LAPORAN PRAKTIKUM BIOLOGI / FOTOSINTESIS
LAPORAN PRAKTIKUM
BIOLOGI
FOTOSINTESIS
Oleh :
Nama :
NIM :
Kelompok :
Rombongan :
Hari/jam :
Asisten :
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS PERTANIAN
PURWOKERTO
ACARA V
FOTOSINTESIS
A.
PENDAHULUAN
A.1. LATAR BELAKANG
Pertanian pada
dasarnya merupakan sistem pemanfaatan energi matahari
melalui proses fotosintesis. Sebagai sumber energi utama bagi manusia,
fotosintesis telah memasok energi untuk makanan dan bahan bakar fosil yang
memberikan tenaga untuk pembangkit tenaga listrik dan banyak mesin lainnya.
Studi mengenai fisiologi tanaman budidaya berlangsung berdasarkan asumsi ini.
Karena fotosintesis merupakan batu pijakan produksi pangan, kita perlu memahami
tentang energi yang tersedia untuk mengadakan fotosintesis, dan mempelajari
bagaimana ciri anatomi dan proses-proses biokimia dalam tubuh tumbuhan
berinteraksi untuk menangkap dan menyimpan energi radiasi.
Dalam fotosintesis diperlukan adanya
reaksi terang. Dalam reaksi terang terdapat karoteroid yang berfungsi sebagai
pigmen pembantu dalam penyerapan cahaya. Beberapa diantaranya tidak aktif,
sebagian yang lain menyerap cahaya dan mentransfer elektron yang tereksitasi ke
klorofil maupun mentransfer dari fotosistem yang satu ke fotosistem yang lain,
merupakan fenomena yang dikenal sebagai gejala penguatan emerson. Tambahan
pula, karotenoid tampaknya mempunyai kapasitas untuk memperlambat laju
perusakan klorofil oleh cahaya (Anderson, 1975).
Fiksasi karbondioksida spesies C3.
Jalur yang dilalui karbon dalam fotosintesis, yang menjadikan dasar pengetahuan
kita pada masa sekarang, telah diteliti oleh Calvin dan kawan-kawannya (Bassham
dan Calvin, 1957). Bagian CO2 dari daur calvin dikatalis oleh enzim
ribolosa bis-fosfat (RUBP) karboksilase.
Fiksasi karbondioksida spesies C4
dari tahun 1954 sampai tahun 1966 daur calvin dianggap satu-satunya jalur
fiksasi CO2 pada tumbuhan tinggi. Kemudian Hatch dan Slack (1966),
bekerja di Australia, menyajikan bukti mendetail bahwa terjadi jalur fiksasi CO2
dangan menggunakan enzim fosfoenol piruvat (PEP) karboksilase.
Asam-asam ditraslokasikan ke sel-sel
seludang ikatan pembuluh tempat pengubahan menjadi piruvat, sebuah karbon
dilepas, yaitu diubah baik dengan cara menambahkan RUBP atau dengan menambahkan
kepada suatu molekul yang terdiri atas dua karbon, menjadi SPGA oleh RUBP karboksilase.
Setelah terbentuk 3 PGA, daur calvin berlangsung. Spesies dengan jalur Hatch
dan Slack disebut spesies C4 karena hasil pertama fotosintesis dalam
mesofil berupa satu molekul dengan 4 atom C.
Peningkatan temperatur itu cukup
dapat mempengaruhi pola iklim dunia sehingga mengubah pola curah hujan dan kemampuan
dimuka bumi (Williams, 1979). Umur jagung, Peaslee dan Moss (1966) mengukur
laju fotosintesis yang lebih rendah pada daun yang lebih bawah. Laju
fotosintesis yang lebih rendah ini dihubungkan dengan adanya kandungan kalium
fosfor, magnesium dan nitrogen.
A.2. TUJUAN PRAKTIKUM
1.
Mengamati/mengukur laju fotosintesis secara kualitatif
pada suatu tumbuhan.
2.
Mengamati hubungan antara intensitas cahaya dengan laju
fotosintesis suatu tumbuhan.
1.
