KEMAMPUAN ADAPTASI PROSES FOTOSINTESIS TANAMAN C 3, C 4, DAN CAM TERHADAP

KENAIKAN TEMPERATUR AKIBAT PEMANASAN GLOBAL

Senin, 1 Desember 2014

BAB I PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

Suhu rata – rata global pada permukaan bumi telah meningkat0,74 ± 0,18 °C selama seratus tahun terakhir. Pemanasan dankenaikan muka air laut diperkirakan akan terus berlanjut selamalebih dari seribu tahun (IPCC, 2007). Kenaikan suhu bumi,menyebabkan lahan pertanian tropis semi kering di beberapabagian Afrika tidak dapat tumbuh. Kenaikan temperatur bumi inijuga menyebabkan terjadinya serangan serangga dan penyakityang lebih hebat.

Salah satu solusi alternatif sebagai bentuk penyesuaianagar terjadinya pemanasan global tidak mengancamstabilitas kebutuhan pangan global dan tidak mengubahkondisi lingkungan secara ekstrem adalah dengan caramempelajari kemampuan adaptasi proses fotosintesistanaman C3, C4, dan CAM terhadap kenaikantemperatur.

Proses fotosintesis tanaman C3, C4, dan CAM yangberbeda – beda memungkinkan ketiga jenis tanaman inidikembangkan di tempat yang berbeda sebagaialternatif tanaman untuk mengatasi pemanasan global.

RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana kemampuan adaptasi proses fotosintesistanaman C3 terhadap kenaikan temperatur?

2. Bagaimana kemampuan adaptasi proses fotosintesistanaman C4 terhadap kenaikan temperatur?

3. Bagaimana kemampuan adaptasi proses fotosintesistanaman CAM terhadap kenaikan temperatur?

4. Bagaimana mengatasi pemanasan global dengan tanamanC3, C4, dan CAM?

TUJUAN PENULISAN

1. Menjelaskan kemampuan adaptasi proses fotosintesistanaman C3 terhadap kenaikan temperatur.

2. Menjelaskan kemampuan adaptasi proses fotosintesistanaman C4 terhadap kenaikan temperatur.

3. Menjelaskan kemampuan adaptasi proses fotosintesistanaman CAM terhadap kenaikan temperatur.

4. Menjelaskan cara mengatasi pemanasan global dengantanaman C3, C4, dan CAM.

MANFAAT PENULISAN

1. Mencegah terjadinya kekurangan pangan global akibatglobal warming dengan tanaman C3, C4, dan CAM.

2. Mencegah terjadinya perubahan iklim yang ekstem dengantanaman C3, C4, dan CAM.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

FOTOSINTESIS

Fotosintesis adalah suatu proses yang hanya terjadi pada tumbuhanyang berklorofil dan bakteri fotosintetik, dimana energi matahari(dalam bentuk foton) ditangkap dan diubah menjadi energi kimia(ATP dan NADPH). Energi kimia ini akan digunakan untuk fotosintesakarbohidrat dari air dan karbon dioksida.

Secara umum fotosintesis terjadi melalui 2 tahap reaksi, yaitu :reaksi terang dan reaksi gelap

Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tigakelompok besar, yaitu :

> Tanaman C3

> Tanaman C4

> Tanaman CAM (Crasculacean Acid Metabolism)

PENGERTIAN TANAMAN C3, C4, DAN CAM Pengertian tanaman C3

Tanaman C3 adalah tanaman yang mempunyai lintasan atau siklusPCR (Photosynthetic Carbon Reduction) atau sering disebut siklus calvinyang dapat menghasilkan asam organik yang mengandung 3 atom Cdan jaringan yangterlibat dalam proses fotosintesis adalah jaringanmesofil.

Pengertian tanaman C4

Tanaman C4 adalah kelompok tumbuhan yang melakukan persiapanreaksigelap fotosintesis melalui jalur 4 karbon sebelum memasuki sikluscalvin, untuk meminimalkan keperluan fotorespirasi (Jati, 2007).

