Post on 08-Feb-2016
description
PENGARUH TEMPERATUR DAN KONSENTRASI CO2
TERHADAP LAJU FOTOSINTESIS PADA TANAMAN Disusun guna memenuhi tugas Mata Kuliah Biokimia
Disusun oleh :
1. Amalia Nur Husnina M0311004
2. Dewi Aryani M0311019
3. Husna Syaima M0311035
4. Nais Puji Wijayanti M0311050
5. Ozi Adi Saputra M0311052
6. Shanti Astuti M0311062
7. Wiwiek Karina M0311073
8. Wiwing Frimadasi M0311075
JURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA
2013
i
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya.
Makalah yang berjudul “Pengaruh Temperatur dan Konsentrasi CO2 Terhadap
Laju Fotosintesis Pada Tanaman” disusun untuk memenuhi tugas Biokimia,
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Secara garis besar tulisan ini mengkaji pengaruh temperatur dan
konsentrasi terhadap fotosintesis pada beberapa tumbuhan yang berbeda.
Atas terselesaikannya makalah ini, penyusun mengucapkan terima kasih kepada :
1. Dr. Triana K, selaku dosen pengampu mata kuliah Biokimia, Jurusan
Kimia FMIPA UNS
2. Sahabat seperjuangan Kimia 2011 FMIPA UNS yang telah membantu
memberikan masukan selama penyusunan makalah ini.
3. Semua pihak yang telah membantu hingga dapat diselesaikannya
makalah ini
Penyusun menyadari bahwa makalah ini masih kurang sempurna, oleh
sebab itu penyusun mengharapkan segala saran dan kritik yang bersifat
membangun dan mendukung penyempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini
dapat menambah wawasan bagi semua pihak.
Surakarta, November 2013
TIM PENYUSUN
ii
DAFTAR ISIKata Pengantar............................................................................................ ii
Daftar Isi...................................................................................................... iii
Daftar Tabel................................................................................................. iv
Daftar Gambar............................................................................................. iv
BAB I PENDAHULUAN.......................................................................... 1
A. Latar Belakang................................................................................. 1
B. Rumusan Masalah............................................................................ 2
C. Batasan Masalah.............................................................................. 2
D. Tujuan.............................................................................................. 2
E. Manfaat............................................................................................ 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................................................ 3
A. Pengertian Fotosintesis.................................................................... 3
B. Proses dan Mekanisme Fotosintesis................................................ 4
C. Hal-hal yang Mempengaruhi Fotosintesis....................................... 5
BAB III PENGARUH TEMPERATUR DAN
KONSENTRASI CO2 TERHADAP LAJU FOTOSINTESIS
PADA TANAMAN..................................................................................... 8
A. Pengaruh Temperatur terhadap Fotosintesis.................................... 8
B. Pengaruh CO2 terhadap Fotosintesis............................................... 10
C. Perbedaan Pengaruh Temperatur terhadap Fotosintesis pada
Tumbuhan yang Berbeda (C3 dan C4)............................................. 12
D. Perbedaan Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap
Laju Fotosintesis pada Tumbuhan yang Berbeda (C3 dan C4) 16
BAB IV PENUTUP....................................................................................... 19
A. Kesimpulan....................................................................................... 19
B. Saran................................................................................................. 19
DAFTAR PUSTAKA................................................................................... 20
iii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Perbandingan Tanaman C3 dan C4 pada Temperatur Berbeda..... 16
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Siklus Calvin.............................................................................. 5
Gambar 2. Grafik Pengaruh Perubahan Temperatur terhadap
Laju Fotosintesis........................................................................ 9
Gambar 3. Pengaruh Temperatur dan Kosentrasi Karbon Dioksida
Terhadap Laju Fotosintesis....................................................... 19
Gambar 4. Grafik Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Laju Fotosintesis.. 12
Gambar 5. Tumbuhan C3 dan C4................................................................ 13
Gambar 6. Grafik Hubungan CO2 Interseluler Terhadap Laju
Asimilasi CO2..................................................................................................... 14
Gambar 7. Grafik Hubungan Kenaikan Temperatur Terhadap
Laju Asimilasi CO2.................................................................... 14
Gambar 8. Respon Fotosintesis Tumbuhan Jagung dan Kacang
pada Beberapa Level CO2......................................................... 17
iv
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
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 belerang.
Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa berikut ini:
6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2
Fotosintesis tanaman memberikan manfaat bukan hanya bagi tanaman itu sendiri
untuk bisa tumbuh dan berkembang tetapi juga dimanfaatkan oleh seluruh
makhluk hidup. Maka keberadaan tanaman di bumi ini dianggap menjadi sentral
1
kehidupan. Dalam melakukan fotosintesis banyak sekali faktor yang berpengaruh
bagi tanaman seperti konsentrasi CO2, unsur hara, air dan intensitas cahaya. CO2,
unsur hara dan air diperlukan oleh tanaman sebagai bahan untuk melakukan
fotosintesis, sedangkan energimya didapat dari sinar matahari yang diubah
menjadi energi kimia sehingga bisa dipakai oleh tanaman. Oleh karena itu perlu
untuk mengkaji hal-hal yang mempengaruhi laju fotosintesis khususnya
temperatur dan CO2.
B. Rumusan Masalah
1. Apa pengaruh suhu terhadap laju fotosintesis?
2. Apa pengaruh konsentrasi CO2 terhadap laju fotosintesis?
3. Apakah terdapat perbedaan pengaruh temperatur pada laju fotosintesis pada
jenis tanaman yang berbeda?
4. Apakah terdapat perbedaan pengaruh konsentrasi CO2 pada laju fotosintesis
pada jenis tanaman yang berbeda?
C. Batasan Masalah
1. Tanaman berbeda yang dimaksud adalah tanaman jenis C3 dan C4.
2. Fotosintesis difokuskan pada rekasi gelap (siklus Kelvin).
D. Tujuan
1. Memahami pengaruh suhu terhadap laju fotosintesis.
2. Memahami pengaruh konsentrasi CO2 terhadap laju fotosintesis.
3. Mengetahui perbedaan pengaruh temperatur pada laju fotosintesis pada jenis
tanaman yang berbeda.
4. Mengetahui perbedaan pengaruh konsentrasi CO2 pada laju fotosintesis pada
jenis tanaman yang berbeda.
E. Manfaat
Adapun manfaat tulisan ini adalah sebagai berikut :
1. Menjadi bahan referensi dalam bahan ajar terkait fotosintesis.
2
2. Memberikan kontribusi pengetahun terkait fotosintesis dalam berbagai bidang
disiplin keilmuan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Pengertian Fotosintesis
Fotosintesis adalah suatu proses yang hanya terjadi pada tumbuhan yang
berklorofil dan bakteri fotosintetik, dimana energi matahari (dalam bentuk foton)
ditangkap dan diubah menjadi energi kimia (ATP dan NADPH). Energi kimia ini
akan digunakan untuk fotosintesa karbohidrat dari air dan karbon dioksida. Jadi,
seluruh molekul organik lainnya dari tanaman disintesa dari energi dan adanya
organisme hidup lainnya tergantung pada kemampuan tumbuhan atau bakteri
fotosintetik untuk berfotosintesis (Devlin, 1975).
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 dihsilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting
bagi kehidupan bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar
oksigen yang terdapat diatmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energy
menghasilkan 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 belerang. Fotosintesis
berasal dari kata foton yang berarti cahaya, dan sintesis yang berarti penyusunan.
3
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 spectrum,
masing-masing spektrum mempunyai panjang gelombang berbeda, sehingga
pengaruh terhadap fotosintesis juga berbeda (Salibury, 1995).
Fotosintesis merupakan sutu 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
membrane dalam dan membran luar dan membran dalam. Membran dalam
mngelilingi suatu stroma yang mengandung enzim-enzim yang larut dalam
struktur membrane yang disebut tilakoid. Proses fotosintsis dipengaruhi oleh
beberapa faktor antara lain air (H2O), konsentrasi CO2, suhu, umur daun,
translokasi karbohidrat, dan cahaya. Tetapi yang menjdi faktor utama fotosintesis
agar berlangsung adalah cahaya, air, dan karbondioksida ( Kimball, 1992).
B. Tahapan Fotosintesis
Pada dasarnya, fotosintesis terjadi dalam dua tahapan. Kedua tahap itu
berlangsung dalam kloroplas, namun pada dua bagian yang berbeda. Tahap I
adalah proses penangkapan energi surya atau proses-proses yang bergantung
langsung pada keberadaan cahaya. Seluruh proses pada tahap ini disebut reaksi
cahaya. Tahap II adalah proses-proses yang tidak bergantung langsung pada
keberadaan cahaya. Proses-proses atau reaksi-reaksi pada tahap ini disebut reaksi
gelap.
Reaksi-reaksi cahaya berlangsung pada bagian grana kloroplas. Sebagian
energi matahari yang diserap akan diubah menjadi energi kimia, yaitu berupa zat
kimia berenergi tinggi. Selanjutnya, zat itu akan digunakan untuk proses
penyusunan zat gula. Sebagian energi matahari juga digunakan untuk fotolisis air
(H2O) sehingga dihasilkan ion hidrogen (H+) dan O2. Ion hidrogen tersebut akan
digabungkan dengan CO2 membentuk zat gula (CH2O)n. Sedangkan O2 -nya akan
dikeluarkan. Reaksi-reaksi gelap terjadi pada bagian matrik stroma kloroplas.
