FISIOLOGI TUMBUHAN DAN SEL TUMBUHAN

 

Fisiologi adalah ilmu yang mampelajari fungsi tumbuhan.

Ribuan macam reaksi kimia berlangsung di dalam setiap sel hidup yaitumengubah bentuk air, garam mineral, dan gas dari linhkungan menjadi bentuk jaringan yang terorganisasi serta berbagai organ tumbuhan

 

Sel prokariot : bakteri ganggang hijau biru.

Membran adalah bahan berupa selaput yang sangat tipis, sebagian besar terdiri atas lipid dan frotein, yang memisahkan sel dari sel lain dan sering juga memisahkan bagian- bagian sel dan sekelilingnya.

- Eukariot mengandung beberapa jenis organel (organ kecil ) yang masing masing terbungkus oleh sistem membran tunggal atau rangkap.

- Nukleus (Inti) pada sel eukariot di bungkus oleh sebuah membran rangkap, namun sel prokariot hanya memiliki sebuah benda pusat yang di sebut nukleoid yang di kelilingi oleh sitoplasma dan bukan oleh membran.

 

Sel eukariot : protisa, cendawan dan tumbuhan

Sel utama prokariot juga terdat pada sel eukariot, namun sel eukariot memiliki beberapa struktur tambahan lain yang sebagian besar terbungkus oleh membran.

 

Dinding sel

1. Dinding sel primer

Di bandingkan dengan keseluruhan sel atau bahkan dengan dinding sekunder saja dinding primer itu tipis. Tebalnya antara 1-3 um ( kira-kira setebal seluruh sel bakteri).

2. Dinding sel sekunder

pada banyak sel tumbuhan, protoplas mengsekresikan  dinding sekunder setelah sel berhenti menbesar.

Dinding sel sekunder umumnya lebih tebal di bandingkan dinding sel primer, beberapa di antaranya memiliki ketebalan beberapa micrometer.

3. Lamela tengah. Senyawa perekat yang berupa gel merekatkan sel-sel yang berdampingan, membentuk lamela tengah.

4. Ceruk,plasmodesmata, dan bentuk dinding sel lain. Dinding sel prmer biasanya memiliki sejumlah daerah penipisan yang di sebut lapang cekuk.

 

Protoplas eukariot.

Protoplasma eukariot adalah Metriks berair yang kompleks yang mengandung banyak melekul, sebagian dalam bentuk suspensi koloid.

Karena sebagian besar bagian yang berpotensi kimia di dalam sel berada di protoplasma maka protoplasma di anggap bagian yang paling hidup dari sel.

Komponen sitoplasma

Sejak abat yang lalu bahwa sistem endomembran meliputi retikulum indoplasma, badan golgi, selimut inti dan organel sel serta membran lain yang berasal dari retikulum endoplasma atau badan golgi.

 

Sistem endomembran

sistem endomembaran berperan penting dalam produksi organel sitoplasma,dalam pengendapan berbagai bahan dari organel tersebut. 

-          Ribosom ribosom tersebar di sitoplasma atau bergabung dengan ER kasar di dalam sel, dan selalu di membran rangkap ER di sisis sitosol.

-          Mitokondria pada microscop cahaya mitokondria terlihat seperti bulatan, batang atau kawat kecil yang  beragam bentuk dan ukuran nya.

-          Plastid merupakan struktur khusus di selimuti oleh sistem membran rangkap, di temui hanya pada tubuhan dan beberapa protista.

-         

 

Ada dua macam plastid berwarna

1. Kloroplas yang mengandung kloropil dan berbagai pigmen yang menyertai.

2. Kromoplas mengandung suatu sistem membran yang bernama tilakoid yang sering sambung menyambung menbentuk tumpukan menbran yang yang di sebut garana.

 

Vakuola

Vakuola adalah Benda khas di tumbuhan selain dinding sel dan plastid.

Vakuola di anggap sebagai bagian dari sistem edomembran.

 

- Peran vakuola dalam turgiditas dan bentuk jaringan yang tersusun dari banyak sel yang hanya memiliki dinding primer. Adalah akibat adanya air dan bahan yang terlarut yang menekan dari dalam vakuola. 

 

 Vakuola untuk penyimpanan dan penimbunan konsentrasi bahan terklarut di vauola itu tinggi hampir setinggi konsentrasi garam di laut, umumnya ( 0,4 – 0,6 m )

- Vakuola sebagai lisosom dalam hal ini berlaku organel sel yang umum di dapati di sel hewan, beberapa cendawan dan protosida.

 

Flagea da silia

Pada umumnya di temukan pada ganggang, cendawan, protozoa, hewan kecil ( mikroskopik) lain. Sel khusus pada hewan, dan sel kelamin khusus pada tumbuhan tingkat rendah tertentu dan pada gemnosperma.

Mikroskop elektron mengungkap bahwa Flagea da silia memiliki organisasi dalam yang tepat terdiri dari 9 pasang yang mengitari mikrotobul lain.

 

Sel tumbuhan

Patut di ingat bahwa ada 3 keistimewaan dari sel tumbuhan di bandingkan dengan sel hewan yaitu dinding sel yang sulosanya : vakuola yang menpelajari tekanan dan memperbesar volume serta luas permukaan meskipun dengan protoplasma sedikit dan flastid, khususnya kloroplas.

