1

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam biologi, tumbuhan merujuk pada organisme yang termasuk ke

dalam Regnum Plantae. Di dalamnya masuk semua organisme yang sangat

biasa dikenal orang seperti pepohonan, semak, terna, rerumputan, paku-

pakuan, lumut, serta sejumlah alga hijau. Tercatat sekitar 350.000 spesies

organisme termasuk di dalamnya, tidak termasuk alga hijau. Dari jumlah itu,

258.650 jenis merupakan tumbuhan berbunga dan 18.000 jenis tumbuhan

lumut. Hampir semua anggota tumbuhan bersifat autotrof, dan mendapatkan

energi langsung dari cahaya matahari melalui proses fotosintesis. Karena

warna hijau amat dominan pada anggota kerajaan ini, nama lain yang

dipakai adalah Viridiplantae (tetumbuhan hijau). Nama lainnya adalah

Metaphyta. Fotosintesis sangat penting bagi tumbuhan, karena dengan

fotosintesis tumbuhan dapat memperoleh makannya sendiri.

Hal berikutnya yang sangat penting bagi tumbuhan adalah respirasi,

respirasi adalah proses dimana tumbuhan melakukan pernafasan yang

menghasilkan energi untuk melakukan aktifitas tumbuhan tersebut. Maka

dari itu diperlukan pembahasan secara merinci mengenai fotosintesis,

respirasi daan metabolisme dalam pertumbuhan. Sedangkan dalam produksi

tanaman kita harus mengetahui hasil bahan kering tanaman dan peningkatan

efesiensi fotosintesis.

1.2. Masalah

1. Apa itu fotosintesis, respirasi, dan metabolisme?

2. Bagaimana proses fotosintesis, respirasi dan metabolisme pada

tumbuhan?

3. Bagaimana produksi tanaman yang berdasarkan hasil bahan kering

tanaman dan peningkatan efesiensi fotosintesis?

2

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

1.3. Tujuan

1. Untuk mengetahui proses fotosintesis , respirasi dan metabolisme dalam

pertumbuhan tanaman.

2. Mengetahui produksi tanaman yang baik dapat dilihat dari beban kering

tanaman dan peningkatan efesiensi fotosintesis.

1.4. Manfaat

1. Sebagai sarana informasi dan pengembangan pengetahuan mengenai

proses fotosintesis, respirasi dan metabolisme bagi pertumbuhan

tumbuhan.

2. Dapat dijadikan bahan acuan dalam mengetahui produktifitas tumbuhan

yang dinilai dari beban kering tumbuhan dan peningkatan efesiensi

fotosintesis.

1

3

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

II

PERTUMBUHAN

2.1. Pertumbuhan

Pertumbuhan adalah proses pertambahan ukuran sel atau organisme.

Pertumbuhan ini bersifat kuantitatif/terukur. Perkembangan adalah proses

menuju kedewasaan pada organisme. Proses ini berlangsung secara

kualitatif.Baik pertumbuhan atau perkembangan bersifat irreversibel.

Secara umum pertumbuhan dan pekembangan pada tumbuhan

diawali pada stadium zigot yang merupakan hasil pembuahan sel kelamin

betina dengan jantan. Pembelahan zigot menghasilkan jaringan meristem

yang akan terus membelah dan mengalami diferensiasi.

Diferensiasi adalah perubahan yang terjadi dari keadaan sejumlah

sel, membentuk organ-organ yang mempunyai struktur dan fungsi yang

berbeda.

Terdapat 2 macam pertumbuhan, yaitu:

1. Pertumbuhan Primer

Terjadi sebagai hasil pembelahan sel-sel jaringan meristem

primer. Berlangsung pada embrio, bagian ujung-ujung dari tumbuhan

seperti akar dan batang.

Embrio memiliki 3 bagian penting :

a. tunas embrionik yaitu calon batang dan daun

b. akar embrionik yaitu calon akar

c. kotiledon yaitu cadangan makanan

4

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

Gambar 1. Embrio Tumbuhan

Pertumbuhan tanaman dapat diukur dengan alat yang disebut

auksanometer.Daerah pertumbuhan pada akar dan batang berdasar

aktivitasnya terbagi menjadi 3 daerah, yaitu :

a. Daerah pembelahan Sel-sel di daerah ini aktif membelah

(meristematik)

b. Daerah pemanjangan Berada di belakang daerah pembelahan

c. Daerah diferensiasi Bagian paling belakang dari daerah

pertumbuhan. Sel-sel mengalami diferensiasi membentuk akar

yang sebenarnya serta daun muda dan tunas lateral yang akan

menjadi cabang.

