 2n
Bila pasangan gen lebih dari satu, maka turunnya proporsi yg heterosigot tidak akan secepat seperti bila hanya ada satu pasang gen.

Proporsi (%) populasi segregan yg homosigot setelah n kali mengalami penyerbukan sendiri dengan m pasangan gen yang berbeda sbb :
Untuk generasi keturunan = n+1 ; generasi segregasi = n ; maka proporsi homosigot = ( (2n - 1 ) / 2n )m
Pembuahan sendiri genotipe AaBbCc akan menghasilkan kemungkinan genotipe keturunan sbb :
1. homosigot semua ( AABBCC dan aabbcc)
2. dua pasang alel homosigot dan satu ps heterosigot (AaBBCC, AABbCC, AABBCc, AabbCC, AaBBcc, dst.)
3. satu ps alel homosigot
, dua pasang alel heterosigot
4. heterosigot semua ( AaBbCc )

Rumus binomial : ( a + b ) m ; dimana a = 1 dan b = (2n -1) dimana n = jumlah generasi dihitung sesudah generasi F1 (misal untuk F4 maka n= 4-1=3 )
Sehingga dg 3 pasang gen yg berbeda maka proporsi genotipe pada F4 adalah sbb:
( a+b )3 = a 3 + 3 a2b + 3 a b2 + b3
( a+b )3 = a 3 + 3 a2b + 3 a b2 + b3
Diartikan sebagai berikut :
a 3 = 1 3 = 1 (jumlah genotip yg heterosigot)
3 a2b = 3. 1 2 . (2 3 – 1) = 3.1.7 = 21 (jmlh genotip yg dua ps heterosigot, satu ps homosigot)
3 a b2 = 3.1. 7 2 = 147 ( jml genotipe yg satu pasang heterosigot, dua ps homosigot )
b3 = 7 3 = 343 (jml genotip yg homosigot semua pasangan alelnya)
Catatan : a = 1 dan b = 2n - 1 ( n=juml generasi dihitung sesudah F1)

B.Tanaman Penyerbuk Silang
Ada perkawinan acak (random mating) dalam populasi tanaman penyerbuk silang
Random mating (panmixia) adalah suatu perkawinan dimana tiap individu dlm populasi mempunyai kesempatan yg sama unt kawin dg individu lain dlm populasi tsb.
Misal populasi t.a. 25% AA, 50% Aa, dan 25% aa. Random mating terjadi antara jantan AA dg betina AA,Aa,atau aa; jantan Aa dg betina AA,Aa,aa ; dan jantan aa dg betina AA,Aa,atau aa.
Proporsi atau komposisi populasi yg berasal dr suatu populasi random mating memerlukan pengertian frekuensi gen dan frekuensi genotip
Frekuensi gen = proporsi suatu alel yg terdapat dlm suatu populasi
Frekuensi genotip = proporsi suatu genotip yg terdapat dlm populasi tersebut
Populasi yg t.a. 25% AA, 50% Aa, dan 25% aa dikatakan frek genotipe AA adalah 0,25 ; Aa adalah 0,5 ; dan aa adalah 0,25.
Populasi 1000 (=N) individu t.a AA=500 (=N11) individu; Aa=aA=400 (=N12) ind ; dan aa=100 (=N22) ind, maka :
Frek AA = f11 = 500/1000 = 0.5 = N11 / N , dg cr yg sama frek Aa = 0.4 dan frek aa = 0.1


Menghitung frekuensi gen :
Genotipe AA : jml individu = 500 = N11 ,maka jumlah gen A = 2 x 500 = 1000 = 2 N11 , juml individu Aa = 400, jumlah gen A = 400 dan gen a = 400 ; jmlh individu aa = 100 , maka jumlah gen a = 2 x 100 = 200
Dlm populasi tsb maka jumlah gen A = 1000 + 400 = 1400 dan jumlah gen a = 200 + 400 = 600
Sehingga frekuensi gen A = 1400/2000 = 0,7 dan frekuensi gen a = 600/2000 = 0.3
Frekuensi gen
Frekuensi gen A = ( ( 2N11 + N12 ) / 2N )
= f 11 + f 12
Frekunsi gen a = f 12 + f22

frekuensi genotip AA = f 11 = ( N 11 / N )
Frekuensi genotip Aa = 2 f 12 = ( N 12 / N )
Frekuensi aa = f 22 = ( N 22




Pemuliaan Tanaman adalah ilmu terapan yang multidisiplin, menggunakan beragam ilmu lainnya, seperti genetika, sitogenetika, agronomi, botani, fisiologi, fitophatologi, entomologi, genetika molekuler, biokimia, statistika, dan biofarmatika.
Adalah ilmu terapan yang bertujuan untuk mendapatkan jenis-jenis baru yang bersifat unggul yang memiliki sifat ekonomis yg lebih berharga

Pemuliaan tanaman mrpk kegiatan yang dinamis dan berkelanjutan
Kedinamisannya dicerminkan dg adanya tantangan dan kondisi lingkungan yg selalu berkembang (patogen, selera atau preferensi konsumen thd pangan, dsb)
Keberlanjutannya tercermin dari kegiatannya yg sinambung, berlanjut dr satu tahapan menuju tahapan berikutnya.

