Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses yang hanya terjadi pada tumbuhan yang berklorofil dan bakteri fotosintetik, dimana energi matahari yang berupa foton ditangkap dan diubah menjadi energi kimia yang berupa ATP dan NADPH. Energi kimia ini akan berguna untuk fotosintesis karbohidrat dari H₂O dan CO₂ (Devlin, 1975). Umur daun merupakan salah satu faktor yang sangat menentukan produktivitas daun dalam aktivitas fotosintesisnya. Kapasitas kemampuan daun melakukan fotosintesis berkembang  seiring dengan perkembangan kedewasaan daun mencapai perkembangan dan pertumbuhan optimalnya. Pada fase awal pertumbuhannya daun muda masih menggantungkan asimilat dari daun dewasa lainnya. Pada saat daun mencapai laju pertumbuhan optimum maka produktivitasnya akan jauh meningkat dan sebagian fotosintatnya mulai diekspor ke jaringan lain yang lebih membutuhkan. Kapasitas fotosintesis ini terus meningkat bersamaan dengan pencapaian kedewasaan organ daun. Terdapat hubungan interaktif antara perkembangan struktural daun dan intensitas cahaya dengan perkembangan kapasitas fotosintetiknya. Tumbuhan yang tumbuh pada tempat yang intensitas cahayanya tinggi maka daun akan berkembang dengan memadahi sehingga kapasitas fotosintetiknya pun lebih besar (Suyitno, 2006).

Warna daun berasal dari klorofil yaitu pigmen warna hijau yang terdapat di dalam kloroplas. Energi cahaya yang diserap oleh klorofil lah yang akan menggerakkan sintesis molekul makanan dalam kloroplas. Kloroplas ditemukan terutama dalam sel mesofil, yaitu jaringan yang terdapat di bagian dalam daun. Fotosintesis hanya berlangsung pada sel yang memiliki pigmen fotosintetik. Di dalam daun terdapat jaringan pagar dan jaringan bunga karang, pada keduanya mengandung kloroplas yang mengandung klorofil yang merupakan salah satu pigmen fotosintetik yang mampu menyerap energi cahaya matahari (Campbell, 2002). Kloroplas mengandung beberapa pigmen, misalnya klorofil a yang menyerap cahaya biru-violet dan merah sedangkan klorofil b menyerap cahaya biru dan oranye dan memantulkan cahaya kuning dan hijau. Klorofil a berperan dalam langsung dalam reaksi terang sedangkan klorofil b tidak secara langsung berperang dalam reaksi terang. Klorofil akan memperlihatkan fluoresensi berwarna merah yang berarti warna larutan tersebut tidak hijau pada cahaya yang diluruskan dan akan merah tua pada cahaya yang dipantulkan (Noggle dan Fritz, 1979).

Imbibisi Biji

Biji merupakan suatu alat perkembangbiakan tumbuhan, agar biji dapat berkecambah menjadi tumbuhan baru maka biji tersebut memerlukan air dari lingkungannya. Masuknya air ke dalam biji melalui proses imbibisi. Imbibisi merupakan peristiwa migrasi molekul-molekul air ke suatu zat lain yang mempunyai pori-pori cukup besar sehingga mampu melewatkan molekul-molekul air, kemudian molekul air tersebut menetap di dalam zat tersebut. Air memegang peranan yang terpenting dalam proses perkecambahan biji karena merupakan salah satu faktor untuk berlangsungnya proses perkecambahan. Proses imbibisi air oleh benih sangat dipengaruhi oleh komposisi kimia benih, permeabilitas benih dan jumlah air yang tersedia, baik air dalam bentuk cairan maupun uap air disekitar benih (Sari, 2012).

Menurut Salisbury dan Ross (1992), air merupakan syarat terjadinya perkecambahan biji karena air berperan dalam :

1.    Melunakkan kulit biji embrio dan endosperm mengembang sehingga kulit biji robek.

2.    Memfasilitasi masuknya O₂ ke dalam biji, gas masuk secara difusi sehingga suplai O₂ pada sel hidup meningkat dan pernafasan aktif.

