ZAT PENGATUR TUMBUH DALAM PERTUMBUHAN DAN PERKEMBAGAN TANAMAN. Bambang B. Santoso Fakultas Pertanian UNRAM

ZAT PENGATUR TUMBUH DALAM

PERTUMBUHAN DAN

PERKEMBAGAN TANAMAN

Bambang B. Santoso

PERTUMBUHAN DAN

PERKEMBANGAN VEGETATIF



Sistem Tajuk (shoot) dan Akar (root)

Seiring semakin tumbuh dan berkembangnya sistim tajuk, sistim perakaran juga

berkembang untuk menyesuaikan permintaan (kebutuhan) daun dan batang

HIRARKI PERTUMBUHAN DAN

PERKEMBANGAN TANAMAN

Root

Shoot

Root Cap Primary Root Lateral Root Root Hair Vascular System Node Internode Leaf Blade Lateral Bud Terminal Bud Flower Petiole Leaf Axil

INDIKATOR PERTUMBUHAN



Bertambahnya berat segar dan juga berat

kering biomassa



Bertambahnya volume



Bertambah panjang



Bertambah tinggi



Definisi:

 Pertambahan ukuran akibat pembelahan dan

perbesaran sel, termasuk pembentukan

(sintesis) bahan/komponen sel-sel baru yang diikuti dengan pengorganisasiannya

(pemantapan fungsinya).

POLA PERTUMBUHAN TAJUK



Annuals

 Tanaman Herbaceous (tanaman tidak berkayu)

 Melengkapi siklus hidup dalam satu musim siklus



Biennials

 Tanaman Herbaceous

 Membutuhkan dua siklus musim (two growing

seasons) – tidak mesti dua tahun

 Pertumbuhan batang dibatasi pd tahun/musim

pertama



Perennials

 Tanaman herbaceous maupun berkayu (woody)  Herbaceous roots live indefinitely (shoots can)

 Shoot growth resumes in spring from adventitious buds in

crown

 Many grown as annuals

 Woody roots and shoots live indefinitely

 Growth varies with annual environment and zone

 Pronounced diurnal variation in shoot growth; night greater

POLA PERTUMBUHAN AKAR



Bervariasi dlm pola sesuai jenis dan musim



Puncak pertumbuhan di musim semi kemudian

menurun saat kemarau



Bbrp spesies, pertumbuhan akarnya selama

musim awal kemarau (akhir musim hujan)



Bbrp spesies mengalami pertumbuhan akar yg

BAGAIMANA TANAMAN TUMBUH



Meristems

 Dicots

 Meristem apikal – pertumbuhan tunas/pucuk

 Tunas apikal  Tunas ketiak

 Sel membelah atau kembali membelah karena

mitosisi/sitokinesis = mitosis/cytokinesis

 Sel membelah dan memanjang karena

pertumbuhan pucuk.

BAGAIMANA TANAMAN TUMBUH



Meristems

 Pertumbuhan sekunder pd tanaman tahunan

berkayu (woody perennials)

 Pertambahan diameter (Increase in diameter),

karena wilayah meristematik (sel tumbuh)

 Kambium jaringan (vascular cambium)

 xylem ke arah dalam , phloem ke arah luar

 Kambium kayu (cork cambium)

 Ke luar utk vascular cambium



Pertumbuhan dan perkembangan

tanaman dikendalikan oleh :



Faktor Dalam (Internal factors) seperti

lokasi sel dalam tubuh tanaman

 Menyebabkan bbrp gen dlm sel aktif atau

tidak aktif sehingga mempengaruhi ekspresi gen selama perkembangan



Faktor Luar (Environmental factors)

seperti perubahan panjang hari

FAKTOR GENETIK

(GENETIC FACTORS AFFECTING GROWTH AND DEVELOPMENT) 

DNA : pertumbuhan dan differensiasi

langsung

 Reaksi enzimatik dlm metabolisme



Structural genes

 Gen yg terlibat dlm sitesis protein



Operator genes

 Mengatur structural genes



Regulatory genes

FAKTOR LINGKUNGAN

(ENVIRONMENTAL FACTORS INFLUENCING PLANT GROWTH)