Usaha koleksi plasma nutfah sebagai sumber keragaman
Identifikasi dan karakterisasi
Induksi keragaman : misal dg persilangan, transfer gen
Proses seleksi
Pengujian dan evaluasi
Pelepasan, distribusi, dan komersialisasi varietas

Berperan dalam pemenuhan kebutuhan pangan umat manusia, dan juga ternak
Hal ini tercermin dalam TUJUAN dan SASARAN pemuliaan tanaman pada umumnya
Diprediksi kira2 pada th 2025 negara kita akan dihuni oleh penduduk yg mencapai sekitar 273 juta jiwa, dg laju pertumbuhan berkisar 0,9% sampai 1,3% --- kebutuhan pangan menjadi meningkat

PRODUKSI
Poligenik
Sngt dipengaruhi lingk
Adaptasi
Stabilitas
Pengaruh morfologis
Pengaruh fisiologis
Perlakuan agronomis (lingkungan mikro)

KETAHANAN
Poligenik/monogenik
Memperkecil kehilangan hasil
Gangguan biotik : hama, penyakit
Gangguan a-biotik : fisik, kimiawi

Menghasilkan jenis-jenis baru yang berproduksi lebih tinggi dari jenis-jenis yg sdh ada
Mendapatkan jenis-jenis unggul yg tahan hama, penyakit, kekeringan
Mendapatkan jenis2 baru yg kualitasnya tinggisehingga mampu bersaing di pasar dunia
Jenis unggul yang masak awal (earlier)


Peningkatan produktivitas (daya hasil per satuan luas)
Terciptanya varietas-varietas hibrida
Tercipta varietas tahan hama
Tercipta varietas tahan penyakit
Tercipta varietas toleran cekaman lingkungan
Tercipta varietas dg kualitas yg lebih baik

Sebagian besar masih dilakukan oleh institusi pemerintah (lembaga penelitian)
Perguruan Tinggi berperan dalam penyiapan sumberdaya manusia , disamping juga melakukan riset-riset
Pihak swasta (perusahaan perbenihan/pembibitan) belum banyak yg betul-betul melakukan rangkaian kegiatan pemuliaan
Pemuliaan partisipatif sudah mulai banyak dilakukan (utamanya pelestarian plasma nutfah padi dan sayuran)



upaya perakitan kultivar unggul masih terbuka lebar (misal buah-buah eksotik, tanaman rempah atau fitofarmaka )
Berlakunya UU No. 29 th 2000 (tentang Perlindungan Varietas Tanaman)  membrkn perlindungan dan hak khusus bagi pelaku riset pemuliaan, memberi peluang bagi berkembangnya industri perbenihan kompetitif

Otonomi daerah membuka peluang unt merakit kultivar yg unggul spesifik lokasi
Teknik pemuliaan molekuler (spt pengembangan marka molekuler linkage dg sifat2 kualitas ataupun pendekatan quantitative trait loci ) berpeluang dikembangkan guna peningkatan kualitas dan daya saing
Tantangannya : adanya kesepakatan multilateral dalam World Trade yang menghendaki suatu negara tidak dapat membatasi impor kec dg persetujuan WTO

Bioteknologi
Bioteknologi adalah penggunaan biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa genetika secara terpadu, untuk menghasilkan barang atau lainnya bagi kepentingan manusia.

Biokimia mempelajari struktur kimiawi organisme.

Rekayasa genetika adalah aplikasi genetik dengan mentransplantasi gen dari satu organisme ke organisme lain.

CONTOH BIOTEKNOLOGI
Pembuatan tempe
Pembuatan Anggur
Penanganan limbah
Rekayasa Genetika (kloning) Mikroorganisme
Rekayasa Genetika Hewan
Rekayasa Genetika Tumbuhan

B. KLASIK dan B. MODERN
TEKNOLOGI YANG MEMANFAATKAN AGEN HAYATI ATAU KOMPONENNYA UNTUK MENGHASILKAN BARANG DAN/ JASA UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN MANUSIA DAN LINGKUNGANNYA __ B. Klasik


TEKNOLOGI YANG MEMANFAATKAN AGEN HAYATI YANG TELAH MENGALAMI REKAYASA GENETIK ATAU KOMPONENNYA UNTUK MENGHASILKAN BARANG DAN/ JASA UTNUK MEMENUHI KEBUTUHAN MANUSIA DAN LINGKUNGANNYA __ B.Modern

Sel Tumbuhan
NUKLEUS.,VAKUOLA,

Organ tumbuhan : kloroplas


• BIOTEKNOLOGI HILIR

Berfokus pada pengembangan aplikasi berskala industri yang memanfaatkan ilmu-ilmu proses, organo-sintesis, rekayasa kimia, rancang bangun, proses kimia, dll.