Pengertian tanaman CAM

Tanaman CAM adalah tanaman yang dapat berubah seperti tanamanC3 pada saat pagi hari (suhu rendah) dan dapat berubah sepertitanaman C4 pada saat malah hari (Gardner, 1991) .

PERBEDAAN TANAMAN C3, C4, DAN CAMTanaman C3 Tanaman C4 Tanaman CAM

Lebih adaptif pada kondisi

kandungan CO2 atmosfer rendah

Adaptif di daerah panas dan kering Adaptif di daerah panas dan kering

Enzim yang menyatukan CO2 dengan

rubp, juga dapat mengikat O2 pada

saat yang bersamaan untuk proses

fotorespirasi

CO2 diikat oleh PEP yang tidak dapat

mengikat O2 sehingga tidak terjadi

kompetisi antara CO2 dan O2

Pada malam hari, asam malat tinggi,

pada siang hari asam malat rendah

Karbon dioksida masuk ke siklus

calvin secara langsung

Tidak mengikat karbon dioksida

secara langsung

Tidak mengikat karbon dioksida

secara langsung

Senyawa awal yang terbentuk

berkarbon 3

Seludang pembuluh berkembang

dengan baik dan banyak mengandung

kloroplas

Umumnya tumbuhan yang

beradaptasi pada keadaan kering

seperti kaktus, anggrek dan nanas

Sebagian besar tumbuhan yang tinggi

masuk ke dalam kelompok tumbuhan

C3

Fotosintesis terjadi di dalam sel

mesofil dan seludang pembuluh

Reduksi karbon melalui lintasan C4

dan C3 dalam sel mesofil tetapi

waktunya berbeda

Apabila stomata menutup maka

terjadi peningkatan fotorespirasi

pengikatan O2 oleh enzim Rubisco

Pengikatan CO2 di udara melalui

lintasan C4 di sel mesofil dan reduksi

karbon mwlalui siklus calvin di

dalam seludang pembuluh

Pada malam hari terjadi lintasan C3,

pada siang hari terjadi siklus C4

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN

ALAT DAN BAHAN

Alat

Pot <10 L, pot >10L, rumah kaca terisolasi, rumah kaca semiterisolasi, termometer, sekop, pisau, dan gunting.

Bahan

Beberapa spesies tanaman C3, C4, dan CAM yang berkayu danyang tidak, beberapa spesies tanaman C3, C4, dan CAM yangtermasuk tumbuhan pangan dan non pangan, tanah, air, pupuk, gasCO2 terisolasi sebagai sumber parameter peningkatan jumlah gasrumah kaca akibat pemanasan global dan software MetaWin 2.0.

PROSEDUR PENELITIAN Wang et al. (2012) menguji kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C3,C4, dan CAM terhadap kenaikan temperatur diuji dengan variasik sebagaiberikut :

Variasi SuhuPertumbuhan tanaman C3, C4, dan CAM diukur pada tiga kategori suhu yangberbeda, antara lain : AT, ET (1,4 - 6⁰C di atas udara ambien), dan HS (>8⁰Cdi atas udara ambien). Masing – masing temperatur dijaga agar konstan dantidak terkena pengaruh lingkungan luar.

Pengelompokan JenisPengelompokan dilakukan berdasarkan jalur fotosintesis, kemampuan tumbuhtanaman, dan nilai ekonomis (tanaman pangan atau tidak)

Sistem semi terbuka dan terisolasiPada kondisi pertama adalah kondisi sistem semi terbuka, sistem tidak ditutupsecara sempurna, sehingga masih memungkinkan masuknya udara darilingkungan. Kondisi kedua adalah kondisi tertutup, dimana semua sampeldiletakkan ke dalam rumah kaca dengan kadar CO2 yang telah dinaikkanhingga batas tertentu dan sistem dibiarkan terisolasi dari udara luar.

Ukuran Media tanamUkuran pot yang digunakan dibedakan menjadi dua jenis, yakni <10 L dan>10 L

METODE ANALSIS DATA

Data yang didapat dari hasil pengukuran kemudian dianalisi denganmenggunakan logarithm transformed ratio (ln r) dari respons tanamandari untuk masing – masing level ambient CO2 untuk memperkirakanefek dari perambahan CO2. Data yang di peroleh kemudian ujidengan software MetaWin 2.0 dengan resampling dari 9,999ulangan. CO2 dianggap memiliki pengaruh yang signifikan terhadapvariabel jika perubahan persentase tidak bernilai nol.