 

Batasan tentang kehidupan

Berdasarkan pustulat dari awal bab maka bab ini dapat di akhiri dengan upaya dengan mencari batasan tentang kehidupan.

Struktur makromolekul yang khusus di temukan setelah suatu organisme mati.  

PROSES PEMBENTUKAN FOSIL

DAUR NITROGEN

Hampir semua jazad mikro, tumbuhan tinggi dan hewan membutuhkan nitrogen (amonia,nitrat). Bentuk nitrogen anorganikini begitu juga nitrogen organik (protein,asam amino,asam nukleat dll.) relatigf sedikit ditemukan di dalam tanah/air, dan konsentrasinya kadang-kadang merupakan faktor pembatas bagi pertumbuhan tanaman. Keadaan ini menyebabkan transformasi nitrogen menjadi hal yang menarik bagi ahli mikrobiologi.

 

7

NO2

Amonia

N Tanah

Fiksasi oleh jazad mikro

N Udara

 

`

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Penambatan gas nitrogen (N₂)

v  Simbiosis (Rhizobium,BGA)

v  Non simbiosis (Azorobacter, Azospirilum).

1. Amonnifikasi nitrogen seluler (Pseudomonas, Bacillus,Proteus)
2. Nutrifikasi a (Nitrosomonas,Notrosococcus), b (Nitrobacter,Nitrococcus)
3. Denitrifikasi (Pseudomonas,Nitrococcus)
4. Mineralisasi
5. Imobilisasi
6. Petir

 

 

Gambar 2 Skema Daur Nitrogen

Bagfian atas dari daur memperluhatkan cara nhitrogen atmosfer diubah langsung menjadi benda hidup oleh jazad hidup tanah. Proses selanjutnya setelan N terpendam dalam tumbuh-tumbuhan sebagai protoplasma dll, diubah kejaringfan hewan. Bila tumbuhan dan hewan mati dan hancur, jazad hidup saprofit mengubah nitrogen itu kembali menjadi amonium. Proses ini disebut amonifikasi. Oksidasi amonia menjadi nitrit (nutrifikasi tahap I) dilakukan oleh Nitrosomonas dan Nitrosococcus (khemoautotrof). Nitrit yang terbentuk dioksidasi lebih lanjut (nitrifgikasi tahap II) menjadi nitrat oleh jazad khemoautotrofg lain seperti Nitrobacter dan Nitrococcus. Beberapa bakteri dapat menggunakan nitrat sebagai sumber nitrogen seluler melalui proses reduksi. Umumnya disebut reduksi nitrat. Proses reduksi nitrat menjadi molekul nitrogen (N2) disebut denigfikasi (respirasi anaerob), tetapi bila nitrat direduksi hanya menjadi nitrit disenut reduksi nitrat. Bila nitrit direduksi menjadi amonia disebut denitrosigfikasi.

 

Protein tumbuhan     Amonifikasi       NH4+     denitrosigfikasi

    dan hewan                                                      nutrifikasi I

 

                        reduksi nitrat

NO2                                              NO3         

                        Nitriikasi                                 Denitrifikasi

 

 

Penambatan Nitrogen

 

Penambatan nitrogen adalah proses yang menyebabkan nitrogen bebas digabungkan secara kimia dengan unsur lain. Dalam atmosfer dengan satuan luas satu acre (0,46 ha) tanah diperkirakan ada 35.000 ton nitrogen bebas. Walaupun esensial mutlak bagi kehidupan, tidak satu molekulpun dapat digunakan begitu saja oleh tumbuhan, hewan atau manusia tanpa campur tangan jazad mikro penambat nitrogen.

Sejumlah jazad mikro tanah dan air mampu menggunakan molekul nitrogen dalam atmosfer sebagai sumber N. Jazad mikro ini dibagi menjadi dua kelompok menurut cara penambatan N yang dilakukan yaitu :

2.        Penambatan N secara non-simbiotik, yaitu jazad mikro yang mampu mengubah  molekulNmenjadi nitrogen sel secara bebas tanpa tergantung pada organisme hidup lainnya.

Jazad mikro penambat N itu secara enzimatis menggabungkan N atmosfer dengan unsur-unsur lain untuk membentuk senyawa N-organik dalam sel hidup. Dalam bentuk organik ini kemudian N dilepaskan kedalam bentuk terlambat, tersedia bagi tanaman baik secara langsung maupun melalui aktifitas jasad mikro.

Penambatan  N non-simbiotik dapat juga terjadi di atmosfer akibat halilintar dan nitrogen oksida yan terbentuk oleh pembakaran mesin dapat mengalami fotokimia dan nitrogen yang terikat dengan cara ini jatuh ke tanah bersama air hujan.

 

Penambatan Nitrogen Secara Simbiotik

Dalam sistem ini penambatan molekul nitrogen adalah hasil kerja sama mutualisme antara tumbuhan (leun dan tumbuhan lain) dengan sejenis bakteri. Masing-masin simbion secara sendiri-sendiri tidak dapat menambat nitrogen. Simbiosis antara bakteri dengan tumbuhan, misalnya antara species Rhizobium dengan legum adalah endosimbiosis, karena berlangsung didalam tumbuhan. Bakteri hidup dalam sel dan jaringan tumbuhan.