Perkembangan bioteknologi :
1.Era bioteknologi generasi pertama / bioteknologi sederhana.
Penggunaan mikroba masih secara tradisional, dalam produksi makanan dan tanaman serta pengawetan makanan.Contoh:
pembuatan tempe, tape, cuka, dan lain-lain.

2.Era bioteknologi generasi kedua.
Proses berlangsung dalam keadaan tidak steril.Contoh:
a. produksi bahan kimia: aseton, asam sitrat
b. pengolahan air limbah
c. pembuatan kompos

3.Era bioteknologi generasi ketiga.
Proses dalam kondisi steril.Contoh:
produksi antibiotik dan hormon

4.Era bioteknologi generasi baru / bioteknologi baru.
contoh:
produksi insulin, interferon, antibodi monoklonal

KEGUNAAN BIOTEKNOLOGI Dalam KEDOKTERAN

1. Antibodi Monoklonal
2. Terapi gen
3. Antibiotik
4. Interferon (antibodi terhadap virus).
5. Vaksin


BIOTEKNOLOGI DALAM PEMBERANTASAN HAMA
Dengan menggunakan musuh alami dan
menciptakan tanaman resisten hama

Skema teknik kultur jaringan sederhana yang dilakukan


• Bacillus thuringiensis

Menghasilkan bioinsektisida yang toksin terhadap larva serangga.
Transplantasi gen penghasil toksin pada tanaman menghasilkan ..tanaman yang bersifat resisten hama serangga.
Kristal (racun Bt) diolah menjadi bentuk yang dapat disemprotkan ..ke tanaman. Racun akan merusak saluran pencernaan serangga.

• Baculovirus sp.

Virus disemprotkan ke tanaman. Bila termakan, serangga akan mati dengan sebelumnya, menyebarkan virus melalui perkawinan.

Bioteknologi : Produksi Pangan
A. MAKANAN BAHAN SUSU

1.Keju

Mikroba: Propiabacterium (bakteri asam laktat) yang juga berperan memberi rasa dan tekstur keju.

2.Yoghurt

Mikroba: 1. Lactobacillusbulgaris Þ pemberi rasa dan aroma
2. Streptococcus thermophilus Þ menambah keasaman

3.Mentega

Mikroba: Leuconostoc cremoris


B. MAKANAN BUKAN SUSU
1.Roti, asinan, dan alkohol (bir, anggur "wine", rum), oleh ragi

2.Kecap, oleh Aspergillus oryzae

3.Nata de Coco, oleh Acetobacter xilinum
Prinsipnya adalah pemecahan amilum oleh
mikroba menghasilkan gula, yang kemudian
difermentasi

4.Cuka, oleh Acetobacter aseti
Alkohol difermentasi dalam kondisi aerob

Bioteknologi : Masalah Pencemaran
1.Pencemaran oleh minyak.
Strain-strain Pseudomonas Þ mengkonsumsi hidrokarbon.

Rekayasa genetik membentuk bakteri super yang mengandung empat jenis plasmid pembawa gen untuk konsumsi hidrokarbon.

2.Limbah organik dapat diuraikan oleh bakteri aerob atau anaerob.

Bioteknologi Penambangan
• Thichacillus ferrooxidan berperan memisahkan logam dari bijihnya atau kotoran sehingga didapat logam berkualitas tinggi. Sebagai contoh pada tembaga (Cu).
• Reaksi: CuFeS2 + 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O + 3 O2 aktivitas
———> CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 H2SO4 + Energi

• CuSO4 + 2 FeSO4 + H2SO4 + Energ————> 2 FeSO4 + Cu2+ + 2 H+

• Thiobacillus ferrooxidan bersifat kemolitotrof
BIOTEKNOLOGI TANAMAN

Proses untuk menghasilkan produk dengan bantuan agen hayati

FOKUS: Fokus :

Pemuliaan Tanaman untuk mendapatkan sifat tanaman yang diinginkan.