BAB IV HASIL PENELITIAN & PEMBAHASAN

HASIL PENELITIANYamori et al. (2014) memaparkan bahwa penurunan temperatur akanmenakibatkan adanya kenaikan kandungan enzim – enzimfototosintesis seperti pada siklus calvin, transpot elektron, dll. Selainitu, adanya penurunan suhu juga meningkatkan kestabilan iso-enzimdan memperbaiki keadaan membran penyususn tanaman.

Sedangkan kenaikan temperaturakan meyetabilkan reaksi –reaksi yang terjadi padatilakoid dan menurunkankemampuan respirasi tanaman.Diagram hubungan suhuterhadap kemampuanfotosintesis ini ditunjukkan olehgambar disamping.

Penelitian juga dilakukan terhadap kemampuan transfer elektronpada tanaman CAM. Kemampuan trasfer elektron, setara dengankemampuan fiksasi CO2 pada tanaman. Tanaman yang dianalisisdalam penelitian ini menggunakan tanaman dari jenis yang sama,yakni Kalanchoe atau yang lebih dikenal sebagai cocor bebek.Sedangkan spesies yang digunakan adalah adalah K. daigremontianadan K. pinnata. Tanaman K. daigremontiana dan K. pinnata ditunjukkanoleh gambar berikut.

Dari hasil penelitian diketahui bahwa pengaruh temperatur terhadapfiksasi CO2 malam hari yang juga setara dengan kemampuan transferelektron menunjukkan suhu optimum pada 20 °C. Sedangkan padasuhu 30 °C kemampuan transfer elektron cenderung mengalamipenurunan. Suhu optimum rata – rata untuk fiksasi CO2 pada tanamanK. daigremontiana adalah 21.1 °C dan pada tanaman K.pinnataadalah 19.6 °C.

Sedangkan pada siang hari, pada suhu 30 °C tanaman menunjukkansuhu optimum fiksasi CO2 yang lebih tinggi untuk kedua spesies yangdiujikan yakni sekitar 40 °C. Hal ini menunjukkan bahwa tanamanCAM mampu beradatasi proses fotosintesisnya dengan menjadi siklustanaman C3 pada malah hari dan tanaman C4 pada siang hari.Diagram hubungan suhu terhadap kemampuan trasfer elektronditunjukkan pada gambar berikut.

Kemampuan Adaptasi Proses Fotosintesis Tanaman Terhadap Kenaikan Temperatur

TANAMAN C3

Dalam fotosintesis C3 berbeda dengan C4, pada C3 karbondioksida masuk ke siklus calvin secara langsung. Struktur kloroplaspada tanaman C3 homogen.

Konsep dasar reaksi gelap fotosintesis siklus Calvin (C3) adalahsebagai berikut: CO2 diikat oleh RUBP untuk selanjutnya dirubahmenjadi senyawa organik C6 yang tidak stabil yang pada akhirnyadirubah menjadi glukosa dengan menggunakan 18ATP dan 12NADPH.

Enzim yang erperan adalah RuBP-karboksilase yang disebut enzimrubisco. Siklus ini terjadi dalam kloroplas pada bagian stroma.Untuk menghasilkan satu molekul glukosa diperlukan 6 siklus C3.