2. Pertumbuhan Sekunder

Merupakan aktivitas sel-sel meristem sekunder yaitu kambium

dan kambium gabus. Pertumbuhan ini dijumpai pada tumbuhan dikotil,

gymnospermae dan menyebabkan membesarnya ukuran (diameter)

tumubuhan.

Mula-mula kambium hanya terdapat pada ikatan pembuluh, yang

disebut kambium vasis atau kambium intravasikuler. Fungsinya

adalah membentuk xilem dan floem primer.

Selanjutnya parenkim akar/batang yang terletak di antara ikatan

pembuluh, menjadi kambium yang disebut kambium intervasis.

Kambium intravasis dan intervasis membentuk lingkaran tahun Þ

bentuk konsentris.

Kambium yang berada di sebelah dalam jaringan kulit yang

berfungsi sebagai pelindung. Terbentuk akibat ketidakseimbangan antara

permbentukan xilem dan floem yang lebih cepat dari pertumbuhan kulit.

ke dalam membentuk feloderm : sel-sel hidup

ke luar membentuk felem : sel-sel mati

3

5

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

Produksi suatu tanaman ditentukan oleh kegiatan yang berlangsung

dalam sel dan jaringan tananan. Bahan kering adalah penumpukan fotosintat

pada sel dan jaringan. Fotosinta atau basil bersih dari fotosintesa adalah basil

dari produksi energi dengan penurunan energi akibat pernapasan.

Penumpukan fotosintat dapat berupa buan, biji, daun dan batang.

(http://kambing.ui.ac.id/bebas/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Biologi/0054%20Bio%202-

3a.htm)

2.1.1. Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat

makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga,

dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara,

karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya

matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang

dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat

penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa

menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi.

Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis

(photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis

merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis

karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul

penyimpan energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk

mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan

oleh sejumlah bakteri.

6

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

Gambar 2. Proses Fotosintesis

Fotosintesis hanya dapat dilakukan oleh tumbuhan dan

ganggang hijau yang bersifat autotrof. Artinya, keduanya mampu

menangkap energi matahari untuk menyintesis molekul-molekul

organik kaya energi dari prekursor anorganik H2O dan CO2.

Sementara itu, hewan dan manusia tergolong heterotrof, yaitu

memerlukan suplai senyawa-senyawa organik dari lingkungan

(tumbuhan) karena hewan dan manusia tidak dapat menyintesis

karbohidrat. Karena itu, hewan dan manusia sangat bergantung pada

organisme autotrof.

Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan

organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil). Sel

yang mengandung kloroplas terdapat pada mesofil daun tanaman,

yaitu sel-sel jaringan tiang (palisade) dan sel-sel jaringan bunga

karang (spons). Di dalam kloroplas terdapat klorofil pada protein

integral membran tilakoid. Klorofil dapat dibedakan menjadi klorofil a

dan klorofil b. Klorofil a dengan rumus molekul C55 H72 O5 N4 Mg

merupakan pigmen hijau rumput (grass green pigment) yang mampu

menyerap cahaya merah dan biru-keunguan. Klorofil b dengan rumus

molekul C55 H70 O6 N4 Mg merupakan pigmen hijau kebiruan yang

mampu menyerap cahaya biru dan merah kejinggaan. Klorofil b

banyak terdapat pada tumbuhan, ganggang hijau, dan beberapa bakteri

autotrof. Khlorofil berfungsi sebagai penangkap energi matahari.

Reaksi fotosintesis secara ringkas berlangsung sebagai berikut.

Seorang fisiologis berkebangsaan Inggris, F. F. Blackman,

mengadakan percobaan dengan melakukan penyinaran secara terus-

menerus pada tumbuhan Elodea. Ternyata, ada saat dimana laju

7

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

fotosintesis tidak meningkat sejalan dengan meningkatnya penyinaran.

Akhirnya, Blackman menarik kesimpulan bahwa paling tidak ada dua

proses berlainan yang terlibat:

Reaksi terang (memerlukan Cahaya)

Gambar 3. Reaksi terang dari fotosintesis pada membrantilakoid

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan

reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air dan cahaya

matahari. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen

sebagai antena. Oksigen dilepas ke udara untuk membentuk molekul

oksigen. Sedangkan NADP (Nikotinamid Adenosin Dinukleotida

Fosfat) menjadi NADPH2.

