PRAKTIKUM II FOTOSINTESIS
Kegiatan 5 (Fotosintesis mengasilkan oksigen) A. Judul
Pengaruh intensitas cahaya dan CO2 terhadap laju fotosintesis B. Tujuan
Untuk mengetahui pengaruh intensitas cahaya dan CO2 terhadap laju fotosintesis dengan mengukur banyaknya O2 yang dikeluarkan
C. Teori Singkat
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. Fotosintesis merupakan hal yang paling penting bagi tumbuhan hijau dalam memproduksi karbohidrat yang berupa glukosa. Pada tahun 1964 reaksi fotosintesis pertama kali dapat digambarkan secara jelas sebagai pertukar gas sebagai berikut : 6CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2. 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. Proses fotosintesis memerlukan cahaya yang ditunjukan dengan adanya pengaruh intensitas cahaya terhadap laju fotosintesis. Pada intensitas cahaya yang besar akan mempengaruhi keseluruhan reaksi fotosintesis. Dalam keadaan intensitas cahaya rendah maka laju fotosintesis juga akan rendah (Thomas, 1965).
Fotosintesis merupakan proses menggabungkan CO2, H2O menjadi gula dengan menggunakan energi cahaya dengan menggunakan organel yang disebut kloroplas. Proses fotosintesis dibagi menjadi dua reaksi yaitu:
1. Reaksi Terang
berfungsi sebagai pembawa electron dalam respirasi seluler. Reaksi terang menggunakan tenaga matahari untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH dengan cara menambahkan sepasang electron bersama dengan nucleus hydrogen atau H+. Reaksi terang juga menghasilkan ATP dengan memeberi tenaga bagi penambahan gugus fosfat yang pada ADP, proses ini disebut fotofosforilasi (Lakitan, 2007).
Reaksi terang terjadi di grana, persisnya di membran tilakoid. Reaksi terang menggunakan 2 fotosistem yang berhubungan. Fotosistem I menyerap cahaya dengan panjang gelombang 700 nm maka disebut P700, berfungsi untuk menghasilkan NADPH. Fotosistem II menyerap cahaya dengan panjang gelombang 680 nm maka disebut P680, berfungsi untuk membuat potensial oksidasi cukup tinggi sehingga bisa memecah air. Bila bekerja bersama, 2 fotosistem ini melakukan proses fotofosforilasi non-siklik yang menghasilkan ATP dan NADPH. Fotosistem I mentransfer elektron ke NADP+ untuk membentuk NADPH. Kehilangan elektron digantikan oleh elektron dari fotosistem II. Fotosistem II dengan potensial oksidasinya yang tinggi dapat memecah air untuk menggantikan elektron yang ditransfer ke fotosistem I. Kedua fotosistem ini dihubungkan oleh kompleks pembawa elektron yang disebut sitokrom/komplek b6-f. Kompleks ini menggunakan energi dari pemindahan elektron untuk memindahakan proton dan mengaktifkan gradien proton yang digunakan oleh enzim ATP sintase (Lakitan, 2007).
Saat pusat reaksi Fotosistem II menyerap foton, elektron tereksitasi pada molekul klorofil P680, yang mentransfer elektron ini ke akseptor elektron. P680 teroksidasi melepaskan elektron dari kulit terluar atom Mg. Atom Mg yang teroksidasi dengan bantuan enzim pemecah air, melepaskan elektron dari atom oksigen dari 2 molekul air. Proses ini membuat P680 menyerap 4 foton untuk melengkapi oksidasi 2 molekul air dan mengahsilkan 1 oksigen. Elektron yang tereksitasi dibawa oleh plastoquinon dan kemudian diterima oleh kompleks b6-f. Kehadiran elektron menyebabkan kompleks memompa proton ke celah tilakoid, kemudian elektron dibawa oleh plastosianin ke fotosistem I (Lakitan, 2007).
II, sedangkan elektron yang tereksitasi tersebut ditanggap oleh ferredoxin. Ferredoxin tereduksi membawa elektron dengan potensial yang tinggi kemudian ditangkap oleh NADP+ untuk membentuk NADPH.Reaksi ini dikatalisasi oleh enzim NADPH reduktase. Enzim ATP sintase menggunakan gradien proton yang tercipta saat tranpor elektron untuk mensintesis ATP dari ADP + Pi (Lakitan, 2007).
Gambar 1. Proses Reaksi Terang (Gardner, 1991).
