PENGARUH TEMPERATUR DAN KONSENTRASI CO2

TERHADAP LAJU FOTOSINTESIS PADA TANAMAN Disusun guna memenuhi tugas Mata Kuliah Biokimia

Disusun oleh :

1. Amalia Nur Husnina M0311004

2. Dewi Aryani M0311019

3. Husna Syaima M0311035

4. Nais Puji Wijayanti M0311050

5. Ozi Adi Saputra M0311052

6. Shanti Astuti M0311062

7. Wiwiek Karina M0311073

8. Wiwing Frimadasi M0311075

JURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA

2013

i

KATA PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas

karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya.

Makalah yang berjudul “Pengaruh Temperatur dan Konsentrasi CO2 Terhadap

Laju Fotosintesis Pada Tanaman” disusun untuk memenuhi tugas Biokimia,

Jurusan Kimia FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Secara garis besar tulisan ini mengkaji pengaruh temperatur dan

konsentrasi terhadap fotosintesis pada beberapa tumbuhan yang berbeda.

Atas terselesaikannya makalah ini, penyusun mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dr. Triana K, selaku dosen pengampu mata kuliah Biokimia, Jurusan

Kimia FMIPA UNS

2. Sahabat seperjuangan Kimia 2011 FMIPA UNS yang telah membantu

memberikan masukan selama penyusunan makalah ini.

3. Semua pihak yang telah membantu hingga dapat diselesaikannya

makalah ini

Penyusun menyadari bahwa makalah ini masih kurang sempurna, oleh

sebab itu penyusun mengharapkan segala saran dan kritik yang bersifat

membangun dan mendukung penyempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini

dapat menambah wawasan bagi semua pihak.

Surakarta, November 2013

TIM PENYUSUN

ii

DAFTAR ISIKata Pengantar............................................................................................ ii

Daftar Isi...................................................................................................... iii

Daftar Tabel................................................................................................. iv

Daftar Gambar............................................................................................. iv

BAB I PENDAHULUAN.......................................................................... 1

A. Latar Belakang................................................................................. 1

B. Rumusan Masalah............................................................................ 2

C. Batasan Masalah.............................................................................. 2

D. Tujuan.............................................................................................. 2

E. Manfaat............................................................................................ 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................................................ 3

A. Pengertian Fotosintesis.................................................................... 3

B. Proses dan Mekanisme Fotosintesis................................................ 4

C. Hal-hal yang Mempengaruhi Fotosintesis....................................... 5

BAB III PENGARUH TEMPERATUR DAN

KONSENTRASI CO2 TERHADAP LAJU FOTOSINTESIS

PADA TANAMAN..................................................................................... 8

A. Pengaruh Temperatur terhadap Fotosintesis.................................... 8

B. Pengaruh CO2 terhadap Fotosintesis............................................... 10

C. Perbedaan Pengaruh Temperatur terhadap Fotosintesis pada

Tumbuhan yang Berbeda (C3 dan C4)............................................. 12

D. Perbedaan Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap

Laju Fotosintesis pada Tumbuhan yang Berbeda (C3 dan C4) 16

BAB IV PENUTUP....................................................................................... 19

A. Kesimpulan....................................................................................... 19

B. Saran................................................................................................. 19

DAFTAR PUSTAKA................................................................................... 20

iii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Perbandingan Tanaman C3 dan C4 pada Temperatur Berbeda..... 16

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Siklus Calvin.............................................................................. 5

Gambar 2. Grafik Pengaruh Perubahan Temperatur terhadap

Laju Fotosintesis........................................................................ 9

Gambar 3. Pengaruh Temperatur dan Kosentrasi Karbon Dioksida

Terhadap Laju Fotosintesis....................................................... 19

Gambar 4. Grafik Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Laju Fotosintesis.. 12

Gambar 5. Tumbuhan C3 dan C4................................................................ 13

Gambar 6. Grafik Hubungan CO2 Interseluler Terhadap Laju

Asimilasi CO2..................................................................................................... 14

Gambar 7. Grafik Hubungan Kenaikan Temperatur Terhadap

Laju Asimilasi CO2.................................................................... 14

Gambar 8. Respon Fotosintesis Tumbuhan Jagung dan Kacang

pada Beberapa Level CO2......................................................... 17

iv

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan energi cahaya matahari.  Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi.  Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof. Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis karbon bebas dari CO2

diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi.  Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang.

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Perhatikan persamaan reaksi yang menghasilkan glukosa berikut ini:

6H2O + 6CO2 + cahaya → C6H12O6 (glukosa) + 6O2

Fotosintesis tanaman memberikan manfaat bukan hanya bagi tanaman itu sendiri

untuk bisa tumbuh dan berkembang tetapi juga dimanfaatkan oleh seluruh

makhluk hidup. Maka keberadaan tanaman di bumi ini dianggap menjadi sentral

1

kehidupan. Dalam melakukan fotosintesis banyak sekali faktor yang berpengaruh

bagi tanaman seperti konsentrasi CO2, unsur hara, air dan intensitas cahaya. CO2,

unsur hara dan air diperlukan oleh tanaman sebagai bahan untuk melakukan

fotosintesis, sedangkan energimya didapat dari sinar matahari yang diubah

menjadi energi kimia sehingga bisa dipakai oleh tanaman. Oleh karena itu perlu

untuk mengkaji hal-hal yang mempengaruhi laju fotosintesis khususnya

temperatur dan CO2.