3.    Alat transport larutan makanan dari endosperm atau kotiledon.

Pada dasarnya proses imbibisi yang terjadi di dalam biji tumbuhan meliputi dua proses yang berjalan bersama-sama yaitu proses difusi dan osmosis. Dikatakan proses difusi karena air bergerak dari larutan yang lebih rendah konsentrasinya di luar biji, masuk ke dalam zat di dalam biji yang mempunyai konsentrasi lebih tinggi sedangkan proses osmosis tidak lain terjadi karena kulit biji bersifat permeabel terhadap molekul-molekul, sehingga air dapat masuk ke dalam biji melalui pori-pori yang ada di dalam kulit biji. Pada Imbibisi tidak ada keterlibatan membran, seperti pada osmosis. Imbibisi terjadi karena permukaan struktur-struktur mikroskopik dalam sel tumbuhan seperti selulosa, butir pati, protein dan bahan lainnya menarik dan memegang molekul-molekul air dengan gaya tarik antar molekul. Dengan kata lain imbibisi terjadi oleh potential matrik (Tjitrosomo, 1985) Pada proses imbibisi juga dipengaruhi oleh kadar atau konsentrasi larutan sama seperti pada proses difusi dan osmosis. Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan penyerapan air oleh biji diantaranya adalah (Kamil, 1979 ) :

a.    Konsentrasi air

Bertambah besar perbedaan tekanan difusi antara cairan luar dan dalam biji, bertambah cepat penyerapan air oleh biji.

b.    Tekanan hidrostatik

Masuknya air ke dalam biji menimbulkan tekanan hidrostatik karena meningkatnya volume air pada membran biji. Tekanan hidrostatik menyebabkan meningkatnya tekanan difusi air. Hal ini menyebabkan naiknya kecepatan difusi ke luar dan menurunnya kecepatan penyerapan air oleh biji. Kecepatan penyerapan air adalah berbanding terbalik dengan jumlah air yang diserap terlebih dahulu oleh biji. Jadi kecepatan penyerapan pada permulaan tinggi dan kemudian semakin lambat sejalan dengan naiknya tekanan hidrostatik sampai tercapai keseimbangan.

c.    Daya intermolekular

Daya ini merupakan tenaga listrik, apabila tenaga ini meningkat akan menyebabkan menurunnya tekanan difusi air dan juga berarti turunnya kecepatan penyerapan air.

d.   Luas permukaan biji yang kontak dengan air

Kecepatan penyerapan air oleh biji berbanding lurus dengan luas permukaan. Pada keadaan tertentu, bagian khusus pada biji dapat menyerap air lebih cepat.

e.    Suhu

Apabila air dipanaskan maka energi dipakai. Sebagian energi ini dipakai untuk meningkatkan difusi air. Oleh sebab itu, apabila suhu ditingkatkan maka kecepatan penyerapan juga naik sampai batas tertentu, di mana tiap 10⁰C suhu dinaikkan kecepatan penyerapan kira – kira dua kali lipat pada waktu permulaan.

f.     Spesies dan varietas

Berhubungan dengan faktor genetik yang menentukan susunan kulit biji.

g.    Umur

Berhubungan dengan lama penyimpanan yaitu semakin lama disimpan maka akan semakin sulit untuk menyerap air.

h.    Tingkat kemasakan

Biji yang semakin masak maka kandungan airnya akan berkurang sehingga kecepatan penyerapan airnya meningkat.

i.      Komposisi kimia

Biji yang mengandung protein tinggi menyerap air lebih cepat sampai tingkat tertentu daripada biji dengan kadar karbohidrat tinggi. Biji dengan kadar minyak tinggi tetapi kadar proteinnya rendah, kecepatan serapnya sama dengan biji berkadar karbohidrat tinggi.

Pada setiap biji yang akan memulai fase perkecambahan pasti akan mengalami fase dormansi. Dormansi merupakan suatu mekanisme untuk mempertahankan diri terhadap suhu yang sangat rendah (membeku) pada musim dingin, atau kekeringan di musim panas yang merupakan bagian penting dalam perjalanan hidup tumbuhan tersebut. Contoh paling mudah mengenai dormansi adalah adanya kulit biji yang keras misalnya pada biji jagung yang dapat menghalangi penyerapan baik oksigen, air atau garam. Pada beberapa spesies, air dan oksigen tidak dapat menembus biji tertentu karena jalan masuk dihalangi oleh sumpal seperti gabus (sumpal strofiolar) pada lubang kecil (lekah strofiolar) di kulit biji, bila biji digoncang-goncang kadang sumpal itu lepas sehingga dapat berlangsung perkecambahan (Salisbury dan Ross, 1995).

BUNGA

• DISKRIPSI BUNGA 

Bunga (flos) atau kembang adalah struktur reproduksi seksual pada tumbuhan berbunga (divisio Magnoliophyta atau Angiospermae, "tumbuhan berbiji tertutup"). Pada bunga terdapat organ reproduksi (benang sari dan putik). Bunga secara sehari-hari juga dipakai untuk menyebut struktur yang secara botani disebut sebagai bunga majemuk atau inflorescence. Bunga Majemuk adalah kumpulan bunga-bunga yang terkumpul dalam satu karangan. Dalam konteks ini, satuan bunga yang menyusun bunga majemuk disebut floret. Bunga berfungsi utama menghasilkan biji. Penyerbukan dan pembuahan berlangsung pada bunga. Setelah pembuahan, bunga akan berkembang menjadi buah. Buah adalah struktur yang membawa biji.

• FUNGSI BUNGA 

Fungsi biologi bunga adalah sebagai wadah menyatunya gamet jantan (mikrospora) dan betina (makrospora) untuk menghasilkan biji. Proses dimulai dengan penyerbukan, yang diikuti dengan pembuahan, dan berlanjut dengan pembentukan biji. Beberapa bunga memiliki warna yang cerah yang berfungsi sebagai pemikat hewan pembantu penyerbukan. Beberapa bunga yang lain menghasilkan panas atau aroma yang khas, juga untuk memikat hewan untuk membantu penyerbukan. Manusia sejak lama terpikat oleh bunga, khususnya yang berwarna-warni. Bunga menjadi salah satu penentu nilai suatu tumbuhan sebagai tanaman hias.

• MORFOLOGI BUNGA

Bunga adalah batang dan daun yang termodifikasi. Modifikasi ini disebabkan oleh dihasilkannya sejumlah enzim yang dirangsang oleh sejumlah fitohormon tertentu. Pembentukan bunga dengan ketat dikendalikan secara genetik dan pada banyak jenis diinduksi oleh perubahan lingkungan tertentu, seperti suhu rendah, lama pencahayaan, dan ketersediaan air. Bunga hampir selalu berbentuk simetris, yang sering dapat digunakan sebagai penciri suatu takson. Ada dua bentuk bunga berdasar simetri bentuknya: aktinomorf ("berbentuk bintang", simetri radial) dan zigomorf (simetri cermin). Bentuk aktinomorf lebih banyak dijumpai. Bunga disebut bunga sempurna bila memiliki alat jantan (benang sari) dan alat betina (putik) secara bersama-sama dalam satu organ. Bunga yang demikian disebut bunga banci atau hermafrodit. Suatu bunga dikatakan bunga lengkap apabila memiliki semua bagian utama bunga. Empat bagian utama bunga (dari luar ke dalam) adalah sebagai berikut: 

1. Kelopak bunga atau calyx;
2. Mahkota bunga atau corolla yang biasanya tipis dan dapat berwarna-warni untuk memikat serangga yang membantu proses penyerbukan;
3. Alat kelamin jantan atau androecium (dari bahasa Yunani andros oikia: rumah pria) berupa benang sari;
4. Alat kelamin betina atau gynoecium (dari bahasa Yunani gynaikos oikia: "rumah wanita") berupa putik. 

Organ reproduksi betina adalah daun buah atau carpellum yang pada pangkalnya terdapat bakal buah (ovarium) dengan satu atau sejumlah bakal biji (ovulum, jamak ovula) yang membawa gamet betina di dalam kantung embrio. Pada ujung putik terdapat kepala putik atau stigma untuk menerima serbuk sari atau pollen. Tangkai putik atau stylus berperan sebagai jalan bagi pollen menuju bakal bakal buah. Walaupun struktur bunga yang dideskripsikan di atas dikatakan sebagai struktur tumbuhan yang "umum", spesies tumbuhan menunjukkan modifikasi yang sangat bervariasi. Modifikasi ini digunakan botanis untuk membuat hubungan antara tumbuhan yang satu dengan yang lain. Sebagai contoh, dua subkelas dari tanaman berbunga dibedakan dari jumlah organ bunganya: tumbuhan dikotil umumnya mempunyai 4 atau 5 organ (atau kelipatan 4 atau 5) sedangkan tumbuhan monokotil memiliki tiga organ atau kelipatannya.

• GAMBAR BUNGA 

Bagian-bagian bunga sempurna dari gambar disamping :

1. Bunga sempurna, 2. Kepala putik (stigma), 3. Tangkai putik (stilus), 4. Tangkai sari (filament, bagian dari benang sari), 5. Sumbu bunga (axis), 6. artikulasi, 7. Tangkai bunga (pedicel), 8.Kelenjar nektar, 9. Benang sari (stamen), 10. Bakal buah (ovum), 11. Bakal biji (ovulum), 12. , 13. Serbuk sari (pollen), 14. Kepala sari (anther), 15. Perhiasan bunga (periantheum), 16. Mahkota bunga (corolla), 17. Kelopak bunga (calyx)

Geranium sylvaticum 

Alamanda

RIBOSOM

Ribosom adalah organel kecil dan padat dalam sel yang berfungsi sebagai tempat sintesis protein. Ribosom berdiameter sekitar 20 nm serta terdiri atas 65% RNA ribosom (rRNA) dan 35% protein ribosom (disebut Ribonukleoprotein atau RNP). Organel ini menerjemahkan mRNAuntuk membentuk rantai polipeptida (yaitu protein) menggunakan asam amino yang dibawa oleh tRNA pada proses translasi. Di dalam sel, ribosom tersuspensi di dalam sitosol atau terikat pada retikulum endoplasma kasar, atau pada membran inti sel.

RETIKULUM ENDOPLASMA

      Retikulum Endoplasma (RE, atau endoplasmic reticula) adalah organel yang dapat ditemukan pada semua sel eukariotik. Retikulum Endoplasma merupakan bagian sel yang terdiri atas sistem membran. Di sekitar Retikulum Endoplasma adalah bagian sitoplasma yang disebut sitosol. Retikulum Endoplasma sendiri terdiri atas ruangan-ruangan kosong yang ditutupi dengan membran dengan ketebalan 4 nm (nanometer, 10-9 meter). Membran ini berhubungan langsung dengan selimut nukleus atau nuclear envelope. Pada bagian-bagian Retikulum Endoplasma tertentu, terdapat ribuan ribosom. Ribosom merupakan tempat dimana proses pembentukan protein terjadi di dalam sel. Bagian ini disebut dengan Retikulum Endoplasma Kasar. Kegunaan daripada Retikulum Endoplasma Kasar adalah untuk mengisolir dan membawa protein tersebut ke bagian-bagian sel lainnya. Kebanyakan protein tersebut tidak diperlukan sel dalam jumlah banyak dan biasanya akan dikeluarkan dari sel. Contoh protein tersebut adalah enzim dan hormon. Sedangkan bagian-bagian Retikulum Endoplasma yang tidak diselimuti oleh ribosom disebut Retikulum Endoplasma Halus. Kegunaannya adalah untuk membentuk lemak dan steroid. Sel-sel yang sebagian besar terdiri dari Retikulum Endoplasma Halus terdapat di beberapa organ seperti hati.

      Fungsi Retikulum Endoplasma adalah :

• Menjadi tempat penyimpan Calcium, bila sel berkontraksi maka calcium akan dikeluarkan dari RE dan menuju ke sitosol.
• Memodifikasi protein yang disintesis oleh ribosom untuk disalurkan ke kompleks golgi dan akhirnya dikeluarkan dari sel.
• Mensintesis lemak dan kolesterol, ini terjadi di hati.
• Menetralkan racun (detoksifikasi) misalnya RE yang ada di dalam sel-sel hati.
• Transportasi molekul-molekul dan bagian sel yang satu ke bagian sel yang lain.

MITOKONDRIA

Mitokondria mempunyai dua lapisan membran, yaitu lapisan membran luar dan lapisan membran dalam. Lapisan membran dalam ada dalam bentuk lipatan-lipatan yang sering disebut dengan cristae. Di dalam Mitokondria terdapat ruangan yang disebut matriks, dimana beberapa mineral dapat ditemukan. Sel yang mempunyai banyak mitokondria dapat dijumpai di jantung, hati, dan otot. 

• STRUKTUR MITOKONDRIA

Mitokondria banyak terdapat pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan banyak ATP dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Jumlah dan bentuk mitokondria bisa berbeda-beda untuk setiap sel. Mitokondria berbentuk elips dengan diameter 0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm. Struktur mitokondria terdiri dari empat bagian utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks yang terletak di bagian dalam membran. Membran luar terdiri dari protein dan lipid dengan perbandingan yang sama serta mengandung protein porin yang menyebabkan membran ini bersifat permeabel terhadap molekul-molekul kecil yang berukuran 6000 Dalton. Membran dalam yang kurang permeabel dibandingkan membran luar terdiri dari 20% lipid dan 80% protein. Membran ini merupakan tempat utama pembentukan ATP. Luas permukaan ini meningkat sangat tinggi diakibatkan banyaknya lipatan yang menonjol ke dalam matriks, disebut krista. Ruang antar membran yang terletak di antara membran luar dan membran dalam merupakan tempat berlangsungnya reaksi-reaksi yang penting bagi sel, seperti siklus Krebs, reaksi oksidasi asam amino, dan reaksi β-oksidasi asam lemak.

• FUNGSI MITOKONDRIA

Peran utama mitokondria adalah sebagai pabrik energi sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Metabolisme karbohidrat akan berakhir di mitokondria ketika piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O2¬ menjadi CO2 dan air. Energi yang dihasilkan sangat efisien yaitu sekitar tiga puluh molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi, sedangkan dalam proses glikolisis hanya dihasilkan dua molekul ATP. Proses pembentukan energi atau dikenal sebagai fosforilasi oksidatif terdiri atas lima tahapan reaksi enzimatis yang melibatkan kompleks enzim yang terdapat pada membran bagian dalam mitokondria. Proses pembentukan ATP melibatkan proses transpor elektron dengan bantuan empat kompleks enzim, yang terdiri dari kompleks I (NADH dehidrogenase), kompleks II (suksinat dehidrogenase), kompleks III (koenzim Q – sitokrom C reduktase), kompleks IV (sitokrom oksidase), dan juga dengan bantuan FoF1 ATP Sintase dan Adenine Nucleotide Translocator (ANT) 

• SIKLUS HIDUP MITOKONDRIA

Mitokondria dapat melakukan replikasi secara mandiri (self replicating) seperti sel bakteri. Replikasi terjadi apabila mitokondria ini menjadi terlalu besar sehingga melakukan pemecahan (fission). Pada awalnya sebelum mitokondria bereplikasi, terlebih dahulu dilakukan replikasi DNA mitokondria. Proses ini dimulai dari pembelahan pada bagian dalam yang kemudian diikuti pembelahan pada bagian luar. Proses ini melibatkan pengkerutan bagian dalam dan kemudian bagian luar membran seperti ada yang menjepit mitokondria. Kemudian akan terjadi pemisahan dua bagian mitokondria.

