fisiologi tumbuhan

Air

Senyawa utama protoplasma

Pelarut nutrisi tanaman

Medium reaksi – reaksi metabolisme

Fotosintesisdan reaksi hidrolitik

Turgiditas sel

Membuka dan menutupnya stomata

Respirasi PerkecambahanTranspirasi

Status air dlm tumbuhan

Pertukaran gas

Potensial air

tanaman

• Potensial Air Sel

Potensial air positif Potensial air negatif

Mempunyai kemampuan memberikan air kpd sel sekitar

Mempunyai kemampuan menerima/mengarbsorbsi air dari sel sekitar

Pada sistem biologi PA negatif

PA air murni = 0 bar

PA pada organ tumbuhan -2 s/d -8 bar

( - 15 bar tumbuhan mati )

• Absorbsi Air Pada Tumbuhan

Akar Daun

-Simplas

-Apoplas

Stomata

Gradien potensial

Transpirasi dan aktivitas metabolisme

• Simplas

• Apoplas

Secara osmosis dari sel ke sel melalui plasmodesmata

Melalui ruang antar sel

Melalui bagian yang hidup dari sel

Melalui bagian yang mati dari sel

• .

stele

Bulu akar

epidermis

korteks

simplas

apoplas

endodermis

• Mekanisme absorbsi

• Transpirasi

Gradien potensial

Difusi, osmosis

Tekanan akar

Simplas, apoplas

Air dan ion terlarut

Epidermis, korteks

• Kehilangan Air Pada Tumbuhan

• 1. Transpirasi Penguapan melalui bagian yang hidup

• 2. Evaporasi Penguapan melalui bagian yang sudah mati

• 3 Evaporasi Penguapan melalui bagian yang hidup dan

yang sudah mati

• 4. Gutasi Keluarnya air melalui jaringan hidatoda

Gutasi pada equisettum

Gutasi pada strawberry

Transpirasi

Pengeluaran air oleh tumbuhan ke atmosfer dlm bentuk uap.melibatkan – stomata

_ lentisel _ kutikula

Penting

- membantu penyerapan air dan mineral - mengatur suhu tubuh tumbuhan ( dg cara melepaskan kelebihan panas dari tubuh tumbuhan ) - mengatur turgor optimum di dalam sel

Faktor yang mempengaruhi transpirasi

1. Radiasi cahaya

2. Kelembaban

3. Suhu

4. Angin

5. Keadaan air tanah

6. Membuka dan menutupnya stomata.

Nutrisi Tumbuhan

Unsur hara unsur yang diperlukan untuk hidupnya tumbuhan, baik sebagai ion maupun sbg bagian dari zat hara.

Zat yang diserap oleh tumbuhan dan berfungsi dalam metabolismenya, baik berupa molekul yang tidak bermuatan

( CO2, O2, H2O ) maupun

yang bermuatan listrik ( K+, NO3-).

Unsur hara

Terdiri dari :

1. unsur makro : C, H, O, N, S, P, K, Ca,Mg

diperlukan dalam jumlah besar.

2. Unsur mikro : Cl, B, Mo, Fe, Mn, Zn, Cu.

diperlukan dalam jumlah kecil/sedikit

• Macronutrients (Necessary in large quantities)

• Element Form uptake Notes

• Nitrogen NO3–, NH4+ Nucleic acids, proteins,

• hormones, etc.

• Oxygen O2, H2O Various organic

• compounds

• Carbon CO2 Various organic

• compounds

• Hydrogen H2O Various organic

• compounds

• Potassium K+ Cofactor in protein

• synthesis, water balance,

• etc.