B. Rumusan Masalah

1. Apa pengaruh suhu terhadap laju fotosintesis?

2. Apa pengaruh konsentrasi CO2 terhadap laju fotosintesis?

3. Apakah terdapat perbedaan pengaruh temperatur pada laju fotosintesis pada

jenis tanaman yang berbeda?

4. Apakah terdapat perbedaan pengaruh konsentrasi CO2 pada laju fotosintesis

pada jenis tanaman yang berbeda?

C. Batasan Masalah

1. Tanaman berbeda yang dimaksud adalah tanaman jenis C3 dan C4.

2. Fotosintesis difokuskan pada rekasi gelap (siklus Kelvin).

D. Tujuan

1. Memahami pengaruh suhu terhadap laju fotosintesis.

2. Memahami pengaruh konsentrasi CO2 terhadap laju fotosintesis.

3. Mengetahui perbedaan pengaruh temperatur pada laju fotosintesis pada jenis

tanaman yang berbeda.

4. Mengetahui perbedaan pengaruh konsentrasi CO2 pada laju fotosintesis pada

jenis tanaman yang berbeda.

E. Manfaat

Adapun manfaat tulisan ini adalah sebagai berikut :

1. Menjadi bahan referensi dalam bahan ajar terkait fotosintesis.

2

2. Memberikan kontribusi pengetahun terkait fotosintesis dalam berbagai bidang

disiplin keilmuan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Pengertian Fotosintesis

Fotosintesis adalah suatu proses yang hanya terjadi pada tumbuhan yang

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 fotosintesa karbohidrat dari air dan karbon dioksida. Jadi,

seluruh molekul organik lainnya dari tanaman disintesa dari energi dan adanya

organisme hidup lainnya tergantung pada kemampuan tumbuhan atau bakteri

fotosintetik untuk berfotosintesis (Devlin, 1975).

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia pembentukan zat makanan atau

energi yaitu glukosa yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri

dengan menggunakan zat hara, karbondioksida, dan air serta dibutuhkan bantuan

energi cahaya matahari. Hampir semua makhluk hidup bergantung dari energi

yang dihsilkan dalam fotosintesis. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting

bagi kehidupan bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar

oksigen yang terdapat diatmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energy

menghasilkan fotosintesis (photos berarti cahaya) disebut sebagai fototrof.

Fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon karena dalam fotosintesis

Karbon bebas dari CO2 diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan

energi. Cara lain yang ditempuh organisme untuk mengasimilasi karbon adalah

melalui kemosintesis, yang dilakukan oleh sejumlah bakteri belerang. Fotosintesis

berasal dari kata foton yang berarti cahaya, dan sintesis yang berarti penyusunan.

3

Jadi fotosintesis dapat diartikan sebagai suatu penyusunan senyawa kimia

kompleks yang memerlukan energi cahaya. Sumber energi cahaya alami adalah

matahari. Proses ini dapat berlangsung karena adanya suatu pigmen tertentu

dengan bahan CO2 dan H2O. Cahaya matahari terdiri atas beberapa spectrum,

masing-masing spektrum mempunyai panjang gelombang berbeda, sehingga

pengaruh terhadap fotosintesis juga berbeda (Salibury, 1995).

Fotosintesis merupakan sutu proses biologi yang kompleks, proses ini

menggunakan energi dan cahaya matahari yang dapat dimanfaatkan oleh klorofil,

yang terdapat dalam kloroplas. Seperti halnya mitokondria, kloroplas mempunyai

membrane dalam dan membran luar dan membran dalam. Membran dalam

mngelilingi suatu stroma yang mengandung enzim-enzim yang larut dalam

struktur membrane yang disebut tilakoid. Proses fotosintsis dipengaruhi oleh

beberapa faktor antara lain air (H2O), konsentrasi CO2, suhu, umur daun,

translokasi karbohidrat, dan cahaya. Tetapi yang menjdi faktor utama fotosintesis

agar berlangsung adalah cahaya, air, dan karbondioksida ( Kimball, 1992).

B. Tahapan Fotosintesis

Pada dasarnya, fotosintesis terjadi dalam dua tahapan. Kedua tahap itu

berlangsung dalam kloroplas, namun pada dua bagian yang berbeda. Tahap I

adalah proses penangkapan energi surya atau proses-proses yang bergantung

langsung pada keberadaan cahaya. Seluruh proses pada tahap ini disebut reaksi

cahaya. Tahap II adalah proses-proses yang tidak bergantung langsung pada

keberadaan cahaya. Proses-proses atau reaksi-reaksi pada tahap ini disebut reaksi

gelap.

