PENGAMATAN ASAM MALAT PADA TANAMAN CAM
Oleh : Dheasy Indriyani Dita Anggraeni K. Yosi Herliani Wafi Dwi S. Rombongan Kelompok Asisten
B1A016021 B1A016022 B1A016023 B1A016024 :V :5 : Fatkhul Jannah
LAPORAN PRAKTIKUM FISIOLOGI TUMBUHAN 1
KEMENTERIAN RISET, TEKNOLOGI, DAN PENDIDIKAN TINGGI UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS BIOLOGI PURWOKERTO 2017
I.
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Tanaman adalah mahluk hidup yang dapat makanannya sendiri dengan fotosintesis. Ada 3 jenis tanaman dilihat dari cara berfotosintesis dan gula yang dihasilkan. Tipe pertama adalah C3. C adalah lambang kimia untuk karbon, yang berarti tanaman tersebut menghasilkan gula berkarbon 3. Sekitar 80% tanaman didunia menggunakan proses ini. Mereka mengambil CO2 saat siang hari. Jenis kedua adalah C4. Sesuai dengan tipenya, tanaman ini menghasilkan gula berkarbon 4. Tipe C4 ini juga mengambil CO2, pada siang hari. Ada kurang lebih 15% tanaman yang mengunakan tipe ini (Budiarti, 2008). Tipe crassulacean acid metabolism ( CAM) merupakan tipe yang terakhir. Tanaman ini mengambil CO2 pada malam hari, dan mengunakannya untuk fotosistensis pada siang harinya. Meski tidak menguarkan oksigen dimalam hari, namun dengan memakan CO2 yang beredar, tanaman ini sudah membantu kita semua menghirup udara bersih, lebih sehat, menyejukkan dan menyegarkan bumi, tempat tinggal dan ruangan. Tumbuhan CAM yang dapat mudah ditemukan adalah nanas,
kaktus,
dan
bunga
lili
(Budiarti,
2008).
CAM merupakan adaptasi fotosintetik yang paling penting. Adaptasi fotosintetik kedua untuk kondisi yang gersang telah berkembang pada tumbuhan sukulen (tumbuhan penyimpanan air), bermacam-macam kaktus, nenas, dan perwakilan beberapa famili tumbuhan lainnya. Tumbuhan-tumbuhan ini membuka stomatanya pada malam hari dan menutupnya pada siang hari , yang merupakan seperti kebalikan perilaku tumbuhan lain. Menutup stomata selama siang hari membantu tumbuhan gurun menghemat air, tetapi juga mencegah CO2 memasuki daunnya. Selama malam hari, ketika stomata tumbuhan itu terbuka, tumbuhan ini mengambil CO2 dan memasukannya ke dalam berbagai asam organik. Cara fiksasi karbon ini disebut metabolisme asam krasulase, atau crassulacean acid metabolism (CAM) (Campbell, N.
A,
2000).
Sel mesofil tumbuhan CAM menyimpan asam organik yang dibuatnya selama malam hari di dalam vakoulanya hingga pagi, ketika stomata tertutup. Pada siang hari, ketika reaksi terang dapat memasok ATP dan NADPH untuk siklus Calvin, CO2 dilepas dari asam organik yang dibuat pada malam hari itu sebelum dimasukkan
ke
dalam
gula
dalam
kloroplas
Nama sukulen berasal dari bahasa Latin, succos, yang berarti juice. Kaktus dan lidah buaya termasuk dalam tanaman sukulen. Sesuai namanya, tanaman ini sanggup menyimpan makanan atau air di dalam tubuhnya sebagai cadangan. Makanan tersebut disimpan di dalam akar (misalnya pada Ceropegia), batang (pada kebanyakan kaktus), atau daun (pada tanaman Haworthia, Lithops) (Sri Lestari, 2007).
B. Tujuan
Adapun tujuan diadakannya praktikum ini adalah untuk mengetahui fluktuasi kandungan asam malat pada tanaman CAM.
II.