Penangkapan energi cahaya selain untuk fotosilis juga

digunakan untuk pengubahan ADP (Adenosin Difosfat) menjadi ATP

(Adenosin Trifosfat) yang disebut fosforisasi.

Reaksi terang melibatkan dua fotosistem yang saling bekerja

sama, yaitu fotosistem I dan II. Fotosistem I (PS I) berisi pusat reaksi

P700, yang berarti bahwa fotosistem ini optimal menyerap cahaya

pada panjang gelombang 700 nm, sedangkan fotosistem II (PS II)

8

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

berisi pusat reaksi P680 dan optimal menyerap cahaya pada panjang

gelombang 680 nm.

Mekanisme reaksi terang diawali dengan tahap dimana

fotosistem II menyerap cahaya matahari sehingga elektron klorofil

pada PS II tereksitasi dan menyebabkan muatan menjadi tidak stabil.

Untuk menstabilkan kembali, PS II akan mengambil elektron dari

molekul H2O yang ada disekitarnya. Molekul air akan dipecahkan oleh

ion mangan (Mn) yang bertindak sebagai enzim. Hal ini akan

mengakibatkan pelepasan H+ di lumen tilakoid. Dengan menggunakan

elektron dari air, selanjutnya PS II akan mereduksi plastokuinon (PQ)

membentuk PQH2. Plastokuinon merupakan molekul kuinon yang

terdapat pada membran lipid bilayer tilakoid. Plastokuinon ini akan

mengirimkan elektron dari PS II ke suatu pompa H+ yang disebut

sitokrom b6-f kompleks. Reaksi keseluruhan yang terjadi di PS II

adalah

2H2O + 4 foton + 2PQ + 4H- → 4H

+ + O2 + 2PQH2

Sitokrom b6-f kompleks berfungsi untuk membawa elektron

dari PS II ke PS I dengan mengoksidasi PQH2 dan mereduksi protein

kecil yang sangat mudah bergerak dan mengandung tembaga, yang

dinamakan plastosianin (PC). Kejadian ini juga menyebabkan

terjadinya pompa H+ dari stroma ke membran tilakoid. Reaksi yang

terjadi pada sitokrom b6-f kompleks adalah:

2PQH2 + 4PC(Cu2+

) → 2PQ + 4PC(Cu+) + 4 H

+ (lumen)

Elektron dari sitokrom b6-f kompleks akan diterima oleh

fotosistem I. Fotosistem ini menyerap energi cahaya terpisah dari PS

II, tapi mengandung kompleks inti terpisahkan, yang menerima

elektron yang berasal dari H2O melalui kompleks inti PS II lebih

dahulu. Sebagai sistem yang bergantung pada cahaya, PS I berfungsi

mengoksidasi plastosianin tereduksi dan memindahkan elektron ke

9

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

protein Fe-S larut yang disebut feredoksin. Reaksi keseluruhan pada

PS I adalah:

Cahaya + 4PC(Cu+) + 4Fd(Fe

3+) → 4PC(Cu

2+) + 4Fd(Fe

2+)

Selanjutnya elektron dari feredoksin digunakan dalam tahap

akhir pengangkutan elektron untuk mereduksi NADP+ dan

membentuk NADPH. Reaksi ini dikatalisis dalam stroma oleh enzim

feredoksin-NADP+ reduktase.[22] Reaksinya adalah:

4Fd (Fe2+

) + 2NADP+ + 2H

+ → 4Fd (Fe

3+) + 2NADPH

Ion H+ yang telah dipompa ke dalam membran tilakoid akan

masuk ke dalam ATP sintase. ATP sintase akan menggandengkan

pembentukan ATP dengan pengangkutan elektron dan H+ melintasi

membran tilakoid. Masuknya H+ pada ATP sintase akan membuat

ATP sintase bekerja mengubah ADP dan fosfat anorganik (Pi)

menjadi ATP. Reaksi keseluruhan yang terjadi pada reaksi terang

adalah sebagai berikut:

Sinar + ADP + Pi + NADP+ + 2H2O → ATP + NADPH + 3H

+ + O2

(http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis)