Produk Bioteknologi Tanaman
(Rekayasa Genetikia)
Tanaman yang tahan kekeringan
Tanaman tahan terhadap hama
Tanaman tahan terhadap virus
Tahan terhadap fungi
Tanaman daya hasilnya tinggi
Tanaman kandungan vitamin tinggi
Tanaman kandungan protein biji tinggi
Tanaman tahan terhadap herbisida

PEMULIAAN TANAMAN

• Awal 1. Seleksi
2. Hibridisasi
3. Mutasi
4. Poliploid

• Hibridisasi Somatik : Fusi Protoplas

• Rekayasa Genetika ( Bioteknologi Molekuler; Bioteknologi terkini).

Kelebihan Bioteknologi
(Reakayasa genetika)
Kalau dalam hibridisasi itu sulit dilakukan perkawinan antar spesies apalagi jauh kekerbatannya, Maka dalam bioteknologi molekuler tidak ada kendala perbedaan spesies, genus, dan seterusnya. Semuanya mungkin untuk dilakukan. Gen tertentu dari bakteri bisa disisipkan ke dalam tanaman agar dapat memiliki sifat tertentu dari gen tersebut.



REPLIKASI
PLASMID
Plasmid bakterial adalah molekul DNA lingkar untai ganda dengan selang ukuran dari 1 kb sampai lebih dari 200 kb. Plasmid ditemukan di dalam bermacam-macam spesies bakteri,
dimana mereka berkelakuan sebagai asesoris satuan genetik yang digandakan dan diwariskan tidak tergantung kromosom bakteri. Namun demikian mereka menggantungkan diri pada
Enzim dan protein yag disandi oleh inang untuk transkripsi dan replikasi

Sering plasmid mengandung penyandi enzim
yang pada keadaan sekitar tetentu akan menguntungkan inang bakteri. Fenotip yang sering terkait dengan plasmid adalah:

Ketahanan terhadap antibiotik, produksi antibiotik, degradasi senyawa organik komplek, produksi kolisin, enterotoksin, enzim restriksi dan modifikasi

Replikasi plasmid dilaksanakan oleh sekelompok enzim yang digunakan untuk menggandakan kromosom bakteri.
Tetapi , plasmid yang berbeda menggunakan kelompok enzim yang berbeda dan menggandakan dengan jumlah yang berbeda dalam sel inangnya. Beberapa mencapai sejumlah 700 per sel, sedangkan lainnya yang dipelihara pada tingkat minimal yaitu sebanyak 1 molekul plasmid per sel inang.
Kontrol jumlah copy plasmid yaitu pada daerah awal replikasi ( origin of DNA replication).

Umumnya plasmid hanya mengandung 1 awalan replikasi bersama-sama dengan elemen pengendali yang bertidak secara sis. Satuan genetik secara keseluruhan disebut replikon. Memang ada plasmid yang berasal dari fusi yang mengandung lebih dari satu replikon, tetapi yang aktif juga hanya satu.

Kebanyakan vektor yang digunakan saat ini diturunkan dari plasmid pMB1, yang awalnya diisolasi dari spesimen klinik. Pada kondisi pertumbuhan normal, minimum 15-20 copies plasmid membawa replikon ini yang dipelihara di dalam setiap sel bakteri .
Plasmid multicopy demikian disebut mengganda dalam bentuk “relaxed “


VEKTOR
• ALAT PEMINDAH GEN YANG DIINGINKAN / DIPINDAKAN = DNA CARRIER
• 4 MACAM VEKTOR :
1. Plasmid
2. Bakteriophaq lambda (l )
3. Kosmid
4. Bakteriophag rantai tunggal (phage M13)

Syarat vektor
• Mampu memindah secara efisien
• Dapat diekspresi secara stabil
• Tidak mengganggu metabolisme dan merusak gen sel target
• Ukuran pemasukan rata-rata (kb ):


plasmid 4.000
lambda 20.000
Cosmid 40.000
Yeast artifisial chromosome 400.000


PLASMID
• DNA sirkuler selain kromosom yang terdapat dalam sel bakteri tertentu
• Resistensi terhadap antibiotik
• Berdasarkan replikasinya dibagi 2 golongan yaitu :
1. Stringent : jumlah kopi plasmid didalam sel diatur dengan sangat ketat
2. Relaxed : Jumlah kopy plasmid dalam sel banyak tdk diatur secara ketat ( ini nich yg baiik)
V

PLASMID
lasmid adalah DNA ekstrakromosomal yang dapat bereplikasi secara autonom dan bisa ditemukan pada sel hidup[1]. Di dalam satu sel, dapat ditemukan lebih dari satu plasmid dengan ukuran yang sangat bervariasi namun semua plasmid tidak mengkodekan fungsi yang penting untuk pertumbuhan sel tersebut[1]. Umumnya, plasmid mengkodekan gen-gen yang diperlukan agar dapat bertahan pada keadaan yang kurang menguntungkan sehingga bila lingkungan kembali normal, DNA plasmid dapat dibuang.[1]





Sifat plasmid
• Ukurannya kecil 10-10-6 s/d 200 x106
• Mempunyai bentuk DNA sirkuler sehingga tetap stabil pada saat diisolasi
• Melangsungkan replikasi sendiri/ independent replication, sehingga replikasi berlangsung diluar kontrol sel
• Terdapat dalam beberapa copy dalam sel
• Kerapkali memiliki gen untuk resistensi terhadap antibiotik, sehingga memudahkan deteksi dan seleksi

Why plasmid sebagai
vektor yang baik?