KLOROPLAS

Kloroplas atau Chloroplast adalah plastid yang mengandung klorofil. Di dalam kloroplas berlangsung fase terang dan fase gelap dari fotosintesis tumbuhan. Kloroplas terdapat pada hampir seluruh tumbuhan, tetapi tidak umum dalam semua sel. Bila ada, maka tiap sel dapat memiliki satu sampai banyak plastid. Pada tumbuhan tingkat tinggi umumnya berbentuk cakram (kira-kira 2 x 5 mm, kadang-kadang lebih besar), tersusun dalam lapisan tunggal dalam sitoplasma tetapi bentuk dan posisinya berubah-ubah sesuai dengan intensitas cahaya. Pada ganggang, bentuknya dapat seperti mangkuk, spiral, bintang menyerupai jaring, seringkali disertai pirenoid.

Kloroplas matang pada beberapa ganggang, biofita dan likopoda dapat memperbanyak diri dengan pembelahan. Kesinambungan kloroplas terjadi melalui pertumbuhan dan pembelahan proplastid di daerah meristem. Secara khas kloroplas dewasa mencakup dua membran luar yang menyalkuti stroma homogen, di sinilah berlangsung reaksi-reaksi fase gelap. Dalam stroma tertanam sejumlah grana, masing-masing terdiri atas setumpuk tilakoid yang berupa gelembung bermembran, pipih dan diskoid (seperti cakram). Membran tilakoid menyimpan pigmen-pigmen fotosintesis dan sistem transpor elektron yang terlibat dalam fase fotosintesis yang bergantung pada cahaya. Grana biasanya terkait dengan lamela intergrana yang bebas pigmen.

Prokariota yang berfotosintesis tidak mempunyai kloroplas, tilakoid yang banyak itu terletak bebas dalam sitoplasma dan memiliki susunan yang beragam dengan bentuk yang beragam pula. Kloroplas mengandung DNA lingkar dan mesin sistesis protein, termasuk ribosom dari tipe prokariotik.

Struktur Kloroplas Kloroplas terdiri atas dua bagian besar, yaitu bagian amplop dan bagian dalam.Bagian amplop kloroplas terdiri dari membran luar yang bersifat sangat permeabel, membran dalam yang bersifat permeabel serta merupakan tempat protein transpor melekat, dan ruang antar membran yang terletak di antara membran luar dan membran dalam. Bagian dalam kloroplas mengandung DNA , RNAs, ribosom, stroma (tempat terjadinya reaksi gelap), dan granum. Granum terdiri atas membran tilakoid (tempat terjadinya reaksi terang) dan ruang tilakoid (ruang di antara membran tilakoid). Pada tanaman C₃, kloroplas terletak pada sel mesofil. Contoh tanaman C₃ adalah padi (Oryza sativa), gandum (Triticum aestivum), kacang kedelai (Glycine max), dan kentang (Solanum tuberosum). Pada tanaman C₄, kloroplas terletak pada sel mesofil dan bundle sheath cell. Contoh tanaman C₄ adalah jagung (Zea mays) dan tebu (Saccharum officinarum). 

Genom Kloroplas Kloroplas pada tanaman tingkat tinggi merupakan evolusi dari bakteri fotosintetik menjadi organel sel tanaman. Genom kloroplas terdiri dari 121 024 pasang nukleotida serta mempunyai inverted repeats (2 kopi) yang mengandung gen-gen rRNA (16S dan 23S rRNAs) untuk pembentukan ribosom. Genom kloroplas mempunyai subunit yang besar yaitu penyandi ribulosa biphosphate carboxylase. Protein yang terlibat di dalam kloroplas sebanyak 60 protein. 2/3nya diekspresikan oleh gen yang terdapat di inti sel sementara 1/3nya diekspresikan dari genom kloroplas.