Di dalam tanah, bakteri Rhizobium bersifat organotrof, aerob, bentuk batang pleomorfi, gram negatif, tidak berspora dan berflagella (1-6). Bakteri ini mudah tumbuh dalam media biakan khususnya yang mengandung ragi atau kentang. Suhu optimum antara 25-30⁰C dengan pH optimum 7,0.

Bakteri Rhizobium bila masuk ke dalam sistem perakaran legum menyebabkan pembentukan bintil akar. Dalam bintil akar bakteri berubah bentuk menjadi bakteroid (bentul L,V,Y,T,X). Bakteri dalam bentuk bakteroid dapat menambat nitrogen dari udara dengan bantuan enzim nitrogenase yan dibentuk bakteri. Rhizobium yang tumbuh dalam bintil akar legum mengambil langsun nitrogen dari udara. Dengan aktivitas sselam abersama sel tanaman dan bakteri, nitrogen itu disusun menjadi senyawa nitrogen organik seperti asam amino dan polipeptida yang ditemukan dalam tumbuhan, bakteri dan tanah di sekitarnya. Penyediaan hara nitrogen oleh Rhizobium dapat mencapai 60-75 % dari jumlah yang dibutuhkan tumbuhan.

Agar mendapatkan keuntungan yang maksimum dari kegiatan Rhizobium, kita tidak dapat semata-mata tergantung pada infeksi spontan oleh mikroflora tanah. Banyak tampat yang mengandung Rhizobium yang tidak efektif. Jadi inokulasi dengan galur bakteri Rhizobium terpilih yang sesuai dengan tanaman inangnya dan mempunyai daya saing yang tingi terhadap mikroflora asli pada tanah setempat akan memberikan respons yang sangat nyata.

 

 

 

Penambatan Nitrogen Non-Simbiotik

Penambatan nitrogen secara hayati yang non sinbiotik dilakukan oleh jasad mikro yang hidup bebas. Menurut Tedja Imas dkk. (1989), beberapa jasad mikro yang dapat menambat N₂ secara non simbiotik adalah Azotobacter. Bakteri ini bersifat mesofilik dan aerob obligat dengan laju respirasi yang sangat tinggi. Efisiensi penambatan nitrogen rendah sehinga kurang berarti di alam Species lain adalah Beijerinckia dan Derxia, bersifat aerobik dan tumbuh baik pada keadaan asam (sampai pH 3). Bakteri ini umum dijumpai di tanah-tanah trofis.

Ada dua cara yang baik untuk mengukur perubahan nitrogen/penambatan nitrogen adalah :

1.            Penggunaan isotop ¹⁵N₂ dengan cara ini jazad mikro yang diteliti ditumbuhkan dengan diberi ¹⁵N₂ maka akan tergabung ke dalam protoplasma. Tehnik ini cukup sensitif dan tepat, tapi  ¹⁵N₂  sangat mahal harganya dan diperlukan alat canggih spektrotometer yang mahal.

2.            Dengan uji redaksi asetilin, metode ini berdasarkan pada prinsip bahwa jazad mikro yang dapat mereduksi N2 (berikatan 3) juga dapat mereduksi asetilin (juga berikatan 3).

N = N ------reduksià 2NH³

HC = CH ------reduksià H₂N = CH₃

Gas estilen yang merupakan hasil reduksi asetelin dapat ditentukan dengan mudah dengan menggunakan gas kromatografi. Cara ini termasuk sensitif, memerlukan substrat (asetelin) yang tidak mahal, dan gas kromatografi merupakan alat yang umum dipakai di banyak lab.

Faktor-faktor yang mempengaruhi penambatan nitrogen non simbiotik adalah faktor lingkungan, terutama ciri kimia dan fisika habitatnya (Tedja Imas,1989). Faktor-faktor tersebut meliputi ketersediaan senyawa nitrogen, kesediaan nutrigen anorganik, macam sumber energi yang tersedia, pH, kelembab,dan suhu.

Jazad mikropenambat N₂ pada umumnya juga mampu menggunakan amonium, nitrat, dan senyawa nitroge organik. Amonium lebih disukai dan bersama-sama dengan senyawa-senyawa yang dapat diubah menjadi amonium (seperti urea dan nitrat) merupakan penghambat penambatan nitrogfen yang paling efektif.

Bila jazad mikro penambatan nitrogen ditumbuhkan pada media yang mengandung garam-garam amonium dan senyawa nitrogen lainnya, beberapa nutrien anorganik diperlukan dalam jumlah lebih sedikit daipada medium tersebut bebas dari nitrogen.  Dalam penambatan nutrigen diperlukan molibdenum, besi, calsium dan kobalt dalam jumlah yang cukup.

Bagi jazad heterotrof, tersedianya sumber energi merupakan faktor utama yang membatasi laju dan besarnya asimilasi N₂. Penambatan gula sederhana, selulosa, jerami, atau sisa-sisa tanaman dengan nisbah C/N yang tinggi seringsekali meningkatkan dengan nyata transformasi N.

pH mempunyai pengaruh yang nyata, Azotobacter dan Sianobakteri tergolong sangat peka pada tanah-tanah dengan pH kurang dari 6,0 sedangkan Beijerinckia tidak peka dan dapat tumbuh dan menambat N₂ pada pH 3-9.