• Berukuran kecil
• Termasuk golongan plasmid relaxed
• Berisi sisi pengenal tunggal untuk satu atau lebih enzim restriksi pada tempat yang tidak esensiil untuk replikasi
• Plasmid yang memenuhi kriteria tersebut adalah pBR 322

Sifat plasmid pBR 322
• Relatif kecil dengan berat molekul 2,6x106
• Stabil, bertahan pada inang (host) dengan jumlah 1-20 copy / sel
• Dapat diperbanyak jumlahnya sampai 1000 – 3000 copy tiap sel
• DNA asing sampai 10 kb dapat disisipkan
• Telah diketahui urut-urutan nukleotidanya 4362 secara komplit
• Mempunyai sisi pemutus tunggal untuk PstI, SalI, EcoRI,HindIII,BamHI
• Mempunyai 2 penanda resistensi ( ampicillin dan tetrasiklin)

TENTANG PLASMID
BR322 adalah plasmid dan untuk sementara waktu adalah salah satu yang paling umum digunakan E. coli cloning vectors . coli kloning vektor . pBR322 was the first artificial plasmid. pBR322 adalah plasmid buatan pertama. Created in 1977, it was named eponymously after its Mexican creators, p standing for plasmid, and BR for Bolivar and Rodriguez. Dibuat pada tahun 1977, ia bernama eponymously setelah pencipta Mexico, p berdiri untuk plasmid, dan BR untuk Bolivar dan Rodriguez.

p. pBR322 adalah 4.361 pasangan basa [1] panjang dan berisi daerah replicon (sumber plasmid pMB1), R amp gen, pengkodean ampisilin resistensi protein (sumber plasmid [RSF2124]) dan gen R tet, pengkodean tetrasiklin protein resistensi ( plasmid sumber pSC101 ). plasmid memiliki situs pembatasan unik untuk enzim restriksi lebih dari empat puluh. 11 of these 40 sites lie within the tet R gene. 11 dari 40 situs ini terletak dalam gen R tet. T. Ada situs 2 untuk enzim restriksi HindIII dan ClaI dalam promotor gen R tet. There are 6 key restriction sites inside the amp R gene. Ada 6 kunci situs pembatasan dalam gen R amp. T . Asal replikasi atau ori situs dalam plasmid ini adalah pMB1 (relatif dekat ColE1) [2] .). The ori mengkodekan dua RNA (RNAi dan RNAII) dan satu protein (disebut Rom atau Rop).

Urutan lingkaran bernomor seperti bahwa 0 adalah tengah EcoRI situs yang unik dan meningkatkan menghitung melalui gen tet. Gen ketahanan ampisilin adalah penisilin beta-laktamase. Promoters P1 and P3 are for the beta-lactamase gene. Promotor P1 dan P3 adalah untuk gen beta-laktamase. . P3 adalah promotor alam, dan P1 adalah artifisial yang diciptakan oleh dua ligasi fragmen DNA yang berbeda untuk menciptakan pBR322. . P2 adalah di wilayah yang sama dengan P1, tetapi pada untai berlawanan dan memulai transkripsi ke arah gen resistensi tetrasiklin [3] .
] Bit dari urutan pBR322 digunakan untuk menciptakan dinosaurus "" DNA dalam Novel Jurassic Park [4]

The sequence in pBR322 is [ 3 ] Urutan di pBR322 adalah

Syarat sel inang
• Cepat tumbuh
• Mampu tumbuh pada medium kultur yang murah
• Tidak pathogenik
• Stabil dalam kultur
• Yang sering digunakan : Escherichia coli & Saccharomyces cerevisiae, Bacillus subtilis

1
ekologi tanaman
tujuan:
Mahasiswa mengetahui hubungan antara lingkungan dengan tanaman dan mampu membuat konsep ekologi tanaman melalui pengetahuan tentang interaksinya dengan lingkungan yang terus berubah dan konsekuensinya terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman dengan mengacu pada pertanian berkelanjutan.