TANAMAN C4

Pada tanaman C4, CO2 yang diikat sel-sel mesofil akan diubah terlebih dulumenjadi oksaloasetat (senyawa 4C), setelah bereaksi dengan PEP(fosfoenolpiruvat). Penggabungan ini dikatalisir oleh PEP karboksilase.Selanjutnya dengan bantuan NADPH2, oksaloasetat diubah menjadi malat(senyawa 4C). Senyawa ini kemudian memasuki sarung berkas pembuluh.Malat, dalam sel-sel sarung berkas pembuluh, mengalami dekarboksilasimenjadi piruvat dan CO2. Selanjutnya, CO2 memasuki jalur siklus Calvin.Skema reaksi penangkapan CO2 pada tanaman C4 adalah sebagai berikut:

Pada daerah mesofil :

Pada sarung berkas pengangkut :

TANAMAN CAM

Pada tanaman familia Crassulaceae penambatan CO2 terjadi padamalam hari ketika stomatanya membuka. Oksaloasetat yangdiubah menjadi malat akan disimpan dalam vakuola. Ketikastomata menutup pada siang hari, malat mengalamireaksi dekarboksilasi dan menghasilkan piruvatdan CO2. Selanjutnya, CO2 memasuki siklus Calvin untukmembentuk PGAL (G3P). Skema fiksasi CO2 pada tanaman CAMadalah sebagai berikut :

Pada malam hari :

CO2 + PEP Oksaloasetat Malat Vakuola

Pada siang hari :

Malat CO2 + RuBP Daur Calvin

Cara Mengatasi Pemanasan Global Dengan Tanaman C3, C4 dan CAM

upaya untuk mengatasi dan mengurangi efek pemanasan global dimasing – masing daerah akan lebih optimal jika ditanami dengan jenistumbuhan yang sesuai. Tanaman C3 yang optimal pada suhu rendah,akan lebih optimal untuk di tanam pada daerah – daerah sekitar kutubyang suhunya cenderung sangat rendah.

Tanaman C4 yang optimal pada suhu tinggi, akan lebih optimal untukdi tanam di daerah katulistiwa (Indonesia, Amerika Tengah, Brazil, dll.)dimana pada daerah ini peningkatan suhu dan kadar gas rumah kacameningkat cukup drastis akibat efek pemanasan global.

Sedangkan tanaman CAM akan lebih optimal di tanam di gurun yangmengalami perubahan suhu yang sangat ekstrim antara siang hari danmalam hari. Jika masing – masing jenis tanaman di tanam pada daerahyang sesuai, maka upaya untuk mengatasi dan mengurangi efekpemanasan global akan berjalan maksimal.

Aplikasi Pemilihan Tanaman C3, C4, dan CAM Untuk Mengatasi Pemanasan Global

C3 yang optimal pada suhu rendah akan tumbuh maksimal di daerah pegunungan diIndonesia. Tanaman – tanaman C3, seperti beras, gandum, kedelai, kacang tanah,kentang, dll sebaiknya di tanam pada daerah non industri, sehingga kadar CO2lingkungan rendah. Saat kadar CO2 rendah, tanaman C3 akan mensintesis RuBPlebih sedikit, dan proses fotosintesis berjalan optimal.

Tanaman – tanaman C4, seperti jagung, tebu, sorgum akan tumbuh maksimal didaerah dengan suhu tinggi seperti Wonogiri, Gunung Kidul, dll yang seringmengalami kekeringan setiap tahunnya atau pada daerah – daerah industri yangemisi CO2 cukup tinggi. Pada suhu tinggi, difusi CO2 pada mesofil akanberlangsung lebih cepat, sehingga proses fotosintesis juga akan lebih cepat, begitujuga dengan masa panen tanaman. Tanaman C4 juga akan optimal di tanam ditaman kota atau bahu jalan raya yang emisi CO2-nya sangat tinggi.

Tanaman CAM seperti nanas, kaktus, anggrek, dll yang memiliki kemampuanadaptasi proses fotosintesis paling baik, akan tumbuh optimal jika ditana di daerahgurun seprti NTT, NTB, dll. Daun pada tanaman CAM yang tebal, menyebabkankemampuan transpirasi tanaman ini sangat rendah dan mampu bertahan dalamperubahan suhu siang dan malam yang ekstrim seperti pada daerah gurun.

BAB VPENUTUP

KESIMPULAN

Tanaman C3 melakukan adaptasi proses fotosintesis terhadapkenaikan temperatur dengan cara sebagai berikut : CO2 diikat olehRUBP untuk selanjutnya dirubah menjadi senyawa organik C6 yangtidak stabil yang pada akhirnya dirubah menjadi glukosa denganmenggunakan 18ATP dan 12 NADPH.

