latihan uas fisiologi tumbuhan biogama

Kuis Fisiologi Tumbuhan

Pertumbuhan dan perkembangan

1.      Diferensiasi

Perubahan sel membentuk organ dengan struktur dan fungsi yang berbeda.

2.      Biological clock

3.      Ritme sirkadia

Siklus 24 jam yang tidak dikontrol oleh variabel lingkungan. Contohnya adalah denyut nadi, laju pembelahan sel,  laju metabolisme dan sebagainya.

4.      Jam biologis

Penghitung waktu internal yang mengendalikan ritem biologi. Jam biologis ini dapat menggunakan penanda lingkungan maupun tidak, tapi memerlukan sinyal lingkungan. Contohnya adalah gerak naikknya daun polong.

Bunga, biji, buah

1.      Buah klimaterik

Buah yang saatpematangannya mengalami kenaikan respirasi sebagai respon terhadap gas etilen. Misalnya pisang, alpukat, mangga

2.      Buah nonklimaterik

Buah yang tak megalami kenaikan respirasi saat proses pematangannya. Contohnya anggur, nanas, dan jeruk.

3.      Vivipari

Pertumbuhan embrio saat biji dan buah masih di pohon

4.      Vernalisasi

Pemberian perlakuan suhu untuk membuat tumbuhan berbunga

5.      Short day plant

Tumbuhan yang memerlukan cahaya lebih pendek dari panjang kritis untuk berbunga. Contohnya adalah dahlia, sorgum, stroberi, violet, dll.

6.      Long day plant

Tumbuhan yang memerlukan cahaya lebih panjang dari panjang kritis untuk berbunga. Misalnya adalah bayam, wheat, kentang, dan sebagainya.

7.      Faktor yang mempengaruhi pembungaan

Faktor internal terdiri atas hormon dan gen. Hormon pertumbuhan seperti giberelin, auksin dan sitokinin dengan komposisi rasio yang tepat akan memacu pembungaan. Sitokinin akan memacu pembentukkan kuncup bunga, girelin memacu pembungaan tumbuhan, dan auksin memacu pemanjangan ujung tumbuhan. Gen tertentu akan menentukan dan mengatur fase vegetatif dan fase reproduksi yang akan mengatur pembungaan.

Faktor eksternal terdiri dari suhu, kelembaban, cahaya, dan nutrien. Fluktuasi suhu malam-siang hari akan menginisiasi pembungaan. Kelembaban mengatur metabolisme tumbuhan serta suhu, sehingga kelembaban yang tepat akan memacu pembungaan. Cahaya memacu pembungaan dengan cara intensitas cahaya dan fotoperiodisitas.  Nutrien dengan komposisi yang tepat akan memacu pembungaan, dengan rasio karbon/protein ideal tercapai

8.      Inkompatibilitas

Polen berasal dari jenis lain sehingga tidak terbentuk buluh sari. Inkompatibilitas sendiri terdiri dari sporophytic self-incompatibility, yaitu jika ales s tumbuhan yang menghasilkan polen tidak sama pada tumbuhan penerima; dan gametophytic self-incompatibility pembentukan buluh sari tidak terbentuk karena degradasi RNA pada stilus penerima polen.

9.      Kompatibilitas

Polen berasal dari jenis yang sama dan terbentuk buluh sari.

HORMON

10.   Kriteria hormon

Substansi organik yang diproduksi dalam jumlah sedikit. Lokasi pembuatan enzim dan tempat berfungsinya enzim berbeda, sehingga harus ditransport ke lokasi yang menghasilkan efek spesifik.  

11.   Sitokinin sintetik

BAP, 6-Fenil amino purine, dan 6-benzil amino purine, CPPU

12.   Auksin sintetik

NAA; 2,4-D; dan MCPA

13.   Fungsi auksin

Merangsang pemanjangan batang, mendorong pembentukan akar lateral dan adventisia, meregulasi perkembangan buah, memperlambar abisisi daun

14.   Giberelin fungsi

Merangsang pemanjangan batang; pertumbuhan buah; perkembangan polen dan tabung polen; perkembangan da germinasi biji; memecah dormansi biji.

15.   Sintetis etilen

Metionin ditambahkan ATP dan air sehingga kehilangan 3 gugus fosfat dan SAM. SAM dengan bantuan ACC sintase menghasilkan ACC. ACC dioksidasi dan terbentuk etilen.

Cekaman

1.      Mekanisme tumbuhan dalam cekamaan genangan air

Tumbuhan menghasilkan etilen yang akan mematikan beberapa sel di korteks akar sehingga terbentuk tabung udara yang menyediakan oksigen bagi akar.

2.      Stress avoidence

Tumbuhan yang mampu menghindari stress. Misalnya pengguguran daun saat musim dingin; siklus hidup singkat saat lingkungan tak mendukung; mereduksi daun, kutikula tebal pada katkus, penetrasi akar sampai ke water table; dan sebagainya.

3.      Stress toleransi 

Mekanisme tumbuhan dalam mempertahankan kehidupannya dari stres. Misal ressurection plants

Senescene

1.      Senescene

Kematian sel/organ/seluruh tubuh tumbuhan yang terprogram.

2.      Faktor

Kompetisi antara organ vegetatif dan generatif. Hormon seperti auksin yang menurun dan naiknya etilen memicu senescene.

Dormansi

1.      Macam dormansi

Coat-imposed dormancy, dormansi karena kulit biji atau jaringan peindung lainnya sehingga terjadi hambatan penyerapan air dan pertukaran gas atau terhambatnya penembusan kulit biji oleh radikula.

Internal/embrio dormansi merupakan dormansi karena kondisi fisiologi yang menunda perkecambahan. Contohnya adalah embrio yang belum berkembang penuh saat biji berpisah dari tumbuhan.

2.      Pemecahan dormansi

Scarifiaction dengan cara mekanik dilakukan dengan membuat goresan dengan amplas akan meningkatkan germinasi. Scarifiaction menggunakan bahan kimia akan meningkatkan perkecambahan biji

Bidlack, J. E. and S. H. Jansky. 2008. Stern’s Introductory Plant Biology 12th Ed. McGraw Hill. New York. P. 145, 194, 197, 206

Campbell,  N. A., J. B. Reece, L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, & R. B. Jackson. 2012. Biologi. Erlangga. Jakarta. Hal. 416, 428, 430 435, A-16

Rachmawati, D., M. Nasir, Sudjino, dan K. Dewi. 2009. Bahan Ajar Fisiologi Tumbuhan. Fauktas Biologi Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Hal. 63, 86, 100, 123-124, 128-129

Sadeghi, S., Z. Y. Ashrafi, M. F. Tabatabai, and H. M. Alizade. 2009. Study Methods of Dormancy Breaking and Germination of Common Madder (Rubia tinctorum L.) Seed in Laboratory Conditions. Botany Research International. 2(1):7-10.

KULTIVASI MIKROALGA

KULTIVASI MIKROALGA

Menurut Chisti (2008) dalam Kawaroe, dkk. (2009) Chlorella merupakan salah satu mikroalga yang sering diteliti dan dimanfaatkan. Chlorella dapat dimanfaatkan dari sebagai makanan sampai mendukung persediaann energi terbarui. Chlorella sendiri merupakan salah satu anggota Chlorophyeceae yang telah digunakan sebagai pakan.

Chlorella sp. sebagai mikroalga yang banyak digunakan dalam berbagai bidang, dalam sebuah penelitian maupun pemanfaatannya membutuhkan stok. Stok Chlorella dibuat dengan menggunakan berbagai medium. Medium pertumbuhan Chlorella yang digunakan dari medium Walne, Guillard’s dan Erdschrelber. Media yang digunakan dalam pertumbuhan Chlorella yang berbeda akan menghasilkan pertumbuhan yang berbeda pula.

Secara umum mikroalga menggunakan cahaya dan karbondioksida sebagai sumber energi dan sumber karbon (Ariyanti dan Handayani, Tanpa tahun). Pertumbuhan optimal mikroalga adalah pada suhu 15-30° C (Ariyanti dan Handayani, Tanpa tahun).  Media pertumbuhan harus memiliki kandungan nutrien anorganik yang akan berfungsi dalam pembentukkan sel seperti: nitrogen, fosfor dan besi (Ariyanti dan Handayani, Tanpa tahun).