A.3. TEORI DASAR
Fotosintesis merupakan salah satu proses
metabolisme yang terjadi dalam tumbuhan, yaitu proses anabolisme atau
biosintesis senyawa organik (glukosa) yang berasal dari senyawa organik (air
dan karbon dioksida) dengan menggunakan cahaya sebagai sumber energi. Pada
proses fotosintesis ini akan terbentuk pula gas oksigen sebagai hasil samping,
pada tumbuhan air seperti hidrila gas oksigen ini akan tampak sebagai
gelembung-gelembung yang muncul ke permukaan air.
Beberapa faktor luar (lingkungan)
seperti cahaya, suhu serta karbon udara seperti konsentrasi CO2 dan
O2 udara serta ada atau tidaknya polutan akan berpengaruh terhadap
laju fotosintesis. Semakin tinggi intensitasnya cahaya sampai batas-batas
tertentu akan meningkat konsentrasi CO2 disekitar daun tumbuhan
sampai batas tertentu, maka laju fotosintesis akan semakin meningkat pula.
Proses fotosintesis dapat ditulis reaksi.
6CO2 + 6H2O ----------> C6H12O6 + 6O2
Laju dari reaksi ini dapat diketahui
dengan mengukur jumlah karbondioksida dan air yang digunakan atau dengan
mengukur jumlah gula dan oksigen yang terbentuk.
B. TINJAUAN PUSTAKA
Energi radiasi yang
tersedia untuk fotosintesis di bumi berasal dari matahari. Setiap energi yang
digunakan oleh manusia, secara langsung atau tidak langsung, berasal dari
radiasi matahari, kecuali energi atom dan mungkin juga energi panas bumi. Untuk
pertumbuhan dan perkembangan tanaman budidaya, matahari merupakan suatu
pemancaran bertubuh hitam, dan menurut hukum Wein, panjang gelombang maksimum
berbanding berbalik dengan batang tubuh.
Tetapan matahari
merupakan jumlah energi yang diterima oleh suatu permukaan datar yang tegak
lurus dengan sinar matahari dan tepat di sebelah luar atmosfer bumi. Tingkat
radiasi matahari itu makin menurun setelah melewati bumi karena adanya
penyerapan dan pemancaran. Radiasi marahari pada permukaan bumi, apabila
permukaan tersebut tegak lurus terhadap sinar matahari yang cerah.
Faktor-faktor yang
mempengaruhi jumlah radiasi yang diterima suatu hari:
1. Sudut yang dibentuk sinar matahari
yang menuju titik tersebut. Apabila sinar matahari jatuh dengan sudut yang
makin kecil dari sudut.
2. Jumlah partikel (yaitu debu atau
partikel air yang mengembun, misalnya kabut atau awan) di dalam atmosfer. Pada
banyak daerah tropis, cahaya yang mengenai permukaan bumi selama musim
penghujan yang berlawanan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan musim kemarau
yang tidak berlawanan.
3. Faktor lain sepeti fluktuasi
pancaran matahari, jarak antara bumi untuk memantulkan cahaya.
Dari radiasi matahari
yang diserap selama siang hari oleh permukaan tanaman budidaya, 75% sampai 85%
digunakan untuk menguapkan air, 5 sampai 10% darinya menjadi cadangan bahan
pertukaran bahan dengan atmosfer bumi melalui proses konveksasi, dan 1 sampai
5% dalam fotosintesis.
Pertanian berdasarkan
atas panenan atau berat hasil tumbuhan budidaya. Oleh karena berat penen itu
biasanya diukur pada kandungan kelembaban tertentu, panenan disamakan dengan
hasil berat kering tumbuhan, yaitu keseimbangan antara pengambilan CO2
(fotosintesis) dan pengeluaran CO2 (respirasi). Apabila respirasi
lebih besar dibandingkan dengan fotosintesis, tumbuhan itu berkurang berat
keringnya, yang dapat ditunjukkan dengan menempatkan tumbuhan dalam ruang
gelap, yaitu dengan memecah fotosintesis.
Reaksi terang mengubah
energi cahaya menjadi energi kimia antara, yaitu NADPH dan ADP. Senyawa-senyawa
ini kemudian digunakan untuk mereduksi CO2 menjadi senyawa organik
yang mantap dan yang akan menghasilkan berat kering tanaman.
C. MATERI PRAKTIKUM
C.1 BAHAN
1. Tumbuhan
Hibrilla
2. NaHCO3
3. Tanaman jagung dan kedelai
C.2 ALAT
1. Plant
Leaf Chamber (PLC): tipe broad dan narrow leaf PLC
2. Leaf
Chamber Analyse: alat pengukur dan data logger
3. Battery
& baterry charger
4. Khemikalia:
soda lime
5. SRAMMemory
Car & Internal RAM
D.
