3.1 Peran Cahaya dalam Pertumbuhan Tanaman
Cahaya adalah faktor lingkungan yang diperlukan untuk mengendalikan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan.Alasan utamanya tentu saja karenacahaya menyebabkan fotosintesis. Efek lain dari cahaya diluar fotosintetis adalah mengendalikan wujud tanaman, yaitu perkembangan struktur ataumorfogenesisnya. Pengendalian morfogeneis oleh cahaya disebut fotomorfogenesis. Agar cahaya mampu mengendalikan perkembangan pertumbuhan maka tumbuhan harus menyerap cahaya.Terdapat empat macam penerima cahayayang dikenal dalam mempengaruhi fotomorfogenesis pada tumbuhan.
Empat macam penerima cahaya dalam tumbuhan,Fitokrom paling kuat menyerap cahaya merah dan merah jauh. Ada juga fitokrom penyerap cahaya biru.Kriptokrom, sekelompok pigmen yang serupa mampu menyerap cahaya biru dan panjang gelombang ultraviolet – gelombang panjang (daerah UV-A320 -400 nm), dinamakan kiptokrom karena peran pentingnya padakriptogram (tumbuhan tak berbunga) Penerimacahaya UV-B, senyawa tak dikenal/bukan pigmen yg menyerapradiasi UV 280-320 nm4.Protoklorofilida a, pigmen cahaya yang menyerap cahaya merah dan biru ,bias tereduksi menjadi klorofil a.
Gambar 6. Spektrum serapan cahaya 3.2 Fitokrom
Fitokrom merupakan senyawa yang paling banyak dikenal dan tampaknyamerupakan penerima cahaya terpenting pada tumbuhan berpembuluh. Fitokrom dan penerima cahaya lainnya mengatur berbagai proses morfogenik yang bermula dari perkecambahan biji dan
perkembangan kecambah, serta mencapaipuncaknya pada pembentukan bunga dan biji baru.Pengaruh cahaya pada perkecambahan :
1. Produksi klorofil terpacu oleh cahaya 2. Pembukaan daun terpacu oleh cahaya 3. Pemanjangan batang terhambat oleh cahaya 4. Perkembangan akar terpacu oleh cahaya.
Tentang lokasi fitokrom di dalam sel sama sekali tidak mengungkapkan caranya bekerja.Pada kecambah yang lebih besar, yang tumbuh ditempat terang, bisa dikatakan mengandung separuh fitokrom tipe 1 dan separuhnya lagi tipe 2. Namun bila biji berkecambah dan kecambah tumbuh di tempat gelap, jumlah fitokrom tipe 1 meningkat kira-kira seratus kali. Jadi Kecambah yang tumbuhdalam gelap mengandung total fitikrom lebih banyak daripada kecambah yang tumbuh di tempat terang.Bila kecambah menerima cahaya, salah satu responnya adalah hilangnya sebagian besar fitokrom tipe 1.Hal ini terjadi karena 3 sebab utama:
Tumbuhan berhenti membuat mRNA yang dibutuhkan untuk mensintesis fitokrom tersebut mRNA fitokrom tipe 1 tampaknya merupakan mRNA yang tak mantap (cepat terhidrolisis) 3.Sebagian besar protein fitokrom tipe 1 cepat rusak Jadi, Dalam keadaan gelap, gen yang menyandikan fitokrom tipe 1 menjadisangat aktif, namun dalam terang menjadi tidak aktif.
3.1.2 Kriptokrom, Penerima Cahaya Biru/UV-A
UV-A panjang gelombang antara 320-400 nm. Kriptokrom antara 320-500nm, diduga berupa flavoprotein (melekat antara protein dan riboflavin), diduga bersatu dengan protein sitokrom pada membram plasma. Puncak kerjanya didaerah biru-ungu 450 nm. Beberapa efek cahaya yang diserap oleh kriptokrom antara lain yaitu adanya pigmen yang diaktifkan bekerja secara bebas, yangterkadang memperkuat efek Pfr atau efek penerima UV-B. Perlu diinget bahwa walaupun kriptokrom menyerap radiasi UV-A, puncak terbesar dalam spektrumkerja biasanya terjadi di daerah biru – ungu didekat 450 nm. Juga, karena fotonbiru dan cahaya ungu biasanya jauh lebih banyak mengenai tumbuhan dibandingkan foton UV, maka respon akibat cahaya yang disebabkan oleh kriptokrom barangkali merupakan hasil penyerapan panjang gelombang biru dan ungu yang biasanya disebut biru saja.
3.2 Hubungan Dosis-Respon dalam Fotomorfogenesis
Spektrum kerja untuk proses tertentu pada kecambah yang tumbuh dalam gelap sangat berbeda-beda, bergantung pada pendek (Biasanya kurang 5 menit) panjangnya
(biasanya beberapa jam) waktu pemberian cahaya. Misalnya, penyinaran singkat, pembentukan pigmen lembayung antosianin yang terpacu cahaya, pada kecambah mustard putih (Sinapsis alba), menunjukan puncaknya 660 nm; saat ini Pr menyerap paling baik. Namun ,bila diberi penyinaran selama beberapa jam, terjadi puncak yang tinggi didekat 725 nm didaerah biru. Respon tumbuhan yang membutuhkan tingkat iridiansi yang cukup tinggi dan yang memiliki spektrum kerja yang khas untuk respon fitokrom yang lazim teramatidikenal reaksi iridiansi tinggi (HIR). Menurut Manchinelli (1980) menyimpulkan bahwa, bergantung pada spesies dan respon yang diteliti, biasanya HIR memiliki tiga jenis umum spektrum kerja.Salah satunya mempunyai puncak di satu daerah spektrum (biasanya biru UV-A). Beberapa contohnya meliputi terpacunya sintesis anntosianin pada kecambah sorgum yang tumbuh di tempat gelap, terbukanya gulungan daun kecambah padi, tergulungnya kecambah kapri, dan fototropisme. Pada spektrum kerja kedua,terdapat puncak di kedua daerah spektrum (biasanya biru/ UV-A dan merah). Jenis respon ini terlihat pada kecambah, baik yang ditumbuhkan terus-menerus dalam terang maupun yang ditempatkan lebih dahulu di tempat gelap,yang kemudian diikuti dengan tindakan penghijauan serta deetiolasi dalamkeadaan terang.
Pada jenis spektrum kerja umum yang ketiga terdapat tiga daerah spektrum yang memperlihatkan aktivitasnya (biru/UV-A, merah, dan merah-jauh), respon ini khas pada kecambah teretiolasi Cahaya merah-jauh lebih lazim bekerja pada kecambah yang tumbuh ditempat gelap daripada cahaya merah. Ketika cahaya terpajan cahaya dan menjadi hijau (dan saat itu mengandung jauh lebih sedikit fitikrom tipe 1 yang takmantap). Mereka kehilangan kepekaannya terhadap cahaya merah-jauh untuk menimbulkan HIR. Disamping mempunyai tingkat iridiansi yang tinggi, HIR dicirikan pula tidak terjadinya pembalikan merah/merah-jauh dan tak dapat dipertukarkannya pengaruh waktu serta tingkat iridiansinya.Hans Mohr (1986) menyimpulkan bahwa untuk beberapa respon padakecambah angiospermae yang teretiolasi, diperlukan pengaktifan kriptokrom (yang biasanya menimbulkan HIR), jika kecambah itu diharapkan mampu memberikanrespon terhadap cahaya merah yang bekerja pada fitokrom. Artinya fitokrom memungkinkan Pfr terekspresikan secara penuh.
Tampaknya, maknanya bagi tumbuhan di alam adalah bahwa kriptokrom dan fitokrom sering bekerjasama dalam menghasilkan fotomorfogenesis.
Pada kecambah yang tumbuh ditempat terang, cahaya merah lebih efektif dibandingkancahaya merah-jauh untuk HIR, barangkali karena Pfr tipe 2 lebih mantap dankarena cahaya merah membentuknya lebih banyak daripada cahaya merah-jauh).
Tumbuhan yang tumbuh di tempat gelap memberikan respon bukan hanyalaju fluensi yang rendah dan tinggi, tapi juga apa yang dikenal sebagai responfluensi yang sangat rendah (VLFR). Didapatkan respon fitokrom menggunakan lampu-aman hijau. Untuk banyak macam respon, hal ini tidak menimbulkan masalah, tapi mesokotil dan koleoptiloat Sangat peka, sekalipun terhadap lampu-aman hijau. VLFR tidak dapat dihapus oleh cahaya merah-jauh, sebab cahaya merah-jauh tidak menimbulkan efek pada fluensi yang sangat rendah, namun pada fluensi yang jauh lebih tinggi cahaya tersebut dapat menghasilkan responyang sama. Kemiripan respon ini barangkali terjadi karena cahaya merah-jauhmembentuk sebagian Pfr. Fase kedua respon dari setiap organ membutuhkan fluensi yang besarnya sekitar 10.000 kali lebih tinggi. Respon fluensi rendah (LFR)ini menunjukan adanyarespon fitokrom yang agak khas dalam hal kebutuhan akanfoton, yang terhapuskan oleh cahaya merah-jauh, Ketika Mandoli dan Briggs (1981) menaikkan fluensi lebih tinggi daripadayang dibutuhkan untuk menjenuhkan LFR, terjadi cekungan lain tanpa ada penghambatan lagi, artinya HIR tak tampak. Akan tetapi, HIR sempat teramti oleh Schafer dkk (1982) dalam percobaan dengan memberikan cahaya merah ataumerah-jauh terus-menerus selama 24 jam, walaupun total fluensinya tidak melebihi fluensi di daerah cekungan terakhir.
3.3 Peranan Cahaya pada Perkecambahan Biji Perkecambahan yang ditentukan oleh cahaya
Penelitian lengkap mengenai perlunya cahaya untuk perkecambahan bijitertentu dilaporkan pertama kali oleh Kinzel pada tahun 1907. Kinzel melaporkan bahwa dari 964 spesies, 672 spesies terpacu perkecambahannya oleh keadaan terang. Sedangkan Baskin dan Baskin (1988) mengamati bahwa dari 142 spesies, yang perkecambahannya dipengaruhi oleh cahaya ada 107 spesies, 32 spesies tidak menunjukkan respon, dan hanya 3 spesies terhambat oleh cahaya. Bijisebagian besar spesies yang memberikan respon terhadap cahaya adalahspesies liar.dan kaya akan lemak.Sebagian besar tanaman budidaya tidak memerlukan cahaya, yang dapat dipastikan karena tindakan seleksi oleh manusia terhadap kebutuhan akan cahayanya. Biji spesies liar ada pula yang terhambat perkecambahannya dalam keadaan terang, seperti yang diamati oleh Kinzel dan pasangan Baskin,kadang olehcahaya biru, namun terutama karena cahaya merah-jauh. Panjang gelombang merah-jauh dari sinar matahari hampir selalu merupakan panjang gelombang yang paling menghambat, yang disuga karena cahaya tersebut menurunkan jumlah Pfr dalam biji sampai ke taraf yang lebih rendah dari yang ada sebelumnya,yang dibutuhkan untuk perkecambahan. Biji yang membutuhkan cahaya untuk berkecambah disebut fotodorman. Sedangkan istilah dormansi
itu sendiri diartikan sebagai jenis biji atau kuncup yang gagal tumbuh walaupun berada dalam kondisi kelembapan dan udara yang memadai serta pada suhu pertumbuhan yang cocok.
3.4 Efek fotomorfogenetik pada tumbuhan vegetatif
Pada banyak tumbuhan yang tumbuh dengan baik, terjadi berbagai proses fotomorfogenetik. Jika tumbuhan dikotil hijau yang mampu berfotosintesis dikenai cahaya merah (yang bekerja melalui kriptokrom), pemanjangan batang akan terhambat. Jika tumbuhan hidup dibawah kanopi daun, sehingga cahaya merah- jauh, Pfr akan hilang dari daun, dan batangnya menjadi sangat panjang. Dapat disimpulkan fungsi penting fitokrom pada tumbuhan yang hidup di tempat terang adalah sebagai mekanisme untuk menghindari naungan.