1. mengetahui pengertian dan ruang lingkup ekologi tanaman;
2. mengetahui asas dan konsep ekosistem serta konsep energi dalam ekosistem
3. menjelaskan komunitas, suksesi, adaptasi dan distribusi vegetasi;
4. menjelaskan organisasi pada taraf komunitas dan populasi;
5. menjelaskan lingkungan tumbuh tanaman dan interaksi antara lingkungan dengan tanaman;
6. menjelaskan ekologi air tawar dan darat.


Ekologi Tanaman ?
1. ILMU YANG MEMPELAJARI HUBUNGAN TIMBAL BALIK ANTARA
TANAMAN DAN LINGKUNGANNYA
Definisi di atas ada hubungannya dengan asal
katanya, dimana Ahli Zoologi Jerman Ernst HAECKEL (1866) menterjemahkan kata Oekologie yang berasal dari bahasa Yunani, yaitu:
Oikos artinya rumah dan Logos artinya mempelajari
sehingga oekologie diterjemahkan secara bebas sebagai ilmu
yang mempelajari makhluk hidup dirumahnya (lingkungannya)

Lingkungan ?
Jumlah seluruh faktor BIOTIK dan ABIOTIK yang mempengaruhi makhluk hidup
BIOTIK: misalnya kompetisi, mutualisme, alelopati, herbivora,
dan interaksi
ABIOTIK: semua aspek kimia dan fisika lingkungan yang
mempengaruhi perkembangan dan pertumbuhan tanaman
Lingkungan Makro,
dicirikan oleh:
1. INTENSITAS CAHAYA
2. KELEMBABAN,
3. KECEPATAN ANGIN,

Lingkungan Mikro ?

1. Lingkungan di bawah tajuk,

2. Lingkungan di bawah permukaan tanah.

Definisi lanjut;
2. ILMU YANG MEMPELAJARI HUBUNGAN
TIMBAL BALIK ANTARA STRUKTUR DAN
FUNGSI

3. ILMU YANG MEMPELAJARI DAN MEMANIPULASI MIKROORGANISME TANAH DAN PROSES-PROSES METABOLISMENYA UNTUK MENGOPTIMUMKAN PRODUKSI TANAMAN (Himpunan Biotek Tanah,1987).


FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI
PERTUMBUHAN DAN HASIL TANAMAN

FAKTOR IKLIM
1. Presipitasi:
a. Jumlah
b. Distribusi
2. Suhu udara FAKTOR TANAH
3. Kelembaban relatif 1. Bahan Organik
4. Cahaya 2. Tekstur
a. Intensitas 3. Struktur
b. Kualitas 4. Kapasitas Tukar Kation
c. Durasi 5. Kejenuhan Basa
d. Jumlah 6. Kemiringan dan
Topografi FAKTOR TANAMAN
5. Ketinggian tempat 7. Suhu Tanah 1. Spesies/varietas
6. Angin 8. Pengelolaan Tanah: 2. Benih/bibit
a. Kecepatan a. Pengolahan 3. Waktu tanam
b. Distribusi b. Irigasi 4. Jarak tanam
7. Konsenrasi CO2 c. Drainase 5. Kualitas benih
d. Nutrisi 6. Transpirasi dan
Evaporasi
9. Kedalaman (zona
perakaran) 7. Organisme pengganggu
tanaman:
a. Hama
b. Penyakit
c. Gulma
8. Kebutuhan air
9. Efisiensi panen

KELOMPOK FAKTOR IKLIM
(hujan, angin, cahaya, suhu, kelembaban udara, panjang hari)
KELOMPOK FAKTOR GANGGUAN
(Hama, Penyakit, dan Gulma)
KELOMPOK FAKTOR BAHAN TANAM
(spesies, varietas, kualitas benih)
KELOMPOK FAKTOR ESSENSIAL
(air, unsur hara, dan cahaya)
PERTUMBUHAN DAN HASIL TANAMAN


LINGKUP EKOLOGI TANAMAN ?



2. Sejarah Perkembangan Ekologi
Sejarah perkembangan ekologi dimulai dari tulisan
Pebus de Crecentius (1905)
merupakan perintis pertama yang mengatakan adanya kompetisi pada tanaman
King (1685)
merupakan ahli pertama yang menjelaskan konsep suksesi pada tanaman.

Warning (1891) mengemukakan uraian klasik hubungan suksesi di bukit-bukit pasir

Shumaker (1899) berdasarkan konsep Warning serta Cowles
menerbitkan pula tulisan tentang bukit pasir di Michigan AS

Clements (1916 - 1928) telah berhasil meletakkan dasar pengukuran dalam ekologi, antara lain pengukuran menggunakan metode kuadrat dengan alat-alat tertentu dalam menilai suatu habitat.