Reaksi-reaksi cahaya berlangsung pada bagian grana kloroplas. Sebagian

energi matahari yang diserap akan diubah menjadi energi kimia, yaitu berupa zat

kimia berenergi tinggi. Selanjutnya, zat itu akan digunakan untuk proses

penyusunan zat gula. Sebagian energi matahari juga digunakan untuk fotolisis air

(H2O) sehingga dihasilkan ion hidrogen (H+) dan O2. Ion hidrogen tersebut akan

digabungkan dengan CO2 membentuk zat gula (CH2O)n. Sedangkan O2 -nya akan

dikeluarkan. Reaksi-reaksi gelap terjadi pada bagian matrik stroma kloroplas.

Pada bagian ini terdapat seluruh perangkat untuk reaksi-reaksi penyusunan zat

4

gula. Reaksi tersebut memanfaatkan zat berenergi tinggi yang dihasilkan pada

reaksi terang. Reaksi penyusunan ini tidak lagi bergantung langsung pada

keberadaan cahaya, walaupun prosesnya berlangsung bersamaan dengan proses-

proses reaksi cahaya. Karena itulah, reaksi-reaksi pada tahap ini disebut reaksi

gelap. Reaksi tersebut dapat terjadi karena adanya enzim-enzim fotosintesis.

Sesuai dengan nama penemunya yaitu Benson dan Calvin, maka daur reaksi

penyusunan zat gula ini disebut daur Benson – Calvin (gambar 1). Hasil awal

fotosintesis adalah berupa zat gula sederhana yang disebut glukosa (C6H12O6).

Selanjutnya, sebagian akan diubah menjadi amilum (zat tepung = pati) yang

ditimbun di daun, atau organ-organ penimbunan yang lain.

Gambar 1. Siklus Calvin

C. Hal-hal yang Mempengaruhi Fotosintesis

Menurut Noviyanti (2005), faktor utama yang menentukan laju fotosintesis

adalah :

1. Intensitas cahaya. Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya.

5

2. Konsentrasi karbon dioksida. Semakin banyak karbon dioksida di udara,

makin banyak jumlah bahan yang dapt digunakan tumbuhan untuk

melangsungkan fotosintesis.

3. Suhu. Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat

bekerja pada suhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring

dengan meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim.

4. Kadar air. Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup,

menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju

fotosintesis.

5. Kadar fotosintat (hasil fotosintesis). Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat

berkurang, laju fotosintesis akan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau

bahkan sampai jenuh, laju fotosintesis akan berkurang.

6. Tahap pertumbuhan . Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh

lebih tinggi pada tumbuhan yang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan

dewasa. Hal ini mungkin dikarenakan tumbuhan berkecambah memerlukan

lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.

7. Umur jaringan dan fotosintesis. Selain faktor intensitas cahaya, umur daun

sangat menentukan produktivitas daun dalam aktivitas fotosintesisnya.

Kapasistas kemampuan daun melakukan fortosintesis berkembang seiring

dengan perkembangan kedewasaan daun mencapai perkembangan dan

pertumbuhan optimalnya. Pada fase awal pertumbuhannya, daun muda masih

menggatungkan asimilat dari daun dewasa lainnya (mengimport). Pada saat

daun mencapai laju pertumbuhan optimum, produktivitasnya telah jauh

meningkat, dan sebagian fotosintatnya telah mulai diekspor ke jaringan lain

yang membutuhkan. Kapasitas fotosintesis ini terus meningkat bersamaan

dengan pencapaian kedewasaan organ daun. Terdapat hubungan interaktif

antara perkembangan struktural daun (anatomi-morfologi) dan intensitas

cahaya dengan perkembangan kapasitas fotosintetiknya. Tumbuhan yang

tumbuh pada tempat dengan intensitas cahaya tinggi, daun berkembang

dengan memadahi, sehingga kapasitas fotosintetiknya juga lebih besar.

8. Oksigen. Oksigen merupakan salah satu produk samping dari fotosintesis,

dari hasil fotolisis air. Namun demikian, akadar oksigen yang tinggi pada

6

jaringan fotosintetik akan menghambat laju fotosintesis. Pada kondisi kadar

oksigen yang semakin tinggi, laju fotosintesisnya secara signifikan menjadi

semakin rendah. Tampak kecenderungan adanya efek interaksi antara

konsentrasi CO2 dan O2 terhadap laju fotosintesisnya. Jika intensitas cahaya

atau konsentrasi CO2 menjadi faktor pembatas fotosintesis maka suhu tidak

akan mempengaruhi fotosintesis atau sangat sedikit sekali mempengaruhi

karena reaksi fotokimia tidak peka terhadap suhu (Q10= 0,1 ) dan difusi

mempunyai Q10=1,5. Laju fotosintesis bersifat bersifat tanggap terhadap

suhu jika cayaha bukan merupakan faktor pembatas. Pada reaksi selanjutnya

yaitu reaksi enzimatik kenaikan suhu akan mempengaruhi laju dan

keseluruhan proses fotosintesis. Selain faktor-faktor luar seperti suhu,

intensitas cahaya dan CO2 yang mempengaruhi fotosintesis, faktor dalam

yang juga penting mempengaruhi faktor ini adalah konsentrasi klorofil, defisit

air dan konsentrasi enzim  (Lakitan, 2011).