TELAAH PUSTAKA
Tanaman CAM (Crassulation Acid Metabolism Plants) pada dasarnya adalah tanaman sukulen yaitu tanaman yang berdaun atau berbatang tebal yang bertranspirasi rendah. Dalam kondisi kering, stomata pada malam hari akan terbuka untuk mengabsorbsi CO 2 dan menutup pada siang hari untuk mengurangi transpirasi. Fiksasi CO2 tanaman CAM sama seperti tanaman C4, hanya saja terjadinya pada malam hari dan energi yang dibutuhkan diperoleh dari glikolisis. Namun dalam kondisi cukup lemah, banyak spesies CAM merubah fungsistomata dan karboksilasi seperti tanaman C3. Tanaman CAM juga mempunyai metode fisiologis untuk mereduksi kehilangan air dan menghindari kekeringan. (Salisburry, 1998). Asam malat (malic acid) adalah asam dikarboksilat yang memberikan rasa asam dan getir dalam berbagai buah seperti apel hijau dan anggur. Asam malat juga dapat dicampur dengan beberapa perasa makanan untuk memberikan berbagai jenis sensasi rasa. Jenis asam ini memiliki rantai senyawa dasar yang mencakup atom karbon terikat dengan ikatan ganda atom oksigen serta senyawa hidroksida Asam malat
merupakan
senyawa
organik
yang
memiliki
rumus
kimia
HO2CCH2CHOHCO2H. Zat ini juga memainkan peran dalam pembentukan adenosin trifosfat (ATP). Asam malat merupakan senyawa alami yang ditemukan dalam banyak buah. Buah-buahan lain yang juga mengandung asam malat diantaranya adalah apel, nanas, aprikot, gooseberry, raspberry, ceri, dan lemon. Apel adalah salah satu sumber makanan terbaik yang mengandung asam malat (malic acid). Asam malat berguna untuk meningkatkan produksi energi dalam sel, meringankan gejala fibromyalgia, dan sindrom kelelahan kronis (Wilbraham & Antony, 1992). Asimilat merupakan energi, dan energi tersebut akan digunakan untuk tiga kegiatan, yaitu: (1) sebagian energi akan dipergunakan pertumbuhan, (2) sebagian lagi akan disimpan sebagai cadangan makanan dan (3) sebagian energi akan disimpan sebagai sink yang merupakan bentuk hasil ekonomis tanaman. Mengingat asimilat juga digunakan sebagai energy dalam pertumbuhan, maka baik tidaknya pertumbuhan dan perkembangan suatu tanaman akan sangat ditentukan oleh banyak sedikitnya asimilat yang dapat dihasilkan (Permadi et al., 2016). Perbedaan yang mendasar antara tanaman tipe C3, C4 dan CAM adalah pada reaksi yang terjadi di dalamnya. Yang dimana pada tanaman yang bertipe C3 produk awal reduksi CO2 (fiksasi CO2) adalah asam 3-fosfogliserat atau PGA. Terdiri atas
sekumpulan reaksi kimia yang berlangsung di dalam stroma kloroplas yang tidak membutuhkan energi dari cahaya mataharai secara langsung. Sumber energi yang diperlukan berasal dari fase terang fotosintesis. Sekumpulan reaksi tersebut terjadi secara simultan dan berkelanjutan. Memerlukan energi sebanyak 3 ATP. TANAMAN C3 (DAUR CALVIN)
TANAMAN C4 (DAUR HATCH-SLACK)
TANAMAN CAM (METABOLISME ASAM CRASSULACEAE)
1. Produk awal reduksi CO 2 (fiksasi CO2) adalah asam 3-fosfogliserat atau PGA. 2. Terdiri atas sekumpulan reaksi kimia yang berlangsung di dalam stroma kloroplas yang tidak membutuhkan energi dari cahaya mataharai secara langsung. 3. Sumber energi yang diperlukan berasal dari fase terang fotosintesis. 4. Memerlukan energi sebanyak 3 ATP. 5.PGAL yang dihasilkan dapat digunakan dalam peristiwa yaitu sebagai bahan membangun komponen struktural sel, untuk pemeliharaan sel dan disimpan dalam bentuk pati. 6. Reaksi yang terjadi adalah: 2C3H5O3-P → P-C6H10O6-P ↓→ P C6H11O6-P → C6H11O6 ↓ P
