PLANT PHYSIOLOGY
BY: NOLA SURYANI PUTRI
(1610422024)
RIZKA PUTRI ARTHA
(1610422035)
SILVANA SUKMA
(1610422042)
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS ANDALAS PADANG, 2017
PENGENALAN FISIOLOGI TUMBUHAN
A. PENGERTIAN FISIOLOGI TUMBUHAN
Fisiologi Tumbuhan adalah ilmu yang mempelajari struktur, proses, dan fungsi tumbuhan. Apa yang ada dan terjadi pada tumbuhan sehingga tumbuhan dapat hidup dan berkembang biak. Misalnya, adanya air dan garam-garam yang terlarut di dalamnya bergerak dalam tubuh tumbuhan ke atas melalui lintasan pengangkutan yang khusus dari akar ke batang, daun dan dari daun ke atmosfir. Demikian pula ribuan reaksi kimia terjadi dalam tubuh tumbuhan yang dapat terjadi secara bersamaan. Lebih menarik lagi adalah bagaimana tumbuhan dapat mengadakan respons terhadap perubahan atau perlakuan lingkungan yang diberikan. Respons tumbuhan dalam bentuk proses yang terjadi di dalamnya yang diarahkan pada kemampuan mengatasi lingkungan baru. Proses tersebut merupakan proses fisiologi yang tidak kasat mata namun dapat dilihat hasil dari respons tersebut berupa hasil perkembangan yang terjadi pada tumbuhan tersebut. Fisiologi merupakan bagian dari ilmu biologi yang mempelajari semua yang berkaitan dengan proses hidup organisme. Dalam mempelajari fisiologi, diperlukan pemahaman ilmu dasar yang lain, yaitu kimia khususnya biokimia, fisika, dan matematika. Di sisi lain ilmu fisiologi tumbuhan diperlukan bagi pengembangan ilmu-ilmu terapan, seperti ilmu pertanian, kehutanan, dan farmasi. B. SEPULUH KONSEP DASAR FISIOLOGI TUMBUHAN
Ada sepuluh postulat tentang sains pada umumnya dan tentang fisiologi tumbuhan pada khususnya, yaitu sebagai berikut. 1. Seluruh fungsi tumbuhan dapat dipahami dengan dasar prinsip fisika dan kimia. Perkembangan kemajuan dalam fisiologi tumbuhan hampir seluruhnya bergantung pada kemajuan bidang ilmu fisika dan ilmu kimia, karena biologi pada umumnya mempunyai kaitan erat dengan ilmu fisika yang pada gilirannya sampai ke matematika. Fisiologi tumbuhan sebagai salah satu cabang ilmu biologi merupakan terapan dari fisika dan kimia modern untuk memahami tumbuhan. Oleh karena itu, kemajuan dalam fisiologi tumbuhan bergantung pada kemajuan di bidang ilmu fisika dan ilmu kimia. Telah kita ketahui bersama bahwa teknologi ilmu fisika terapan telah membantu peralatan penelitian di bidang fisiologi tumbuhan serta pengetahuan untuk menafsirkan berbagai hasilnya. Para ahli fisiologi tumbuhan mengaku pernyataan yang dikenal sebagai hukum keseragaman alam yang berbunyi: “lingkungan atau sebab yang sama akan menghasilkan efek atau tanggapan yang sama”. Konsep tentang sebab dan akibat ini diakui sebagai hipotesis yang berlaku sampai dewasa ini. 2. Para ahli botani dan fisiologi tumbuhan juga mempelajari anggota dari empat di antara lima dunia organisme yang baru-baru ini dikenal oleh banyak ahli biologi. Para ahli biologi dewasa ini mempunyai anggapan bahwa pendekatan penggolongan organisme hidup menjadi lima dunia jauh lebih baik dibandingkan usaha sebelumnya yang mengelompokkan semua organisme sebagai tumbuhan atau hewan. Empat di antara lima dunia organisme yang dipelajari oleh ahli fisiologi tumbuhan adalah Monera, Protista, Cendawan (Cendawan sejati), dan Plantae. 3. Sel merupakan satuan dasar kehidupan. Semua organisme hidup terdiri dari sel yang memiliki nukleus terbungkus oleh membran atau struktur serupa tetapi tanpa membran. Tak ada kehidupan dalam satuan yang lebih kecil dari pada sel. Sel hanya dapat terjadi dari pembelahan sel yang ada sebelumnya Sejumlah pernyataan di atas dikenal sebagai teori sel. Organisme senonistik (ganggang, cendawan, cendawan lendir tertentu) tidak memiliki