7

BAB III

PEMBAHASAN

A. Pengaruh Temperatur terhadap Laju Fotosintesis

Proses fotosintesis dipengaruhi beberapa faktor yaitu faktor yang dapat

memengaruhi secara langsung seperti kondisi lingkungan maupun faktor yang

tidak memengaruhi secara langsung seperti terganggunya beberapa fungsi

organ yang penting bagi proses fotosintesis. Proses fotosintesis sebenarnya peka

terhadap beberapa kondisi lingkungan meliputi kehadiran cahaya

matahari, temperatur lingkungan, konsentrasi karbondioksida (CO2) (Salisbury,

1992). Faktor lingkungan tersebut dikenal juga sebagai faktor pembatas dan

berpengaruh secara langsung bagi laju fotosintesis. Faktor pembatas tersebut

dapat mencegah laju fotosintesis mencapai kondisi optimum meskipun kondisi

lain untuk fotosintesis telah ditingkatkan, inilah sebabnya faktor-faktor pembatas

tersebut sangat memengaruhi laju fotosintesis yaitu dengan mengendalikan laju

optimum fotosintesis (Andrews, 2008). Selain itu, faktor-faktor seperti

translokasi  karbohidrat, umur daun, serta ketersediaan  nutrisi  memengaruhi

fungsi  organ yang penting pada fotosintesis sehingga secara tidak langsung ikut

memengaruhi laju fotosintesis.

Reaksi fotosintesis yang bergantung pada cahaya tidak terpengaruh

terhadap perubahan temperatur, namun reaksi fotosintesis yang tidak bergantung

pada cahaya terpengaruh terhadap perubahan temperatur. Pada reaksi fotosintesis

yang bergantung pada perubahan temperatur dikatalis oleh enzim. Enzim-enzim

yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada temperatur

optimalnya. Umumnya laju fotosintesis meningkat seiring dengan meningkatnya

temperatur hingga batas toleransi enzim. Diperkirakan dua kali lipat untuk setiap

8

peningkatan temperatur 10° C. Di atas temperatur optimum mulai terjadi

penurunan karena enzim terdenaturasi sampai berhenti (Gambar 2).

Gambar 2. Grafik Pengaruh Perubahan Temperatur terhadap Laju Fotosintesis.

Menurut Ismail (2008), bahwa jika intensitas cahaya atau konsentrasi CO2

menjadi faktor pembatas fotosintesis, maka temperatur tidak akan mempengaruhi

fotosintesis atau sangat kecil pengaruhnya, karena reaksi-reaksi fotokimia tidak

peka terhadap temperatur. Laju fotosintesis baru bersifat tanggap terhadap

temperatur pada keadaan dimana cahaya bukan merupakan faktor pembatas. Pada

reaksi selanjutnya reaksi enzimatik, kenaikan temperatur akan mempengeruhi laju

dan keseluruhan reaksi fotosintesis.

Pada tahun 1905, ketika menyelidiki faktor yang mempengaruhi laju

fotosintesis, Blackmann merumuskan Hukum Faktor Pembatas. Hukum ini

menyatakan bahwa laju proses fisiologis akan dibatasi oleh faktor yang paling

singkat dalam penyediaannya. Setiap perubahan dalam tingkat faktor pembatas

akam mempengaruhi laju reaksi seperti pada gambar 3.

9

Gambar 3. Pengaruh Temperatur dan Konsentrasi Karbon Dioksida

Terhadap Laju Fotosintesis

Apabila konsentrasi karbon dioksida dan temperatur rendah, maka akan

cukup mendukung laju fotosintesis pada tingkat-tingkat diatasnya. Tingginya

intensitas cahaya tidak akan berpengaruh sehingga laju fotosintesis stabil. Apabila

konsentrasi karbon dioksida tinggi, cahaya yang juga merupakan faktor pembatas,

dan laju yang lebih tinggi akan tercapai sebelum laju stabil. Jika konsentrasi

karbon dioksida dan tingkat cahaya tinggi, tetapi temperatur rendah peningkatan

temperatur akan memiliki pengaruh terbesar pada laju fotosintesis.

Secara umum, fotosintesis dapat berfungsi tanpa membahayakan tanaman

antara 0 dan 30 ° C di adaptasi dingin yang aktif dalam musim dingin dan awal

musim semi , atau tumbuh pada ketinggian dari permukaan laut dan lintang

(Regehr & Bazzaz 1976; Mawson , Svoboda & Cummins 1986, Larcher 2003).

