Kecepatan Fotosintesis

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

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 (Latunra, 2012).

Pada dasarnya, semua kehidupan diatas bumi ini tergantung langsung dari adanya proses asimilasi CO2 menjadi senyawa kimia organik dengan energi yang didapat dari sinar matahari. Dalam proses ini energi sinar matahari (energi foton) ditangkap dan diubah menjadi energi kimia dengan proses yang disebut fotosintesis. Fotosintesis adalah proses pembentukan makanan (glukosa) pada tumbuhan yang mengandung zat hara, air dan karbondioksida dengan bantuan sinar matahari (Guntur, 2013).

Proses fotosintesis ini hanya akan terjadi bila ada cahaya dan melalui klorofil yang terdapat dalam kloroplas. Pada tumbuhan tingkat tinggi, biasanya kloroplas terbatas pada sel-sel batang muda, buah buah belum matang, dan daun. Daun inilah yang merupakan pabrik fotosintesis pada tumbuhan (Guntur, 2013).

Pada umumnya, sel fotosintesis mengandung satu sel atau lebih pigmen klorofil yang berwarna hijau. Berbagai sel fotosintesis lainnya seperti pada ganggang dan bakteria, berwarna coklat, merah, atau ungu. Hal ini disebabkan oleh adanya pigmen lain disamping klorofil yaitu pigmen pelengkap seperti karotenoid yang berwarna kuning, merah atau ungu dan pigmen fikobilin yang berwarna biru atau merah (Guntur, 2013).

Hal-hal di ataslah yang melatar belakangi dilakukannya praktikum ini sehingga laporan ini dapat dikerjakan.

I.2. Tujuan

            Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui pengaruh cahaya terhadap kecepatan fotosintesis dengan mengukur oksigen yang dihasilkan.

I.3. Waktu dan Tempat

Percobaan kecepatan fotosintesis dilaksanakan pada hari jumat, tanggal 25 april 2014, pukul 14.00-17.00 WITA, bertempat di Laboratorium Botani, Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti cahaya, dan sintesis yang berarti menyusun. 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 spektrum, masing-masing spektrum mempunyai panjang gelombang berbeda, sehingga pengaruhnya terhadap proses fotosintesis juga berbeda (Salisbury, dan Ross, 1995).

Fotosintesis adalah 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 membran luar dan membran dalam. Membran dalam mengelilingi suatu stroma yang mengandung enzim-enzim tang larut dalam struktur membran yang disebut tilakoid. Proses fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain air (H2O), konsentrasi CO2, suhu, umur daun, translokasi karbohidrat, dan cahaya. Tetapi yang menjadi faktor utama fotosintesis agar dapat berlangsung adalah cahaya, air, dan karbondioksida (Kimball, 1992).

Energi cahaya diubah menjadi energi kimia oleh pigmen fotosintesis yang terdapat pada membran interna atau tilakoid. Pigmen fotosintesis yang utama ialah klorofil dan karotenoid. Klorofil a dan b menunjukkan absorpsi yang sangat kuat untuk panjang gelombang biru dan ungu, jingga dan merah (lembayung) dan menunjukkan absorpsi yang sangat kurang untuk panjang gelombang hijau dan kuning hijau (500-600 nm). Klorofil merupakan komponen kloroplas yang utama dan kandungan klorofil relatif berkorelasi positif dengan laju fotosintesis. Klorofil disintesis di daun dan berperan untuk menangkap cahaya matahari yang jumlahnya berbeda untuk tiap spesies. Sintesis klorofil dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti cahaya, gula atau karbohidrat, air, temperatur, faktor genetik, unsur-unsur hara seperti N, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, S dan O. Karotenoid menunjukkan absorpsi kuat untuk panjang gelombang biru dan ungu; memantulkan dan mentransmisikan panjang gelombang hijau, kuning, lembayung, merah (kombinasi warna-warna tersebut tampak kuning) (Ai, 2012).

Fotosintesis adalah proses pembentukan makanan (glukosa) pada tumbuhan yang mengandung zat hara, air dan karbondioksida dengan bantuan sinar matahari. Reaksi fotosintesis secara singkat berlangsung sebagai berikut (Jumin, 1994):

6CO₂ + 6H₂O             C₆H₁₂ O₆ + 6O₂.

Fotosintesis berlangsung dalam kloroplas yang berisi klorofil. Klorofil dibedakan atas klorofil a dengan rumus molekul yang berwarna hijau tua dan klorofil b dengan rumus molekul yang berwarna hijau muda. (Jumin, 1994).

Laju fotosintesis berbagai spesies tumbuhan yang tumbuh pada berbagai daerah yang berbeda seperti gurun kering, puncak gunung, dan hutan hujan tropika sangat berbeda. Kapasitas fotosintesis daun diartikan sebagai laju fotosintesis per satuan luas daun pada keadaan cahaya jenuh, konsentrasi CO₂ dan O₂ normal, suhu optimum dan kelembapan. (Salisbury, dan Ross, 1995).