2. Reaksi Gelap
Reaksi gelap adalah reaksi pembentukan gula dari CO2 yang terjadi di stroma. Berbeda dengan reaksi terang, reaksi gelap atau reaksi tidak bergantung cahaya bisa terjadi pada saat siang dan malam, namun pada siang hari laju reaksi gelap tentu lebih rendah dari laju reaksi terang. Reaksi gelap dimulai dengan pengikatan atau fiksasi 6 molekul CO2 ke 6 molekul gula 5 karbon yaitu ribulosa 1,5 bifosfat, dikatalisis oleh enzim ribulosa bifosfat karboksilase atau oksigenase (rubisco) yang kemudian membentuk 6 molekul gula 6 karbon. Molekul 6 karbon
ini tidak stabil maka pecah menjadi 12 molekul 3 karbon yaitu 3 fosfogliserat. 3 fosfogliserat kemudian difosforilasi oleh 12 ATP membentuk 1,3 bifosfogliserat. 1,3 bifosfogliserat difosforilasi lagi oleh 12 NADPH membentuk 12 molekul gliseradehida 3 fosfat atau PGAL. 2 PGAL digunakan untuk membentuk 1 molekul glukosa atau jenis gula lainnya, sedangkan 10 molekul lainnya difosforilasi oleh 6 ATP untuk kembali membentuk 6 molekul Ribulosa 1,5 bifosfat. Proses pengikatan CO2 ke RuBP disebut fiksasi, proses pemecahan molekul 6 karbon menjadi molekul 3 karbon disebut reduksi dan proses pembentukan kembali RuBP dari PGAL disebut regenerasi (Salisbury, 1995).
Gambar 2. Proses Reaksi Gelap (Gardner, 1991).
Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi laju fotosintesis, yakni sebagai berikut:
1. Faktor Genetik
a. Perbedaan antara spesies
Tumbuhan C4 secara umum mempunyai laju fotosintesis yang tertinggi; sementara tumbuhan CAM memiliki laju fotosintesis terendah. Tumbuhan C3 berada di antara kedua ekstrem tersebut.
b. Pengaruh umur daun
Umur daun (stadia perkembangan daun) juga akan mempengaruhi laju fotosintesis. Kemampuan daun untuk berfotosintesis meningkat pada awal perkembangan daun, tetapi kemudian mulai turun, kadang sebelum daun tersebut berkembang penuh. Daun yang mulai mengalami senescene akan berwarna kuning dan hilang kemampuannya untuk berfotosintesis, karena perombakan klorofil dan hilangnya fungsi kloroplas.
c. Pengaruh laju Translokasi fotosintat
dapat mempengaruhi laju fotosintesis. Contoh, pemotongan organ seperti umbi, biji atau buah yang sedang membesar dapat menghambat laju fotosintesis untuk beberapa hari, terutama untuk daun yang berdekatan dengan organ yang dibuang tersebut.
2. Faktor Lingkungan a. Ketersediaan air
Kekurangan air dapat menghambat laju fotosintesis, terutama karena pengaruhnya terhadap turgiditas sel penjaga stomata. Jika kekurangan air, maka turgiditas sel penjaga stomata akan menurun. Hal ini menyebabkan stomata menutup. Penutupan stomata ini akan menghambat serapan CO2 yang dibutuhkan untuk sintesis karbohidrat.
b. Ketersediaan CO2
CO2 merupakan bahan baku sintesis karbohidrat. Kekurangan CO2 tentu akan menyebabkan penurunan laju fotosintesis.
c. Pengaruh cahaya
Cahaya sebagai sumber energi untuk reaksi anabolik fotosintesis jelas akan berpengaruh terhadap laju fotosintesis tersebut. Secara umum, fiksasi CO2 maksimum terjadi sekitar tengah hari, yakni pada saat intensitas cahaya mencapai puncaknya. Penutupan cahaya matahari oleh awan juga akan mengurangi laju fotosintesis.
d. Pengaruh suhu
Pengaruh suhu terhadap fotosintesis tergantung pada spesies dan kondisi lingkungan tempat tumbuhnya. Walaupun ada beberapa pengecualian, umumnya tumbuhan C4 mempunyai suhu optimum yang lebih tinggi dibandingkan dengan tumbuhan C3, di mana perbedaan ini terutama disebabkan oleh rendahnya fotorespirasi pada tumbuhan C4 (Salisbury, 1995). D. Rumusan Masalah
1. Apakah terdapat pengaruh intensitas cahaya terhadap jumlah oksigen yang dihasilkan oleh tanaman Hydrilla sp ?
E. Hipotesis
Terdapat gelembung oksigen yang berbeda ketika tumbuhan Hydrilla sp ditempatkan pada lingkungan dengan intensitas cahaya dan kadar CO2 yang berbeda. Hal ini terjadi karena adanya faktor yang dapat mempengaruhi laju fotosintesis.