Tanaman C4 melakukan adaptasi proses fotosintesis terhadapkenaikan temperatur dengan cara sebagai berikut : CO2 yangdiikat sel-sel mesofil akan diubah terlebih dulu menjadi oksaloasetat(senyawa 4C), setelah bereaksi dengan PEP (fosfoenolpiruvat).Penggabungan ini dikatalisir oleh PEP karboksilase.Selanjutnya dengan bantuan NADPH2, oksaloasetat diubahmenjadi malat (senyawa 4C). Senyawa ini kemudianmemasuki sarung berkas pembuluh. Malat, dalam sel-sel sarungberkas pembuluh, mengalami dekarboksilasi menjadi piruvatdan CO2. Selanjutnya, CO2 memasuki jalur siklus Calvin.

Tanaman C3 melakukan adaptasi proses fotosintesis terhadapkenaikan temperatur dengan cara sebagai berikut : CO2 denganbantuan enzim PEP karboksilase dan mengubahnyamenjadi oksaloasetat, tetapi dalam waktu berlainan. Oksaloasetatyang diubah menjadi malat akan disimpan dalam vakuola. Ketikastomata menutup pada siang hari, malat mengalamireaksi dekarboksilasi dan menghasilkan piruvatdan CO2. Selanjutnya, CO2 memasuki siklus Calvin untukmembentuk PGAL (G3P).

Cara mengatasi pemanasan global dengan tanaman C3, C4, danCAM adalah dengan menanam masing – masing jenis tanamanpada suhu optimalnya. Tanaman C3 pada suhu rendah, tanaman C4pada suhu tinggi, dan tanaman CAM pada daerah bersuhu eksrim.

SARAN

Untuk mengatasi dan mengurangi dampak global warming secaraoptimal, hendaknya masing - masing tanaman ditanam pada suhuoptimumnya.

Untuk pemerintah, hendaknya melakukan sosialisasi tentang suhuoptimum penanaman untuk memaksimalkan potensi lahan danmengatasi kekurangan pangan.

DAFTAR PUSTAKA

Christopher, S., Pau, S., Edwards, E. 2013. Land Surface Skin Temperature Captures Thermal Environments Of C3 And C4 Grasses. Journal OfBiogeography (23): 286-296

Devlin, M. 1975. An Assessment Of Climate Feedbacks In Coupled Ocean-Atmosphere Models. Journal Of Climate 19 (14): 3354-3360.

Gardner, Franklin. 1991. Biochemistry Third Edition. New York : Son Willey Co.

Gardner, W. 1991. Scafetta, Nicola; West, Bruce J. (09-03-2006). Phenomenological Solar Contribution To The 1900-2000 Global SurfaceWarming. Journal of Geophysical Research Letters (5) : 33 - 43.

IPCC. 2007. Contribution Of Working Group I To The Fourth Assessment Report Of The Intergovernmental Panel On Climate Change.Intergovernmental Panel On Climate Change.

Jati, Wijaya. 2007. Biologi Interaktif. Jakarta : Ganeca Exact.

NASA. 2007. Global Warming To Cause More Severe Tornadoes and Storms.

Salisburry, Frank B. 1998. Photosynthesis Sixth Edition. Cambridge University Press : London

Sembiring, L Dan Sudjino. 2009. Biokimia Jilid 1. Jakarta : UI Press.

Sinaga, Agustina & Jekson Ninggolan 2010. Penanaman Tumbuhan Lahan Tropis. Jakarta : Mizan Publika

Sitompul, SM. 1995. Fisiologi Tanaman Tropis. Lombok : Universitas Mataram.

Wang, Dan., Heekathron, Scott., Wang., Philpott. 2012. A Meta Analysis of Plant Physiological and Growth Responses to Temperature andElevated CO2. Journal of Ecologia (169) : 1-13

Yamori, Wataru., Hikosaka, K., Way. 2014. Temperature Response of Photosynthesis in C3, C4 And CAM Plants: Temperature Acclimation andTemperature Adaptation. Jounal of Photosynth Res (119) : 101 - 11

TERIMA KASIH (: