fisiologi tumbuhan
TRANSCRIPT
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
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
.