PROSEDUR KERJA
1.
Check batteray apakah dalam kondisi terisi penuh atau
tidak,
2.
Check tabung khemikalia,
3.
Pasang pipa PLC warna merah pada tempat berwarna merah
dan warna hitam pada pasangan yang berwarna hitam serta kabel PLC pada Leaf
Chamber Cabie Connection,
4.
Hidupkan alat LCA4 degan menekan tombol on dan tunggu
beberapa menit (±5 menit) hingga Cref
=Can atau AC=0 (warning up)
E.
HASIL PENGAMATAN
Keterangan
C: Date
D: CO2
analysis in vpm
E: CO2
anl, dilutioncorrected vpm
F: CO2 differential
r-a, in vpm
G: CO2
reference in pvm
H: record label
text
I: energy conversion
factor
J: H2O
analysis as % RH
K: H2O
anl, dilution corrected, %RH
L: H2O
differential a-r, in %RH
M: H2O
refference in %RH
N: leaf area in
cm2
O: leaf area in
cm2
P: leaf surface
temp in oC
Q: stomatal
conductance, mol m-2s-1
R: P.A.R. incident
on LC, 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
F. PEMBAHASAN
Cahaya tampak (visible), sebagai sumber energi yang digunakan tumbuhan
untuk fotosintesis, merupakan bagian spektrum energi radiasi. Energi radiasi
mempunyai karakteristik yang unik, yang dapat dijelaskan dengan menggunakan dua
macam teori yang berhubungan, yaitu teori gelombang elektromagnet dan teori
kuantum. Teori gelombang elektromagnet menyatakan bahwa cahaya merambat melalui
ruangan sebagai suatu gelombang. Jumlah gelombang yang merambat melewati titik
tertentu dalam interval tertentu menyatakan sebagai frekuensi.
Teori kuantum menyatakan bahwa cahaya merambat dalam bentuk aliran partikel
disebut foton. Energi yang terkandung dalam suatu foton disebut satu kuantum.
Karena energi yang terkandung dalm suatu foton itu berbanding lurus dengan
frekuensi, maka kuantum dapat dinyatakan dalam bentuk panjang gelombang, dan
energi tiap foton berbanding terbalik dengan panjang gelombang.
Reaksi cahaya dalam fotosintesis merupakan akibat langsung menyerap foton
oleh molekul-molekul pigmen seperti klorofil. Tidak seluruh foton mempunyai
tingkat energi yang cocok untuk meningkatkan pigmen daun. Karena pengikatan
pigmen merupakan akibat langsung interaksi antara foton dan pigmen, pengukuran
cahaya yang digunakan dalam fotosintesis sering kali berdasarkan densitas
aliran foton, dan bukan berdasarkan energi. Densitas aliran foton ialah jumlah
foton yang menumbuk suatu luas permukaan tertentu per satuan waktu. Karena panjang
gelombang efisiensi digunakan dalam fotosintesis, pengukuran cahaya untuk
fotosintesis biasanya didasarkan pada densitas aliran foton.
Melalui proses adaptasi, spektrum cahaya yang diserap oleh klorofil dan
pigmen-pigmen daun yang lain sama dengan rentangan spektrum cahaya yang nampak
oleh mata manusia. Penyerapan cahaya oleh daun itu sangat berbeda dari
penyerapan cahaya oleh klorofil yang dilarutkan dalam eter.
Perbedaan anatomi (anatomi daur spesies C4 disebut anatomi Kranz):
a.
Spesies C4 mempunyai kloroplas dalam sel-sel
seludang ikatan pembuluhnya, spesies C3 tidak.
b.
Kloroplas dalm mesofil spesies C3 dan C4
tampak serupa (mereka biasanya mempunyai membran eksternal ganda dan grana yang
berkembang baik) tetapi secara biokimia keduanya sangat berbeda.
c.
Kloroplas dalam sel-sel seludang ikatan pembuluh pada
spesies C4 berbeda secara anatomi.
Yang menguntungkan untuk kondisi cahaya kurang terang dan temperatur
sejuk harus digunakan tehnik khusus untuk mengukur fotorespirasi:
a.