Reaksi gelap

Reaksi gelap pada tumbuhan dapat terjadi melalui dua jalur,

yaitu siklus Calvin-Benson dan siklus Hatch-Slack. Pada siklus

Calvin-Benson tumbuhan mengubah senyawa ribulosa 1,5 bisfosfat

menjadi senyawa dengan jumlah atom karbon tiga yaitu senyawa 3-

phosphogliserat. Oleh karena itulah tumbuhan yang menjalankan

reaksi gelap melalui jalur ini dinamakan tumbuhan C-3.Penambatan

CO2 sebagai sumber karbon pada tumbuhan ini dibantu oleh enzim

rubisco. Tumbuhan yang reaksi gelapnya mengikuti jalur Hatch-Slack

disebut tumbuhan C-4 karena senyawa yang terbentuk setelah

penambatan CO2 adalah oksaloasetat yang memiliki empat atom

10

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

karbon. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate

carboxilase.

(http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis)

Gambar 3. Reaksi Terang dan Reaksi Gelap

2.1.2. Respirasi

Respirasi adalah suatu proses metabolisme tanaman, dengan

cara menggunakan oksigen dalam pembakaran senyawa makro-

molekul seperti karbonhidrat, protein dan lemak.

(Hasan Basri Jumin,Agronomi,2002,hal 55).

Hasil respirasi adalah tenaga dan sisanya karbon dioksida, air

dan sejumlah electron.

Senyawa makro-molekul dioksidasi dengan membentuk

NADH (Nikotinamida Adenine Dinukleotida) dan ion Hidrogen+

11

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

dengan bantuan falvoprotein system cytochom, electron yang

dihasilakan akan mereduksi oksigenbsehingga terbentuk air. Dari

reaksi yang panjang tersebut akan dihasilkan energy dalam ATP

(Adenin Tri Fosfat), yaitu sebesar 38 mol ATP per mol glukosa.

Oksigen merupakan senyawa yang baik untuk direduksi oleh

electron karena mempunyai harga electron potensial (Eo) positif dan

besar. (Hasan Basri Jumin,Agronomi,2002,hal 57)

Eo merupakan suatu ukuran kekuatan untuk melakukan

oksidasi dan reduksi. Nilai Eo oksigen adalah +0,82 , sedangkan

nilai Eo senyawa makromolekul umumnya negative. Semakin besar

perbedaan Eo yang ada, maka semakin besar energy yang

dihasilkan. Disamping itu mudah didapat dan selalu ada tersedia

dalam jumlah besar di udara, yaitu kira-kira 20,1 %.

Laju respirasi tergantung pada factor suhu dan kegiatan

pertumbuhan. Semakin tinggi suhu semakin cepat respirasi. Hal ini

disebabkan kegiatan enzymatic juga berjalan cepat. Laju respirasi

yang terbesar terdaoat pada jaringan yang sedang tumbuh dan

respirasi yang terkecil terjadi pada jaringan yang sedang dorman

(tidur).

Respirasi dalam sel tanaman dibedakan atas dua macam:

- Respirasi aerob

- Respirasi anaerob

Respirasi aerob yaitu proses respirasi yang membutuhkan

oksigen dan udara bebas. Satu gram mol glukosa yang menjadi

bahan bakar untuk dioksidasi oleh 6 gram mol oksigen

menghasilkan CO2 + 6 gram mol H2O ditambah 38 mol ATP atau

setara dengan 675 kalori. Sedangkan respirasi anaerob adalah

respirasi yang tidak memerlukan oksigen dari udara bebas, tetapi

dapat diperoleh dari oksigen dalam jaringan tanaman, atau proses

metabolisme lainnya.

12

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

Perbedaan yang nyata antara respirasi anaerob dengan

respirasi aerob adalah sumber oksigen. Pada respirasi aerob sumber

oksigen bebas. Sedangkan pada respirasi anaerob sumber oksigen

adalah bahan organic yang telah mengalami proses metabolisme.

2.1.3. Metabolisme

Metabolisme adalah modifikasi senyawa kimia secara

biokimia di dalam organisme dan sel, secara gampangnya yaitu

keseluruhan reaksi kimia yang berlangsung di dalam tubuh

organisme. Reaksi-reaksi tersebut adalah dasar dari kehidupan,

yang membuat sel dapat tumbuh dan bereproduksi,

mempertahankan strukturnya, dan merespon lingkungannya.

Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang

melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolisme.

Secara keseluruhan, metabolisme bertanggung jawab terhadap

pengaturan materi dan sumber energi dari sel. Tugas metabolisme

inilah yang menjadikan metabolisme suatu reaksi yang sangat

penting bagi kelangsungan hidup makhluk hidup.