Pada bagian ini terdapat seluruh perangkat untuk reaksi-reaksi penyusunan zat
4
gula. Reaksi tersebut memanfaatkan zat berenergi tinggi yang dihasilkan pada
reaksi terang. Reaksi penyusunan ini tidak lagi bergantung langsung pada
keberadaan cahaya, walaupun prosesnya berlangsung bersamaan dengan proses-
proses reaksi cahaya. Karena itulah, reaksi-reaksi pada tahap ini disebut reaksi
gelap. Reaksi tersebut dapat terjadi karena adanya enzim-enzim fotosintesis.
Sesuai dengan nama penemunya yaitu Benson dan Calvin, maka daur reaksi
penyusunan zat gula ini disebut daur Benson – Calvin (gambar 1). Hasil awal
fotosintesis adalah berupa zat gula sederhana yang disebut glukosa (C6H12O6).
Selanjutnya, sebagian akan diubah menjadi amilum (zat tepung = pati) yang
ditimbun di daun, atau organ-organ penimbunan yang lain.
Gambar 1. Siklus Calvin
C. Hal-hal yang Mempengaruhi Fotosintesis
Menurut Noviyanti (2005), faktor utama yang menentukan laju fotosintesis
adalah :
1. Intensitas cahaya. Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.
5
2. Konsentrasi karbon dioksida. Semakin banyak karbon dioksida di udara,
makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk
melangsungkan fotosintesis.
3. Suhu. Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat
bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring
dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.
4. Kadar air. Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup,
menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju
fotosintesis.
5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis). Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat
berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau
bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.
6. Tahap pertumbuhan . Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh
lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan
dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan
lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.
7. Umur jaringan dan fotosintesis. Selain faktor intensitas cahaya, umur daun
sangat menentukan produktivitas daun dalam aktivitas fotosintesisnya.
Kapasistas kemampuan daun melakukan fortosintesis berkembang seiring
dengan perkembangan kedewasaan daun mencapai perkembangan dan
pertumbuhan optimalnya. Pada fase awal pertumbuhannya, daun muda masih
menggatungkan asimilat dari daun dewasa lainnya (mengimport). Pada saat
daun mencapai laju pertumbuhan optimum, produktivitasnya telah jauh
meningkat, dan sebagian fotosintatnya telah mulai diekspor ke jaringan lain
yang membutuhkan. Kapasitas fotosintesis ini terus meningkat bersamaan
dengan pencapaian kedewasaan organ daun. Terdapat hubungan interaktif
antara perkembangan struktural daun (anatomi-morfologi) dan intensitas
cahaya dengan perkembangan kapasitas fotosintetiknya. Tumbuhan yang
tumbuh pada tempat dengan intensitas cahaya tinggi, daun berkembang
dengan memadahi, sehingga kapasitas fotosintetiknya juga lebih besar.
8. Oksigen. Oksigen merupakan salah satu produk samping dari fotosintesis,
dari hasil fotolisis air. Namun demikian, akadar oksigen yang tinggi pada
6
jaringan fotosintetik akan menghambat laju fotosintesis. Pada kondisi kadar
oksigen yang semakin tinggi, laju fotosintesisnya secara signifikan menjadi
semakin rendah. Tampak kecenderungan adanya efek interaksi antara
konsentrasi CO2 dan O2 terhadap laju fotosintesisnya. Jika intensitas cahaya
atau konsentrasi CO2 menjadi faktor pembatas fotosintesis maka suhu tidak
akan mempengaruhi fotosintesis atau sangat sedikit sekali mempengaruhi
karena reaksi fotokimia tidak peka terhadap suhu (Q10= 0,1 ) dan difusi
mempunyai Q10=1,5. Laju fotosintesis bersifat bersifat tanggap terhadap
suhu jika cayaha bukan merupakan faktor pembatas. Pada reaksi selanjutnya
yaitu reaksi enzimatik kenaikan suhu akan mempengaruhi laju dan
keseluruhan proses fotosintesis. Selain faktor-faktor luar seperti suhu,
intensitas cahaya dan CO2 yang mempengaruhi fotosintesis, faktor dalam
yang juga penting mempengaruhi faktor ini adalah konsentrasi klorofil, defisit
air dan konsentrasi enzim (Lakitan, 2011).