Udara tanpa CO2 dilewatkan suatu daun yang
disinari. Bila dihasilkan CO2, hasil CO2 ini berarti
ukuran fotorespirasinya.
b.
Tumbuhan atau daun didalam sungkup dengan penyinaran
akan menurunkan konsentrasi CO2 di udara sampai mencapai suatu
keseimbangan (konsentrasi kompensasi) yang merupakan ukuran fotorespirasinya.
c.
Bila sebuah daun tiba-tiba diletakkan dalam gelap,
fotosintesis akan terhenti, namun fotorespirasinya akan dilanjutkan sebentar
untuk menghabiskan asam glikolatnya. Hal ini menyebabkan suatu pengeluaran CO2
setelah penyinaran yang jauh lebuh banyak dibandingkan keseimbangan pengeluaran
CO2 dalam respirasi biasa.
d.
Oksigen (O2) dibutuhkan untuk mengubah asam
glikolat menjadi asam glioksilat. Bila O2 di udara mereduksi dari
21% menjadi 1% atau kurang dari itu, fotorespirasi berhenti. Oleh karenanya,
perbedaan fotosintesis pada konsentrasi 21% dan 1% merupakan ukuran
fotorespirasi.
Dalam kondisi kelembaban rendah, stomata terbuka pada malam hari untuk
menyerap CO2, dan tertutup pada siang hari untuk mengurangi beban
transpirasi tumbuhan. Hanya ada beberapa tumbuhan CAM yang termasuk tanaman
budidaya, antara lain nanas, Agave
(sisal, henequen dan lain-lain), dan buah pir berduri.
Radiasi matahari menyebabkan penutupan stomata dan penyinaran daun;
energi cahaya ini digunakan untuk menjalankan daur calvin, yaitu dengan
mengambil CO2 dari asam beratom C-4 seperti pada reaksi di dalam
sel-sel seludang ikatan pembuluh spesies C4. Kloroplas tumbuhan CAM
lebih mirip dengan kloroplas spesies C3. Dalam kondisi kelembaban
yang menguntungkan, banyak spesies CAM berubah fungsi stomatanya dan
karboksilasinya serupa dengan pada spesies C3.
Daun berfungsi sebagai organ utama fotosintesis pada tumbuhan tingkat
tinggi. Evolusi daun telah mengembangkan suatu struktur yang akan menahan
kekerasan lingkungan namun juga efektif dalam penyerapan cahaya dan cepat dalam
pengambilan CO2 untuk fotosintesis. Kebanyakan daun tanaman budidaya
mempunyai (1) permukaan luar yang luas dan datar; (2) lapisan pelindung
permukaan atas dan bawah; (3) banyak stomata persatuan luas; (4) permukaan
dalam yang luas dan rongga udara yang saling berhubungan; (5) sejumlah besar
kloroplas dalam setiap sel; dan (6) hubungan yang erat antara ikatan pembuluh
dan sel-sel fotosintesis. Sehelai daun yang ideal untuk pertukaran gas dan
penangkapan cahaya hanyalah setebal satu sel, tetapi kekerasan lingkungan alami
menurut beberapa lapisan sel dan pelindung permukaan agar dapat lestari.
Permukaan luar daun yang luas dan datar memungkinkannya menangkap cahaya
semaksimal mungkin persatuan volume dan meminimalkan jarak yang harus ditempuh
oleh CO2 dari permukaan daun ke kloroplas, yaitu jarak sekitar 0,1
mm pada daun-daun kebanyakan tanaman budidaya.
Kebanyakan spesies tanaman budidaya ditanam di tempat yang mendapat
radiasi matahari penuh dan memiliki stomata pada kedua permukaan daun. Spesies
yang tumbuh di tempat teduh kebanyakan hanya mempunyai stomata pada epidermis
bawahnya (abaxial). Di dalam daun terdapat
banyak sel mesofil dan ruang-ruang antar sel. Tipe dikotil dan tipe
rumput-rumputan mempunyai anatomi daun yang berbeda, tetapi tidak ada petunjuk
bahwa salah satu dari kedua struktur tersebut lebih efisien dalam menangkap
cahaya atau dalam difusi CO2. Namun, perbedaan anatomi antara
spesies-spesies C3, C4 dan CAM benar-benar mempengaruhi
efisiensi fotosintesis.