F. Variabel
1. Varibael bebas : Intensitas cahaya dan CO2 2. Variabel Terikat : Laju fotosintesis
3. Variabel Kontrol : Waktu G. Definisi Operasional
Intensitas cahaya dan CO2 merupakan faktor yang mempengaruhi jumlah oksigen yang dihasilkan oleh tanaman Hydrilla sp. Laju fotosintesis merupakan waktu yang dibutuhkan Hydrilla sp untuk meghasilkan atau mengeluarkan oksigen.
H. Alat dan Bahan a. Alat
1. Gelas kimia 2. Corong 3. Kawat
4. Tabung reaksi 5. Analitik 6. Thermometer 7. Lux meter b. Bahan
1. Hydrilla sp 2. NaHCO3
I. Prosedur Kerja
Daun Hydrilla sp.
Menyusun 4 perangkat fotosintesis seperti pada gambar.
Meletakkan masing-masing 2 perangkat di bawah sinar matahari, dan 2 di dalam ruangan. 1 perangkat pada masing-masing lingkungan ditambahkan NaHCO3 1 gram.
Mengamati perubahan jumlah gelembung gas setiap 5 menit hingga menit yang ke 30.
Mencatat hasil pengamatan pada tabel
J. Hasil Pengamatan
1. Gambar Hasil Pengamatan Perlakuandidalamruangan
Perlakuandiluarruangan
PerangkatdenganpemberianN aHCO3
Perangkattanpapemberian NaHCO3
PerangkatdenganpemberianN aHCO3
2. Tabel Hasil Pengamatan
NaHCO3 Luar 41 110 48 84 55 39 239 62,67
Berdasarkan pengamatan yang dilakukan, perangkat yang ditempatkan di dalam ruangan dengan perlakuan tanpa NaHCO3 dalam waktu 5 menit pertama sampai 5 menit terakhir tidak dihasilkan gelembung udara. Sementara yang diberikan NaHCO3 pada 5 menit pertama sampai 5 menit ke 5 tidak menghasilkan gelembung udara, akan tetapi pada menit terakhir menghasilkan 2 gelembung udara. Jadi pada perangkat yang diletakkan di dalam ruangan tanpa pemberian NaHCO3 tidak menghasilkan gelembung udara dan jumlah total gelembung udara yang dihasilkan pada perangkat dengan pemberian NaHCO3 sebanyak 2 gelembung udara.
Sedangkan perangkat yang ditempatkan di luar ruangan dengan perlakuan tanpa pemberian NaHCO3 5 menit pertama menghasilkan 21 gelembung udara, 5 menit kedua menghasilkan sebanyak 9 gelembung udara, 5 menit ketiga menghasilkan sebanyak 43 gelembung udara, 5 menit keempat menghasilkan sebanyak 44 gelembung udara, 5 menit kelima menghasilkan 27 gelembung udara dan pada 5 menit terakhir menghasilkan 307 gelembung udara. Sementara yang diberikan NaHCO3 pada 5 menit menghasilkan 41 gelembung udara, 5 menit kedua menghasilkan 110 gelembung udara, 5 menit ketiga menghasilkan 48 gelembung udara, 5 menit keempat menghasilkan 84 gelembung udara, 5 menit kelima menghasilkan 55 gelembung udara dan pada menit terakhir menghasilkan 39 gelembung udara. Jadi jumlah total gelembung udara yang dihasilkan pada perangkat tanpa pemberian NaHCO3 adalah sebanyak 451 gelembung udara sedangkan jumlah total gelembung udara yang dihasilkan pada perangkat dengan pemberian NaHCO3 adalah sebanyak 239 gelembung udara.
Fotosintesis adalah suatu proses biologi yang kompleks, proses ini menggunakan energi matahari yang dapat dimanfaatkan oleh klorofil yang terdapat dalam kloroplas. Fotosintesis selain memerlukan cahaya matahari sebagai bahan bakar juga memerlukan karbondioksida dan air sebagai bahan anorganik yang akan diproses untuk menghasilkan karbohidrat dan melepaskan oksigen (Malcome, 1990).