• Calcium Ca2+ Membrane synthesis and

• stabilization

• Magnesium Mg2+ Element essential for

• chlorophyll

• Phosphorus H2PO4– Nucleic acids,

• phospholipids, ATP

• Sulfur SO42– Constituent of proteins and coenzymes

• Micronutrients. (Necessary in small quantities)

• Element Form of uptake Notes

• Chlorine Cl- Photosystem II and

• stomata function

• Iron Fe2+, Fe3+ Chorophyll formation

• Boron HBO3 Crosslinking pectin

• Manganese Mn2+ Activity of some enzymes

• Zinc Zn2+ Involved in the synthesis of

• enzymes and chlorophyll

• Copper Cu+ Enzymes for lignin synthesis

• Molybdenum MoO42- Nitrogen fixation, reduction of

• nitrates

• Nickel Ni2+ Enzymatic cofactor in the

• metabolism of nitrogen

• compunds

Penyerapan zat hara oleh tanaman

Cahaya + panas

CO2

O2

H2OTransport lewat berkas pengangkutatmosfer

tanah

larutan dapat ditukar / zat hara mobil

Pelapukan humus/ zat hara dpt dimobilisir

Gejala defisiensi

Bergantung kepada fungsi dan mobilitas unsur

exp : - Mg klorosis, penguningan daun

Secara visual sulit dibedakan perlu analisis

tanah dan

jaringan

Defisiensi menyebabkan terganggunya aktivitas

metabolisme.

• .

• .

Strktur Anatomi Kloroplas

Fotosintesis

Reaksi Terang ( Reaksi Hill )

penangkapan energi cahaya untuk memecahkan H2O (fotolisis)

cahaya

klorofil

H2O 4 H+ + 4 e + O2

NADP + H+

+ e NADPH

ADP + pi + e ATP ( fosforilasi )

Fase cahaya = Reaksi Hill + Fosforilasi

Terjadi di dalam grana kloroplas.yaitu pada membran thylakoid

.

• Reaksi Terang

• Menghasilkan Oksigen• Terjadi sintesis ATP • Terjadi Reduksi NADPH

• Pigmen dan protein menyusun fotosistem I ( yg melangsungkan proses reduksi NADP+ )

• Dan Fotosistem II yang melangsungkan proses pelepasan molekul oksigen dari oksidasi air.

• Fotosistem I dan Fotosistem II dihubungkan oleh rantai transport elektron yg melibatkan sintesis ATP, bersamaan dengan aliran elektron

Dilakukan oleh dua sistem pigmen dan protein yg berfungsi sbg pembawa elektron.

.

• Pusat reaksi Fotosistem I dikenal sbg P700 ( krn klorofl a yg terkandung menyerap maksimum pada 700 nm.

• Pusat reaksi Fotosistem II dikenal sbg P680 ( krn kandungan klorofil a

menyerap pd panjang gelombang 680 nm

Komplek antena fotosistem I , tersusun hanya oleh klorofil a.

menyerap cahaya gelombang panjang

Komplek antena fotosistem II, tersusun oleh klorofil a dan

klorofil b. menyerap cahaya gelombang pendek.

.

• Feredoksin

Fotosistem I

Feredoksin

NADP reduktase

NADP+ + 2 H+

NADPH + H+

cahaya

plastosianin

2 e-

Sitokrom f

2 e-

Sitokrom b

2 e-

Plastokuinon

Q

2 e-

2 e-

ADP + Pi

ATP

ADP + Pi

ATP

2 e-

Fotosistem II

2 e-

cahaya

H2O

Fotofosforilasi siklik

cahaya

4 H+ + ½ O2

Fotofosforilasi non siklik

Digunakan pada asimilasi CO2

Reaksi Gelap ( Terjadi pada bagian stroma khloroplas )

NADPH NADP

CO2 ( CH2O )n

Energi yang dihasilkan dari fase cahaya akan dipergunakan

dalam reaksi gelap

Tidak perlu cahaya, ttp tergantung pada suhu.

Reaksi sangat ditentukan oleh kegiatan enzim.

ATP

ADP

.

• Siklus Calvin

3 phosphoglycerate

( 12 molekul )

1,3 Bisphosphoglycerate ( 12 molekul )

Glyceraldehide3 phosphat ( 12 molekul )

Ribulosa 1,5 Bisphosphat

( 6 molekul )

CO2 ( 6 molekul )

12 ATP

12 ADP

12 NADPH

12 NADP+

Glyceraldehide

3 phosphat

( 10 molekul ) Glyceraldehide 3 phosphat

( 2 molekul )

Untuk sintesis Karbohidrat

6 ATP

6 ADP

RuBP Karboksilase

.