Kelembab tanah sering kali menentukan laju penambatan nitrogen dan kandungan air optimum tergantung pada tanah yang bersangkutan dan jumlah bahan organik yang tersedia. Bila kelembaban terlalu tinggi maka keadaan aerobik berubah menjadi anaerobik.

Suhu optimum bagi penambatan nitrogen adalah suhu sedang. Penambatan terhenti pada suhu beberapa derajat di atas suhu optimum. Di beberapa daerah beriklim sedang bagian Utara didapati bahwa penambatan nitrogen masih berlangsung sekalipun pada musim dingin. Jazad mikro pelakunya diperkirakan algae atau lumut kerak.

 

Nitrifikasi

Nitrogen atmosfer memasuki sistem tanah, selanjutnya melalui berbagai tahapan proses sebagian dari nitrogen tersebut dibebaskan dalam danah sebagai ion amonium.    N-amonium yang masuk ke dalam tanah digunakan oleh jazad amonifikasi dan jazad mikro lain yang dapat menggunakan senyawa tersebut, sebagian diserap oleh tanaman, serta sebagian lagi diikat oleh meneral liat. Selebihnya akan segera dioksidasi oleh bakteri-bakteri tertentu untuk mendapatkan nitrogen dan energinya. Yang terakhir ini dikenal sebagai nutrifikasi karena hasil akhirnya adalah N-nitrat. Nutrifikasi merupakan tahapan mineralisasi nitrogen sesudah amonifiksi.

Pembentukan nirat merupakan proses kimia alami, yaitu reaksi antara oksigen dan amonium daerah tanah sebagai katalisatornya. Pada tahun 1862, Pasteur mengfajukan hipotesis bahwa pembentukan nitrat tersebut adalah proses biologi yang analog dengan pembentukan alkohol menjadi cuka.

RESPIRASI

1. Pengertian respirasi

Respirasi adalah suatu proses pengambilan O2 untuk memecah senyawa-senyawa organik menjadi CO2, H2O dan energi. Namun demikian respirasi pada hakikatnya adalah reaksi redoks, dimana substrat dioksidasi menjadi CO2 sedangkan O2 yang diserap sebagai oksidator mengalami reduksi menjadi H2O. Yang disebut substrat respirasi adalah setiap senyawa organik yang dioksidasikan dalam respirasi, atau senyawa-senyawa yang terdapat dalam sel tumbuhan yang secara relatif banyak jumlahnya dan biasanya direspirasikan menjadi CO2 dan air. Sedangkan metabolit respirasi adalah intermediat-intermediat yang terbentuk dalam reaksi-reaksi respirasi.

Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan.

Ditinjau dari kebutuhannya akan oksigen, respirasi dapat dibedakan menjadi:

a. respirasi aerob yaitu respirasi yang menggunakan oksigen bebas untuk mendapatkan energi

b. respirasi anaerob atau biasa disebut dengan proses fermentasi yaitu respirasi yang tidak menggunakan oksigen namun bahan bukunya adalah seperti karbohidrat, asam lemak, asam amino sehingga hasil respirasi berupa karbondioksida, air dan energi dalam bentuk ATP.

Karbohidrat merupakan substrat respirasi utama yang terdapat dalam sel tumbuhan tinggi. Terdapat beberapa substrat respirasi yang penting lainnya diantaranya adalah beberapa jenis gula seperti glukosa, fruktosa, dan sukrosa; pati; asam organik; dan protein (digunakan pada keadaan & spesies tertentu).
Secara umum, respirasi karbohidrat dapat dituliskan sebagai berikut:

C6H12O6 + O2 6CO2 + H2O + energi

Reaksi di atas merupakan persamaan rangkuman dari reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses respirasi.

Bernapasmeliputiduatahap, yaitu:

1. Pertukaran gas adalah proses pengambilan oksigen dan pengeluaran karbondioksida melalui alat pernapasan tumbuhan.

2. Respirasi sel adalah penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dengan membebaskan energi.

Mitokondriaadalahtempat di manafungsirespirasipadamakhlukhidupberlangsung.Senyawakompleksnyadapatberupakarbohidrat, lemak, dan protein.Energi yang didapatkandari proses respirasidigunakanuntukaktifitasmetabolismetubuhtumbuhan

2. Alat respirasi tumbuhan

Seperti dijelaskan sebelumnya, proses respirasi diawali dengan proses pertukaran gas oksigen dan karbon dioksida melalui alat pernapasan. Alat pernapasan tumbuhan letaknya tersebar. Tumbuhan dapat melakukan pertukaran gas melalui stomata, lenti sel, dan rambut akar. Pada tumbuhan tertentu, pernapasan melalui alat khusus, misalnya akar napas pada tumbuhan bakau maupun beringin. Berikut ini akan dijelaskan alat-alat pernapasan tumbuhan.

a. Stomata

Stomata ataumulutdaunterdiriatascelahataulubang yang dikelilingiolehduaselpenjagadanterletak di daun.Stomata berfungsisebagaitempatpertukaran gas padatumbuhan, sedangkanselpenjagaberfungsiuntukmengatur, membukadanmenutupnya stomata.