Kultivasi merupakan salah satu proses bioteknologi mikroalga (Ariyanti dan Handayani, Tanpa tahun). Kultivasi bertujuan memenuhi kebutuhan stok biomassa mikro alga (Kawaroe, dkk. 2009).  Metode kultivasi mikroalga secara umum terdapat 2 metode, yaitu: open raceway pond dan closed photobioreactor (Ariyanti dan Handayani, Tanpa tahun). Sistem open pond memiliki kelemahan berupa kontaminasi, sedangkan photobioreactor memerlukan biaya yang banyak akan tetapi kontaminasi dan paramter pertumbuhan dapat diatur (Ariyanti dan Handayani, Tanpa tahun). Proses kultivasi melibatkan proses fotosintesis dan pertumbuhan (Kawaroe, dkk. 2009). Menurut Laves dan Sorgeloos (1996) dalam Kawaroe, dkk. (2009) proses kultivasi ini membutuhkan waktu penyinaran minimal 18 jam/hari agar kultur fitoplankton dapat berkembang normal dengan cahaya yang konstan (Kawaroe, dkk. 2009). 

Nutrien merupakan salah satu paramter penting dalam proses pertumbuhan mikro alga (Kawaroe, dkk. 2009). Menurut Healey (1973) dalam Kawaroe, dkk. (2009) defisiensi nutrien pada mikroalga berdampak pada penurunan protein, pigmen fotosintesis, kandungan lemak dan karbohidrat. Dalam proses kultivasi mikroalga, nutrien diberikan dalam konsentrasi berlebih dari pada yang tersedia di alam (Kawaroe, dkk. 2009).  Nutrien P dan N merupakan salah satu unsur makronutrien yang membatasi pertumbuhan mikroalga (Kawaroe, dkk. 2009).  

C. vulgaris merupakan anggota dari genus Chorella. Chorella telah banyak dikultur karena memiliki banyak potensi. Potensi Chorella sebagai, pakan, suplemen, penghasil farmasi dan kedokteran. Chorella memiliki protein, karbohidrat, asam lemak tak jenuh, vitamin, klorofil serta serat tinggi. Chorella ditemukan pada lingkungan akuatik dapat berupa saline maupun tawar. Reproduksinya juga cepat dan mampu berkembang menjadi 10.000 sel hanya dalam waktu 24 jam (Prihantini, dkk. 2005).

Kultivasi mikroalga penting karena sangat berkontribsi dalam transisi untuk lebih sustainable society atau biobased economy. Mikroalga tumbuh baik menggunakan karbon dioksida dari gas flue, sampah residu perusahaan-industri, dan cairan pencernaan (Wolkers, et al., 2011).

Pada kurva sigmoid terdapat fase lag, fase log dan fase steady state (Edwin  et al., 2005). Pada fase lag pertumbuhan berjalan lambat (Edwin  et al., 2005). Fase lag ini terjadipada hari ke 0-2. Chorella pada fase lag mengalami sintesis protein baru akan tetapi pembelahan sel belum terjadi sehingga kepadatan sel belum meningkat akibat mikroalga beradaptasi pada lingkungan barunya (Prabowo, 2009). Selain itu pada fase lag, terjadi sintesis enzim (Black, 2008). Fase log organisme telah beradapasi sehingga terjadi kenaikkan pertumbuhan secara cepat sehingga mikroalga mengalami peningkatan pembelahan sel (Black, 2008; Edwin  et al., 2005; Prabowo, 2009). Fase lag terjadi hari ke-3 sampai ke- 6 pada medium Walne dengan konsentrasi 3N; sednagkan pada konsentrasi 1N pada hari ke-4-5. Pada konsentrasi 1N seharusnya pada hari ke-3 telah memasukki fase log akan tetapi grafik menurun akibat  pengambilan sampel tidak digojog terlebih dahulu. Pengambilan sampel yang tidak digojog mengakibatkan sel Chorella yang berada dibawah tidak terambil serta konsentrasi sel tidak merata pada tabung. Pada hari ke-4 perlakuan konsentrasi 3N pun densitas sel menurun hal ini dapat terjadi karena pengambilan sampel yang terlupakan untuk digojog terlebih dahulu. Fase log merupakan fase yang paling baik untuk memanen mikroalga. Menurut Prabowo (2009) setelah fase log selanjutnya adalah fase penurunan laju pertumbuhan. Fase ini pertumbuhan yang terjadi menurun. Fase ini terjadi pada perlakuan konsentrasi 1N pada hari ke-6, sedangkan pada konsentrasi 3N terjadi pada hari ke 7.  Kemudian  fase steady state yang ditandai pertumbuhan telah menurun (Edwin  et al., 2005). Pada fase ini produksi sel baru sama dengan sel lama yang mati (Black, 2008). Fase kematian merupakan fase terakhir yang ditandai dengan laju kematian lebih tinggi dibandingkan dengan laju reproduksi sel. Penurunan kepadatan sel terjadi karena perubahan kondisi optimum seperti nutrien (Prabowo, 2009). Pada gambar 1.fase kematian belum dapat teramati dengan jelas. Masih terdapat pertumbuhan sel mikroalga walaupun sedikit. Fase kematian belum terjadi dapat karena nutrien dalam medium masih, sehingga mikroalga masih tumbuh.

Medium Walne yang digunakan sebagai media pertumbuhan Chorella memiliki komponen nutrien berupa NaNO₃ 100mg/L, Na₂EDTA 45 mg/L, H₃BO₃ 33,6 mg/L, NaH₂PO₄ mg/L, dan MnCl₂ 0,36 mg/L (Zahirm, 2011). Kandungan nitrogen dalam medium berfungsi sebagai bagian protein, asam nuklea, klorofil, koenzim, alkaloid dan ATP (Postlethwait & Hopson, 2006; Brooker et al., 2011). Fosfor ntuk pembentuk asam nukleat, ATP, fosfolipid dan koenzim (Postlethwait & Hopson, 2006). Kandungan nutrien P dan N inilah yang membatasi pertumbuhan mikroalga (Kawaroe, dkk. 2009). Mn dalam medium Walne diperlukan oleh untuk enzim dan kofaktor enzim (Postlethwait & Hopson, 2006;Brooker et al., 2011). Klor dibutuhkan untuk memecah air dalam proses fotosintesis (Postlethwait & Hopson, 2006).

Pertumbuhan Chorella dipengaruhi oleh faktor seperti: cahaya, CO₂, H₂O, nutrien dan trace element (Zahirm, 2011). Medium berpengaruh pada pertumbuhan karena salah satu perbedaan medium adalah kandungan nutriennya. Persediaan CO₂ optimal akan memperlancar proses fotosintesis. Temperatur mempengaruhi metabolisme sel. Suhu yang tinggi akan mendenaturasi protein dan asam nukleat. Pertumbuhan yang paling baik adalah pada suhu 23-30°C. pH mempengaruhi pertumbuhan dengan cara mempengaruhi kinerja asam. pH yang baik untuk kulttur  7-8, karena itu EDTA penting dalam menstabilkan pH. 

daftar pustaka

Ariyanti, D. Dan N. A. Handayani. Tanpa Tahun. Mikroalga sebagai Sumber Biomassa Terbarukan: Teknik Kultivasi Pemanenan.  http://download.portalgaruda.org/article.php?article=21872&val=1275. Diakses pada 7 November 2016 pukul 17.36.

Black, J. B.  2008. Microbiology: Principles and Explorations. John Wiley and Sons. Hoboken, NJ. p. 149

Brooker, R. J., E. P. Widmaier, L. E. Graham, & P. D. Stiling. 2011. Biology. 2nd ed. McGraw-Hill. New York. p. 772

Edwin, R., T. Sekar, Sankar, and S. Munusamy. 2005. Botany Highter Secondary Second Year. Tamil Nadu Textbook Corporation. College Road, Chennai. P. 218

Kawaroe, M., T. Prartono, A. Sunuddin, D. W. Sari., dan D. Augustine. 2009. Laju Pertumbuhan Pesifik Chlorella sp. dan Dunaliella sp.
Berdasarkan Perbedaan Nutrien dan Fotoperiode. J. Ilmu-Ilmu Perairan dan Perikanan Indonesia. 16(1):73-77.

Postlethwait, J. H. & J. L. Hopson. 2006. Modern biology. Holt, Rinehart and Winston. New York.

Prabowo, D. N. 2009. Optimasi Pengembangan Media untuk Pertumbuhan Chlorella sp. Pada Skala Laboratorium. Skripsi. Program Studi Ilmu dan Teknologi Kelautan Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Institut Pertanian Bogor.  Bogor,

Prihanrini, N. B, B. Putri, dan R. Yuniati. 2005. Pertumbuhan Chlorella spp. dalam medium Ekstrak Tauge (Met) dengan Variasi pH Awal. Makara, Sains. 9 (1):1-6.