Pada tanaman dari habitat yang wajar (misalnya tanaman musim hangat),

fotosintesis beroperasi dengan baik antara 7 dan 40°C, dan pada tanaman dari

lingkungan yang panas (seperti jenis tropis dan jenis musim panas) fotosintesis

beroperasi antara 15 dan 45°C dengan tidak terlihat masalah (Berry & Raison

1981; Downton , Berry & Seemann 1984; Bunce 2000). Dalam semua kasus,

fotosintesis menunjukkan temperatur optimum yang secara umum sesuai dengan

setengah dari rentang tidak berbahaya, dan menurun dengan peningkatkan

kemiringan karena temperatur naik di atas termal optimal . Dengan perubahan

kondisi pertumbuhan, termal optimal dapat bergeser, biasanya dengan satu

sepertiga sampai setengah jumlah derajat sebagai pergeseran temperatur

pertumbuhan (Berry & Björkman 1980).

B. Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Laju Fotosintesis

Aktivitas manusia pada saat ini meningkatkan konsentrasi CO2 di atmosfir

dengan membakar bahan bakar fosil (Lawlor, 1987). Pemanasan global

mengakibatkan peningkatan konsentrasi CO2 di udara. Tumbuhan memanfaatkan

CO2 dari udara untuk proses fotosintesis. CO2 di udara dimanfaatkan oleh

tumbuhan pada reaksi fotosintesis. Meningkatnya CO2 akan menguntungkan

tanaman karena memberikan lebih banyak substrat untuk asimilasi. Fotosintesis

10

akan meningkat dengan meningkatnya temperatur dan meningkatnya konsentrasi

CO2 (Lawlor, 1987). Dengan proses fotosintesis yang dilakukan tumbuhan maka

efek pemanasan akibat tingginya kandungan CO2 atmosfer diharapkan dapat

diminimalisir.

Fotosintesis adalah proses dimana organisme hidup mengubah energi

cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk molekul organik. CO2 adalah salah

satu bahan yang diperlukan dalam proses fotosintesis. Fotosintesis pada tumbuhan

tergantung kepada beberapa hal di antaranya adanya suplai CO2 ke sisi aktif dari

enzim fotosintesis. Hasil fotosintesis berupa bobot kering yang dihasilkan

tumbuhan (Hartzman dan Kester, 1986). Jadi fotosintesis merupakan penentu

produktivitas tumbuhan, walaupun memang produktivitas tumbuhan ini

merupakan hasil interaksi dari banyak faktor yang terlibat dalam metabolisme

tumbuhan.

Dalam persamaan kimia, reaksi fotosintesis digambarkan sebagai berikut:

6CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2

Proses fotosintesis terjadi di daun yang berklorofil, pada daun tersebut

karbondioksida dan air dengan bantuan cahaya matahari melalui berbagai proses

metabolisme diubah menjadi gula, oksigen, dan air (Taiz dan Zeiger., 1991).

Selanjutnya hasil fotosintesis diakumulasikan dalam bentuk bahan kering

tumbuhan, misalnya berupa kayu, umbi, daun, dan sebagainya. Laju fotosintesis

antar jenis tumbuhan dan antar habitat berbeda (Lawlor, 1987). Diketahui bahwa

tumbuhan yang tumbuh cepat memerlukan laju fotosintesis yang tinggi, tetapi

tumbuhan dengan laju fotosintesis tinggi tidak selalu berarti bahwa tumbuhan

tersebut tumbuh cepat (Raghavendra, 1991). Tumbuhan yang tumbuh cepat

mempunyai laju fotosintesis yang tinggi yang berarti tumbuhan tersebut mampu

menyerap CO2 dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan tumbuhan yang

tumbuh lambat.

Diketahui bahwa banyaknya vegetasi pada habitat yang berbeda bervariasi.

Proses fotosintesis berhubungan dengan luas daun. Produksi bahan kering

tumbuhan berkaaitan erat dengaan laju fotosintesis, sehingga meningkatkan

11

penyeraapan CO2 dari udara (Lawlor, 1987). Beberapa hasil penelitian telah

menyimpulkan bahwa konsentrasi CO2 yang tinggi dapat menyebabkan perubahan

anatomis, misalnya struktur anatomi daun (Kriedemann et al., 1976), yang antara

lain berpengaruh langsung terhadap ukuran daun dan pengaruh tak langsung pada

kecepatan fotosintesis (Kramer, 1981). Pengaruh positif kenaikan konsentrasi CO2

udara adalah meningkatnya pertumbuhan biomasa di atas tanah, luas daun, dan

produksi kapas (Kimball et al., 2002; Reddy et al., 2000; Paul et al., 2002).

Peningkatan konsentrasi CO2 meningkatkan laju dimana karbon menyatu

pada karbohidrat tidak bergantung pada reaksi terang sehingga laju fotosinitesis

umumnya meningkat sampai dibatasi oleh faktor lain. Biasanya ada di atmosfer

pada konsentrasi yang sangat rendah (sekitar 0,04%), peningkatan konsentrasi

CO2 menyebabkan peningkatan pesat pada laju fotosintesis yang akhirnya stabil

ketika laju maksimum fiksasi tercapai seperti ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4. Grafik Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Laju Fotosintesis

C. Perbedaan Pengaruh Temperatur terhadap Laju Fotosintesis pada

Tumbuhan yang Berbeda (C3 dan C4)

Secara umum, tanaman C4 berasal dari iklim yang lebih hangat

dibanding tanaman C3.

12

Gambar 5. Tumbuhan C3 dan C4

Tumbuhan C3

Tumbuhan C3 adalah tumbuhan yang menggunakan fotosintesis C3

dimana molekul yang pertama kali terbentuk setelah fiksasi karbon adalah

molekul berkarbon -3, yakni 3-fosfogliserat. Tanaman yang termasuk C3 adalah

kacang-kacangan, kedelai, tomat, cabe, padi, anggur, dan lain-lain

Pada tanaman C3, menggunakan siklus Reduksi Karbon Fotosintesis

untuk fiksasi CO2, dimana tiap Ribulose-1,5-bisphospate carboxylase/oxygenase

(Rubisco) mengkatalisis senyawa 3 karbon yaitu phosphoglycerate (3-PGA)

(Portis & Parry, 2007). Kenaikan temperatur pada tanaman C3 dapat

meningkatkan reaksi oksigenase, sehingga dapat menurunkan Rubisco oxygenase

yang berdampak pada peningkatan asimilasi karbon secara signifikan, sehingga

mengubah proses fotosintesis, sehingga lajunya menurun (Long et al. 2006).

13

Gambar 6. Grafik Hubungan CO2 Interseluler Terhadap Laju Asimilasi CO2

Gambar 7. Grafik Hubungan Kenaikan Temperatur Terhadap Laju Asimilasi CO2

Dari gambar 6 dan 7 menunjukkan grafik hubungan kenaikan temperatur

terhadap laju asimilasi CO2 ditinjau dari aspek Rubisco, transpor elektron, dan

regenerasi Pi. Regenerasi Pi dapat terjadi pada temperatur rendah dimulai dari

14

5oC, dan terus meningkat hingga temperatur 30oC yang merupakan temperatur

optimum untuk meregenerasi Pi. Rubisco juga meningkat seiring meningkatnya

temperatur, sehingga laju asimilasi CO2 meningkat, namun pada temperatur di

atas temperatur biasa 25oC, keefektifan Rubisco menurun. Sedangkan untuk

transport elektron, hanya optimal pada temperatur spesifik, dan tidak bekerja pada

temperatur terlalu rendah ataupun terlalu tinggi.

1. Kapasitas Rubisco

Respon dari keterbatasan Rubisco akibat meningkatnya temperatur

disebabkan perubahan kapasitas karboksilasi akibat efek termal pada Km

dan kcat Rubisco, dan akibat peningkatan aktivitas oxygenase (Jordan &

Ogren, 1984; von Caemmerer & Quick, 2000)

2. Kapasitas Transpor Elektron

Kenaikan temperatur menyebabkan percepatan difusi pada matrix lipid,

dimana membrannya dalam bentuk cair untuk memisahkan stroma dari

lumen tilakoid (Berry & Bjorkman, 1980). Kenaikan temperatur juga

menyebabkan stimulasi aliran energi yang menuju fotosistem II (PSII),

dan aliran elektron dari quinone ke fotosistem I (PSI). Hal ini

menyebabkan transpor elektron menjadi lambat. (Mawson & Cummins

1989)

3. Kapasitas Siklus Calvin

Ketika terjadi kenaikan temperatur di atas temperatur optimal, pada siklus

Calvin terjadi penurunan metabolisme, dimana terjadi perlambatan pada

siklusnya, sehingga efektivitasnya menurun.

4. Aktivasi Rubisco

Pada temperatur optimal, Rubisco berfungsi dalam meningkatkan kadar

CO2 dalam tanaman. Ketika temperatur naik, jumlah Rubisco menurun.

Tumbuhan C4

Tumbuhan C4 adalah tumbuhan yang mendahului siklus Calvin sehingga

menghasilkan asam berkarbonat -4 sebagai hasil pertama fiksasi CO2. Sebagian

spesies C4 adalah monokotil contohnya jagung, tebu, dan lain-lain.

15

Berbeda halnya dengan tanaman C3, tanaman C4 jika pada temperatur

tinggi mengalami percepatan laju fotosintesis dan percepatan pertumbuhan karena

efisiensi penggunaan air, karbon, dan nitrogen meningkat pada temperatur tinggi

(Piedade et al., 1991).

Pada temperatur rendah, jenis tanaman ini mengalami penurunan

kapasitas fotosintesis, integritas membrannya melemah, dan aktivitas enzimnya

berkurang. Hal ini akan berdampak panjang pada kematian tanaman (Long,1983;

Naidu et al.2003). Pada temperatur tinggi, kapasitas Rubisco meningkat, aktivitas

Carbonic anhydrase meningkat, dan aktivitas transpor elektron meningkat (Sage

& Kubien, 2008).

Tabel 1. Perbandingan Tanaman C3 Dan C4 Pada Temperatur Berbeda

No Temperatur Parameter Tanaman C3 Tanaman C4

1. Naik ( >45OC)

Kapasitas regenerasi

RuBPTurun Naik

Kapasitas Rubisco Turun Naik

Kapasitas Transpor

ElektronTurun Naik

2. Turun ( <25OC)

Kapasitas regenerasi

RuBPNaik Turun

Kapasitas Rubisco Naik Turun

Kapasitas Transpor

ElektronNaik Turun

D. Perbedaan Pengaruh Konsentrasi CO2 terhadap Laju Fotosintesis

pada Tumbuhan yang Berbeda (C3 dan C4)

Beberapa tumbuhan menunjukkan kapasitas yang cukup besar untuk

menyesuaikan karakteristik fotosintesis dalam hal pertumbuhan. Yang paling

16

sering terlihat adalah kasus pergeseran temperatur optimum untuk fotosintesis

sehingga berakibat memaksimalkan laju fotosintesis pada temperatur

pertumbuhan.

Menurut June (2008) tanaman yang berbeda akan mempunyai tipe

fotosintesis yang berbeda, dimana terdapat tiga tipe fotosintesis yaitu C3, C4 dan

CAM, yang dibedakan berdasarkan cara mengikat CO2 dari atmosfer dan produk

awal yang dihasilkan dari proses asimilasi. Pada tanaman C3, RuBp (RuBp

merupakan subtrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis)

dalam proses awal asimilasi mampu mengikat CO2 dan pada saat yang bersamaan

juga dapat mengikat O2 untuk proses respirasi, sehingga terjadi kompetisi antara

CO2 dan O2 dalam penggunaan RuBp. Jika konsentrasi CO2 ditingkatkan, hasil

kompetisi CO2 akan lebih menguntungkan sehingga fotorespirasi dapat dikurangi

dan asimilasi akan bertambah besar. Sehingga dengan bertambahnya CO2

menyebabkan peningkatan laju fotosintesis akibat menurunnya fotorespirasi.

Fotorespirasi ditandai dengan adanya fiksasi O2 yang lebih besar dari CO2 pada

enzim penangkap CO2 Ribulosa Bifosfat Karboksilase (Rubisco).

Konsentrasi CO2 sebagai salah satu prekursor atau bahan dasar asimilasi j

karbon tentu akan sangat berpengaruh pada produktivitas fotosintesisnya.

Tumbuhan menunjukkan kemampuannya dalam memfiksasi CO2 yang berbeda-

beda. Perbedaan ini sangat menyolok antara tumbuhan tipe C3 dengan C4. Jagung

(tumbuhan C4) dan kacang (tumbuhan C3) seperti ditunjukkan oleh gambar 8.

Gambar 8. Respon Fotosintesis Tumbuhan Jagung dan Kacang

17

pada Beberapa Level CO2

Pada konsentrasi CO2 lingkungan yang sama (330 ppm), jagung (Zea

mayz) sebagai contoh dari tumbuhan C4 memiliki laju fotosintesis yang jauh lebih

tinggi dibanding dengan kacang, bahkan dengan tumbuhan kacang yang diberi

suplai CO2 1000 ppm sekalipun. Hal ini menunjukkan bahwa tumbuhan C4

memiliki kemampuan yang sangat efisien dalam memfiksasi CO2. Pada tumbuhan

C4, CO2 diikat oleh PEP karboksilase dan menggabung kan dengan PEP menjadi

asam oksalo asetat (OAA). OAA ini menjadi timbunan sumber CO2 di vakuola.

Selanjutnya, OAA akan dikonversi menjadi asam malat atau aspartat tergantung

jenis tumbuhannya, yang kemudian ditranspor ke bundle sheat (Kranz anatomy).

Selanjutnya, malat atau aspartat akan didekarboksilasi dan CO2 yang terlepas akan

diikat oleh enzim Ribulosa Bifosfat Karboksilase (RubisCo) untuk asimilasi

karbon pada siklus Calvin.

18

BAB IV

PENUTUPA. Kesimpulan

1. Temperatur mempengaruhi kerja enzim untuk fotosintesis. Enzim bekerja

pada suhu optimum sehingga kenaikan temperatur di atas suhu tidak

meningkatkan laju fotosintesis.

2. Peningkatan konsentrasi CO2 meningkatkan laju dimana karbon menyatu

pada karbohidrat tidak bergantung pada reaksi terang sehingga laju

fotosintesis umumnya meningkat hingga laju maksimum.