Clements mengemukakan
konsep indikator
Ada hubungan yang khas antara lingkungan dan tumbuhan sehingga tumbuhan dapat digunakan untuk menduga sifat suatu lingkungan dan sebaliknya disebut indikator biologi atau bioindikator atau fitoindikator.
Misal: Ada pohon PURUN F pH tanah masam (di Kalimantan)

Suatu tumbuhan dapat digunakan untuk menduga jenis tumbuhan lain yang mungkin dapat hidup di lingkungan itu disebut indikator vegetasi
Misal: Petai tumbuh baik F Cengkeh tumbuh baik


 Komunitas atau setidak-tidaknya kebanyakan tumbuhan merupakan indikator yang lebih baik daripada tumbuhan yang tumbuh secara individual.
 Pengetahuan tentang tumbuhan indikator dapat membantu mencirikan sifat tanah setempat, dengan demikian dapat untuk menentukan komoditas apa yang dapat diusahakan di bagian tanah itu atau seluruh tanah di situ.
 Bahkan beberapa jenis logam dapat dideteksi dengan pertumbuhan tumbuhan tertentu di suatu areal.

Azas-azas tumbuhan indikator
1. Tumbuhan sebagai indikator kemungkinan bersifat steno atau eury.
2. Tumbuhan terdiri atas banyak spesies merupakan indikator yang lebih baik daripada kalau terdiri atas sedikit spesies.
3. Sebelum mempercayai sebagai suatu indikator harus dibuktikan dulu di tempat-tempat lain.
4. Banyaknya hubungan antara spesies, populasi dan komunitas sering memberikan petunjuk sebagai indikator yang lebih dapat dipercaya daripada spesies tunggal.
PEMBAGIAN EKOLOGI

• Autekologi : pengkajian individu organisme atau spesies.
• Synekologi : pengkajian golongan atau kumpulan organisme-organisme yang berasosiasi bersama sebagai satu satuan.
SUKSESI VEGETASI
 Lucy E. Braun (1956) mengatakan bahwa vegetasi merupakan sistem yang dinamik.
 Pengamatan yang lama pada pergantian vegetasi di alam menghasilkan konsep suksesi.
 Odum F suksesi vegetasi adalah urutan proses pergantian komunitas tanaman di dalam satu kesatuan habitat.
 Salisbury F kecenderungan kompetitif setiap individu dalam setiap fase perkembangan sampai mencapai klimaks
 Clements F proses alami dengan terjadinya koloni yang bergantian, biasanya dari koloni sederhana ke yang lebih kompleks.

Clements (1974) membedakan 6 sub komponen dalam proses suksesi yaitu:
1. Nudasi : terbukanya lahan, bersih dari vegetasi
2. Migrasi : tersebarnya biji
3. Eksesis : proses perkecambahan, pertumbuhan dan reproduksi
4. Kompetisi : adanya pergantian spesies
5. Reaksi : perubahan habitat karena aktivitas spesies
6. Klimaks : komunitas stabil

Penyebab Suksesi
 Iklim F Fluktuasi keadaan iklim kadang-kadang membawa akibat rusaknya vegetasi baik sebagian maupun seluruhnya.
 Topografi F Suksesi terjadi karena adanya perubahan kondisi tanah, antara lain:

 Erosi
Erosi dapat terjadi karena angin, air dan hujan. Dalam proses erosi tanah menjadi kosong kemudian terjadi penyebaran biji oleh angin (migrasi) dan akhirnya proses suksesi dimulai.
 Pengendapan (denudasi)
Erosi yang melarutkan lapisan tanah, di suatu tempat tanah diendapkan sehingga menutupi vegetasi yang ada dan merusakkannya. Kerusakan vegetasi menyebabkan suksesi berulang kembali di tempat tersebut.

• Biotik
Pemakan tumbuhan seperti serangga yang merupakan pengganggu di lahan pertanian demikian pula penyakit mengakibatkan kerusakan vegetasi.
Di padang penggembalaan, hutan yang ditebang, panen menyebabkan tumbuhan tumbuh kembali dari awal atau bila rusak berat berganti vegetasi.
Macam Suksesi
Berdasarkan kondisi habitat pada awal proses suksesi, suksesi dibedakan menjadi dua macam yaitu :
1. Suksesi primer
Suksesi yang terjadi belum ada vegetasinya atau di daerah yang tadinya sudah ada vegetasi, kemudian terganggu (misalnya terbakar), sehingga daerah tersebut berkembang suatu komunitas yang baru.
2. Suksesi sekunder
Suksesi yang terjadi pada habitat yang pernah ditumbuhi vegetasi kemudian mengalami gangguan, tetapi gangguan tersebut tidak merusak total organisme sehingga dalam komunitas tersebut, substrat lama dan kehidupan masih ada.