(http://metabolismelink.freehostia.com/home.htm)

Karena metabolisme merupakan keseluruhan reaksi yang

terjadi di dalam tubuh organisme, tentunya metabolisme tidak

hanya terdiri dari satu macam reaksi saja. Secara umum,

metabolisme terbagi atas 2 reaksi:

1. Anabolisme (reaksi penyusunan)

2. Katabolisme (reaksi pemecahan)

Walaupun metabolisme hanya terdiri dari dua macam

reaksi, baik anabolisme maupun katabolisme bukan merupakan

suatu reaksi yang sederhana, melainkan terdiri dari tahapan-

tahapan reaksi yang kompleks.

Metabolisme juga merupakan suatu totalitas proses kimia

yang berlangsung di dalam sel. Proses tersebut hanya dapat

13

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

berlangsung jika terdapat materi atau zat yang bereaksi dan

didukung energi proses metabolisme tersebut. Di samping dua

komponen tersebut, masih ada lagi molekul yang mutlak

diperlukan agar metabolisme berlangsung, yaitu ATP dan enzim.

ATP (Adenosin Trifosfat) adalah molekul nukleotida berenergi

tinggi yang tersusun atas gula pentosa, basa nitrogen adenin, dan

mengikat tiga gugus fosfat (trifosfat). Kandungan energi tinggi ini

terdapat pada ikatan antara gugus fosfat 1 dan 2 serta gugus fosfat

2 dan 3. Kedua ikatan fosfat ini bersifat labil. Jika gugus 3 dilepas,

akan dihasilkan senyawa dengan dua gugus fosfat, yaitu Adenosin

Difosfat (ADP) dan dibebaskan banyak energi. Jika gugus 2 juga

dilepas, akan dihasilkan senyawa dengan satu gugus fosfat, yaitu

Adenosin Monofosfat (AMP) dan juga dibebaskan banyak energi.

Metabolisme sebuah organisme menentukan zat mana yang

bergizi dan mana yang beracun bagi organisme tersebut.

Contohnya, beberapa organisme prokariot menggunakan hidrogen

sulfida sebagai bahan gizi, di sisi lain gas ini merupakan racun bagi

hewan. Kecepatan metabolisme, tingkat metabolik, juga

mempengaruhi seberapa banyak makanan yang dibutuhkan

organisme.

Ciri-ciri yang mencolok dari metabolisme adalah kesamaan

dari jalur metabolik dasar antara spesies organisme yang kadang

sangat berbeda. Contohnya, serangkaian senyawa antara pada

siklus asam sitrat secara umum ditemukan diantara semua makhluk

hidup, dari bakteri uniseluler Escherichia coli sampai organisme

multiseluler yang sangat besar seperti gajah. Struktur metabolik

seperti ini kemungkinan sebagian besar adalah hasil dari efisiensi

tinggi dari jalur-jalur reaksi diatas, dan hasil dari penampakan

permulaannya dalam sejarah evolusi.

1. Anabolisme

14

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

Anabolisme adalah proses sintesis molekul kompleks

dari senyawa-senyawa kimia yang sederhana secara bertahap.

Proses ini membutuhkan energi dari luar. Energi yang

digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun

energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk

mengikat senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi

senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi

yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam

bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang

terbentuk.

Selain dua macam energi diatas, reaksi anabolisme juga

menggunakan energi dari hasil reaksi katabolisme, yang berupa

ATP. Agar asam amino dapat disusun menjadi protein, asam

amino tersebut harus diaktifkan terlebih dahulu. Energi untuk

aktivasi asam amino tersebut berasal dari ATP. Agar molekul

glukosa dapat disusun dalam pati atau selulosa, maka molekul

itu juga harus diaktifkan terlebih dahulu, dan energi yang

diperlukan juga didapat dari ATP. Proses sintesis lemak juga

memerlukan ATP.

Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama,

produksi prekursor seperti asam amino, monosakarida, dan

nukleotida. Kedua, pengaktivasian senyawa-senyawa tersebut

menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga,

penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks,

seperti protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat.

Anabolisme yang menggunakan energi cahaya dikenal dengan

fotosintesis, sedangkan anabolisme yang menggunakan energi

kimia dikenal dengan kemosintesis.