Light - cahaya



Temperature - suhu



Water - air

PENGENDALIAN PERTUMBUHAN

DAN PERKEMBANGAN

Melibatkan aksi sesuatu senyawa kimia

yg scr langsung mengendalikan

pertumbuhan tanaman

–

Senyawa tersebut adalah hormones

–

suatu senyawa yg dihasilkan pd suatu

tempat di tubuh tanaman namun berefek

atau berpengaruh di bagian lain dari

l

Tanaman menghasilkan hormon di

l Meristem apikal l Daun muda

l Biji yg sedang tumbuh

l Buah yg sedang berkembang

l

Yang dikendalikan adalah

l Pola percabangan

l Laju perpanjangan batang

l Respon tanaman terhadap lingkungan

PENGENDALIAN PERTUMBUHAN

DAN PERKEMBANGAN

l

Efek alamiah suatu hormon (ZPT)

:

–

Bagian dari tanaman yg akan

dirangsang dikendalikan oleh hormon

disebut sebagai jaringan/organ target

–

Pengaruh hormon tsb dpt beragam

aspek fisiologis maupun morfologi

PENGENDALIAN PERTUMBUHAN

DAN PERKEMBANGAN



Suatu tingkat konsentrasi yg sama

suatu hormon dpt berpengaruh

fisiologis yg berbeda pd dua organ

target yg berbeda

–

Kemungkinan merangsang

pertumbuhan batang dan

sekaligus juga menghambat

pertumbuhan akar

PENGENDALIAN PERTUMBUHAN

DAN PERKEMBANGAN



Perbedaan konsentrasi suatu

hormon dpt menghasilkan pengaruh

yg berbeda pd suatu organ target

yg sama

–

Konsentrasi rendah

memungkinkan menyebabkan

membelahnya sel meristematik,

tetapi konsentrasi yg tinggi

memungkinkan menghambat

pembelahan

PENGENDALIAN PERTUMBUHAN

DAN PERKEMBANGAN



Dua atau lebih hormon dpt

berinteraksi dlm berbagai cara

–

Pengaruh dr satu hormon (zpt)

mungkin tergantung pd ada

tidaknya hormon lain

PENGENDALIAN PERTUMBUHAN

DAN PERKEMBANGAN

I Mekanisme umum dari cara kerja hormon tanaman



Hormon tanaman (zpt) terikat pd reseptor

protein tertentu dalam/pada sel target

 Ikatan kemungkinan merangsang

dihasilkannya pesan kedua (second messenger) seperti Ca2+

 Second messenger ini mungkin saja terikat dan

kemudian mengaktifkan ataupun menghambat kerja ezim tertentu

 Aktif/menghambat terhadap enzim

memungkinkan menyebabkan

 Mengubah permeabilitas membar  Mengubah ekspresi gen

PERUBAHAN FASE: JUVENIL,

MATURATION, SENESCENCE

 Fase perkembangan tanaman

 embryonic growth – pertumbuhan embrio  Juvenility - muda

 transition stage – fase transisi  maturity - pendewasaan

 Senescence - penuaan  Death – kematian

Perkecambahan dan



Perkecambahan adalah proses pecah biji yg

kemudian diikuti dengan tumbuhkan embrio

dlm biji

 Faktor dalam yg mempengaruhi

 Kematangan embrio

 Kehadiran/ketidak-hadiran zat penghambat  Kehadiran/ketidak-hadiran kulit biji yg

keras/tebal

 Faktor Luar yg mempengaruhi

 Air - Water

 Suhu - Temperature  Cahaya - Light

Pekecambahan Biji.