Stomata tumbuhanpadaumumnyamembukapadasaatmatahariterbitdanmenutupsaatharigelap.Membukadanmenutupnya stomata dipengaruhiolehkandungan air dan ion kalium di dalamselpenjaga.Ketikaselpenjagamemilikibanyak ion kalium, air dariseltetanggaakanmasukkedalamselpenjagasecaraosmosis. Akibatnya, dindingselpenjaga yang berhadapandengancelah stomata akantertarikkebelakang, sehingga stomata menjaditerbuka. Sebaliknya, ketika ion kaliumkeluardariselpenjaga, air dariselpenjagaakanberpindahsecara osmosis keseltetangga. Akibatnya, seltetanggamengembangdanmendorongselpenjagakearahcelahsehingga stomata menutup.  LihatGambar 9.

Gambar1.

Membukadanmenutupnya stomata diaturolehselpenjaga (guard cell) : stoma membuka (kiri), stoma menutup (kanan). (Sumber : Campbell et al. 1999)

b. Lentisel

Padatumbuhandikotil, selainkambiumintervasikuler yang membentukxilemdanfloemsekunderadajugakambiumgabus yang menghasilkanparenkimagabusdanlapisangabus.Lapisangabusakanmenggantikan epidermis. Lapisangabusterdiriatassel-selmatidanmembantumelindungibatang.Kambiumgabus, parenkimagabus, danlapisangabusakanmengelupasdanlepassebagaibagiankulit. Akibatnya, timbullubang-lubang di batang yang disebutlentisel.Lentiselmemungkinkansel-seltetaphidup di dalambatangmelaluipertukaran gas denganudaraluar.LihatGambar 10.

Gambar2.

Lentisel(Sumber: http://www.biyolojiegitim.yyu.edu.tr)

c. RambutAkar

Selainuntukmenghisap air dangaram-garam mineral, rambutakarberfungsisebagaialatpernapasan.Sel-selrambutakarakanmengambiloksigenpadapori-poritanah.

Gambar 11.RambutAkar

(Sumber: Campbell, et all. 2005)

d. AlatPernapasanKhusus

Kemampuantumbuhanberadaptasiterhadaplingkunganmenghasilkanalatpernapasankhusus.Tumbuhanbakau yang hidup di lingkungan air lautmempunyaiakar yang tumbuhkeataspermukaantanahuntukmemperolehoksigendanmengeluarkankarbondioksida.Akartersebutdisebutakarnapas.

Pohonberingindananggrekmempunyaiakargantunguntukbernapas.Akartersebuttumbuhdaribatangdanmenggantungkearahtanah.Padasaatmasihmenggantung, akarinimenyerapuap air dan gas dariudara.Akan tetapisetelahmasukketanah, akartersebutberfungsimenyerap air dangaram mineral.Tumbuhan yang  hidup di air sepertiencenggondokdankangkung, batangnyamempunyairongga-ronggaudara yang  besarberfungsiuntukmenyalurkanoksigen.

3. Proses respirasi

Gambar 13 Hubunganantara proses fotosintesisdengan proses respirasipadatumbuhan(Sumber : Campbell, et all, 2006)

Respirasimerupakan proses penguraiansenyawaorganikmenjadi air dankarbondioksidauntukmemperolehenergidenganbantuanoksigen. Senyawaorganikmerupakanbahanbakarrespirasiuntukmenghasilkan ATP, sedangkanproduklimbahrespirasisepertikarbondioksidadan air, merupakanbahan yang digunakankloroplassebagaibahanmentahuntukfotosintesis.LihatGambar 6. Energi (ATP) yang diperolehdari proses respirasi, akandigunakanuntukaktifitasmetabolismetubuhtumbuhan. Proses keseluruhandapatdirangkumsebagaiberikut:

Senyawaorganik + oksigen –>karbondioksida + air + energi

Glukosa, lemak, dan protein dapatdiprosesdandigunakansebagaibahanrespirasi.Jikaglukosa (C₆H₁₂O₆) yang digunakansebagaibahanrespirasimakareaksinyadapatditulissebagaiberikut:

4. Faktor-faktor yang mempengarui laju respirasi

Laju respirasi dapat dipengaruhi beberapa faktor antara lain :

a. Ketersediaan substrat

Karbohidratmerupakansubstratrespirasiutama yang terdapatdalamseltumbuhantinggi.Tumbuhandengankandungansubstrat yang rendahakanmelakukanrespirasidenganlaju yang rendah pula. Demikiansebliknyabilasubstratyang tersediacukupbanyakmakalajurespirasiakanmeningkat.

b. Ketersediaan oksigen

Ketersediaanoksigenakanmempengaruhilajurespirasi, namunbesarnyapengaruhtersebutberbedabagimasing-masingspesiesdanbahkanberbedaantara organ padatumbuhan yang sama.

c. Suhu

Semakintinggisuhu, semakintinggilajurespirasi.Lajureaksirespirasiakanmeningkatuntuksetiapkenaikansuhusebesar 10^oC, namunhalinitergantungpadamasing-masingspesies.

d. Tipe dan umur tumbuhan

Masing-masingspesiestumbuhanmemilikiperbedaanmetabolisme, dengandemikiankebutuhantumbuhanuntukberespirasiakanberbedapadamasing-masingspesies. Tumbuhanmudamenunjukkanlajurespirasi yang lebihtinggidibandingtumbuhan yang tua.Demikian pula pada organ tumbuhan yang sedangdalammasapertumbuhan.