Senyawa kompleks yang disintesis organisme tersebut

adalah senyawa organik atau senyawa hidrokarbon. Autotrof,

15

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

seperti tumbuhan, dapat membentuk molekul organik

kompleks di sel seperti polisakarida dan protein dari molekul

sederhana seperti karbon dioksida dan air. Di lain pihak,

heterotrof, seperti manusia dan hewan, tidak dapat menyusun

senyawa organik sendiri. Jika organisme yang menyintesis

senyawa organik menggunakan energi cahaya disebut

fotoautotrof, sementara itu organisme yang menyintesis

senyawa organik menggunakan energi kimia disebut

kemoautotrof.

Reaksi anabolisme menghasilkan senyawa-senyawa

yang sangat dibutuhkan oleh banyak organisme, baik

organisme produsen (tumbuhan) maupun organisme konsumen

(hewan, manusia). Beberapa contoh hasil anabolisme adalah

glikogen, lemak, dan protein berguna sebagai bahan bakar

cadangan untuk katabolisme, serta molekul protein, protein-

karbohidrat, dan protein lipid yang merupakan komponen

struktural yang esensial dari organisme, baik ekstrasel maupun

intrasel.

(http://metabolismelink.freehostia.com/anabolisme.htm)

2. Katabolisme

Katabolisme adalah serangkaian reaksi yang

merupakan proses pemecahan senyawa kompleks menjadi

senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan membebaskan

energi, yang dapat digunakan organisme untuk melakukan

aktivitasnya. Termasuk didalamnya reaksi pemecahan dan

oksidasi molekul makanan seperti reaksi yang menangkap

energi dari cahaya matahari. Fungsi reaksi katabolisme adalah

untuk menyediakan energi dan komponen yang dibutuhkan

oleh reaksi anabolisme.

16

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

Sifat dasar yang pasti dari reaksi katabolisme berbeda

pada setiap organisme, dimana molekul organik digunakan

sebagai sumber energi pada organotrof, sementara litotrof

menggunakan substrat anorganik dan fototrof menangkap

cahaya matahari sebagai energi kimia. Tetapi, bentuk reaksi

katabolisme yang berbeda-beda ini tergantung dari reaksi

redoks yang meliputi transfer elektron dari donor tereduksi

seperti molekul organik, air, amonia, hidrogen sulfida, atau ion

besi ke molekul akseptor seperti oksigen, nitrat, atau sulfat.

Pada hewan reaksi katabolisme meliputi molekul organik

kompleks yang dipecah menjadi molekul yang lebih sederhana,

seperti karbon dioksida dan air. Pada organisme fotosintetik

seperti tumbuhan dan sianobakteria, reaksi transfer elektron ini

tidak menghasilkan energi, tetapi digunakan sebagai tempat

menyimpan energi yang diserap dari cahaya matahari.

Urutan yang paling umum dari reaksi katabolik pada

hewan dapat dibedakan menjadi tiga tahapan utama. Pertama,

molekul organik besar seperti protein, polisakarida, atau lemak

dicerna menjadi molekul yang lebih kecil di luar sel.

Kemudian, molekul-molekul yang lebih kecil ini diambil oleh

sel-sel dan masih diubah menjadi molekul yang lebih kecil,

biasanya asetil koenzim A (Asetil KoA), yang melepaskan

energi. Akhirnya, kelompok asetil pada KoA dioksidasi

menjadi air dan karbon dioksida pada siklus asam sitrat dan

rantai transpor elektron, dan melepaskan energi yang disimpan

dengan cara mereduksi koenzim Nikotinamid Adenin

Dinukleotida (NAD+) menjadi NADH.

(http://metabolismelink.freehostia.com/katabolisme.htm)

17

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

III

PRODUKSI TANAMAN

3.1. Hasil Bahan Kering Tanaman

Produksi suatu tanaman merupakan resultante dari proses

fotosintesis, penurunan asimilat akibat respirasi dan translokasi bahan kering

ke dalam hasil tanaman.

(Hasan Basri Jumin,Agronomi,2002,hal 59).

Peningkatan produksi berbanding lurus dengan peningkatan

pertumbuhan relatife dan hasil bersih fotosintesis. Pertumbuhan berhubungan

langsung dengan rasio luas daun, berat daun spesifik, dan asimilat per unit

daun. Peningkatan komponen tersebut akan meningkatan pula hasil yang

diperoleh. Peningkatan total bahan kering dapat dicapai dengan

mengoptimumkan indeks luas daun (LAI) dan derajat fotosintesis setiap

satuan luas daun (Ohno,1976 dan Gupta,1981). LAI diartikan sebagai jumlah

18

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

luas daun setiap satuan luas lahan. Sedangkan derajat fotosintesis adalah

tingkat (level) fotosintesis.