 Utk memulai berkecambah, biji harus keluar dari

suasana/kondisi dorman, yaitu melalui cara fisik, kimia, ataupun mekanik

 Setelah biji memulai berkecambah (mulai

berkembang), pertama kali yg terjadi adalah imbibisi (mengambil air)

 Utuk tumbuh, embrio membutuhkan senyawa

(monomer) yg didapat dari membongkar (katabolisme) polisakarida, lemak, protein tersimpat dlm kotiledon atau endosperm

 Menghasilkan (melepas) GIBBERELLINS

adalah tanda biji mematahkan dormansinya dan kemudian berkecambah

 Imbibisi air merangsang terbentuknya GA

 Pd biji sereal, GA, merangsang perkecambahan

dan mendukung pertumbuhan semai melalui perangsangan pembentukan α-amylase

 Yg kemudian akan membantu proses pembongkaran

tepung (amilum) tersimpan sehingga menjadi bahan makanan tersedia bagi embrio dan semai

1. Terjadinya imbibisi air merangsang sintesis GA. 2-3. GA berdifusi ke lapisan aleuron dan merangsang sintesis enzim. 4-5. Enzim memecah amilum dan gula yg kemudian ditransportasikan ke embrio yg sdg berkembang.

H

ORMON

T

ERUS

B

ERPERAN

D

ALAM

T

AHAPAN

P

ERTUMBUHAN

D

AN

P

ERKEMBANGAN

T

ANAMAN

 Selepas dari tahapan perkecambahan, tanaman

muda ini mulai melaksanakan fotosintesis utk proses pertumbuhan dan perkembangan

selanjutnya

 Arah pertumbuhan tidak terlepas dari peran

hormon (zpt) yg secara individu maupun

berinteraksi di antara macam hormon yg ada.

 Ingat kembali peran fisiologis masing-masing zat

Pengaruh tingkat konsentrasi Auksin pada pertumbuhan masing-masing organ tanaman

Pertumbuhan dan

Perkembangan Tajuk



Ada bbrp macam zpt

 Mempengaruhi hampir

semua aspek siklus hidup tanaman



Salah satunya adalah

Auxin

 Bertanggung jawab

terhadap polaritas top -bottom (apical - basal).

 Sbg mediator phototropism  Menginduksi pertumbuhan jaringan vascular  Diproduksi di meristem

shoot apical dan

Auxin mengendalikan pembentukan primordia daun pd meristem apikal dan selanjutnya pengatur pilotaksis (susunan daun)

APICAL DOMINAN

 Apical dominance adalah dominasi

pertumbuhan pucuk apikal sementara itu

pertumbuhan tunas samping (lateral/aksilar) dihambat.

 Fenomena ini diatur oleh auksin

 Jika sitokinin diaplikasikan (diberikan) ke

tanaman ini pd konsentrasi yg cocok, maka dormansi tunas aksilar akan dipecah,

sehingga tunas aksilar dpt tumbuh dan berkembang. Walaupun tunas apikal sbg sumber auksin masih ada

Pengaruh sitokinin dipengaruhi oleh

konsentrasi auksin.

Adanya meristem apikal, maka

auksin menekan pertumbuhan

tunas aksilar

Meristem apikal dibuang,

konsentrasi sitokinin

meningkat, merangsang

HORMON PADA PERTUMBUHAN DAN

PERKEMBANGAN AKAR

 Sistem arsitektur akar merupakan organisasi dari sistim

perakaran beserta derajad percabangan akar tsb. Percabangan menentukan

perbanyakan sistim perakaran utk menjerap nutrisi dan air

Perpanjangan akar terjadi krn

perluasan percabangan akar jika kondisi tanah tdk optimal bagi

penjerapan nutrisi dan air.

Pertumbuhan terjadi ke arah dimana ada air dan nutrisi

 Pertumbuhan akar dipengaruhi oleh hormon (zpt):

 Auxin  Ethylene  Cytokinins  ABA

Zpt tsb semuanya menghambat pertumbuhan akar !

 Ethylene menghambat akar melalui pengaruhnya pd

sintesis dan transportasi auksin

 Cytokinins menghambat melalui peningkatan

konsentrasi Etilen

 ABA menghambat melalui interaksinya dgn Etilen  Auxin menghambat melalui ??????

HORMON PADA PERTUMBUHAN DAN

PERKEMBANGAN AKAR

BISC 366

Gravitropisma Akar Dimediasi Penghambatan Pertumbuhan Oleh Auksin

ABA Menghambat Pertumbuhan Akar

 Etilen mempengaruhi kemampuan

ABA menghambat pertumbuhan

 Etilen meningkat maka meningkat

ketahanan drpd akar terhadap hambatan ABA

 Menurunnya sintesis Etilen, maka

meningkat kepekaan drpd pertumbuhan akar terhgadap hambatan ABA

etr1 ein2

Etilen menghambat pertumbuhan akar

Model shows:

1. Etilen merangsang

biosintesis auksin, dan pergerakan auksin ke arah ujung akar

2. Auxin ditransportasikan

scr basipetali dan aktif scr lokal dlm

menghambat

 Pembentukan akar lateral

dikendalikan oleh auksin, Etilen, ABA, dan sitokinin

 Akar Lateral tumbuh dari sel perisikel

dekat dgn pusat xylem.