5. Manfaat respirasi

Respirasi banyak memberikan manfaat bagi tumbuhan. Manfaat tersebut terlihat dalam proses respirasi dimana terjadi proses pemecahan senyawa organik, dari proses pemecahan tersebut maka dihasilkanlah senyawa-senyawa antara yang penting sebagai ”Building Block”. Building Block merupakan senyawa-senyawa yang penting sebagai pembentuk tubuh. Senyawa-senyawa tersebut meliputi asam amino untuk protein; nukleotida untuk asam nukleat; dan prazat karbon untuk pigmen profirin (seperti klorofil dan sitokrom), lemak, sterol, karotenoid, pigmen flavonoid seperti antosianin, dan senyawa aromatik tertentu lainnya, seperti lignin.
Telah diketahui bahwa hasil akhir dari respirasi adalah CO2 dan H2O, hal ini terjadi bila substrat secara sempurna dioksidasi, namun bila berbagai senyawa di atas terbentuk, substrat awal respirasi tidak keseluruhannya diubah menjadi CO2 dan H2O. Hanya beberapa substrat respirasi yang dioksidasi seluruhnya menjadi CO2 dan H2O, sedangkan sisanya digunakan dalam proses anabolik, terutama di dalam sel yang sedang tumbuh. Sedangkan energi yang ditangkap dari proses oksidasi sempurna beberapa senyawa dalam proses respirasi dapat digunakan untuk mensintesis molekul lain yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.

FOTOSINTESIS

1.      Pengertian fotosintesis

Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti cahaya, dan sintesis yang berarti menyusun.Jadi fotosintesis dapat diartikan sebagai suatu penyusunan senyawa kimia kompleks yang memerlukan energi cahaya. Sumber energi cahaya alami adalah matahari. Proses ini dapat berlangsung karena adanya suatu pigmen tertentu dengan bahan CO2 dan H2O. Cahaya matahari terdiri atas beberapa spektrum, masing-masing spektrum mempunyai panjang gelombang berbeda, sehingga pengaruhnya terhadap proses fotosintesis juga berbeda (Salisbury, 1995).

Fotosintesis merupakan suatu proses biologi yang kompleks, proses ini menggunakan energi dan cahaya matahari yang dapat dimanfaatkan oleh klorofil yang terdapat dalam kloroplas. Seperti halnya mitokondria, kloroplas mempunyai membran luar dan membran dalam. Membran dalam mengelilingi suatu stroma yang mengandung enzim-enzim yang larut dalam struktur membran yang disebut tilakoid. Proses fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain air (H2O), konsentrasi CO2, suhu, umur daun, translokasi karbohidrat, dan cahaya. Tetapi yang menjadi faktor utama fotosintesis agar dapat berlangsung adalah cahaya, air, dan karbondioksida (Kimball, 1992).

Fotosintesis sering didefinisikan sebagai suatu proses pembentukan karbohidrat dan karbondioksida serta air yang dilakukan sel-sel yang berklorofil dengan adanya cahaya matahari yang disebabkan oleh oksigen (O2). Ada juga yang mengartikan fotosintesis dengan suatu peristiwa pengolahan atau pemasakan makanan yang terjadi pada daun dengan bantuan cahaya matahari(Kimball, 1992).
Organisasi dan fungsi suatu sel hidup bergantung pada persediaan energi yang tak henti-hentinya. Sumber energi ini tersimpan dalam molekul-molekul organik seperti karbohidrat. Organisme heterotrofik, seperti ragi dan kita sendiri, hidup dan tumbuh dengan memasukan molekul-molekul organik ke dalam sel-selnya (Kimball, 1992).

Tumbuhan dibagi menjadi 3 organisme yaitu :

a.       Organisme autrotof

Organisme autotrof menggunakan energi yang berasal dari oksidasi dan zat-zat organik tertentu.

b.      Organisme heterotrof

Organisme heterotrofik, seperti ragi dan kita sendiri, hidup dan tumbuh dengan memasukan molekul-molekul organik ke dalam sel-selnya (Kimball, 1992).

c.       Organisme kemoautrotof

Organisme kemoautrotof menggunakan zat – zat kimiawi dalam memproduksi senyawa organik dari senyawa non-organik.

Proses fotosintesis sendiri dilakukan oleh organisme autotrof yang seringkali disebut dengan organisme fotoautotrof, karena dalam proses pembentukan senyawa organiknya menggunakan energi yang berasal dari cahaya matahari(Kimball, 1992).

 

2.      Faktor yang mempengaruhi fotosintesis

a.       Ketersediaan air

Kekurangan air menyebabkan daun layu dan stomata menutup, akibatnya penyerapan karbondioksida terhambat sehingga laju fotosintesis menurun.

b.      Intensitas cahaya

Makin tinggi intensitas cahaya makin banyak energi yang terbentuk, sehingga mempercepat fotosintesis. Namun, intensitas cahaya yang terlalu tinggi akan merusak klorofil dan mengurangi kecepatan fotosintesis.

c.       Konsentrasi karbondioksida (CO2)

Semakin tinggi konsentrasi CO2 semakin meningkatkan laju fotosintesis.

 

3.      Bagian-bagian daun

Sebagian besar tumbuhan berdaun hijau. Ini disebabkan tumbuhan berisi pigmen hijau atau zat warna yang disebut zat hijau daun (chlorofil). Hanya di bawah permukaan atas dari daun yang merupakan lapisan-lapisan dari sel-sel khusus, dikenal sebagai sel pagar. Di dalam masing-masing sel terdapat kotak yang sangat kecil berbentuk piringan hitam, disebut chloroplast. Chloroplast ini penuh zat hijau daun.

4.      Proses fotosintesis pada tumbuhan

Proses pembuatan makanan pada tumbuhan hijau dapat terjadi dengan bantuan:

a.       sinar matahari,

b.      air,

c.       garam mineral yang diserap

d.      serta karbondioksida dari udara diubah menjadi zat makanan yang diperlukan

Tumbuhan membutuhkan sinar matahari, air, dan udara untuk membuat makanannya sendiri. Setiap hari, zat hijau daun pada daun tanaman menyerap cahaya matahari. Tumbuhan memanfaatkan cahaya matahari menjadi karbon dioksida dari udara, dan air dari tanah menjadi makanan yang mengandung gula. Tumbuhan lalu mengeluarkan oksigen sebagai hasil yang tidak terpakai, walaupun sebagian digunakan untuk bernapas. Proses ini disebut fotosintesis. Makanan dapat disimpan di dalam tumbuhan dan digunakan bila diperlukan. Binatang dan manusia mengambil keuntungan dari kemampuan tumbuhan dalam membuat makanannya sendiri. Mereka makan banyak jenis tanaman dan makanan jenis ini menyimpan makanan juga.

Kesuburan Biologi (Mikrobiologi)

 

 

Tanah dikatakan subur bila mempunyai kandungan dan keragaman biologi yang tinggi

 

Table 1. Maximum number and biomass (live weight) of soil organisms in a highly fertile grassland soil

 

Kind of organism	Abundance (no/m2)	Biomass (g/m2)
Bacteria	3 x 1014	300
Fungi		400
Protozoa	5 x 108	38
Nematodes	107	12
Earthworms and related forms	105	132
Mites	2 x 105	3
Springtails	5 x 104	5
Other invertebrates (snails, millipedes, etc)	2 x 103	36

From: B.N. Richards (1974) Introduction to the Soil Ecosystem

 

Organisme (mikroorganisme) tanah penting dalam kesuburan tanah karena

1.    berperan dalam siklus energi

2.    berperan dalam siklus hara

3.    berperan dalam pembentukan agregat tanah

4.    menentukan kesehatan tanah (suppressive / conducive terhadap munculnya penyakit terutama penyakit tular tanah-soil borne pathogen)

 

1. Siklus energi

-         Sumber energi utama adalah matahari yang diubah oleh tanaman melalui proses fotosintesis menjadi bahan organik

-         Beberapa mikroorganisme mampu melakukan fotosinthesis (menangkap energi matahari: algae)

-         Sumber energi yang lain adalah hasil oksidasi-reduksi mineral anorganik: S dan Fe

-         Energi dalam bahan organik dimanfaatkan oleh organisme/mikroorganisme

-         Organisme dekomposer: milipede dll.

-         Mikroorganisme dekomposer: jamur dan bakteri

-         Mikroorganisme yang tumbuh di rhizosfer memanfaatkan energi dalam eksudat akar: bakteri Azotobacter

 

2. Siklus hara

Mikroorganisme mempunyai peran yang sangat penting dalam siklus hara karena:

1.    ukurannya yang kecil sehingga mempunyai rasio permukaan:volume yang sangat besar

Þ memungkinkan pertukaran material (hara) dari sel ke lingkungannya dengan sangat cepat

2.    reproduksi yang sangat cepat (dalam hitungan menit)

3.    distribusi keberadaan yang sangat luas

 

Macam-macam siklus hara penting

a.     Siklus Nitrogen

_-          Pool N terbesar di udara sebagai gas N₂

-         N menjadi tersedia melalui proses fiksasi (kimia maupun mikrobiologis)

(nitrogen fixer: rhizobium dll)

-         N organik (dalam jaringan mahluk hidup - bentuk protein, asam amino dan asam nukleat) menjadi N anorganik melalui proses mineralisasi  NH₄⁺ (ammonium) == MO dekomposer

-          NH₄⁺  mengalami Nitrifikasi oleh Nitrosomonas, Nitrosococcus dan Nitrosovibrio

-         NO₂^-  menjadi NO₃^-  oleh Nitrobacter dan Nitrococcus

-         NO₃^-  mengalami Denitrifikasi menjadi NO₂^-  oleh Pseudomonas, Bacillus dan Alcaligenes

-         N anorganik dapat diasimilasi oleh mikroorganisme == Imobilisasi

 

 

b.    Siklus Sulfur

-         Oksidasi sulfur menjadi sulfat oleh Thiobacillus, Arthrobacter dan Bacillus

2H₂S + O₂   ® 2S + 2H₂O

2S + 2H₂O + 3O₂   ®  2SO₄^2- + 4H⁺

S2O₃^2-  + H₂O  + 2O₂   ®  2SO₄^2- + 2H⁺

 

-         Reduksi Sulfat menjadi sulfida (S2-) oleh Desulphovibrio desulphuricans

2SO₄^2- + 4H₂   ®  S^2- + 4H₂O

c.     Siklus fosfor

-         Fosfor di alam dalam bentuk terikat sebagai Ca-fosfat, Fe- atau Al-fosfat, fitat atau protein

-         Mikroorganisme (Bacillus, Pseudomonas, Xanthomonas, Aerobacter aerogenes) dapat melarutkan P menjadi tersedia bagi tanaman

 

3. Pembentukan agregat tanah

-         organisme tanah menghasilkan polimer organik (misal humic dan fulvic acids) yang mengikat partikel lempung menjadi mikro agregat

-         pembentukan mikroagregat menjadi makro agregat dimediasi oleh bahan organik dan berbagai jenis mikro dan makroorganisme (bakteri, jamur-terutama jamur VAM, algae, cacing, semut, serangga dsb.).

 

4. Kesehatan tanah

-         tanah suppressive terhadap patogen tular tanah umumnya mempunyai total mikroorganisme yang lebih besar dari tanah yang kondusif

-         kompetisi nutrisi

-         Amuba memakan jamur

-         populasi Pseudomonas spp (antagonistic bakteria) atau Trichoderma tinggi

Soil                                                      Fungi              Trichoderma

Fort Collins (condusive)(clay loam)                   2 x 10³                1 x 10²

Colombia (suppressive)(organic)                       1 x 10⁸                8 x 10⁵

PENILAIAN KESUBURAN TANAH

 

Penilaian kesuburan tanah merupakan proses yg mendiagnosis permasalahan unsure hara dan menerapkan anjuran dlm hal pemupukan.

Proses mendiagnosis msl unsur hara tnm dan menetapkan anjuran pupuk di wil tropika didasarkan pd pendekatan yg berbeda pd tahap kecanggihan yg berlainan

Program penilaian kesuburan tanah dpt dipilahkan menjadi: uji-tanah, analisis tanaman, omission element di rumah kaca, uji coba pupuk sederhana

 

1.    Berdasarkan pada uji-tanah

-         Salah satu pendekatan yg terpopuler

-         Dikembangkan oleh International Soil Fertility Evaluation and Improvement Program, ISFEIP.

-         Kesuburan tanah terutama bersangkut dg unsure hara tnm dan kead tanah

-         Penilaian menyangkut tk ketersediaan & kesetimbangan hara di dalam tanah, termasuk cara yg tepat untuk menaksir seluruh faktor tsb (uji-tanah, analisis tnm, sigi tanah, kead iklim)

-         Perbaikan meliputi penamb pupuk buatan, gamping, pupuk alam, dan tambahan lain pd tanah dlm jml, waktu & cara ttt, shg dpt memberi lingkungan hara yg optimum utk memperoleh hsl panen

-         Program penilaian & perbaikan tanah adl khas-tempat & khas keadaan.

-         Penggunaan informasi yg bijaksana mencakup pertimb thd bbrp faktor yg pengaruhi prod, tng kerja, ekonomi & ekologi

-         Hanya uji-tanah saja tidak dianggap sbg cara pendekatan yg memuaskan

-         Nilai yg diperoleh dlm analisis tanah adl angka empiris yg hanya berarti bila dikorelasikan dg tanggapan hasil

-         Menurut Fitts (1974) melibatkan :

a.     pengambilan contoh (tanah dan tanaman),  CT hrs benar2 mewakili tapak, krn hanya diuji sepermilyarnya

b.    analisis laboratorium (tanah dan tanaman), perlu metode yg sesuai dan benar

c.     hubungan antara analisis dan tanggapan hasil, di rumah kaca & uji coba lapangan

d.    penafsiran dan anjuran, berdasarkan hasil

e.     memanfaatkan informasi

f.      penelitian

 

2.    Berdasarkan analisis tanaman

-         berkembang di daerah tanpa system uji-tanah efektif

-         untuk tanaman tahunan dan jangka panjang

-         Keuntungannya: merangkumkan pengaruh peubah tanah, tanaman, iklim & pengelolaan

-         merup ukuran terakhir ketersediaan unsur hara

-         kerugiannya: terlambat untuk memperbaiki kondisi hara tanpa menderita kerugian hasil

-         Tujuan:

a.     Untuk mengenali masalah keharaan dan menetapkan jumlah perbaikannya melalui penentuan tingkat gawat

b.    Menghitung nilai penyerapan unsur hara sbg kunci utk penggunaan pupuk

c.     Memantau unsur hara tnm tahunan

 

3.    Berdasarkan pemantauan unsur hara yang hilang

-         Termsk menanam tnm penunjuk di dlm rumah kaca atau di lap pd tanah yg diberi pupuk scr omission element

-         Mnrt Chaminade (1972), informasi yg diperoleh adl:

a.     unsur hara yang kahat

b.    kepentingan nisbi kekahatan itu

c.     tingkat yg tunjukkan terkurasnya kesuburan akibat pemotongan/penebangan

 

4.    Uji coba pupuk scr sederhana di ladang petani

-         dikembangakan oleh Food and Agricultural Organization (FAO)

-         bertujuan utk memperkenalkan pupuk sbg sarana utk menaikkan hsl panen di tropika

-         mengesampingkan keaneka ragaman tanah setempat

-         tidak dapat dibuat anjuran khas-tempat

 

5.    Hubungan antara kesuburan tanah dan penggolongan tanah

-         anjuran penggunaan pupuk adalah khas-tempat

-         perbedaan sifat tanah merup salah satu penyebab utama utk kekhasan menurut tempat

-         program penilaian kesuburan tanah hrs berhub erat dg program penyigian dan penggolongan tanah