Siklus C4

PEP

Oksaloasetat

PEP Karboksilase

CO2

Malat AspartatPiruvat

ADP + Pi

ATP

CO2

Menuju siklus C3

Ribulosa 1,5 bifosfat

Fiksasi CO2 dan Sintesis Karbohidrat• Siklus calvin atau siklus Pentosa Fosfat Reduktif ( siklus C3 )

• asam fosfogliserat gliseraldehide 3 fosfat

Ribulosa 1,5 difosfat dihidroksiaseton fruktosa 1,6 3 fosfat difosfat

Ribulosa sedoheptulosa sedoheptulosa Fruktosa 5 fosfat 7 fosfat 1,7 difosfat 6 fosfat

Ribulosa Xilosa Eritrosa 4 fosfat 5 fosfat 5 fosfat

CO22 ATP 2NADPH

ADP

ATP

Sintesis karbohidrat

Fiksasi CO2 pada tanaman C4

• CO2

• HCO3 + PEP Oksaloasetat Malat

• Piruvat Alanin Aspartat

H2O

H+

H+ + NADPH

NADP+

(-NH2)

ATP + H2PO4

AMP + Pi

Sel mesofil

Piruvat Alanin Aspartat

Oksaloasetat

MalatPiruvat

NADH + H+

NAD+

CO2

Siklus calvin

3PGA

3PGAld

RubpHeksosa fosfat

Pati

sukrosa

NADP+H+ + NADPH

Sel bundle sheath

malat

CO2

Fiksasi CO2 Pada tanaman CAM

• Pati

• PEP

• Oksaloasetat

• Malat

• Asam malat

• Asam malat

• piruvat Malat piruvat

• Oksaloasetat

• CO2

• siklus calvin

NADH + H+

NAD+

-HCO3-

CO2

H2OH+

H+

ATP

ADPPEPCO2 CO2

NAD+

NADH + H+

NADP+

NADPH + H+

Glikolisis

Vakuola

Somata membuka

Stomata menutup

Malam

Siang

Tanaman C3

• Temperatur optimum untuk fotosintesis lebih rendah dibanding dengan C4 ( 15 – 250C )

• Kurang efisien dalam pengikatan / fiksasi CO2

• Tidak mempunyai seludang berkas pengangkut ( bundle sheath ), kalaupun ada biasanya mempunyai organel lebih sedikit atau tidak ada organel sama sekali.

• Aktivitas fotosintesis terjadi di mesofil daun

• Exp : Glycine max

Tanaman C4

• Temperatur optimum untuk fotosintesis lebih tinggi dibanding dengan C3 ( 30 – 47 0C )

• Efisien dalam pengikatan / fiksasi CO2

• Mempunyai seludang berkas pengangkut ( bundle sheath ) yang banyak mengandung organel seperti kloroplas, mitokondria dan peroksisom.

• Fotosintesis terjadi di 2 tempat yaitu• - Mesofil daun• - seludang berkas pengangkut

• Exp : Zea mays

Bundle sheath

Seludang berkas pengangkut pada batang seledri

Bundle sheath

Tanaman CAM (Crassulaceae Acid Metabolism )

• Membuka stomata pada malam hari dan menutup stomata pada siang hari. CO2 diserap pada malam hari.

• Tidak memiliki jaringan palisade yg teratur, sel mesofil bunga karang ( spongy ), terdapat sel bundle sheath.

• Pembentukan asam malat pada malam hari dibarengi dg penguraian gula, pati. Sedangkan penguraian asam malat terjadi pada siang hari.

• Exp : Cactaceae, Orchidaceae,Euphorbiaceae.

• Fotorespirasi• Pada kondisi CO2 rendah dan O2 tinggi, RuBP karboksilase

bekerja sebagai oksigenase ( tidak lagi sebagai karboksilase )

• O2 RuBP siklus C3RuBP oksigenase

3 fosfogliserat

fosfoglikolat

glikolat

glikolat

glisin Peroksisom

glisin

serin

mitokondria

serin

gliseratoksidasi

3 fosfogliserat

karbohidrat

CO2

O2

reduksiSitosol/kloroplas

RESPIRASI

• Mobilisai senyawa – senyawa organik dan oksidasi senyawa – senyawa tersebut secara terkendali untuk membebaskn energi bagi pemeliharaan dan perkembangan tumbuhan.