Wolkers, H., M. Barbosa, D. M. M. Kleinegris, R. Bosma, and R. H. Wijffels. 2011. Microalgae: the Green Gold of the Future. Wageningen UR. Wageningen. P. 7,

Zahir, F. N. 2011. Peningkatan Produksi Biomassa Chlorella vulgaris dengan Perlakuan Mikrofiltrasi pada Sirkulasi Aliran Medium Kultur sebagai Bahan Baku Biodiesel. Skripsi. Departement Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Depok.

Efek Cahaya pada Germinansi

Efek Cahaya pada Germinansi

Respon biji pada cahaya penting untuk mencegah peristiwa germinasi pada tempat dan waktu yang tak tepat untuk perkembangan seedling (Fenner and Thompson, 2005). Dengan demikian biji memiliki kemampuan untuk mendeteksi aspek cahaya di lingkungan dan mengendalikan tempat dan waktu yang tepat untuk germinasi (Fenner and Thompson, 2005). Menurut Lambers et al., (2008), respon cahaya terhadap germinasi terbagi menjadi 3 tipe. Pertama, cahaya dibutuhkan untuk germminasi biji yang terkubur dalam tanah. biji yang terkubur sangat dalam pada tanah tak dapat bergerminasi karena tak terkena cahaya. Tipe kedua berupa intensitas dan durasi terpapar cahaya akan mematahkan dormansi yang terjadi karena tak adanya cahaya. Tipe ketiga adalah komposisi spektra cahaya akibat modifikasi oleh daun pada kanopi yang terpengaruh oleh germinasi setelah gangguan pada vegetasi.

Kesempatan kesuksesan pembentukkan germinasi ditentukan dengan biji yang terkubur kedalam tanah atau berada di permukaan (Fenner and Thompson, 2005). Apabila biji berada terkubur ditanah, kedalaman menjadi krusial untuk kemunculannya (Fenner and Thompson, 2005).  Kedalaman tanah menjadi hal yang  krusial untuk kemunculan kecambah dengan kondisi biji terkubur (Fenner and Thompson, 2005). Sedangkan bila biji berada di permukaan tanah, tingkat naungan (terutama disekeliling vegetasi) menjadi unsur krusial (Fenner and Thompson, 2005).

Biji yang berada di permukaan tanah akan mengalami kondisi intensitas cahaya yang tinggi akibat terpaar cahaya matahari yang kuat. Sensitivitas pada irradiasi tinggi menyeduiakan mekanisme untuk mereduksi probabilitas kematian seedling akibat temperatur tinggi dan kondisi kekeringan yang terjadi di permukaan tanah.

            Kebutuhan akan cahaya pada biji berguna untuk mendeteksi adanya gap. Secara umum gangguan pada tanah terjadi bersama dengan kerusakan bentuk vegetasi dan merupakan indikator yang baik untuk mereduksi kompetisi dengan menentukan tumbuhan.

            Biji akan mendeteksi cahaya yang berintensitas rendah dengan fitokrom A. Fitokrom A ini akan mempercepat germinasi biji dengan menginduksi kebutuhan cahaya (Fenner and Thompson, 2005). Selain itu, fitokrom a dikenal memiliki respon sangat rendah pada fluence dan terlibat range panjang gelombang yang luas saat densitas fluks foton rendah. Pengembalian bentuk fitokrom b secara spontan dan gradual dari menaikkan proses germinasi menjadi penghambat germinasi dari beberapa jam di dalam kegelapan juga menyediakan mekanisme jam panjang hari dapat terdeteksi.

            Cahaya bereaksi melalui efek temperatur, terutama temperatur alternatif yang dibutuhkan biji untuk germinasi (Luttge, 2008). Germinasi akan diregulasi oleh kualitas cahaya dan sistem fitokrom daripada  dengan intensitas cahaya (Luttge, 2008).

Sumber:

Fenner, M. And K. Thompson. 2005. The Ecology of Seed. Cambrige University Press. Cambridge. p. 116, 117, 120

Lambers, H., T. L. Pons, and F. S. Chapin III. 2008. Plant physiological ecology. Springer. New York. p. 380

Luttge, U. 2008. Physiological ecology of tropical plants. 2nd ed. Springer. Berlin. P. 139

Ponsp, T. L. 2000. Seeds Responses to Light. p. 249. Dalam M. Fenner. Seeds The Ecology of Regeneration in Plant Communities. 2nd Ed. CABI.  London.