organel (mitokondria, nukleus) yang dibatasi oleh membran sehingga menjadi satuan yang disebut sel. 4. Sel eukariot terdiri dari organel yang terbungkus membran, misalnya kloroplas, mitokondria, nukleus, dan vakuola, sedangkan prokariot terdiri dari organel tanpa membran. Beberapa organisme yang mempunyai sel eukariot mengandung nukleus sejati dan sebagian besar bersel tunggal, misalnya protozoa dan cendawan lendir. Organisme yang memiliki sel prokariot tidak mengandung nukleus atau organel sel yang terorganisasi, misalnya bakteri. 5. Sel dicirikan oleh adanya makro molekul khusus seperti pati dan selulosa yang terdiri dari ratusan sampai ribuan gula atau molekul lain. Pada beberapa makro molekul seperti lignin, gugus molekulnya dapat berulang atau dijumpai di sana-sini pada molekul pembangunan Sel yang mengandung makro molekul khusus ini juga tidak terdapat pada setiap organisme, misalnya selulosa hanya dijumpai pada sel tumbuhan karena sebagai salah satu bahan pembangun dinding sel, sedangkan pada sel hewan tidak dijumpai karena tidak mempunyai dinding sel. 6. Sel juga dicirikan oleh adanya molekul makro, seperti protein dan asam nukleat (DNA dan RNA), yang tersusun sebagai rantai dan terdiri dari ratusan molekul sederhana dari berbagai jenis (dua puluh jenis atau lebih asam amino dalam protein, dan empat atau lima jenis nukleotida dalam asam nukleat). Rantai ini terdiri dari bagian yang panjang-panjang dengan urutan tak berulang, yang terpelihara dan mengganda ketika molekul-molekul itu diperbanyak Molekul yang khas bagi kehidupan itu mengandung informasi. Informasi ini dipindahkan dari generasi sel ke generasi sel berikutnya melalui DNA dan dari DNA ke protein dengan bantuan RNA. Informasi terungkap pada ciri fisik tertentu dan kemampuan mengkatalisis reaksi kimia dalam sel. 7. Pada organisme multisel, sel tersusun membentuk jaringan dan organ. Sel dalam organisme multisel tidaklah sama, sering mempunyai fungsi yang berbeda satu sama lain Konsep jaringan organ lebih sulit diterapkan pada tumbuhan dibandingkan pada hewan. Contoh jaringan tumbuhan yang khas adalah epidermis, korteks, jaringan pembuluh, dan empulur. Organ utama tumbuhan berpembuluh ialah akar, batang, dan daun yang dapat mengalami modifikasi (misalnya bunga). 8. Organisme hidup adalah struktur yang tumbuh sendiri. Proses perkembangan organisme, meliputi pembelahan sel, pembesaran sel serta spesialisasi sel atau diferensiasi, suatu tumbuhan bermula dari satu sel tunggal dan kemudian menjadi organisme multisel. Tumbuhan terus berkembang sepanjang hidupnya dengan adanya meristem. Perkembangan merupakan fenomena dalam biologi kontemporer yang paling sedikit informasinya. 9. Organisme tumbuh dan berkembang di lingkungan dan berinteraksi dengan lingkungannya atau dengan organisme sesamanya melalui banyak cara. Contohnya, perkembangan tumbuhan dipengaruhi oleh suhu, cahaya, gravitasi, kelembaban, dan angin. 10. Pada organisme hidup seperti halnya pada mesin merupakan struktur yang sangat erat kaitannya dengan fungsi Fungsi kehidupan tidak akan berlangsung tanpa adanya s truktur gen, enzim, molekul lain, organel, sel, jaringan, dan organ. Struktur diciptakan oleh fungsi pertumbuhan dan perkembangan. Dalam fisiologi tumbuhan sangat bergantung pada ilmu anatomi, biologi sel, kimia struktur, serta kimia fungsi. C. HUBUNGAN FISIOLOGI TUMBUHAN DENGAN ILMU LAINNYA
Dengan meluasnya pokok bahasan, fisiologi tumbuhan banyak berkaitan serta didukung oleh ilmu-ilmu dasar seperti ilmu kimia (khususnya biokimia) dan fisika. Di samping itu, fisiologi