Pertambahan luas daun sangat penting, karena pengaruhnya terhadap

total produksi bahan kering mendekati 70%, sedangkan sumbangan tingkat

fotosintesis hanya 30%. Hubungan luas daun dan tingkat fotosintesis

dijelaskan Ohno (1976) dalam bentuk persamaan regresi:

Y = -302 + 4,36X1 + 3,58X2

Y = total bahan kering yang diproduksi (mg/tanaman)

X1 = luas daun (cm2/tanaman)

X2 = asimilat (net assimilation rate = NAR) mg/dm2/hari

Kelemahan dari persamaan di atas adalah tidak diperhitungkan saling

menaungi (mutual shading), dengan demikian tidak berlaku untuk populasi

tanaman (gambar 4).

Hasil bahan kering tanaman meningkat sejalan dengan

meningkatnya LAI, sampai LAI optimum. Selanjutnya hasil basil bahan

kering menurun dengan meningkatnya LAI kalau kegiatan fotosintesis

berjalan pada kecepatan yang sama. Lain halnya dengan respirasi,

kegiatan respirasi terus nail walaupun hasil bahan kering menurun (

Gambar 4.

Hubungan antara indeks luas daun (LAI), fotosintesis dan asimilat dan hasil bahan kering

tanaman. (Tanaka, dkk., 1966 dalam buku Hasan Basri Jumin, hal 60

17

19

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

3.2. Peningkatan Efisiensi Fotosintesis

Hanya sedikit keraguan bahwa kadar CO2 dalam atmosfir adalah

kurang optimal bagi fototosintesis ketika faktor lain yang berpengaruh

terhadap tanaman (cahaya, air, suhu dan unsur hara) mencukupi. Fotosintesa

Netto adalah jumlah fotosintesa brutto minus fotorespirasi, dan fotorespirasi

setidaknya memiliki besaran mengubah 50% karbohidrat hasil fotosintesa

kembali menjadi CO2, dengan peningkatan CO2 fotorespirasi diperkirakan

akan menurun. Peningkatan Biomassa terbukti terjadi ketika dilakukan

pengayaan CO2. Ini tak selalu muncul dari fotosintesa netto. Kadar CO2 yang

tinggi memicu penggunaan air yang efisien dalam tanaman C4 seperti jagung.

Peningkatan efisiensi air ini merangsang pertumbuhan tanaman.

Dampak langsung yang dapat dijejaki dari peningkatan CO2 adalah

peningkatan tingkat fotosintesa daun dan kanopi. Peningkatan fotosintesis

akan meningkat sampai kadar CO2 mendekati 1000 ppm. Hasil paling pasti

adalah tanaman tumbuh cepat dan lebih besar. Ada perbedaan antara spesies.

Spesies C3 lebih peka terhadap peningkatan kadar CO2 dibanding C4. Terjadi

juga pertambahan luas dan tebal daun, berat per luas, tinggi tunas,

percabangan, bibit dan jumlah dan berat buah. Ukuran Tubuh meningkat

seiring rasio akar-batang. Rasio C:N bertambah. Lebih dari itu semua hasil

panen meningkat. Terutama pada Kentang, Ubi Jalar, Kedelai. Dengan

meningkatnya kadar CO2 menjadi dua kali sekarang secara global, hasil

pertanian diperkirakan akan meningkat sampai 32% dari sekarang. Perkiraan

sementara saat ini sekitar 5%-10% dari kenaikan produksi pertanian adalah

akibat kenaikan kadar CO2. Manfaat pengayaan CO2 terhadap pertumbuhan

dan produktifitas tanaman saat ini telah dikenal telah dikenal luas. Banyak

pengujian yang dilakukan dalam lingkungan terkontrol secara penuh atau

sebagian, terhadap beberapa tanaman komersial (padi, Jagung, gandum,

kedelai, kapas, kentang, tomat, ubi jalar, dan beberapa tanaman hutan), yang

membuktikannya.