7
BAB III
PEMBAHASAN
A. Pengaruh Temperatur terhadap Laju Fotosintesis
Proses fotosintesis dipengaruhi beberapa faktor yaitu faktor yang dapat
memengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan maupun faktor yang
tidak memengaruhi secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi
organ yang penting bagi proses fotosintesis. Proses fotosintesis sebenarnya peka
terhadap beberapa kondisi lingkungan meliputi kehadiran cahaya
matahari, temperatur lingkungan, konsentrasi karbondioksida (CO2) (Salisbury,
1992). Faktor lingkungan tersebut dikenal juga sebagai faktor pembatas dan
berpengaruh secara langsung bagi laju fotosintesis. Faktor pembatas tersebut
dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimum meskipun kondisi
lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya faktor-faktor pembatas
tersebut sangat memengaruhi laju fotosintesis yaitu dengan mengendalikan laju
optimum fotosintesis (Andrews, 2008). Selain itu, faktor-faktor seperti
translokasi karbohidrat, umur daun, serta ketersediaan nutrisi memengaruhi
fungsi organ yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut
memengaruhi laju fotosintesis.
Reaksi fotosintesis yang bergantung pada cahaya tidak terpengaruh
terhadap perubahan temperatur, namun reaksi fotosintesis yang tidak bergantung
pada cahaya terpengaruh terhadap perubahan temperatur. Pada reaksi fotosintesis
yang bergantung pada perubahan temperatur dikatalis oleh enzim. Enzim-enzim
yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada temperatur
optimalnya. Umumnya laju fotosintesis meningkat seiring dengan meningkatnya
temperatur hingga batas toleransi enzim. Diperkirakan dua kali lipat untuk setiap
8
peningkatan temperatur 10° C. Di atas temperatur optimum mulai terjadi
penurunan karena enzim terdenaturasi sampai berhenti (Gambar 2).
Gambar 2. Grafik Pengaruh Perubahan Temperatur terhadap Laju Fotosintesis.
Menurut Ismail (2008), bahwa jika intensitas cahaya atau konsentrasi CO2
menjadi faktor pembatas fotosintesis, maka temperatur tidak akan mempengaruhi
fotosintesis atau sangat kecil pengaruhnya, karena reaksi-reaksi fotokimia tidak
peka terhadap temperatur. Laju fotosintesis baru bersifat tanggap terhadap
temperatur pada keadaan dimana cahaya bukan merupakan faktor pembatas. Pada
reaksi selanjutnya reaksi enzimatik, kenaikan temperatur akan mempengeruhi laju
dan keseluruhan reaksi fotosintesis.
Pada tahun 1905, ketika menyelidiki faktor yang mempengaruhi laju
fotosintesis, Blackmann merumuskan Hukum Faktor Pembatas. Hukum ini
menyatakan bahwa laju proses fisiologis akan dibatasi oleh faktor yang paling
singkat dalam penyediaannya. Setiap perubahan dalam tingkat faktor pembatas
akam mempengaruhi laju reaksi seperti pada gambar 3.
9
Gambar 3. Pengaruh Temperatur dan Konsentrasi Karbon Dioksida
Terhadap Laju Fotosintesis
Apabila konsentrasi karbon dioksida dan temperatur rendah, maka akan
cukup mendukung laju fotosintesis pada tingkat-tingkat diatasnya. Tingginya
intensitas cahaya tidak akan berpengaruh sehingga laju fotosintesis stabil. Apabila
konsentrasi karbon dioksida tinggi, cahaya yang juga merupakan faktor pembatas,
dan laju yang lebih tinggi akan tercapai sebelum laju stabil. Jika konsentrasi
karbon dioksida dan tingkat cahaya tinggi, tetapi temperatur rendah peningkatan
temperatur akan memiliki pengaruh terbesar pada laju fotosintesis.
Secara umum, fotosintesis dapat berfungsi tanpa membahayakan tanaman
antara 0 dan 30 ° C di adaptasi dingin yang aktif dalam musim dingin dan awal
musim semi , atau tumbuh pada ketinggian dari permukaan laut dan lintang
(Regehr & Bazzaz 1976; Mawson , Svoboda & Cummins 1986, Larcher 2003).
Pada tanaman dari habitat yang wajar (misalnya tanaman musim hangat),
fotosintesis beroperasi dengan baik antara 7 dan 40°C, dan pada tanaman dari
lingkungan yang panas (seperti jenis tropis dan jenis musim panas) fotosintesis
beroperasi antara 15 dan 45°C dengan tidak terlihat masalah (Berry & Raison
1981; Downton , Berry & Seemann 1984; Bunce 2000). Dalam semua kasus,
fotosintesis menunjukkan temperatur optimum yang secara umum sesuai dengan
setengah dari rentang tidak berbahaya, dan menurun dengan peningkatkan
kemiringan karena temperatur naik di atas termal optimal . Dengan perubahan
kondisi pertumbuhan, termal optimal dapat bergeser, biasanya dengan satu
sepertiga sampai setengah jumlah derajat sebagai pergeseran temperatur
pertumbuhan (Berry & Björkman 1980).
B. Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Laju Fotosintesis
Aktivitas manusia pada saat ini meningkatkan konsentrasi CO2 di atmosfir
dengan membakar bahan bakar fosil (Lawlor, 1987). Pemanasan global
mengakibatkan peningkatan konsentrasi CO2 di udara. Tumbuhan memanfaatkan
CO2 dari udara untuk proses fotosintesis. CO2 di udara dimanfaatkan oleh
tumbuhan pada reaksi fotosintesis. Meningkatnya CO2 akan menguntungkan
tanaman karena memberikan lebih banyak substrat untuk asimilasi. Fotosintesis
10
akan meningkat dengan meningkatnya temperatur dan meningkatnya konsentrasi
CO2 (Lawlor, 1987). Dengan proses fotosintesis yang dilakukan tumbuhan maka
efek pemanasan akibat tingginya kandungan CO2 atmosfer diharapkan dapat
diminimalisir.
Fotosintesis adalah proses dimana organisme hidup mengubah energi
cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk molekul organik. CO2 adalah salah
satu bahan yang diperlukan dalam proses fotosintesis. Fotosintesis pada tumbuhan
tergantung kepada beberapa hal di antaranya adanya suplai CO2 ke sisi aktif dari
enzim fotosintesis. Hasil fotosintesis berupa bobot kering yang dihasilkan
tumbuhan (Hartzman dan Kester, 1986). Jadi fotosintesis merupakan penentu
produktivitas tumbuhan, walaupun memang produktivitas tumbuhan ini
merupakan hasil interaksi dari banyak faktor yang terlibat dalam metabolisme
tumbuhan.
Dalam persamaan kimia, reaksi fotosintesis digambarkan sebagai berikut:
6CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Proses fotosintesis terjadi di daun yang berklorofil, pada daun tersebut
karbondioksida dan air dengan bantuan cahaya matahari melalui berbagai proses
metabolisme diubah menjadi gula, oksigen, dan air (Taiz dan Zeiger., 1991).
Selanjutnya hasil fotosintesis diakumulasikan dalam bentuk bahan kering
tumbuhan, misalnya berupa kayu, umbi, daun, dan sebagainya. Laju fotosintesis
antar jenis tumbuhan dan antar habitat berbeda (Lawlor, 1987). Diketahui bahwa
tumbuhan yang tumbuh cepat memerlukan laju fotosintesis yang tinggi, tetapi
tumbuhan dengan laju fotosintesis tinggi tidak selalu berarti bahwa tumbuhan
tersebut tumbuh cepat (Raghavendra, 1991). Tumbuhan yang tumbuh cepat
mempunyai laju fotosintesis yang tinggi yang berarti tumbuhan tersebut mampu
menyerap CO2 dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan tumbuhan yang
tumbuh lambat.
Diketahui bahwa banyaknya vegetasi pada habitat yang berbeda bervariasi.
Proses fotosintesis berhubungan dengan luas daun. Produksi bahan kering
tumbuhan berkaaitan erat dengaan laju fotosintesis, sehingga meningkatkan
11
penyeraapan CO2 dari udara (Lawlor, 1987). Beberapa hasil penelitian telah
menyimpulkan bahwa konsentrasi CO2 yang tinggi dapat menyebabkan perubahan
anatomis, misalnya struktur anatomi daun (Kriedemann et al., 1976), yang antara
lain berpengaruh langsung terhadap ukuran daun dan pengaruh tak langsung pada
kecepatan fotosintesis (Kramer, 1981). Pengaruh positif kenaikan konsentrasi CO2
udara adalah meningkatnya pertumbuhan biomasa di atas tanah, luas daun, dan
produksi kapas (Kimball et al., 2002; Reddy et al., 2000; Paul et al., 2002).
Peningkatan konsentrasi CO2 meningkatkan laju dimana karbon menyatu
pada karbohidrat tidak bergantung pada reaksi terang sehingga laju fotosinitesis
umumnya meningkat sampai dibatasi oleh faktor lain. Biasanya ada di atmosfer
pada konsentrasi yang sangat rendah (sekitar 0,04%), peningkatan konsentrasi
CO2 menyebabkan peningkatan pesat pada laju fotosintesis yang akhirnya stabil
ketika laju maksimum fiksasi tercapai seperti ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4. Grafik Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Laju Fotosintesis
C. Perbedaan Pengaruh Temperatur terhadap Laju Fotosintesis pada
Tumbuhan yang Berbeda (C3 dan C4)
Secara umum, tanaman C4 berasal dari iklim yang lebih hangat
dibanding tanaman C3.
12
Gambar 5. Tumbuhan C3 dan C4
Tumbuhan C3
Tumbuhan C3 adalah tumbuhan yang menggunakan fotosintesis C3
dimana molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah
molekul berkarbon -3, yakni 3-fosfogliserat. Tanaman yang termasuk C3 adalah
kacang-kacangan, kedelai, tomat, cabe, padi, anggur, dan lain-lain
Pada tanaman C3, menggunakan siklus Reduksi Karbon Fotosintesis
untuk fiksasi CO2, dimana tiap Ribulose-1,5-bisphospate carboxylase/oxygenase
(Rubisco) mengkatalisis senyawa 3 karbon yaitu phosphoglycerate (3-PGA)
(Portis & Parry, 2007). Kenaikan temperatur pada tanaman C3 dapat
meningkatkan reaksi oksigenase, sehingga dapat menurunkan Rubisco oxygenase
yang berdampak pada peningkatan asimilasi karbon secara signifikan, sehingga
mengubah proses fotosintesis, sehingga lajunya menurun (Long et al. 2006).
13
Gambar 6. Grafik Hubungan CO2 Interseluler Terhadap Laju Asimilasi CO2
Gambar 7. Grafik Hubungan Kenaikan Temperatur Terhadap Laju Asimilasi CO2
Dari gambar 6 dan 7 menunjukkan grafik hubungan kenaikan temperatur
terhadap laju asimilasi CO2 ditinjau dari aspek Rubisco, transpor elektron, dan
regenerasi Pi. Regenerasi Pi dapat terjadi pada temperatur rendah dimulai dari
14
5oC, dan terus meningkat hingga temperatur 30oC yang merupakan temperatur
optimum untuk meregenerasi Pi. Rubisco juga meningkat seiring meningkatnya
temperatur, sehingga laju asimilasi CO2 meningkat, namun pada temperatur di
atas temperatur biasa 25oC, keefektifan Rubisco menurun. Sedangkan untuk
transport elektron, hanya optimal pada temperatur spesifik, dan tidak bekerja pada
temperatur terlalu rendah ataupun terlalu tinggi.
1. Kapasitas Rubisco
Respon dari keterbatasan Rubisco akibat meningkatnya temperatur
disebabkan perubahan kapasitas karboksilasi akibat efek termal pada Km
dan kcat Rubisco, dan akibat peningkatan aktivitas oxygenase (Jordan &
Ogren, 1984; von Caemmerer & Quick, 2000)
2. Kapasitas Transpor Elektron
Kenaikan temperatur menyebabkan percepatan difusi pada matrix lipid,
dimana membrannya dalam bentuk cair untuk memisahkan stroma dari
lumen tilakoid (Berry & Bjorkman, 1980). Kenaikan temperatur juga
menyebabkan stimulasi aliran energi yang menuju fotosistem II (PSII),
dan aliran elektron dari quinone ke fotosistem I (PSI). Hal ini
menyebabkan transpor elektron menjadi lambat. (Mawson & Cummins
1989)
3. Kapasitas Siklus Calvin
Ketika terjadi kenaikan temperatur di atas temperatur optimal, pada siklus
Calvin terjadi penurunan metabolisme, dimana terjadi perlambatan pada
siklusnya, sehingga efektivitasnya menurun.
4. Aktivasi Rubisco
Pada temperatur optimal, Rubisco berfungsi dalam meningkatkan kadar
CO2 dalam tanaman. Ketika temperatur naik, jumlah Rubisco menurun.
Tumbuhan C4
Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang mendahului siklus Calvin sehingga
menghasilkan asam berkarbonat -4 sebagai hasil pertama fiksasi CO2. Sebagian
spesies C4 adalah monokotil contohnya jagung, tebu, dan lain-lain.
15
Berbeda halnya dengan tanaman C3, tanaman C4 jika pada temperatur
tinggi mengalami percepatan laju fotosintesis dan percepatan pertumbuhan karena
efisiensi penggunaan air, karbon, dan nitrogen meningkat pada temperatur tinggi
(Piedade et al., 1991).
Pada temperatur rendah, jenis tanaman ini mengalami penurunan
kapasitas fotosintesis, integritas membrannya melemah, dan aktivitas enzimnya
berkurang. Hal ini akan berdampak panjang pada kematian tanaman (Long,1983;
Naidu et al.2003). Pada temperatur tinggi, kapasitas Rubisco meningkat, aktivitas
Carbonic anhydrase meningkat, dan aktivitas transpor elektron meningkat (Sage
& Kubien, 2008).
