I. Fotomorfogenisis, fotoreseptor sinar biru (kriptokrom, fototropin, zeasantin),

dan fotoreseptor sinar merah (fitokrom), jam biologis, ritme sirkadian dan

fototropisme.

Sejak cahaya merupakan satu faktor yang lebih signifikan dalam lingkungan

alami, tidak seharusnya menjadi sebuah keterkejutan bahwa respon tumbuhan

terhadap cahaya, disebut fotomorfogenesis, merupakan tema sentral pada

perkembangan tumbuhan.

Ketika telah diketahui bahwa pottensial perkembangan semua organisme

ditentukan oleh gennya, kesadaran bahwa potensial pada tumbuhan sebagian

besar ditentukan oleh cahaya. Efek pencahayaan pada perkembangan

tumbuhan secara konvensional telah dipilih sebagai topik yang berbeda dari

morfogenesis normal, tetapi perbedaan ini lebih sesuai dibandingkan dengan

kenyataan. Memang, signifikansi fotomorfogenesis yang sesungguhnya

dirangkumkan oleh H. Mohr dan W. Shropshire ketika mereka menulis

“Perkembangan normal pada tumbuhan tingkat tinggi adalah

fotomorfogenesis” (Mohr and Sshropshire, 1983).

Sumber :

http://studibiologi.16mb.com/arsip-kuliah/fisiologi-tumbuhan/fotomorfogenes

is-respon-terhadap-cahaya/

I.1. Fotoreseptor sinar biru

Kriptokrom

UV A panjang gel antara 320-400 nm. Kriptokrom antara 320-500 nm, diduga

berupa flavoprotein (melekat antara protein dan riboflavin), diduga bersatu

dgn prot sitokrom pada membram plsma. Puncak kerjanya di daerah biru-ungu

450 nm.

Fototropin

Fototropin berhubungan dengan membran plasma dan sebagian bertanggung

jawab untuk fototropisme.

Zeasantin

I.2. Fotoreseptor sinar merah (fitokrom)

Fitokrom, paling kuat menyerap cahaya merah dan merah jauh. Ada juga

fitokrom penyerap cahaya biru. Penemuan sitokrom dari hasil pengamatan

1920, bahwa perbandingan lamanya masa penyinaran dan masa gelap

mengendalikan pembungaan pada tumbuhan tertentu.

C tk tumbuhan hari pendek (membutuhkan waktu malam yang lebih panjang

untuk berbunga), akan terhambat bila dalam waktu malammnya diseling ada

cahaya dalam waktu singkat. Yang paling efektf adalah cahaya merah jauh

yang menghambat pembungaan tumbuhan hari pendek.

Cahaya merah memacu perkecambahan biji-bijian, tetapi cahaya merah jauh

dan biru menghambat. Cahaya merah jauh panjang gelombangnya lebih

panjang dr cahaya merah 700-800nm (diatas 760 tdk terlihat oleh mataatau

infra merah dekat).

Pigmen cahaya merah disebut Pr (666nm) , pigmen cahaya biru dapat diubah

oleh cahaya merah menjadi Pfr (730 nm)yang dapat menyerap cahaya merah

jauh (warna hijau zaitun). Dan pigmen biru bias dihasilkan oleh Pfr.

Fitokrom merupakan homodiner dr dua polipeptid identik, dgn Bm 120 kDa

Polipeptid tadi masin2 mempunyai gugus prostetik disebut kromofor yang

menempel pada atom belerang pada residu sisteinnya. Kromofor ad tetrapirol

rantai terbuka,tersebut serupa dgn [pigmen pikobulin utk fotosintesis ganging

merah dan sianobakteri Perubahan cis-trans g mengubah Pr menjadi Pfr

Sumber :

http://eshaflora.com/index.php?

option=com_content&task=view&id=93&Itemid=1

I.3. Jam biologis

Tumbuhan juga memiliki sistem jam biologis. Mirip dengan manusia,

circadian clock pada tumbuhan mengatur pola aktivitas-aktivitas harian

seperti pengaturan hormon (3), photoperiodism (4) dan regulasi zat nutrisi (5).

Circadian rhythm pada tanaman berhubungan dengan pengaruh dari hormon

auxin. Dengan kata lain, pada saat-saat tertentu, tanaman menjadi lebih

responsif terhadap auxin yang berpengaruh pada pertumbuhan batang ke atas

menjauh dari tanah dan menuju cahaya.