• Reaksinya

• ( CH2O)n + O2 CO2 + H2O + energi ( ATP )

Produk fotosintesis

Tahap – tahap reaksi

• Glikolisis Terjadi di sitoplasma Dengan atau tanpa O2 ( aerobik atau anaerobik )

Jika O2 tidak ada ( anaerobik )

• Piruvat yg terbentuk akan dikonversi jadi etanol ( utk spesies yg tidak toleran )

atau menjadi asam laktat ( utk spesies yang toleran )

• Dihasilkan 2 ATP per molekul glukosa yang diuraikan.

• Pada suasana aerobik ( dengan O2)

• Dihasilkan 6 ATP per molekul glukosa yang diuraikan.• Dekarboksilasi oksidatif piruvat lebih lanjut menjadi asetil ko enzim A.

Glikolisis• Glukosa

2 Piruvat

2 Asetil ko-A

2 etanol + 2 CO2 2 laktatO2

2 CO2

4 CO2 + 4H2O

O2

Fermentasi alkoholFermentasi asam laktat

Rangkaian reaksi glikolisis dg bbrp senyawa antara

• sukrosa

D glukosa

Glukosa -6P

Fruktosa 6-P

Fruktosa 1,6 di P

3 PGAld

3PGA

PEP

Asam piruvat

Siklus Krebs

H2O

D Fruktosa

Fruktan

H2O

ATP

ADP

Mg+

ATP

ADP

Mg+

Pati

Glukosa 1-P

Mg+

H2O

H2PO4

Dihidroksi aseton -P

H2O

Siklus Krebs

• Terjadi di mitokondria ( suasana aerobik )

• Disebut daur Asam Sitrat karena senyawa C6 yang pertama kali dibentuk dalam daur ini adalah asam sitrat.

• Disebut daur Tri karboksilat karena dalam daur ini ikut serta asam asam dengan tiga gugus karboksil.

• Asetil ko-A diuraikan lebih lanjut menjadi CO2 dan H2O.

Reaksi – reaksi pada siklus Krebs• Asam Piruvat

Asetil ko-A

Asam sitratAsam oksaloasetat

CO-ASH

CO2

H+ + NADH

NAD+

Asam iso sitrat

Asam α Ketoglutarat

Suksinil CO-AAsam suksinatAsam Fumarat

Asam L.Malat

NADH + H+

NAD+

Asam malat dehidrogenase

H2OFADH2

FAD ADP + H2PO4-

ATP

H2O

NAD+

H+ + NADH CO2

CO2

CO-ASHNAD+

H+ + NADH

fumarase

Asam suksinat Thiokinase

H2O

H+

H2O

.

• Energi yang dihasilkan dari 1 molekul glukosa

• Glikolisis 2 ATP• 2 NADH 4 ATP

• Piruvat

• Acetyl CoA 1 NADH 3 ATP ( X 2 ) 6 ATP

• 1 ATP• Siklus Krebs 3 NADH 9 ATP ( X 2 ) 24 ATP

• 1 FADH2 2 ATP

•

6 ATP

Hasil bersih : 36 ATP

.

• Jumlah ATP yg terbentuk

• Glukosa

6 ATP

2 Piruvat

2 X 3 = 6 ATP2 Acetil CoA

Siklus krebs

CO2 + H2O

2 X 12 = 24 ATP

Total 36 ATP

Faktor yang mempengaruhi respirasi• 1. Substrat ditentukan oleh Quotient Respiration ( QR )

QR = CO2

• 2. Suhu tinggi ( denaturasi protein ) enzim rusak.

• 3. Umur dan tipe jaringan jaringan muda lebih kuat drpd yang

• tua.

• 4. Kadar O2 makin tinggi kadar O2 di atmosfir makin tinggi

• kecepatan respirasinya.

• 5. Kadar air dalam jaringan naiknya kadar air dalam

• jaringan akan meningkatkan respirasi. Jelas pada

• perkecambahan.