Tabel 1. Perbandingan Tanaman C3 Dan C4 Pada Temperatur Berbeda
No Temperatur Parameter Tanaman C3 Tanaman C4
1. Naik ( >45OC)
Kapasitas regenerasi
RuBPTurun Naik
Kapasitas Rubisco Turun Naik
Kapasitas Transpor
ElektronTurun Naik
2. Turun ( <25OC)
Kapasitas regenerasi
RuBPNaik Turun
Kapasitas Rubisco Naik Turun
Kapasitas Transpor
ElektronNaik Turun
D. Perbedaan Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Laju Fotosintesis
pada Tumbuhan yang Berbeda (C3 dan C4)
Beberapa tumbuhan menunjukkan kapasitas yang cukup besar untuk
menyesuaikan karakteristik fotosintesis dalam hal pertumbuhan. Yang paling
16
sering terlihat adalah kasus pergeseran temperatur optimum untuk fotosintesis
sehingga berakibat memaksimalkan laju fotosintesis pada temperatur
pertumbuhan.
Menurut June (2008) tanaman yang berbeda akan mempunyai tipe
fotosintesis yang berbeda, dimana terdapat tiga tipe fotosintesis yaitu C3, C4 dan
CAM, yang dibedakan berdasarkan cara mengikat CO2 dari atmosfer dan produk
awal yang dihasilkan dari proses asimilasi. Pada tanaman C3, RuBp (RuBp
merupakan subtrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis)
dalam proses awal asimilasi mampu mengikat CO2 dan pada saat yang bersamaan
juga dapat mengikat O2 untuk proses respirasi, sehingga terjadi kompetisi antara
CO2 dan O2 dalam penggunaan RuBp. Jika konsentrasi CO2 ditingkatkan, hasil
kompetisi CO2 akan lebih menguntungkan sehingga fotorespirasi dapat dikurangi
dan asimilasi akan bertambah besar. Sehingga dengan bertambahnya CO2
menyebabkan peningkatan laju fotosintesis akibat menurunnya fotorespirasi.
Fotorespirasi ditandai dengan adanya fiksasi O2 yang lebih besar dari CO2 pada
enzim penangkap CO2 Ribulosa Bifosfat Karboksilase (Rubisco).
Konsentrasi CO2 sebagai salah satu prekursor atau bahan dasar asimilasi j
karbon tentu akan sangat berpengaruh pada produktivitas fotosintesisnya.
Tumbuhan menunjukkan kemampuannya dalam memfiksasi CO2 yang berbeda-
beda. Perbedaan ini sangat menyolok antara tumbuhan tipe C3 dengan C4. Jagung
(tumbuhan C4) dan kacang (tumbuhan C3) seperti ditunjukkan oleh gambar 8.
Gambar 8. Respon Fotosintesis Tumbuhan Jagung dan Kacang
17
pada Beberapa Level CO2
Pada konsentrasi CO2 lingkungan yang sama (330 ppm), jagung (Zea
mayz) sebagai contoh dari tumbuhan C4 memiliki laju fotosintesis yang jauh lebih
tinggi dibanding dengan kacang, bahkan dengan tumbuhan kacang yang diberi
suplai CO2 1000 ppm sekalipun. Hal ini menunjukkan bahwa tumbuhan C4
memiliki kemampuan yang sangat efisien dalam memfiksasi CO2. Pada tumbuhan
C4, CO2 diikat oleh PEP karboksilase dan menggabung kan dengan PEP menjadi
asam oksalo asetat (OAA). OAA ini menjadi timbunan sumber CO2 di vakuola.
Selanjutnya, OAA akan dikonversi menjadi asam malat atau aspartat tergantung
jenis tumbuhannya, yang kemudian ditranspor ke bundle sheat (Kranz anatomy).
Selanjutnya, malat atau aspartat akan didekarboksilasi dan CO2 yang terlepas akan
diikat oleh enzim Ribulosa Bifosfat Karboksilase (RubisCo) untuk asimilasi
karbon pada siklus Calvin.
18
BAB IV
PENUTUPA. Kesimpulan
1. Temperatur mempengaruhi kerja enzim untuk fotosintesis. Enzim bekerja
pada suhu optimum sehingga kenaikan temperatur di atas suhu tidak
meningkatkan laju fotosintesis.
2. Peningkatan konsentrasi CO2 meningkatkan laju dimana karbon menyatu
pada karbohidrat tidak bergantung pada reaksi terang sehingga laju
fotosintesis umumnya meningkat hingga laju maksimum.
3. Berbeda halnya dengan tanaman C3, tanaman C4 jika pada temperatur tinggi
mengalami percepatan laju fotosintesis.