Terdapat faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya fotosintesis yakni H₂O, CO₂, cahaya, hara, dan suhu. Diantara beberapa faktor tersebut yang paling berpengaruh dalam proses fotosintesis adalah faktor cahaya. Cahaya sering membatasi fotosintesis terlihat juga dengan menurunnya laju penambahan CO₂ ketika tumbuhan terkena bayangan awan sebentar (Thenawidjaja, 1990).

Cahaya merupakan sumber energi untuk fotosintesis. Energi cahaya yang diserap oleh tumbuhan tergantung pada intensitas sumber cahaya, lama penyinaran dan panjang gelombang cahaya. Pada batas-batas tertentu, semakin tinggi intensitas cahaya matahari maka semakin banyak energi cahaya yang diserap oleh klorofil, sehingga laju fotosintesis meningkat. Cahaya matahari dengan intensitas terlalu tinggi akan menimbulkan kerusakan pada klorofil (Jumin, 1994).

Aksi dari cahaya hijau dan kuning yang menyebabkan fotosistem pada tumbuhan tingkat tinggi dan penyerapan panjang gelombang ini oleh daun sebenarnya relatif tinggi, lebih tinggi dari yang ditampakkan pada spektrum serapan klorofil dan karotenoid. Tetapi, bukan berarti bahwaada pigmen lain yang berperan menyerap cahaya tersebut. Alasan utama mengapa spektrum aksi lebih tinggi dari spektrum serapan adalah karena cahaya hijau dan kuning yang tidak segera diserap akan dipantulkan berulang-ulang di dalam sel fotosintetik sampai akhirnya diserap oleh klorofil dan menyumbangkan energi untuk fotosintesis (Lakitan, 1993).

Laju fotosintesis berbagai spesies tumbuhan yang tumbuh pada berbagai daerah yang berbeda seperti gurun kering, puncak gunung, dan hutan hujan tropika, sangat berbeda. Perbedaan ini sebagian disebabkan oleh adanya keragaman cahaya, suhu, dan ketersediaan air, tapi tiap spesies menunjukkan perbedaan yang besar pada kondisi khusus yang optimum bagi mereka. Spesies yang tumbuh pada lingkungan yang kaya sumberdaya mempunyai kapasitas fotosintesis yang jauh lebih tinggi daripada spesies yang tumbuh pada lingkungan dengan persediaan air, hara, dan cahaya yang terbatas. (Salisbury, dan Ross, 1995).

Laju fotosintesis ditingkatkan tidak hanya oleh naiknya tingkat radiasi, tapi juga oleh konsentrasi CO2 yang lebih tinggi, khususnya bila stomata tertutup sebagian karena kekeringan (Salisbury, dan Ross, 1995).

Semua klorofil atau karotenoid terbenam atau melekat pada molekul protein oleh ikatan nonkovalen. Secara keseluruhan, pigmen-pigmen kloroplas meliputi separuh dari kandungan kandungan lipida total pada membran tilakoid, sisanya adalah galaktolipida dan sedikit fosfolipida. Sterol sangat jarang dijumpai pada membran tilakoid (Lakitan, 1993).

Di dalam kloroplas ditemukan DNA, RNA, ribosom, dan berbagai enzim. Semua molekul ini sebagian besar terdapat di stroma, tempat berlangsungnya transkripsi dan translasi. DNA kloroplas (genom) terdapat dalam 50 atau lebih lingkaran jalur ganda melilit dalam tiap plastid. Berbagai gen plastid menyandi semua molekul RNA-pemindahan (sekitar 30), dan molekul RNA-ribosom (empat) yang digunakan oleh plastid untuk translasi. Kira-kira 85 gen seperti ini menyandi protein yang terlibat dalam transkripsi, translasi, dan fotosintesis. Tapi, sebagian besar protein disandi oleh gen nukleus (Salisbury, dan Ross, 1995).

Reaksi terang adalah proses untuk menghasilkan ATP dan reduksi NADPH2. Reaksi ini memerlukan molekul air. Proses diawali dengan penangkapan foton oleh pigmen sebagai antena. Pigmen klorofil menyerap lebih banyak cahaya terlihat pada warna biru (400-450 nanometer) dan merah (650-700 nanometer) dibandingkan hijau (500-600 nanometer). Cahaya hijau ini akan dipantulkan dan ditangkap oleh mata kita sehingga menimbulkan sensasi bahwa daun berwarna hijau. Fotosintesis akan menghasilkan lebih banyak energi pada gelombang cahaya dengan panjang tertentu. Hal ini karena panjang gelombang yang pendek menyimpan lebih banyak energi. Di dalam daun, cahaya akan diserap oleh molekul klorofil untuk dikumpulkan pada pusat-pusat reaksi. Tumbuhan memiliki dua jenis pigmen yang berfungsi aktif sebagai pusat reaksi atau fotosistem yaitu fotosistem II dan fotosistem I. Fotosistem II terdiri dari molekul klorofil yang menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nanometer, sedangkan fotosistem I700 nanometer. Kedua fotosistem ini akan bekerja secara simultan dalam fotosintesis, seperti dua baterai dalam senter yang bekerja saling memperkuat (Erviani, 2012).

