Dasar Agronomi
Transcript of Dasar Agronomi
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