4. Peningkatakan CO2 pada tumbuhan C4 menyebabkannya memiliki laju
fotosintesis yang jauh lebih tinggi dibanding dengan C3.
B. Saran
1. Faktor-faktor lain perlu dikaji dalam penelitian tentang fotosintesis ini karena
faktor lingkungan sangat berperan.
19
DAFTAR PUSTAKA
Andrews N R. 2008. The effect and interaction of enhanced nitrogen deposition
and reduced light on the growth of woodland ground flora. hzn 11:148-
156.
Berry J.A. & Raison J.K. 1981. Responses of macrophytes to temperature. In
Physiological Plant Ecology I: Responses to the Physical Environment
(eds O.L. Lange, P.S. Nobel,C.B. Osmond & H. Ziegler), pp. 277–338.
Springer-Verlag, Berlin, Germany.
Bunce J.A. 2000. Acclimation of photosynthesis to temperature in eight cool and
warm climate herbaceous C3 species: temperature dependence of
parameters of a biochemical photosynthesis model. Photosynthesis
Research. 59–67.
D.L. & Bazzaz F.A. 1976. Low temperature photosynthesis in successional winter
annuals. Ecology. 1297–1303. Germany.
Downton W.J.S., Berry J.A. & Seemann J.R. 1984. Tolerance of photosynthesis to
high temperature in desert plants. Plant Physiology. 786–790.
Devlin, Robert M. 1975. Plant Physiology Third Edition. New York : D. Van
Nostrand.
Hartman, H.T dan D. E. Kester. 1986. Plant Propagation. New Delhi : Prentice
Hall of India
Ismail. 2008. Fisiologi Tumbuhan. Makassar: Jurusan Biologi FMIPA UNM
Jordan D.B. & Ogren W.L. (1984) The CO2/O2 specificity of ribulose 1,5-
bisphosphate carboxylase oxygenase – dependence on ribulose
bisphosphate concentration, pH and temperature. Planta 161, 308–313
Kimball, John. W. 1992. Biologi Umum. Erlangga, Jakarta.
Kramer, P.E. 1981. Carbon Dioxide Concentration, Photosynthesis, and Dry
Matter Production. Bioscience 31 : 29-33
Kriedeman, Sward, dan W, J.S. Downtown. 1976. Vine Response to Carbon
Dioxide Enrichment During Heat Stress. Australian Jurnal of Plant
Physiology, 3 : 605-618
20
Lakitan, Benyamin. 2011. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Raja Grafindo
Persada. Jakarta
Larcher W. 2003. Physiological Plant Ecology, 4th ed. Springer, Berlin, Regehr
Lawlor, D.W. 1987. Photosynthesis : Metabolism, Control, and Physiology. New
York : John Wiley and Sons.
Long, S.P.; Zhu, X.G.; Naidu, S.L. & Ort, D.R. 2006. Can improvement in
photosynthesis increase crop yields? Plant Cell and Environment Vol. 29:
315–330.
Mawson B.T., Svoboda J. & Cummins R.W. 1986. Thermalacclimation of
photosynthesis by the arctic plant Saxifraga cernua. Canadian Journal of
Botany. 71–76.
Naidu S.L., Moose S.P., Al-Shoaibi A.K., Raines C.A. & Long S.P. (2003) Cold
tolerance of C4 photosynthesis in Miscanthus ¥ giganteus: adaptation in
amounts and sequence of C4 photosynthetic enzymes. Plant Physiology
132, 1688–1697.
Noviyanti, Rintis. 2005. Kamus Biologi Bergambar. Jakarta: Erlangga
Piedade, M.T.F.; Junk W.J. & Long S.P. (1991). The productivity of the C4 grass
Echinochloa polystachya on the Amazon floodplain. Ecology Vol. 72:
1456–1463.
Portis, A.R. Jr & Parry, M.A.J. 2007. Discoveries in Rubisco (ribulose 1,5-
bisphosphate carboxylase/oxygenase): A Historical Perspective.
Photosynthesis Research Vol. 94: 121–143.
Raghavendra, A.S. 1991. Physiology of Tree. New York : John Wiley and Sons
Sage, R.F.; Way, D.A. & Kubien, D.S. (2008). Rubisco, Rubisco activase, and
global climate change. Journal of Experimental Botany Vol. 59:
1581–1595.
Salisbury, F. B dan Ross, C. W. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid I. ITB, Bandung.
Noviyanti, Rintis. 2005. Kamus Biologi Bergambar. Jakarta: Erlangga
Taiz, L dan E, Zeiger. 1991. Plant Physiology. California : Benyamin Publishing
Company, Inc
21
von Caemmerer S. (2000) Biochemical Models of Leaf Photosynthesis. Australia :
CSIRO, Collingwood.
22