Pengaruh circadian clock ini terlihat pada hampir semua tahap dalam proses

signalling auxin, mulai dari pembentukan hormon sampai dengan

pertumbuhan batang (3). Photoperiodism dan jam biologis berhubungan

sangat erat dalam perannya menentukan/memperkirakan panjang hari (1,4).

Pada penelitian yang dilakukan di University of Tsukuba dan Akita Perfectural

College of Agriculture di Jepang, dijelaskan bahwa transcript dengan nama

PnC401 yang diperoleh dari induksi periode gelap pada tanaman Pharbitis nil

cv Violet diregulasi oleh phytochrome dan circadian clock (6).

Sebuah team internasional yang melakukan penelitian di New York University

telah berhasil mengidentifikasikan bahwa master gene pengontrol jam biologis

sensitif terhadap keadaan zat nutrisi pada Arabidopsis. Jejaringan hub CCA1

yang mengontrol jam biologis pada tanaman diketahui telah meregulasi gen-

gen dalam proses asimilasi nitrogen yang merupakan zat nutrisi penting dan

berhubungan dengan ekspresi gen (5).

Sumber :

http://biogen.litbang.deptan.go.id/index.php/2008/12/tumbuhan-mengenal-

waktu/

I.4. Ritme sirkadian dan fototropisme

Fototropisme adalah gerak bagian tumbuhan karena rangsangan cahaya. Gerak

bagian tumbuhan yang menuju ke arah cahaya disebut fototropisme positif.

Misalnya gerak ujung batang tumbuhan membelok ke arah datangnya cahaya.

Telaah mengenai mekanisme fototropisme di mulai oleh percobaan yang

dilakukan oleh Charles Darwin dan putranya Francis. Percobaan dilakukan

dengan menghilangkan ujung pucuk batang, dan didapatkan hasil bahwa

fototropisme tidak terjadi disebabkan hilangnya pucuk tersebut. Begitu pula

ketika ujung pucuk di lapisi bahan yang tidak dapat ditembus cahaya. Namun,

fototropisme tetap terjadi ketika seluruh bagian tumbuhan dikuburkan ke

dalam pasir hitam halus dan hanya ujung pucuk yang berada di luar, yang

menyebabkan membeloknya batang. Dari percobaan ini dijelaskan bahwa,

rangsangan (cahaya) terdeteksi pada suatu tempat (ujung pucuk) dan

responnya (pelengkungan) dilaksanakan di tempat lain (daerah perpanjangan).

Mekanisme fototropisme dijelaskan dari percobaan yang dilakukan oleh

Boysen dan Jensen dan disempurnakan dengan penemuan auksin oleh F.W.

Went. Auksin memiliki peran penting dalam pembelokan batang ke arah

cahaya. Auksin merupakan kordinato kimiawi yang berperan dalam

pertambahan sel dan pertumbuhan. Auksin berada pada ujung pucuk, sehingga

ketika cahaya berada di atas tumbuhan, akan terjadi distribusi auksin dari

pucuk ke daerah pemanjangan secara vertikal. Namun ketika cahaya diberikan

dari salah satu sisi batang, menyebabkan distribusi auksin secara lateral

(asimetrik) dari sisi yang mendapatkan cahaya ke sisi yang gelap. Bagian

tanaman yang tidak disinari mendapatkan konsentrasi auksin yang lebih

tinggi.

Hal ini menyebabkan sisi batang yang pada daerah gelap akan mengalami

pertumbuhan sel lebih cepat, sehingga batang seperti berbelok ke arah

datangnya cahaya. Bagian tanaman yang tidak disinari mendapatkan

konsentrasi auksin yang lebih tinggi.

Diperkirakan distribusi auksin yang asimetrik, disebabkan oleh gabungan tiga

mekanisme yang berbeda, yaitu:

a. Terjadinya perusakan auksin oleh cahaya (photodestruction) pada bagian

koleoptil yang terkena cahaya.

b. Meningkatnya sintesis auksin pada bagian koleoptil yang gelap

c. Adanya angkutan auksin secara lateral dari bagian yang terkena cahaya

menuju ke bagian yang gelap.

d. Cahaya yang paling efektif dalam merangsang fototropisme adalah

cahaya gelombang pendek, sedangkan cahaya merah tidak efektif. Di

duga respon fototropis ini ada kaitannya dengan karoten dan riboflavin,

karena kombinasi penyerapan spectrum oleh karoten dan riboflavin mirip

dengan pola kerja spektrum terhadap fototropisme.