3. Berbeda halnya dengan tanaman C3, tanaman C4 jika pada temperatur tinggi

mengalami percepatan laju fotosintesis.

4. Peningkatakan CO2 pada tumbuhan C4 menyebabkannya memiliki laju

fotosintesis yang jauh lebih tinggi dibanding dengan C3.

B. Saran

1. Faktor-faktor lain perlu dikaji dalam penelitian tentang fotosintesis ini karena

faktor lingkungan sangat berperan.

19

DAFTAR PUSTAKA

Andrews N R. 2008. The effect and interaction of enhanced nitrogen deposition

and reduced light on the growth of woodland ground flora. hzn 11:148-

156.

Berry J.A. & Raison J.K. 1981. Responses of macrophytes to temperature. In

Physiological Plant Ecology I: Responses to the Physical Environment

(eds O.L. Lange, P.S. Nobel,C.B. Osmond & H. Ziegler), pp. 277–338.

Springer-Verlag, Berlin, Germany.

Bunce J.A. 2000. Acclimation of photosynthesis to temperature in eight cool and

warm climate herbaceous C3 species: temperature dependence of

parameters of a biochemical photosynthesis model. Photosynthesis

Research. 59–67.

D.L. & Bazzaz F.A. 1976. Low temperature photosynthesis in successional winter

annuals. Ecology. 1297–1303. Germany.

Downton W.J.S., Berry J.A. & Seemann J.R. 1984. Tolerance of photosynthesis to

high temperature in desert plants. Plant Physiology. 786–790.

Devlin, Robert M. 1975. Plant Physiology Third Edition. New York : D. Van

Nostrand.

Hartman, H.T dan D. E. Kester. 1986. Plant Propagation. New Delhi : Prentice

Hall of India

Ismail. 2008. Fisiologi Tumbuhan. Makassar: Jurusan Biologi FMIPA UNM

Jordan D.B. & Ogren W.L. (1984) The CO2/O2 specificity of ribulose 1,5-

bisphosphate carboxylase oxygenase – dependence on ribulose

bisphosphate concentration, pH and temperature. Planta 161, 308–313

Kimball, John. W. 1992. Biologi Umum. Erlangga, Jakarta.

Kramer, P.E. 1981. Carbon Dioxide Concentration, Photosynthesis, and Dry

Matter Production. Bioscience 31 : 29-33

Kriedeman, Sward, dan W, J.S. Downtown. 1976. Vine Response to Carbon

Dioxide Enrichment During Heat Stress. Australian Jurnal of Plant

Physiology, 3 : 605-618

20

Lakitan, Benyamin. 2011. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Raja Grafindo

Persada. Jakarta

Larcher W. 2003. Physiological Plant Ecology, 4th ed. Springer, Berlin, Regehr

Lawlor, D.W. 1987. Photosynthesis : Metabolism, Control, and Physiology. New

York : John Wiley and Sons.

Long, S.P.; Zhu, X.G.; Naidu, S.L. & Ort, D.R. 2006. Can improvement in

photosynthesis increase crop yields? Plant Cell and Environment Vol. 29:

315–330.

Mawson B.T., Svoboda J. & Cummins R.W. 1986. Thermalacclimation of

photosynthesis by the arctic plant Saxifraga cernua. Canadian Journal of

Botany. 71–76.

Naidu S.L., Moose S.P., Al-Shoaibi A.K., Raines C.A. & Long S.P. (2003) Cold

tolerance of C4 photosynthesis in Miscanthus ¥ giganteus: adaptation in

amounts and sequence of C4 photosynthetic enzymes. Plant Physiology

132, 1688–1697.

Noviyanti, Rintis. 2005. Kamus Biologi Bergambar. Jakarta: Erlangga

Piedade, M.T.F.; Junk W.J. & Long S.P. (1991). The productivity of the C4 grass

Echinochloa polystachya on the Amazon floodplain. Ecology Vol. 72:

1456–1463.

Portis, A.R. Jr & Parry, M.A.J. 2007. Discoveries in Rubisco (ribulose 1,5-

bisphosphate carboxylase/oxygenase): A Historical Perspective.

Photosynthesis Research Vol. 94: 121–143.

Raghavendra, A.S. 1991. Physiology of Tree. New York : John Wiley and Sons

Sage, R.F.; Way, D.A. & Kubien, D.S. (2008). Rubisco, Rubisco activase, and

global climate change. Journal of Experimental Botany Vol. 59:

1581–1595.

Salisbury, F. B dan Ross, C. W. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid I. ITB, Bandung.

Noviyanti, Rintis. 2005. Kamus Biologi Bergambar. Jakarta: Erlangga

Taiz, L dan E, Zeiger. 1991. Plant Physiology. California : Benyamin Publishing

Company, Inc

21

von Caemmerer S. (2000) Biochemical Models of Leaf Photosynthesis. Australia :

CSIRO, Collingwood.

22