tumbuhan juga banyak bertumpang tindih dengan bidang ilmu lainnya, terutama cabang ilmu botani. Sebagai contoh, banyak topik yang dikaji dalam bidang fisiologi tumbuhan yang berkaitan erat dengan bidang ilmu ekologi (misal tanggapan tanaman terhadap perubahan berbagai faktor lingkungan). Besarnya tumpang tindih yang disertai dengan pentingnya daerah tumpang tindih tersebut menyebabkan berkembangnya cabang ilmu baru yang disebut sebagai ekofisiologi atau fisiologi lingkugan (environmental physiology). Ilmu anatomi tumbuhan juga besar sekali sumbangannya bagi perkembangan fisiologi tumbuhan, misalnya pemahaman tentang ultrastruktur dan senyawa penyusun membran thilakoid pada kloroplas, membantu meneranghkan proses perpindahan elektron pada fase cahaya fotosiontesis. Pengembangan model matematis untuk menjelaskan hubungan antara hasil tanaman dengan berbagai faktor lingkugan merupakan contoh pentingnya matematika di dalam fisiologi tumbuhan.
D. ASPEK PRAKTIS FISIOLOGI TUMBUHAN
Dari Dardjat (1996) bahwa , “Fisiologi adalah ilmu yang mempelajari proses, fungsi dan aktivitas suatu organisme dalam menjaga dan mengatur kehid upannya.” Dengan mempelajari fisiologi tumbuhan, kita akan dapat lebih memahami bagaimana sinar matahari dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk menghasikan karbohidrat dari bahan baku anorganik berupa air dan karbondioksida, tumbuhan membutuhkan banyak air, biji berkecambah, tumbuhan layu jika kekeringan dan berbagai macam gejala lainnya yang ditampakkan oleh tumbuhan. Peranan fisiologi yang paling terlihat dalam pemuliaan tanaman adalah menyangkut unsur genotip dan ketersediaan plasma nutfah yang melimpah pada tumbuhan. Hal ini sangat mungkin, apalagi didukung dengan biodiversitas lokal yang tinggi. Dengan ketersediaan sumber daya genetik yang melimpah ini memungkinkan untuk dilakukan perakitan varietas baru. Perakitan varietas modern bergantung pada ketersediaan keragaman genetik tanaman. Karakter-karakter unggul yang diperlukan untuk memperbaiki varietas yang telah ada, hampir semuanya dipunyai oleh varietas tradisional yang ditanam petani dan diseleksi selama beberapa generasi, serta sejumlah spesies liar. Sebab itu, meskipun varietas modern saat ini telah diadopsi secara luas oleh petani, namun keberadaan varietas tradisional harus dipertahankan, walaupun selama ini belum banyak dimanfaatkan. Dalam program pemuliaan tanaman, varietas lokal banyak digunakan sebagai donor gen sifat mutu baik (rasa enak dan aromatik), ketahanan terhadap hama dan penyakit utama, serta toleransi terhadap cekaman abiotik seperti suhu rendah, laban salin, toleran, sulfat masam, dan genangan. Dengan berlangsungnya proses intensifikasi budi daya tanaman, sejumlah varietas lokal sering kalah bersaing dengan varietas-varietas modern yangpotensi hasilnya tinggi, sehingga di daerah-daerah tertentu keberadaan varietas lokal sudah hampir punah (Daradjat et aL 2008). Dalam memberdayakan varietas lokal, Kementerian Pertanian telah melepas ratusan varietas lokal, terutama buah-buahan (Kementerian Pertanian 2010). Dengan mempelajari fisiologi tumbuhan, kita akan dapat lebih memahami bagaimana sinar matahari dimanfaatkan oleh tumbuhan untuk menghasikan karbohidrat dari bahan baku anorganik berupa air dan karbondioksida, mengapa tumbuhan membutuhkan banyak air, bagaimana biji berkecambah, mangapa tumbuhan layu jika kekeringan dan berbagai macam gejala lainnya yang ditampakkan oleh tumbuhan. Salah satu manfaat mempelajari fisiologi tumbuhan adalah dapat mengefesiensikan fiksasi nitrogen secara biologis.