6 CO2 + 6 H2O ---> C6H12O6 + 6 O2
Berdasarkan reaksi tersebut kita dapat memperkirakan bahwa pada fotosintesis terbentuk oksigen. Percobaan ini mencoba membuktikan hal tersebut, dengan menggunakan Hydrilla yang dimasukkan ke dalam gelas beaker yang terlebih dahulu telah dilengkapi dengan corong penutup dan gelas kimia, kemudian dimasukkan air dan telah dipastikan pada saat air memenuhi gelas beaker dan masuk kedalam gelas kimia tidak terdapat gelembung udara dari luar. Gelas beaker yang berisi air ini diletakkan di 2 tempat yang berbeda kadar cahaya yang bertujuan untuk memperoleh hasil gelembung yang berbeda pula jumlahnya sehingga didapatkan hubungan antara jumlah gelembung dengan kadar cahaya yang ada. Tempat yang dipilih adalah didalam ruangan dan diluar ruangan dengan cahaya yang maksimum dengan lama pengamatan bervariasi dari 5 menit, 10 menit, dan 15 menit, 20 menit, 25 menit dan 30 menit.
Perlakuan C yang menggunakan medium air ditambah larutan NaHCO3 yang diletakkan ditempat gelap dalam ruangan menghasilkan gelembung udara yang lebih sedikit dengan jumlah total gelembung udara 2 dibandingkan dengan perlakukan D yang diletakkan di luar ruangan (ditempat terbuka) yang mengunakan medium tambahan yaitu NaHO3 memiliki total gelembung udara 376. Hal ini disebabkan karena intensitas cahaya dan larutan NaHCO3 yang terurai menjadi NaOH dan CO2 dan larutan NaHCO3 dapat mempercepat laju fotosintesis (Malcome, 1990).
Sedangakan jika dibandingkan perlakuan yang diberi dengan larutan NaHC03 yang ditempatkan pada tempat yang terang (diluar ruangan) gelembung udara yang muncul pada tanaman Hydrilla lebih sedikit dari pada perlakuan yang diberi air yang ditempatkan di tempat terang (diluar ruangan). Hal ini menunjukkan terjadinya kesalahan karena tidak sesuai dengan teori yang mengatakan bahwa larutan NaHCO3 dapat mempercepat laju fotosintesis, seharusnya gelembung udara yang dihasilkan oleh tanaman Hydrilla di tempat terang dengan menggunakan larutan NaHCO3 lebih banyak dari pada perlakuan yang hanya diberi air yang ditempatkan di tempat terang (diluar ruangan).
L. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengamatan dapat disimpulkan bahwa perangkat yang ditempatkan di dalam ruangan dengan perlakuan tanpa NaHCO3 tidak ada gelembung udara yang dihasilkan, sedangkan dengan perlakuan memberikan NaHCO3 menghasilkan gelembung udara walaupun gelembung yang dihasilkan hanya 2 gelembung. Hal ini membuktikan selain intensitas cahaya, CO2 juga dapat mempengaruhi proses fotosintesis.
Sedangkan yang ditempatkan di luar ruangan yang mendapat intensitas cahaya dengan perlakuan tanpa NaHCO3 total gelembung udara yang dihasilkan adalah 451 gelembung udara, sedangkan dengan perlakuan memberikan NaHCO3 gelembung udara yang dihasilkan lebih sedikit yaitu 239 gelembung udara. Dapat dilihat bahwa percobaan yang dilakukan di luar ruangan terjadi kesalahan. Karena seperti yang kita ketahui bahwa intensitas cahaya dan CO2 sangat mempengaruhi proses fotosintesis. Jadi yang seharusnya menghasilkan gelembung udara yang lebih banyak yaitu dengan pemberian NaHCO3. Karena intensitas cahaya dan larutan NaHCO3 yang terurai menjadi NaOH dan CO2 dapat mempercepat laju fotosintesis. Kemungkinan kesalahan ini terjadi karena pratikan kurang teliti dalam menghitung jumlah gelembung udara yang muncul atau juga dapat dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang diberikan karena percobaan dilakukan pada sore hari.
M. Jawaban Tugas
1. Apabila konsentrasi CO2 (dalam hal dengan menambahkan NaHCO3) dalam air ditingkatkan sampai 80% maka laju fotosintesis akan turun karena kenaikkan karbondioksida harus sesuai dengan intensitas cahaya. 2. Cahaya matahari dengan intensitas terlalu tinggi akan menimbulkan
keruskan pada klorofil. Sedangkan bila suhu terlalu tinggi, justru merusak enzim.
DAFTAR PUSTAKA
Gardner, F. P., R. B. Pearce, R. L. Mitchell. 1991. Physiology of Crop Plants. Terjemahan Herawati Susilo. p : 3 – 37. UI-Press, Jakarta.
Lakitan B. 1996. Fisiologi Pertumbuhan dan Perkembangan Tanaman. Jakarta: PT Raja Grafindo Persada.
Malcome. B. W. 1990. Fisiologi Tanaman. Bandung: Bumi Aksara.
Salisbury F B , Ross C W.1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 2. Bandung: ITB Press.