 Auksin bergerak akropetal

merangsang sel perisikel

membelah dan primordia akar lateral terinisiasi

 Posisi akar lateral ditentukan di

daerah antara meristem dan daerah perpanjangan akar

PENGATURAN HORMON PD PEMBENTUKAN AKAR LATERAL

 Cytokinins menghambat pembentukan akar

lateral melalui pengaruhnya pd sel perisikel dan memblok program pengembangan

pembentukan akar lateral

 ABA menghambat pembentukan akar lateral

 ABA sintetis menghambat inisiasi

pembentukan akar lateral

 Auxin and ABA berinteraksi selama

perkembangan akar lateral

 ABA membantu kemampuan nitrate

menghambat perkembangan akar lateral

 Etilen merangsang pembentukan akar

adventif (bulu akar) ttp menekan pembentukan akar lateral

HORMON PADA PERTUMBUHAN DAN

PERKEMBANGAN DAUN



Auksin yg tinggi akan merangsang etilen yg

bertindak sbg zat penghambat tumbuh



Senescence (aging = penuaan) pd

tanaman muncul secara seluler, jaringan,

organ, dan juga keseluruhan tubuh

tanaman

GUGUR DAUN (Leaf Abscission)

 Mechanismenya melalui keseimbangan antara

etilen dan auksin

 Auxin menurun menyebabkan sel pd lapisan

absisi bertambah peka terhadap etilen

 Sel-sel kemudian menghasilkan lebih banyak

etilen yg sekaligus sbg penghambat produksi auksin

 Ethylene merangsang sintesis enzim yg berperan

dlm metabolisme polisakarida pd dinding sel seiring dgn matinya sel lapisan absisi

 Kondisi yg merangsang terjadinya gugur daun

AGING AND SENESCENCE

 Umur kehidupan tanaman berbeda di antara jenis

 Berkisar dr bbrp bulan hingga ribuan tahun

 Senescence

 Proses fisiologis penuaan karena jaringan

organisme rusak (tidak berfungsi) dan akhirnya mati

 Proses yg tidak dpt balik

 Proses yg dpt ditunda dgn cara menghilangkan



Penyebab senesen krn tidak

berfungsinya zpt



Kandungan sitokinin berkurang.



Daun -- menguning; perakaran – menghijau

(tumbuh)



Kandungan sitokinin yg lebih tinggi terjadi

pada jaringan yg luka (atau mengeluarkan

getah)

Pemberian etilen dr luar (eksogen etilen) merangsang

senesen pd

sebagian besar tanaman.

Malai bunga tomat diperlakukan etilen menyebabkan

senesen pd bunga dan kemudian gugur, namun bila ada

sedikit auksin bunga masih mampu membentuk bunga w w w nr nr nr

Membuka-menutup stomata

P engaruh ABA pada Stomata

 ABA meningkatkan Ca

 ABA meningkatkan pH sitoplasma

 ABA mempengaruhi depolarisasi membaran sel  Akhirnya stomata menutup

Mekanisme Absisi (gugur)

 Abscission: proses gugur (terlepasnya) sel,

jaringan, organ seperti bunga, daun, ranting, buah dari tanaman induknya.

 Abscission normal disebabkan senesen atau

ripening (pemasakan).

 Abscission abnormal disebabkan cekaman

suhu, kekeringan, hama-penyakit dsb.

 Abscission fisiologis disebabkan kerusakan

fisiologis seperti kompetisi nutrisi antara bagian tanaman vegetatif dan generatif (atau sink and source).

Tinjauan Anatomi Absisi

 Bagian khusus suatu tanaman tempat

terjadinya absisi disebut daerah absisi (abscission zone).