. Produk awal reduksi 1. Memiliki daun yang CO2 (fiksasi CO2) adalah cukup tebal sehingga laju asam oksaloasetat, malat, transpirasinya rendah. dan aspartat ( hasilnya 2. Stomatanya membuka berupa asam-asam yang pada malam hari. berkarbon C4). 3. Pati diuraikan melalui 2. Reaksinya berlangsung proses glikolisis dan di mesofil daun, yang membentuk PEP. terlebih dahulu bereaksi 4. CO2 yang masuk setelah dengan H2O membentuk bereaksi dengan air HCO3 dengan bantuan seperti pada tanaman enzim karbonik anhidrase. C4difiksasi oleh PEP dan 3. Memiliki sel seludang di diubah menjadi malat. samping mesofil. 5. Pada siang hari malat 4. Tiap molekul CO2 yang berdifusi secara pasif difiksasi memerlukan 2 keluar dari vakuola dan ATP. mengalami 5. Tanaman c4 juga dekarboksilasi. mengalami siklus calvin 6. Melakukan proses yang seperti peda tanaman C3 sama dengan tanaman C3 dengan bantuan enzim pada siang hari yaitu daur Rubisko Calvin. 6. Reaksi yang terjadi 7. Melakukan proses yang adalah: sama dengan tanaman C4 6CO2 + 30 ATP + pada malam hari yaitu + 12NADPH 12H + daur Hatch – Slack. 24H2O ↓ C6H12O6 + 30ADP + 30Pi + NADPH+ PGAL yang dihasilkan dapat digunakan dalam peristiwa yaitu sebagai bahan
membangun komponen struktural sel, untuk pemeliharaan sel dan disimpan dalam bentuk pati. Pada tanaman tipe C4 yang menjadi cirinya adalah produk awal reduksi CO2 (fiksasi CO2) adalah asam oksaloasetat, malat, dan aspartat ( hasilnya berupa asam-asam yang berkarbon C4). Reaksinya berlangsung di mesofil daun, yang terlebih dahulu bereaksi dengan H 2O membentuk HCO 3 dengan bantuan enzim karbonik anhidrase. Memiliki sel seludang di samping mesofil. Tiap molekul CO2
yang difiksasi memerlukan 2 ATP. Tanaman c4 juga mengalami siklus calvin seperti peda tanaman C3 dengan bantuan enzim Rubisko. Pada tanaman tipe CAM yang menjadi ciri mendasarnya adalah memiliki daun yang cukup tebal sehingga laju transpirasinya rendah. Stomatanya membuka pada malam hari. Pati diuraikan melalui proses glikolisis dan membentuk PEP. CO 2 yang masuk setelah bereaksi dengan air seperti pada tanaman C4 difiksasi oleh PEP dan diubah menjadi malat. Pada siang hari malat berdifusi secara pasif keluar dari vakuola dan mengalami dekarboksilasi. Melakukan proses yang sama dengan tanaman C3 pada siang hari yaitu daur Calvin. Melakukan proses yang sama dengan tanaman C4 pada malam hari yaitu daur Hatch dan Slack (Wibraham & Antony, 1992). Metabolisme asam Crassulacean (CAM) adalah mode khusus fotosintesis yang menampilkan
serapan
CO2
nokturnal,
memudahkan
peningkatan
efisiensi
penggunaan air (WUE), dan memungkinkan tanaman CAM untuk Menghuni lingkungan terbatas air seperti padang pasir -gersang atau hutan kering musiman. Pertumbuhan penduduk dan pertumbuhan global sekarang berubah tantangan sekarang untuk sistem produksi pertanian untuk meningkatkan makanan, pakan, pakan ternak, serat, dan produksi bahan bakar. Satu Pendekatan untuk memenuhi tantangan ini adalah untuk meningkatkan ketergantungan pada CAM tanaman, seperti Agave dan Opuntia, untuk produksi biomassa pada semi kering, ditinggalkan, marjinal, atau terdegradasi lahan pertanian. Utama Upaya penelitian sekarang sedang dilakukan untuk menilai produktivitas Spesies tanaman CAM dan untuk memanfaatkan WUE CAM dengan rekayasa jalur ini ke makanan, pakan, dan tanaman bioenergi yang ada. Sebuah Peningkatan pemahaman tentang CAM memiliki potensi keuntungan tinggi investasi penelitian (Yang et al., 2015).