Contoh upaya dalam efisiensi fiksasi secara nitrogen adalah dengan cara penggunaan pupuk hayati yang bermanfaat untuk memenuhi kebutuhan hara tanaman secara alami, dengan memanfaatkan mikroorganisme hidup ke dalam tanah sebagai inokulan untuk membantu tanaman memfasilitasi atau menyediakan unsur hara tertentu bagi tanaman. Salah satu pupuk hayati yang sering digunakan adalah rhizobium. Rhizobium merupakan kelompok bakteri berkemampuan sebagai penyedia hara bagi tanaman kedelai. Bila bersimbiosis dengan tanaman legum, kelompok bakteri ini mampu menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar. Bintil akar berfungsi mengambil nitrogen di atmosfer dan menyalurkannya sebagai unsur hara yang diperlukan tanaman inang. Rhizobium mampu menyumbangkan N dalam bentuk asam amino kepada tanaman kedelai. E. PENGARUH HEREDITAS DAN LINGKUNGAN Hereditas merupakan faktor yang diturunkan langsung oleh orang tua. Faktor hereditas ini tidak bisa direkayasa, karena faktor hereditas ini yang menjadi faktor utama dalam pertumbuhan dan perkembangan individu. Selain hereditas, ada juga factor lingkungan yang juga berpengaruh dalam pertumbuhan dan perkembangan Individu. Hubungan antara faktor hereditas dan lingkungan, faktor hereditas beroperasi dengan cara yang berbeda-beda menurut kondisi dan keadaan lingkungan yang berbeda-beda pula. Selain dengan interaksi hubungan antara hereditas dan lingkungan dapat pula digambarkan sebagai additive contribution (sama-sama menyumbang bagi pertumbuhan dan perkembangan fisiologi dan juga tingkah laku.Diantara kedua faktor tersebut tidak ada faktor yang lebih dominan karena keduanya saling mengisi dan mempengaruhi satu sama lain. 1. Pengaturan Genetika Setiap sel pada tumbuhan mempunyai perangkat genetik yang diturunkan dari induknya ke keturunannya dan merupakan sumber informasi untuk melaksanakan kegiatan pertumbuhan dan perkembangan. Informasi genetik diterima oleh setiap sel pada saat pembelahan sel terjadi, sehingga setiap organ pada tumbuhan dapat berkembang pada jalur yang tepat. Dalam pemanfaatan informasi yang berkaitan dengan proses perkembangan, akan menyangkut proses pengaktifan gen dari DNA, selanjutnya akan dilakukan transkripsi mRNA dan kemudian diteijemahkan menjadi susunan asam amino yang akan membentuk protein enzim tertentu, yang kemudian enzim ini akan digunakan pada kegiatan metabolisme dalam sel yang sesuai dengan arah perkembangannya. Secara umum mekanisme proses pengaktifan, dilaksanakan dan diusulkan oleh F.Jacob dan J. Monob yang disebut dengan sistem operon, yakni pengontrolan sintesis protein yang diatur oleh gen pengatur, gen operator dan gen struktur. Kombinasi gen pengatur dan gen struktur disebut operon. Mekanisme operon ini adalah bahwa gen struktur memprogram mRNA untuk enzim yang spesifik, yang berkombinasi dengan suatu gen operator yang berfungsi mengatur gen stuktur menjadi aktif a tau tidak. Gen pengatur membentuk suatu molekul pengatur (protein) yang disebut repressor yang menekan keija gen opera tot; sehingga operon tidak aktif. Penambahan suatu molekul yang disebut induser dapat membuka gen operator sehingga operon dapat diaktifkan. Beberapa molekul lain yang disebut korepresor dapat menutup gen dengan mengaktitkan repressor kembali sehingga operon menjadi tertutup dan tidak aktif. 1 Proses pengaktifan satu atau kelompok operon yang spesifik akan selalu mengarah pada satu pola perkembangan, pada satu tingkat perkembangan dapat sangat berbeda dengan arah perkembangan pada ti ngkat yang lain.