Bbrp lapisan sel terletak di petiol yg berukuran kecil dan saling berdekatan satu sama lain serta padat dgn sitoplasma dan butir pati

Auksin dalam proses Absisi

Apabila IAA diberikan di bagian luar dari lapisan absisi, maka proses absisi dihambat. Tetapi bila IAA diberikan ke bagian dalam lapisan absisi, maka proses absisi dipercepat.

Hal ini disebabkan karena kerja enzim celulase, pektinase dan katalase yang semakin meningkat dengan kehadiran IAA sehingga merangsang terbentuknya ABA

ZPT lainnya dalam proses absisi

 Ethylene menginduksi dan mengsekresi

Poliamin, sehingga dinding sel terdegradasi.

 ABA meningkat akan menghambat transfer

IAA dan juga merangsang aktivitas

dehydrolase (enzim yg memacu proses hidrolisa.

Selain ZPT, faktor luar yg mempengaruhi

senesen dan absisi

Suhu (Temperature)

 Senescence dan absisi meningkat (terjadi) pada

suhu yg terlalu tinggi atau terlalu rendah.

Air (Water)

 Senescence and abscission meningkat pd kondisi

kekeringan, krn oksidasi IAA dan kekurangan sitokinin, dan meningkatnya etilen dan ABA.

 Pd kondisi banjir, senesen dan absisi akan

Selain ZPT, faktor luar yg mempengaruhi

senesen dan absisi

Cahaya (light)

 Intensitas cahaya menurun, maka absisi

meningkat.

 Ketidakcukupan photoassimilate.

 Hari pendek menginduksi ABA yg kemudian

menginduksi senescence and abscission.

 Intensitas cahaya yg terlalu tinggi akan

Selain ZPT, faktor luar yg mempengaruhi

senesen dan absisi

Oksigen (O

₂

)

O₂ concentration %

10 20 30 40 50 60 _{70 80} 90 50

Mineral nutrition

 Defisiensi salah satu mineral akan menyebabkan

meningkatnya senesen dan absisi

.

 N, Zn berpengaruh pd IAA，Ca berpengaruh pd

dinding sel.

 B berpengaruh perkembangan pollen and

perpanjangan buluh/tanung pollen.

Penyakit (Diseases), hama, radiasi dan cekaman

lainnya menyebabkan

senescence and

abscission.

Selain ZPT, faktor luar yg mempengaruhi

senesen dan absisi

PERTUMBUHAN DAN

PERKEMBANGAN REPRODUKTIF



Phases

 Induksi dan inisiasi bunga = Flower induction and

initiation

 Perkembangan dan differensiasi bunga = Flower

differentiation and development

 Penyerbukan = Pollination  Pembuahan = Fertilization

 Pembuahan dan pembentukan biji = Fruit set and

seed formation

 Pertumbuhan dan pematangan buah dan biji  Penuaan buah = Fruit senescence

Flower induction and initiation

 Penyebab tanaman berbunga

 Panjang dari = Daylength (photoperiod)  Suhu rendah = Low temperatures

(vernalization)

• Sinyal pembungaan dibentuk di daun • Sinyal bergerak satu arah:

dari daun ke apex = apikal • Dpt berpindah melalui

grafting

Sinyal pembungaan (flowering signal:

florigen

vegetative or reproductive growth? SAM Florigen Florigen Florigen

FLORIGEN

molekul yg bebas bergerak yg disintesis dlm

daun sbg akibat respon dr kondisi fotoperiode

yg cocok dan diransportasikan melalui sistim

jaringan pengangkutan ke meristem apikal utk

kemudian merangsang pembungaan

Flower development



Perangsangan dari daun ke meristem apikal

yg merubah organ vegetatif menjadi

generaatif (bunga)



Pembentukan organ bunga (petal, sepal,

Pollination



Transfer of pollen from anther to stigma



Kemungkinan:



Pd bunga yg sama (self-pollination)



Bunga yg berbeda ttp satu tanaman

(self-pollination)



Berbeda bunga juga tanaman ttp cultivar

sama (self-pollination)