• 6. Cahaya Berkaitan dengan penyediaan substrat dr produk

• fotosintesis dan peningkatan suhu pada jaringan

O2

= 1 glukosa

1,0 ( 0,8 – 0,9 ) protein

.• 7. Pelukaan Adanya pelukaan pada jaringan dapat

• meningkatnya respirasi.• 8. Pengaruh – pengaruh mekanik membengkokkan ,• menggoyangkan organ tumbuhan dapat menaikkan kecepatan• respirasi.• 9. Pengaruh senyawa – senyawa kimia tertentu

- Senyawa cyanida

- Senyawa acida

- carbon monoksida

- Senyawa fluorida

- senyawa malonat

- Ioda acetat

Zat penghambat enzim pernafasan

Pada kadar yg rendah sudah aktif menghambat respirasi.

Perkecambahan

 1. Fase penyerapan air untuk aktivasi

hormon Auxin hormon Giberrelin

aktivasi enzim – enzim

de novo ( amilase, protease, lipase ).

2. Fase pemanjangan radikel

ditentukan pembesaran sel dahulu , baru terjadi perkecambahan, diikuti pembelahan sel pada tahap pertumbuhan kecambah lebih lanjut ( jadi pembelahan terjadi setelah radikel menembus kulit benih ).

3. Fase respirasi penguraian substrat / cadangan makanan( KH, prot, lemak dan senyawa yang mengandung fosfor ) untuk perolehan energi.

Mobilisasi Bahan cadangan

Setelah radikel tumbuh menembus kulit biji diperlukan adanya mobilisasi cadangan makanan

yang tersimpan dalam kotiledon /endosperm menuju titik tumbuh

Bahan cadangan harus diuraikan terlebih dahulu sebelum diangkut.

•

Mobilisasi Karbohidrat Karbohidrat yang terkandung dalam kotiledon/endosperm benih adalah :

-         Pati ( paling penting )-         Hemiselulosa-         Galaktomanan dan-         Oligosakarida lainnya. 

Pati diuraikan melalui 2 lintasan katabolic yaitu

-         Reaksi hidrolitik melibatkan 2 jenis enzim amilase Yaitu amilase dan amilase

-     -  Reaksi fosforolitik Pada dikotil ( lebih banyak dihasilkan glukosa dan maltotriosa )Penguraian pati  Pada monokotil ( lebih banyak dihasilkan maltosa ) Terjadi karena perbedaan aktivitas enzim    amilase pada kedua jenis tanaman 

Reaksi Hidrolitik 

Amilosa amilase glukosa + maltosa + maltotriosa

Amilopektin amilase glukosa + maltosa + maltotriosa + dekstrin Amilosa amilase maltosa glukosidase glukosa Amilopekti amilase maltosa + dekstrin  maltotriosa amilase maltosa  

maltosa glukosidase glukosa 

dekstrin glukosidase glukosa

Reaksi fosforolitik Amilosa + amilopektin + Pi glukosa -1-P + dekstrin  

kmd akan diuraikan

menjadi glukosa

fosforilase

Glukosa 1-P UTP Pirofosforilase  Ppi Fruktosa 6-P UDP  UDPG sukrosa 6-

  fosfatase Fruktosa sintetase PPi UDP Sukrosa  Reaksi sintesis sukrosa dari glukosa 1-P   

Mobilisasi LipidPenguraian lemak melibatkan 1. Kantong lemak ( fat storing oil body ) Terjadi liposis, mengurai trigliserida menjadi gliserol dan asam lemak 2. Mitokondria terjadi konversi suksinat menjadi oksaloasetat 3. Glioksisom terjadi oksidasi asam- asam lemak utk meng hasilkan suksinat melalui rangkaian reaksi pd siklus glioksilat. 4. Sitoplasma oksaloasetat digunakan melalui serangkaian reaksi untuk sintesis sukrosa melalui reaksi katalitik diangkut ke embrio.

Mobilisasi protein

Protein protease Asam – asam amino

digunakan untuk sintesis protein baru atau untuk menyediakan energi melalui oksidasi kerangka karbon setelah terlebih dahulu berlangsung deaminasi.

Amonia

glutamin asparagin

diangkut ke embrio

Titik tumbuh ( embrio)

Alanin glisin lisin asam aspartat arginin glutamin

.