2. Pengaturan Organisme Banyak perkembangan tumbuhan diperantarai oleh rangsangan dari dalam. Perkembangan dipengaruhi oleh hormon yaitu senyawasenyawa kimia yang disintesis pada suatu lokasi, kemudian ditransfortasikan ketempat lain untuk selanjutnya beketja melalui suatu cara yang spesifik, kebutuhan akan hormon hanya dalam konsentrasi yang sangat rendah. Hormon berperan untuk mengatur pertumbuhan, perkembangan dan metabolisme. Beberapa kelompok hormon telah diketahui dan beberapa di antaranya bersifat sebagai zat perangsang pertumbuhan dan perkembangan (promoter), sedang yang lain bersifat sebagai penghambat (inhibitor), antara lain: a. Auksin Auksin adalah hormon pertumbuhan yang pertama kali ditemukan. Salah satu jenis auksin yang dapat diekstraksi dari tumbuhan adalah asam indol asetat atau IAA. Auksin ditemukan oleh Friederich August Ferdinand Went, ahli botani Belanda pada tahun 1928 dengan dalilnya "tidak mungkin tetjadi pertumbuhan tanpa adanya zat tumbuh". Tern pat sintesis auksin ialah di meristem apikal, misalnya ujung batang (tunas), daun muda dan kuncup bunga. Awalnya auksin diketahui terdapat pada ujung kecambah gandum, namun temyata diujung- ujung tumbuhan lain juga terdapat zat yang berfungsi sama dengan auksin. Auksin didefinisikan sebagai zat tumbuh yang mendorong elongasijaringan koleoptil pada percobaan-percobaan bio-assay dengan Avena a tau tanaman lainnya. Indole Asetic Acid (IAA) adalah auksin endogen atau auksin yang terdapat pada tanaman. Sitokinin dan auksin merupakan dua golongan zat pengatur tumbuh yang sangat penting dalam budidaya jaringan tanaman. Golongan auksin yang lebih sering digunakan adalah 2,4-D, IAA, NM, IBA. Auksin yang paling efektif untuk menginduksi pembelahan sel dan pembentukan kalus adalah 2,4-D dengan konsentrasi an tara 0,2-2 mg/1 untuk sebagian jaringan tanaman. NM dan 2,4 D lebih stabil dibandingkan dengan IAA, yaitu tidak mudah terurai oleh enzim-enzim yang dikeluarkan oleh sel a tau karena pemanasan pada saat proses sterilisasi. 1M juga kurang menguntungkan karena cepat rusak oleh cahaya dan oksidasi enzimatik. Auksin dalam aktivitasnya, dapat bekerja sendiri atau berkombinasi dengan hormon lain, dapat merangsang atau menghambat berbagai peristiwa yang berbeda, dari mulai peristiwa reaksi enzim secara individual sampai pada pembelahan sel dan pembentukan organ. Pengaruh Fisiologis dari Auksin: ~ Pembesaran sel ~ Penghambatan mata tunas samping ~ Menghambat absisi (pengguguran daun) ~ Menstimulir aktivitas dari pada kambium ~ Pertumbuhan akar b. Giberelin Senyawa ini ditemukan di Jepang ketika ekstrakjamur Giberellafujikuroi yang menyerang tanaman padi, dapat menimbulkan gejala yang sama pada waktu disemprotkan kembali pada tanaman yang sehat. Karakter penyakit ini menyebabkan pemanjangan ruas-ruas yang berlebihan sehingga menyebabkan tumbuhan mudah rebah. Kerja utama dari giberelin merangsang pemanjangan sel. Giberellin (asam Giberellate) dalam dosis tinggi menyebabkan gigantisme. Giberellin berpengaruh terhadap pembesaran dan pembelahan sel, pengaruh Giberellin ini mirip dengan auksin yaitu an tara lain pada pembentukan akar. Giberellin dapat menyebabkan terjadinya peningkatan jumlah auksin endogen. Disamping merangsang proses pemanjangan, giberelin juga terlibat dalam proses pembungaan. Giberelin dapat berinteraksi dengan honnon lain seperti auksin. Interaksi mereka bersifat sinergis. Namun interaksi GA dengan ABA bersifat antagonis (Harahap, 2007).