20

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

(http://munawar.8m.net/rmh_kaca.htm)

Peningkatan efisiensi dapat dicapai dengan peningkatan NAR (Net

Assimilation Rate), menurunkan derajat respirasi dan meningkatkan efisiensi

translokasi asimilat. Peningkatan efisiensi fotosintesis berarti peningkatan

NAR. Dalam usaha meningkatkan hasil suatu tanaman selain menerapkan

panca usaha pemilihan dan penerapan farietas yang mempunyai NAR tinggi

perlu mendapat perhatian. Sebagai gambaran farietas padi IR8 dan peta yang

mempunyai nilai NAR berturut-turut 97 /hari dan 122 mg/dm2/hari

mempunyai daya hasil 4,1 ton/ha dan 4,3 ton/ha pada kondisi yang sama.

Dari angka ini dapat disimpulkan bahwa peningkatan efisiensi fotosinesis

berarti meningkatkan nilai NAR. Oleh karena itu dalam pemilihan varietas

sebagai sumber genetic, varietas yang mempunyai NAR tinggi dapat

dijadikan tetua.

Hasil bahan kering tanaman hijau hampir 90 dibentuk dari

fotosintesis. Peningkatan efisiensi dapat diduga dengan hasil bahan kering

tanaman. Efisiensi fotosintesis dapat digambarkan dengan jelas dalam

prsamaan di bawah ini :

∑

Eu = Efisiensi Fotosintesis

K = Energi Panas (Kalori/gram)

S = Jumlah Total radiasi matahari yang Diterima (kalori/m2)

S = rata-rata radiasi matahari yang diterima (kalori/cm2/hari)

T = Jumlah Hari

Parameter yang digunakan menghitung efisiensi fotosintesis adalah

NAR (Net Assimilation Rate), RGR (Relatife Growth Rate) dan SLW

(Specific Leaf Weigth). Peningkatan NAR akan mengakibatkan RGR juga

meningkat, karena kegiatan fotosintesis keduanya mempunyai hubungan yang

21

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

positife. Hubungan yang positif juga terjadi antara NAR dan SLW. Varietas

yang mempunyai NAR tinggi, juga mempunyai SLW yang tinggi. SLW

merupakan sifat yang stabil pada berbagai kondisi iklim dan relative konstan

pada berbagai musim.

Nilai SLW yang tinggi dapat dibagi untuk menduga besarnya

kandungan nitrogen total setiap satuan luas daun. Karena berbagai penelitian

menunjukan bahwa SLW yang tinggi, kandungan nitrogen juga tinggi. Hal

yang sama kandungan nitrogen total per satuan luas daun dan SLW dapat

dianggap stabil, selama bahan-bahan organik yang diperlukan tidak

meupakan faktor pembatasan.

IV

KESIMPULAN

Pertumbuhan merupakan proses yang pasti akan terjadi pada setiap

makhluk hidup. Secara umum pertumbuhan dan pekembangan pada tumbuhan

diawali pada stadium zigot yang merupakan hasil pembuahan sel kelamin betina

dengan jantan. Pembelahan zigot menghasilkan jaringan meristem yang akan terus

membelah dan mengalami diferensiasi.

Fotosintesis, respirasi dan metabolisme merupakan faktor penunjang

terjadinya pertumbuhan. Baik tidaknya fotosintesis, respirasi dan metabolisme

yang terjadi pada tumbuhan akan mempengaruhi normal tidaknya pertumbuhan

tanaman.

22

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

Produksi suatu tanaman merupakan sebuah titik akhir dari proses

pertumbuhan. Peningkatan produksi berbanding lurus dengan pertumbuhan relatif

dan hasil bersih fotosintesis. Jadi baik tidaknya hasil produksi tanaman akan

ditentukan oleh berlangsungnya proses pertumbuhan selama siklus hidupnya.

DAFTAR PUSTAKA

Hasan Basri Jumin,Agronomi,2002

http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis

http://kambing.ui.ac.id/bebas/v12/sponsor/Sponsor-

Pendamping/Praweda/Biologi/0054%20Bio%202-3a.html

http://metabolismelink.freehostia.com/fotosintesis.htm

http://kambing.ui.ac.id/bebas/v12/sponsor/Sponsor-

Pendamping/Praweda/Biologi/0117%20Bio%203-1f.htm

http://kambing.ui.ac.id/bebas/v12/sponsor/Sponsor-

Pendamping/Praweda/Biologi/0054%20Bio%202-3a.htm

21

23

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Created @ Arnadi Arya Danurwenda

http://metabolismelink.freehostia.com/anabolisme.htm

http://metabolismelink.freehostia.com/home.htm

http://metabolismelink.freehostia.com/katabolisme.htm

http://munawar.8m.net/rmh_kaca.htm