Sumber : http://swastikasari.blogspot.com/p/karya-ilmiah.html

Respon langsung terhadap cahaya atau kegelapan yang penting, tetapi di

samping itu, jam biologis telah berevolusi untuk proses waktu biologis.

"Sirkadian" ritme (dari 'circa'-tentang,' hari dies'-a) adalah hasil yang terbaik-

ditandai dari jam biologis, yang kali peristiwa yang terjadi sekali per hari.

Bahkan dalam waktu tidak adanya isyarat lingkungan, irama sirkadian

bertahan dengan periode hampir 24 jam. Jam sirkadian mengatur banyak

aspek metabolisme, fisiologi dan perilaku.

Mekanisme dari jam sirkadian telah sulit untuk menentukan, sampai

identifikasi mutan ritme sirkadian dan gen serumpun mereka di Drosophila,

Neurospora dan sekarang dalam organisme lain. Studi molekuler dan genetik

menunjukkan bahwa periode 24-jam muncul dari sistem loop umpan balik

yang saling berhubungan yang mengontrol transkripsi dari sejumlah kecil "gen

jam". Umpan balik negatif, bersama dengan penundaan, pada prinsipnya

cukup untuk menghasilkan osilasi; jam sirkadian nyata lebih kompleks, dan

itu tetap menjadi tantangan untuk memahami kompleksitas ini. Ritme

sirkadian lahiriahnya sangat mirip dalam semua spesies, tetapi gen yang

membentuk mekanisme jam yang sangat berbeda (membandingkan hewan,

tumbuhan, jamur dan cyanobacteria). Jam mungkin berevolusi beberapa kali

untuk melakukan fungsi yang sangat mirip, sehingga mereka adalah contoh

dari "evolusi konvergen".

Pada tumbuhan, jam sirkadian mengatur sekitar 5% dari genom (> 1000 gen

dalam Arabidopsis). Fungsi ritmis gen ini banyak proses kontrol, termasuk

daun dan gerakan kelopak, pembukaan dan penutupan pori-pori stomatal,

pembuangan wewangian bunga dan aktivitas metabolis, terutama yang

berkaitan dengan fotosintesis. Jam sirkadian juga mempengaruhi siklus

musiman yang tergantung pada hari-panjang, termasuk regulasi

berbunga.Sistem photoperiodic muncul tergantung pada jam sirkadian untuk

mengukur durasi siang atau malam, sehingga pemantauan berlalunya musim.

Arabidopsis thaliana, spesies model untuk genetika tanaman, pameran irama

sirkadian terlihat dalam gerakan daun dan irama kurang jelas dalam ekspresi

banyak gen, khususnya klorofil a / b gen binding protein (gen CAB). Gen

reporter bercahaya, luciferase, telah digunakan untuk memvisualisasikan

regulasi ekspresi gen sirkadian, menciptakan ritme cahaya pada tanaman

transgenik. Ritme ini dapat dipantau secara bibit tunggal dengan pencitraan

cahaya rendah video, yang telah memungkinkan identifikasi mutan ritme

sirkadian di Arabidopsis.

Sumber : http://me-elpp.blogspot.com/2011/12/fisiologi-tanaman-jam-

biologi-dan.html

II. Gravitropisme, thigmotropisme, serta respon tumbuhan terhadap kekeringan,

banjir, cekaman garam, cekaman panas, dan cekaman dingin.

II.1. Gravitropisme

Gravitropisme adalah gerak pertumbuhan ke arah atau menjauhi tarikan

gravitasi bumi, di mana gerak ke arah gravitasi bumi disebut gravitropisme

positif, sedangkan gerakan pertumbuhan menjauhi gravitasi bumi disebut

gravitropisme negatif. Akar biasanya bersifat gravitropik positif. Akar primer

umumnya lebih tegak dibandingkan dengan akar sekunder yang kadang

tumbuh membentuk sudut hampir mendatar. Akar tersier dan akar tingkat

berikutnya tidak bersifat gravitropik sama sekali dan tumbuh dengan arah tak

beraturan. Jadi sistem perakaran saat tumbuh berdampingan dapat menjelajahi

tanah lebih luas dibandingkan bila semua akar tumbuh lurus ke bawah. Salah

satu hormon yang berperan dalam mekanisme gravitropisme adalah hormon

auksin, yang berfungsi untuk pemanjangan sel akar, di mana distribusi auksin

pada sel akar diatur oleh gen-gen tertentu pada tumbuhan.

Batang dan tangkai bunga biasanya bersifat gravitropil negatif, namun

responsnya sangat beragam. Batang utama atau batang pohon bisanya tumbuh

180o dari pusat gravitasi bumi, sedangkan cabang, tangkai daun, rimpang, dan

stolon biasanya lebih mendatar.

Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Gravitropisme

II.2. Thigmotropisme

Tigmotropisme adalah pergerakan pertumbuhan sel tanaman yang dirangsang

oleh sentuhan. Kata ini berasal dari bahasa Yunani "thigma" yang berarti

"sentuhan". Contoh dari tigmotropisme adalah pertumbuhan tanaman sulur

seperti anggur dan tanaman yang pertumbuhannya merambat dan memiliki

sulur yang membelit bagian penopangnya. Sulur tanaman akan tumbuh lurus

hingga menyentuh sesuatu. Adanya kontak sulur tersebut merangsang sulur

untuk tumbuh melilit, karena terjadi perbedaan kecepatan pertumbuhan. Hal

ini dikarenakan sel-sel yang terkena sentuhan akan memproduksi auksin

sehingga pertumbuhannya menjadi lebih cepat hingga membengkok dan

melilit sumber sentuhan. Contoh lainnya adalah sentuhan angin kencang pada

tebing bukit membuat pohon-pohon yang tumbuh di sekitarnya memiliki

batang yang lebih pendek dan gemuk apabila dibandingakan dengan pohon

yang sama pada daerah yang terlindungi dari angin kencang. Respon

perkembangan tumbuhan terhadap gangguan mekanis ini biasa disebut

tigmomorfogenesis dan umumnya disebabkan peningkatan produksi etilen.

Gas etilen ini merupakan hormon yang dibentuk sebagai respon terhadap

rangsangan sentuhan yang hebat.

Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Tropisme

II.3. Respon tumbuhan terhadap kekeringan, banjir, cekaman garam,

cekaman panas, dan cekaman dingin

Terhadap Cekaman Kekeringan

Pada hari-hari yang cerah, panas, dan kering, tumbuhan mengalami

cekaman kekeringan (kekurangan air), karena transpirasi lebih besar dari

absorpsi air.

Respon tumbuhan terhadap cekaman kekeringan:

Menutup stomata untuk mengurangi transpirasi

Menggulungkan daunnya

Menurunkan laju fotosintesis

Memperdalam pertumbuhan akar ke bawah

Mengkonservasi air, mengurangi penguapan

Memperlihatkan durinya untuk menakut-nakuti herbivora

Terhadap Cekaman Banjir

Pada tanah yang terendam, akar tidak bisa berespirasi karena kekurangan

oksigen pada rongga udara tanah.

Respon tumbuhan terhadap cekaman banjir:

Menyembulkan akar-akar udara

Menghasilkan buluh udara pada sel korteks akar sebagai alat

pemasukan oksigen

Terhadap Cekaman Garam

Kelebihan garam dapur (NaCL) ataupun garam lainnya di dalam tanah

menyebabkan:

Potensial air dalam larutan tanah menurun, sehingga akar-akar

kehilangan air, walaupun tanah penuh dengan air.

Konsentrasi natrium ataupun ion garam lainnya yang tinggi adalah

toksik bagi tumbuhan

Respon tumbuhan terhadap cekaman garam

Memproduksi linarut berupa senyawa organik yang dapat menjaga

potensial air sel lebih negatif dari pada larutan tanah

Tumbuhan halofit (halophyles), yaitu tumbuhan yang toleran terhadap

garam, membuat kelenjar yang dapat memompakan garam keluar

melewati epidermis daun.