• Proses kerusakan komunitas disebut denudasi

• Tipe suksesi yaitu:
F Hidrosere
Tipe suksesi yang berkembang di daerah (habitat) perairan yang biasanya disebut Hidrarch. Vegetasi yang sering berganti dalam hidrarch disebut hidrosere.
Urut-urutan terjadinya proses ini:
tumbuhan air yang terendam → tumbuhan terapung seperti eceng gondok → rumpur rawa → rumput daratan → semak → akhirnya pohon.


• Proses kerusakan komunitas disebut denudasi

• Tipe suksesi yaitu:
F Hidrosere
Tipe suksesi yang berkembang di daerah (habitat) perairan yang biasanya disebut Hidrarch. Vegetasi yang sering berganti dalam hidrarch disebut hidrosere.
Urut-urutan terjadinya proses ini:
tumbuhan air yang terendam → tumbuhan terapung seperti eceng gondok → rumpur rawa → rumput daratan → semak → akhirnya pohon.


F Halosere
Suksesi yang dimulai pada tanah bergaram atau air asin.
F Xerosere
Suksesi vegetasi yang berkembang dalam daerah xerik atau kering, biasanya disebut xerarch.
Urut-urutan terjadinya proses ini:
Lumut kerak ®¾¾ lumut kerak berdaun ®¾¾ lumut ®¾¾ rumput-rumputan (herbaceus) ®¾¾ semak-semak (shrubs) ®¾¾ pohon-pohonan.




3.

TANAMAN SEBAGAI UNIT EKOLOGI
APA YANG DIMAKSUD DENGAN LINGKUNGAN ?
Adalah faktor-faktor yang mempengaruhi hubungan antar-spesies
dan inter-species sehingga terjadi interaksi, baik yang bersifat:
obligat atau insidental;
saling menguntungkan atau merugikan,
yang dijembatani oleh faktor-faktor fisiko-kimia lingkungan.

dan

Setiap spesies tanaman merupakan kumpulan individu yg dinamis
yang mampu merespon setiap perubahan lingkungan,
misalnya:
menebalkan/menipiskan daun
menggugurkan daun
dan lain-lain

HUKUM MINIMUM
PRINSIP UMUM HUBUNGAN ANTARA LINGKUNGAN DAN TANAMAN
Organic Chemistry in its Application to Agriculture and Physiology (1840):
menyimpulkan bahwa hasil suatu tanaman tergantung pada nutrien tanah yang jumlahnya terbatas.

KELEMAHAN HUKUM MINIMUM:
1. Tanaman mempunyai batas toleransi (atas dan bawah)
2. Faktor lingkungan mempengaruhi pertumbuhan tanaman secara bersamaan, satu faktor dapat memperbesar/ memperkecil faktor lain.

Konsep HUKUM MINIMUM kemudian dimodifikasi dengan menambahkan faktor-faktor lain, seperti kelembaban, suhu, pengendalian HPT, cahaya, populasi tanaman dan kapasitas genetik tanaman.

MODEL PERTUMBUHAN MITSCHERLICH
(pertumbuhan sebagai hasil dari berbagai input)

dy/dx = (A – y).c
dimana : y = hasil; x = jumlah input faktor pertumbuhan;
A = potensi hasil maksimum; c = konstanta (faktor efisiensi);
dan dy/dx = perubahan hasil setiap perubahan input.
1 unit yang menyebabkan kenaikan hasil sebesar 50% disebut unit BAULE.
disebut juga:
'The LAW of DIMINISHING RETURNS'
atau
Versi Logaritma:
Log (A-y) = Log A – 0,301 x
(PERSAMAAN MITSCHERLICH-SPILLMAN)


The THEORY of TOLERANCE

VICTOR SHELFORD (1913) seorang ahli Ekologi Hewan AS
mengusulkan perbaikan The 'LAW' of the MINIMUM

kemudian

dijelaskan oleh RONALD GOOD (1931, 1953) yang menyatakan
bahwa:

"SETIAP SPESIES TANAMAN AKAN MAMPU HIDUP & BERKEMBANG
DENGAN BAIK PADA KONDISI LINGKUNGAN TERTENTU"



Catatan:
1. Selang toleransi untuk beberapa faktor dapat lebar tetapi sempit untuk faktor lain,
2. Selang toleransi dapat berubah selama evolusi, tetapi perubahan berjalan lambat seiring dengan perubahan lingkungan.

\HASIL PENELITIAN SAAT INI menyimpulkan bahwa:

FAKTOR BIOTIK
(Kompetisi, Predasi, Simbiosis, Tempat Bersarang, modifikasi habitat)

dan

ABIOTIK/FISIKO-KIMIA LINGKUNGAN
(Suhu, Kelembaban, Cahaya Matahari, pH, Salinitas, Atmosfer, dll)
BEKERJA SECARA SIMULTAN!

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