Sel-sel daun tidak berada jauh dari jaringan pembuluh; hal ini
memungkinkan pergerakan cepat air dan mineral-mineral ke sel-sel fotosintesis
dan perpindahan hasil-hasil fotosintesis dari sel ke sel dan dari daun.
Pengurangan pergerakan-pergerakan bahan-bahan baku ke kloroplas atau pergerakan
hasil-hasil fotosintesis dari kloroplas dapat mengurangi laju fotosintesis.
Faktor-faktor penting untuk fotosintesis yaitu :
1.
Cahaya
Bila tidak ada cahaya, terjadi respirasi dalam gelap, yang biasanya
sehelai daun mengambil 5 sampai 10% dari pengambilan CO2 dalam
cahaya terang. Dengan peningkatan cahaya secara berangsur-angsur, fotosintesis
juga akan meningkat sampai tingkat kompensisi cahaya, yaitu tingkat cahaya pada
saat pengambilan CO2 sama dengan pengeluaran CO2 (laju
pertukaran karbon atau CER=0).
Perlu diperhatikan bahwa walaupun spesies C2 sering kali tidak
mencapai tingkat kejenuhan cahaya dan dapat memanfaatkan tingkat cahaya tinggi
lebih baik dari pada spesies C3, tumbuhan itu juga memanfaatkan
cahaya remang-remang secara lebih efesien (pengambilan CO2 per
satuan cahaya) dibandingkan pada cahaya terang.
2.
Tahanan Daun Terhadap Asimilasi CO2
Tahanan stomata adalah tahanan terhadap difusi CO2 dari luar
ke daun melalui stomata. Daun tanaman budidaya pada umumnya mempunyai jumlah
stomata yang cukup untuk difusi CO2 yang efisiensi.
3.
Temperatur
Fotosintesis harus dipisahkan menjadi bagian-bagian penyusunnya untuk
menetapkan responnya terhadap temperatur.
4.
Air
Merupakan subtrat fotosintesis,tetapi hanya sekitar 0,1 % dari jumlah air
total digunakan oleh tumbuhan untuk fotosintesis.
5.
Umur Daun dan Keadaan Mineral
Umur daun mempengaruhi fotosintesis: prosespenuaan menyebabkan kelembaban
proses fotosintesis. Faktor utama yang mempengaruhi laju penuaan ialah
kandungan nutrisi mineral daun. Nutrisi lain yang kurang bergerak pada tumbuhan
(misalnya, kalium dan besi) dapat mengurangi fotosintesis pada daun-daun muda
sedangkan pada daun-daun tua meningkatkan fotosintesis.
C.
KESIMPULAN
1.
Faktor-faktor
lingkungan seperti cahaya, CO2, temperatur, kandungan air dan
kandungan mineral langsung mempengaruhi laju fotosintesis daun dengan cara
mempengaruhi reaksi terang atau mempengaruhi sistem karboksilasi kloroplas,
2.
Laju fotosintesis sangat bervariasi antar spesies dan
seringkali berhubungan dengan lingkungan tempat spesies itu beradaptasi.
Spesies tanaman budidaya biasanya termasuk di antara spesies-spesies tumbuhan
yang paling efisien.
3.
Laju fotosintesis daun dalam spesies juga bervariasi,
yang menunjukkan adanya kemungkinan untuk meningkatkan hasil panen dan kualitas
tanaman budidaya dengan cara menyeleksi untuk mendapatkan tanaman yang punya
laju fotosintesis tinggi.
4.
Produk fotosintesis digunakan untuk cadangan makanan,
struktur, respirasi, dan pertumbuhan. Seberapa efisien tumbuhan membagikan
hasil fotosintesisnya ke bagian-bagian yang berbeda-beda itu mempunyai pengaruh
penting terhadap hasil panen.
5.
Spesies C3 tampaknya kurang efisien
melaksanakan fotosintesis dibandingkan dengan spesies C4,terutama
karena spesies C3 menunjukkan adanya fotoresperasi.
DAFTAR
PUSTAKA
Franklin, Garden.
1991. Fisiologi tanaman budidaya. Penerbit
Universitas Indonesia; Jakarta.
Jayamiharja, Ir. Joni
Ahmad. 1976. Fisilogi tumbuhan. Universitas
Indonesia; Jakarta.
Tobondo, Mintjen SL. 1994. Biologi. Penerbit Erlangga; jakarta.