c. Sitokinin Sitokinin yang pertama kali ditemukan ialah kinetin. Sitokinin mempunyai pengaruh terhadap berbagai proses pertumbuhan, berperan penting dalam pengaturan pembelahan sel dan morfogenesis, merangsang pembelahan sel dalam kultur sel yang diisolasi dari bagian tumbuhan. Sitokinin alami yang telah berhasil diisolasi dan diidentifikasi dari tumbuhan adalah zeatin, yang diperoleh dari endosperm jagung. FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar 43 Kinetin bersarna-sama dengan auksin memberikan pengaruh interaksi terhadap diferensiasi jaringan. Pada pemberian auksin dengan konsentrasi relatif tinggi, diferensiasi kalus cenderung ke arah pembentukan primordia akar, sedangkan pada pemberian kinetin yang relatif tinggi, diferensiasi kalus cenderung ke arah pembentukan primordia batang atau tunas. d. Etilen Telah diketahui bahwa etilen menjadi penyebab beberapa respons tanaman seperti pengguguran daun, pembengkakan batang, pemasakan buah dan hilangnya warna buah. Etilen menghambat pertumbuhan ke arah memanjang (longitudinal) dan mendorong pertumbuhan ke arah melintang (transversal) sehingga batang kecarnbah terlihat membengkak. Etilen juga merubah respons geotropisma, mendorong pengguguran daun, bunga dan buah. e. Asam Absitat Senyawa ini lebih berperan pada dormansi dan proses absisi pada daun. Ditemukan oleh P. R Wareing, yang menamakan senyawa tersebut sebagai dormin dan absisin II, yang lebih dikenal dengan nama asam absisat (ABA). Peranan ABA sangat nyata dalam proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman. ABA berinteraksi dengan zat-zat pengatur tumbuh tanaman yang lain pada proses tersebut, biasanya interaksi ini bersifatmenghambat (antagonisma). 2. Pengaturan Lingkungan Banyak rangsangan lingkungan atau ekstemal mempengaruhi perkembangan tumbuhan. Rangsangan utama lingkungan yang mempengaruhi perkembangan tumbuhan adalah: Cahaya: banyaknya cahaya yang dibutuhkan tidak selalu sama pada setiap tumbuhan, dimana cahaya dapat menguraikan auksin sehingga menghambat pertumbuhan meninggi Suhu: tumbuhan membutuhkan suhu yang optimum untuk berkembang dengan baik, suhu paling rendah namun masih memungkinkan tumbuhan untuk tumbuh disebut suhu minimum. Gravitasi: dimana arah dari pertumbuhan bagian organ tubuh ditentukan. Kelembaban Nutrien Air
F. CIRI DAN KELAKUAN TUMBUHAN
Pada dasarnya tumbuhan tidak dapat bergerak, autotrof karbon, serta melangsungkan metabolisme karbon. Kebutuhan hara mineral tergantung dari suplai tanah. Tumbuhan mempunyai alat-alat transpor air, mempunyai alat-alat proteksi kehilangan air. Pada tumbuhan dinding sel yang kaku merupakan sistem pendukung struktural. Pola aktifitas tumbuhan sejalan dengan pola perubahan iklim. Tumbuhan juga mempunyai alat-alat proteksi khusus terhadap angin, kekeringan,dingin, panas dan sinar yang berlebihan. Selain itu, tumbuhan memiliki struktur dan alat reproduksi yang sangat khusus untuk mendukung berlangsungnya reproduksi. Mekanisme fisiologi dan biokimiawi yang kompleks menunjang
sistem kontrol dan regulasi pada tumbuhan. Evolusi dan adaptasi terjadi pada proses-proses fisiologi dan biokimiawi selain melalui perubahan anatomi dan morfologi. Tumbuhan tidak mempunyai sistem syaraf, komunikasi antar bagian berlangsung secara biokimiawi.