Berbeda bunga, berbeda cultivar



Jika penyerbukan dan pembuahan gagal

terjadi, maka



Tidak terjadi perkembangan buah dan biji



Kecuali Parthenocarpy

 Pembentukan buah tanpa pollination/fertilization  Buah Parthenocarpic adalah buah tdk berbiji

 Catatan: tdk semua buah tanpa biji adalah

parthenocarpic. Contoh anggur, nanas, anggrek, pisang

Pembuahan 1. Fruit Setting 2. Fruit Growth 3. Fruit Maturation 4. Fruit Ripening Final set Initial set

Fruit setting

 ZPT tertentu terlibat

 Tingkat keberadaan ZPT juga sekaligus

mempengaruhi fruit set

Fruit Growth

1. Growth pattern

stage 1 : cell division (cell development) stage 2 : cell enlargement

stage 3 : maturation and ripening

2. Fruit thinning (pengurangan jumlah buah krn seleksi alami)

3. Crop load

4. Seedless fruit and seeded fruit

Ovary development+anthesis dan growth pattern FRUIT DEVELOPMENT

Fruit growth and development

 Setelah fruit set, buah dan jaringan lainnya

mulai tumbuh

 Sumber makanan bergerak dari bagian

tanaman lainnya ke jaringan buah (dari source ke sink)

 Hormon dari biji dan buah mempengaruhi

pertumbuhan buah itu sendiri

 Auxin nyata terlibat pd buah strawberry  Gibberellins pd buah anggur

GA CPPU CPPU GA: A= 5 ppm, 10 dAA D= 5 ppm, 15 dAA B= 10 ppm, 5 dAA E= 10 ppm, 10 dAA C= 1 ppm, 10 dAA

Pembentukan buah

 IAA diproduksi di biji yg sdg

berkembang yg juga

merangsang penumpukan cadangan makanan dlm buah

 Jika IAA sintetik

diaplikasikan ke bunga

sebelum penyerbukan dan pembuahan, ovari akan

membesar dan tdk

membentuk biji – buah

parthenocarpic (virgin fruit).

• Ovary mengandung auksin dan kandungan auksin di pollen rendah.

• Pollen tube merangsang produksi auksin dlm jumlah besar di style dan ovary.

• Kandungan auksin di ovary meningkat cepat

pd saat mulai tumbuh buah

• Kandungan auksin meningkat di ovule demikian

juga gibberellin dan sitokinin

• Sitokinin dan auksin tinggi pd stadia awal

perkembangan, dan kemudian menurun setelah anthesis, namun meningkat kembali setelah

Pertumbuhan awal buah pra fertilisasi:

Dipicu oleh hormon yg diproduksi oleh pollen Pertumbuhan buah pasca fertilisasi:

Diatur/distimulir oleh hormon yg disintesis oleh biji muda yg ditranslokasikan ke dinding buah;

Jaringan nourishing adalah endosperm

tanpa endosperm embrio gagal tumbuh dan sebaliknya, tanpa embrio, endosperm tidak berkembang

seedless seeded

Pertumbuhan buah

• ukuran buah berkaitan dengan jumlah biji • fungsi biji dapat diganti GR

• ABA menekan cell division

• ukuran dan bentuk buah tergantung

kenormalan cell division dan cell enlargement

• GA dapat membuat buah lebih besar dan

panjang,

• Suhu dapat merubah bentuk

• Dipengaruhi pula oleh leaf fruit ratio, leafy

Tomat

Perkembangan buah hampir keseluruhannya merupakan hasil dari cell enlargement.

Apel

Cell division dan cell enlargement sangat ektensif

berlangsung 4-6 minggu dari fertilisasi, dan dilanjutkan cell enlargement

Apokat

Cell division dan cell enlargement hingga panen

DAFTAR PUSTAKA

 Campbell, N. A. and J. B. Reece. 2002. Biology. Sixth

Edition, Pearson Education. Inc. San Francisco.

 Davies, P.J., 2004. Plant Hormones. Physiology,

Biochemistry, and Molecular Biology. Kluwer Academic Publishers

 Taiz, L., E Zeiger. 2002. Plant Physiology. Third Edition.

Sinauer Associates, Inc., Publishers. Sunderland, Massachusetts.

 Reinhart et al. (2003). Regulation of phyllotaxis by polar