Beberapa faktor yang menentukan kecepatan fotosintesis (Erviani, 2012):

1.      Cahaya

Komponen-komponen cahaya yang mempengaruhi kecepatan laju fotosintesis adalah intensitas, kualitas dan lama penyinaran. Intensitas adalah banyaknya cahaya matahari yang diterima sedangkan kualitas adalah panjang gelombang cahaya yang efektif untuk terjadinya fotosintesis.

2.      Konsentrasi karbondioksida

Semakin banyak karbondioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapat 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.

Fotosintesis dimulai ketika cahaya mengionisasi molekul klorofil pada fotosistem II, membuatnya melepaskan elektron yang akan ditransfer sepanjang rantai transpor elektron. Energi dari elektron ini digunakan untuk fotofosforilasi yang menghasilkan ATP, satuan pertukaran energi dalam sel. Reaksi ini menyebabkan fotosistem II mengalami defisit atau kekurangan elektron yang harus segera diganti. Pada tumbuhan dan alga, kekurangan elektron ini dipenuhi oleh elektron dari hasil ionisasi air yang terjadi bersamaan dengan ionisasi klorofil. Hasil ionisasi air ini adalah elektron dan oksigen. Oksigen dari proses fotosintesis hanya dihasilkan dari air, bukan dari karbon dioksida. Pendapat ini pertama kali diungkapkan oleh C.B. van Neil yang mempelajari bakteri fotosintetik pada tahun 1930-an. Bakteri fotosintetik, selain sianobakteri, menggunakan tidak menghasilkan oksigen karena menggunakan ionisasi sulfida atau hydrogen (Erviani, 2012).

Pada saat yang sama dengan ionisasi fotosistem II, cahaya juga mengionisasi fotosistem I, melepaskan elektron yang ditransfer sepanjang rantai transpor elektron yang akhirnya mereduksi NADP menjadi NADPH (Erviani, 2012).

Pada reaksi gelap, ATP dan NADPH yang dihasilkan dalam proses fotosintesis memicu berbagai proses biokimia. Pada tumbuhan proses biokimia yang terpicu adalah siklus Calvin yang mengikat karbon dioksida untuk membentuk ribulosa (dan kemudian menjadi gula seperti glukosa). Reaksi ini disebut reaksi gelap karena tidak bergantung pada ada tidaknya cahaya sehingga dapat terjadi meskipun dalam keadaan gelap (tanpa cahaya) (Erviani, 2012).

DAFTAR PUSTAKA

Ai, N. S., 2012. Evolusi Fotoseintesis Pada Tumbuhan. Program Studi Biologi, FMIPA, Universitas Sam Ratulangi, Jurnal Ilmiah Sains Vol. 12 (28-34).

Erviani, L., 2012. Laporan Praktikum Pengaruh kecepatan Fotosintesis. http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:http://ervianilestary.blogspot.com/2012/12/normal-0- false -false-en-us-x-none_16.html, diakses pada hari minggu 27 april 2014, pukul 22.35 WITA.

Guntur, M., 2013. Laporan Pengaruh Cahaya Terhadap Pertumbuhan. http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:http://goentoer19.blogspot.com/2013/03/laporan-pengaruh-cahaya-terhadap.html, diakses pada hari minggu 27 april 2014, pukul 22.30. WITA.

Jumin, Hasan,  Basri.1994. Dasar dasar Agronomi.  Raja Grafindo Persada, Jakarta.

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

Lakitan, Benyamin., 1993. Dasar-Dasar Fisiologi Tumbuhan. PT. Grafindo Persada, Jakarta.

Latunra, A. I., 2012. Penuntun Praktikum Fisiologi Tumbuhan. Universitas Hasanuddin, Makassar.

Salisbury, F. B., dan C. W., Ross, 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 2. ITB Press, Bandung.

Thenawidjaja, Maggy, 1990. Dasar dasar Biokimia. Erlangga, Jakarta.

Yulianto, E., 2011. Anabolisme Fotosintesis Reaksi Gelap dan Terang. http://konsepbiologi.wordpress.com/2011/07/21/anabolisme-fotosintesis/, diakses pada hari minggu 27 april 2014, pukul 22.56 WITA.