III.
MATERI DAN METODE
A. Materi
Alat yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah erlenmeyer, buret & statif, pipet tetes, gelas ukur, gunting, kertas saring, alat tulis dan label. Bahan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah potongan daun nanas ( Ananas comosus), larutan NaOH 0,01 N, indikator pp, dan akuades.
B. Metode
Metode yang digunakan pada praktikum kali ini adalah sebagai berikut : 1. Sampel daun pada pukul 06.00, 09.00, 12.00, 15.00, 18.00, 21.00, 24.00, dan 03.00 ditimbang masing-masing sebanyak 1 g selanjutnya daun diiris-iris dengan luas ± 1 mm 2. 2. Sampel daun yang telah diiris-iris dimasukkan ke dalam erlenmeyer 100 ml, lalu ditambah dengan akuades sebanyak 20 ml. Ekstraksi dilakukan dengan cara pemanasan selama 15 menit. Ekstrak dituang ke dalam erlenmeyer lain. Ulangi ekstraksi dengan 10 ml akuades hingga sampel tampak berwarna putih/tidak berwarna. 3. Ekstrak dikumpulkan hingga volume ekstrak sebesar 50 ml. Apabila volume ekstrak kurang dari 50 ml, maka ditambahkan akuades hingga volume ekstrak 50 ml. 4. Diambil 10 ml ekstrak dan ditambahkan 1% indikator pp sebanyak 5 tetes. Ekstrak dititrasi dengan NaOH 0,01 N, titrasi dihentikan jika mencapai titik titrasi ( terjadi perubahan warna merah jambu). Perhitungan kadar asam malat : % asam malat = V x N x FP x 67 X 100% W Keterangan : V = Volume NaOH Fp = Faktor pengenceran (bila ada) W = Berat sampel N = Normalitas NaOH 67 adalah nilai kesetaraan asam malat
IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
Gambar 4.1.1 Sampel daun pukul 24.00 Sebelum titrasi
Gambar 4.1.2 Sampel daun pukul 24.00 Sesudah titrasi
Tabel 4.1 Kelompok
Jam
% Asam malat
1
06.00
335%
2
09.00
482%
4
12.00
375%
4
15.00
247,9%
1
18.00
160,8%
2
21.00
382%
5
24.00
428%
3
03.00
234,5%
kandungan asam malat 600%
500%
t 400% a l a m m300% a s a %200% 100%
0% 06.00
09.00
12.00
15.00
18.00
waktu pengamatan
Perhitungan kelompok 5 : % asam malat = V x N x FP x 67 X 100% W = 6,4 x 0,01 x 1 x 100% 1 = 428,8%
21.00
24.00
03.00
A. Pembahasan
Tumbuhan lain yang tergolong sukulen (penyimpan air) misalnya kaktus dan nanas memiliki adaptasi fotosintesis yang berbeda lagi. Tidak seperti tumbuhan umumnya, kelompok tumbuhan ini membuka stomata pada malam hari dan menutup pada siang hari. Stomata yang menutup pada siang hari membuat tumbuhan mampu menekan penguapan sehingga menghemat air, tetapi mencegah masuknya CO2. Saat stomata terbuka pada malam hari, CO2 di sitoplasma sel-sel mesofil akan diikat oleh PEP dengan bantuan enzim PEP karboksilase sehingga terbentuk oksaloasetat kemudian diubah menjadi malat (persis seperti tumbuhan C-4). Selanjutnya malat yang terbentuk disimpan dalam vakuola sel mesofil hingga pagi hari. Pada siang hari saat reaksi terang menyediakan ATP dan NADPH untuk siklus Calvin-Benson, malat dipecah lagi menjadi CO2 dan piruvat. CO2 masuk ke siklus Calvin-Benson di stroma kloroplas, sedangkan piruvat akan digunakan untuk membentuk kembali PEP. Model
metabolisme
ini
disebut Crassulacean
Acid Metabolism (CAM) karena
pertamakali diketahui terjadi pada kelompok tumbuhan famili Crassulaceae. Jadi maksud penamaannya berarti: metabolisme asam pada tumbuhan Crassulaceae dan bukan metabolisme asam Crassulaceae (Lakitan, 2007). Faktor yang mempengaruhi kandungan asam malat pada tanaman CAM dipengaruhi oleh perbedaan jalur fotosintesis antara bagian tanaman yang berbeda. Jumlah asam malat yang tinggi pada batang menunjukkan aktivitas pengambilan CO2 di malam hari. Jumlah asam malat ketika tanaman tercekam kekeringan menunjukkan peningkatan, baik di daun maupun batang. Hal ini menunjukkan adanya kemungkinan plastisitas jalur fotosintesis C3 ke CAM di daun. Akan tetapi secara anatomi, daun tidak sukulen sehingga asam malat yang disimpan terbatas jumlahnya (Hastilestari, 2015). Berdasarkan data rombongan yang diperoleh pada praktikum tanaman dengan tingkat presentase tinggi terdapat pada tanaman pukul 09.00. Menurut, Salisburry (1998), bahwa tanaman CAM pada dasarnya adalah tanaman sukulen yaitu tanaman yang berdaun atau berbatang tebal yang bertranspirasi rendah. Dalam kondisi kering, stomata pada malam hari akan terbuka untuk mengabsorbsi CO2 dan menutup pada siang hari untuk mengurangi transpirasi. Fiksasi CO2 tanaman CAM seperti tanaman C4, hanya saja terjadi pada malam hari dan energi yang dibutuhkan dari proses glikolisis. Namun dalam kondisi lemah, banyak spesies CAM berubah fungsi
stomata dan karboksilasi seperti tanaman C3. Tanaman CAM juga metode fisiologis untuk mereduksi kehilangan air dan menghindari kekeringan.
V.
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan dapat disimpulkan bahwa pengamatan asam malat pada tanman CAM, di perlakuan waktu yang berbeda, didapatkan hasil kenaikan atau fluktuasi asam malat pada pukul 09.00 pagi.
B. Saran
Agar hasilnya sesuai prosedur, praktikan bekerja dengan hati-hati dan teliti, agar hasilnya sesuai.
DAFTAR REFERENSI
Budiarti. 2008. Pengantar Fisiologi Tumbuhan. Gramedia, Jakarta. Hastilestari, B.R. 2015. Plastisitas sistem fotosintesis pada tanaman CAM. Pros. Sem. Nas. Masy. Biodiv. Indon. l(4), pp :864-867. Lakitan, 2007. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Rajawali Grafindo, Jakarta. Permadi. D. Y, Setyono Yudo Tyasmoro & Bambang Guritno. 2016. PENGARUH DOSIS PUPUK N DAN TANAMAN SELA KACANG TANAH ( Arachis hypogaea L.) PADA PERTUMBUHAN SERTA HASIL TANAMAN JAGUNG ( Zea mays L.) YANG DITANAM SECARA TUMPANGSARI. Jurnal Produksi Tanaman Vol. 4 No. 617-623 ISSN:2527-8452. Salisburry, Frank B. 1998. Photosynthesis 6 th Edition. Cambridge University Press. London Sitompul, SM. 1995. Fisiologi Tanaman Tropis. Universitas Mataram. Lombok. Xiaohan Yang, dkk. 2015. A roadmap for research on crassulacean acid metabolism (CAM) to enhance sustainable food and bioenergy production in a hotter, drier world. New Phytologist (2015) 207: 491 – 504. Wilbraham, Antony C, 1992. Kimia Organik dan Hayati. ITB. Bandung.