Terhadap Cekaman Panas

\Kelebihan panas akan mengubah sifat dan metabolisme enzim

sehingga merusak dan sering kali mematikan tumbuhan

Respon tumbuhan terhadap cekaman panas

Menutup stomata untuk mengkonservasi air

Mensintesis protein pengejut panas (heat-shock protein) yang

mengikat protein lainnya untuk membantu mengurangi

denaturasi

Terhadap Cekaman Dingin

Temperatur yang dingin menyebabkan membran biologis kehilangan

fluiditasnya karena lipidanya terikat kedalam bentuk kristal, sehingga

transportasi zat dan fungsi protein membran terganggu

Respon tumbuhan terhadap cekaman dingin

Menambah asam lemak tidak jenuh pada membran lipidnya yang dapat

menghalangi pembentukan kristal, sehingga fluiditasnya dipertahankan

Terhadap Cekaman Pembekuan (Freezing)

Pembekuan menyebabkan terbentuknya es di dalam dinding sel dan

ruang antar sel hampir semua tumbuhan, serta menurunkan potensial

air ekstra selluler, sehingga menyebabkan plasmolisis

Respon tumbuhan terhadap pembekuan

Sebelum menghadapi musim salju, sel akan meningkatkan level

sitoplasmanya dengan linarut spesifik, semisal gula, yang toleransinya

lebih baik pada konsentrasi tinggi dan membantu mengurangi

kehilangan air dari sel selama temperatur dingin di luar sel tersebut.

Summber :

http://mahasiswatani.blogspot.com/2012/09/respon-dan-pertahanan-

tumbuhan-respon.html

III. Pertahanan fisik dan pertahanan kimia dari tumbuhan terhadap herbivora

Pertahanan tumbuhan terhadap herbivora dapat berupa :

Pertahanan fisik misalnya duri

Pertahanan kimia, misalnya produksi senyawa toksik yang tidak

disukai

Pertahan biologis, misalnya mendatangkan hewan predator

Sumber :

http://mahasiswatani.blogspot.com/2012/09/respon-dan-pertahanan-

tumbuhan-respon.html

IV. Mekanisme pertahanan berupa pengenalan gen ke gen, respon

hipersensitif dan resistensi secara sistematik terhadap patogen

Pengenalan gen ke gen

Tumbuhan umumnya resisten terhadap patogen, karena tumbuhan

tersebut mempunyai kemampuan untuk mengenal patogen dan

menyusun pertahanan terhadap patogen tersebut. Resistensi spesifik

terhadap penyakit tumbuhan, berdasar pada pengenalan gen ke gen.

Pengenalan gen-ke-gen bergantung pada pasangan yang cocok antara

allel genetik tumbuhan inang dengan allel patogen. Resistensi terjadi

apabila tumbuhan dengan allel resisten dominan (R) mengenal

patogen yang mempunyai allel avirulen komplementer

Respon hipersensitif

Tumbuhan yang tidak mempunyai resistensi genetik akan berespon

terhadap patogen virulen dengan menyusun suatu serangan kimia

lokal, sedangkan tumbuhan yang berdasar pada pasangan R-Avr akan

berespon terhadap patogen avirulen dengan membentuk pertahanan

berupa respon hipersensitif.

Resistensi secara sistemik

Resistensi hipersensitif bersifat lokal dan spesifik. Merupakan respon

pertahanan berdasar pengenalan gen-ke-gen (R-Avr) antara tumbuhan

inang dan patogen. Resistensi secara sistemik bersifat non spesifik dan

memberikan pertahanan terhadap bermacam-macam patogen untuk

jangka waktu beberapa hari.

Salah satu bentuk modifikasi asam salisilat adalah asetil salisilat,

merupakan satu bahan aktif dari aspirin yang dapat diperoleh dari

serpihan kulit kayu willow (Salix)

Tumbuhan mempunyai dua garis pertahanan terhadap patogen :

Garis pertahanan pertama, yaitu perlindungan fisik tumbuhan berupa

epidermis dan periderm, namun masih bisa dipenetrasi oleh virus,

bakteria, spora, dan hifa jamur melalui luka atau melalui stomata

Garis pertahanan kedua, yaitu serangan kimia yang membunuh

patogen dan mencegah penyebarannya dari tempat infeksi.

Sistem pertahanan kedua ini ditingkatkan melalui kemampuan yang

diwariskan pada tumbuhan untuk mengenal patogen tersebut.

Sumber : http://mahasiswatani.blogspot.com/2012/09/respon-dan-

pertahanan-tumbuhan-respon.html