PENGARUH CAHAYA MATAHARI TERHADAP TANAMAN PENGERTIAN CAHAYA MATAHARI
Cahaya matahari adalah sumber energi utama bagi kehidupan seluruh makhluk hidup di dunia. Bagi manusia dan hewan cahaya matahari adalah penerang dunia ini. Selain itu bagi tumbuhan khususnya yang berklorofil cahaya matahari sangat menentukan prosesfotosintesis. Fotosintesis adalah proses dasar pada tumbuhan untuk menghasilkan makanan.Makanan yang dihasilkan akan menentukan ketersediaan energi untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Cahaya dibutuhkan oleh tanaman mulai dari proses perkecambahan biji sampai tanaman dewasa. Dengan demikian cahaya dapat menjadi faktor pembatas utama di dalam semua ekosistem.
Merupakan faktor lingkungan yang sangat penting sebagai sumber energi utama bagi ekosistem. Bagi tumbuhan khususnya yang berklorofil cahaya matahari sangat berperan dalam proses fotosintesis. Fotosintesis adalah proses dasar pada tumbuhan untuk menghasilkan makanan. Makanan yang dihasilkan akan menentukan ketersediaan energi untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan (Annonymous, 2009).
Cahaya matahari mempengaruhi ekosistem secara global karena matahari menentukan suhu. Cahaya matahari juga merupakan unsur vital yang dibutuhkan oleh tumbuhan sebagai produsen untuk berfotosintesis. Cahaya Optimal bagi Tumbuhan Kebutuhan minimum cahaya untuk proses pertumbuhan terpenuhi bila cahaya melebihi titik kompensasinya (Wirakusumah, 2003).
Beberapa tumbuhan mempunyai karakteristika yang dianggap sebagai adaptasinya dalam mereduksi kerusakan akibat cahaya yang terlalu kuat atau supra optimal. Dedaunan yang mendapat cahaya dengan intensitas yang tinggi, kloroplasnya berbentuk cakram, posisinya sedemikian rupa sehingga cahaya yang diterima hanya oleh dinding vertikalnya. Antosianin berperan sebagai pemantul cahaya sehingga menghambat atau mengurangi penembusan cahaya ke jaringan yang lebih dalam.
Besarnya energi matahari yang diterima oleh tanaman tidak sama dari musim ke musim dan latitude ke latitude lainnya. Tetapi besarnya energi matahari yang diterima tanaman (tumbuhan) setiap tahunnya pada latitude yang sama tidak sama bervariasi dan besarnya energi matahari yang ditangkap tanaman untuk jenis tanaman yang berbeda, juga akan berbeda-beda pula.
Kekurangan cahaya matahari akan mengganggu proses fotosintesis dan pertumbuhan , meskipun kebutuhan cahaya tergantung pada jenis tumbuhan. Selain itu , kekurangan cahaya saat perkecambahan berlangsung akan menimbulkan gejala etiolasi dimana batang kecambah akan tumbuh lebih cepat namun lemah dan daunnya berukuran kecil, tipis dan bewarna pucat (tidak hijau). Semua ini terjadi dikarenakan tidak adanya cahaya sehingga dapat memaksimalkan fungsi auksin untuk pemanjangan sel-sel tumbuhan. Sebaliknya , tumbuhan yang tumbuh di tempat terang menyebabkan tumbuhan tumbuhan tumbuh lebih lambat dengan kondisi relative pendek , daun berkembang baik lebih lebar, lebih hijau , tampak lebih segar dan batang kecambah lebih kokoh.
Ada tiga aspek penting yang perlu dikaji dari faktor cahaya, yang sangat erat kaitannya dengan sistem ekologi, yaitu:
Ø Intensitas cahaya atau kandungan energi dari cahaya.
a. Kualitas Cahaya
Secara fisika, radiasi matahari merupakan gelombang- gelombang elektromagnetik dengan berbagai panjang gelombang. Tidak semua gelombang- gelombang tadi dapat menembus lapisan atas atmosfer untuk mencapai permukaan bumi. Umumnya kualitas cahaya tidak memperlihatkan perbedaan yang mencolok antara satu tempat dengan tempat lainnya, sehingga tidak selalu merupakan faktor ekologi yang penting.
Umumnya tumbuhan teradaptasi untuk mengelola cahaya dengan panjang gelombang antara 0,39 – 7,6 mikron. Klorofil yang berwarna hijau mengasorpsi cahaya merah dan biru, dengan demikian panjang gelombang itulah yang merupakan bagian dari spectrum cahaya yang sangat bermanfaat bagi fotosintesis.
Pada ekosistem daratan kualitas cahaya tidak mempunyai variasi yang berarti untuk mempengaruhi fotosintesis. Pada ekosistem perairan, cahaya merah dan biru diserap fitoplankton yang hidup di permukaan sehingga cahaya hijau akal lewat atau dipenetrasikan ke lapisan lebih bawah dan sangat sulit untuk diserap oleh fitoplankton.
Pengaruh dari cahaya ultraviolet terhadap tumbuhan masih belum jelas. Yang jelas cahaya ini dapat merusak atau membunuh bacteria dan mampu mempengaruhi perkembangan tumbuhan (menjadi terhambat), contohnya yaitu bentuk- bentuk daun yang roset, terhambatnya batang menjadi panjang.
b. Intensitas cahaya
Intensitas cahaya atau kandungan energi merupakan aspek cahaya terpenting sebagai faktor lingkungan, karena berperan sebagai tenaga pengendali utama dari ekosistem. Intensitas cahaya ini sangat bervariasi baik dalam ruang/ spasial maupun dalam waktu atau temporal.
Intensitas cahaya terbesar terjadi di daerah tropika, terutama daerah kering (zona arid), sedikit cahaya yang direfleksikan oleh awan. Di daerah garis lintang rendah, cahaya matahari menembus atmosfer dan membentuk sudut yang besar dengan permukaan bumi. Sehingga lapisan atmosfer yang tembus berada dalam ketebalan minimum.
Intensitas cahaya menurun secara cepat dengan naiknya garis lintang. Pada garis lintang yang tinggi matahari berada pada sudut yang rendah terhadap permukaan bumi dan permukaan atmosfer, dengan demikian sinar menembus lapisan atmosfer yang terpanjang ini akan mengakibatkan lebih banyak cahaya yang direfleksikan dan dihamburkan oleh lapisan awan dan pencemar di atmosfer (Sasmitamihardja, 1996).
Intensitas cahaya dalam suatu ekosistem adalah bervariasi. Kanopi suatu vegetasi akan menahan dann mengabsorpsi sejumlah cahaya sehingga ini akan menentukan jumlah cahaya yang mampu menembus dan merupakan sejumlah energi yang dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan dasar. Intensitas cahaya yang berlebihan dapat berperan sebagai faktor pembatas. Cahaya yang kuat sekali dapat merusak enzim akibat foto- oksidasi, ini menganggu metabolisme organisme terutama kemampuan di dalam mensisntesis protein (Annonymous, 2008).
Titik Kompensasi
Dengan tujuan untuk menghasilkan produktivitas bersih, tumbuhan harus menerima sejumlah cahaya yang cukup untuk membentuk karbohidrat yang memadai dalam mengimbangi kehilangan sejumlah karbohidrat akibat respirasi. Apabila semua faktor- faktor lainnya mempengaruhi laju fotosintesis dan respirasi diasumsikan konstan, keseimbangan antara kedua proses tadi akan tercapai pada sejumlah intensitas cahaya tertentu.
2.1.1 Peranan Cahaya Terhadap Tumbuhan a) Fotoperiodisme
Lama penyinaran relative antara siang dan malam dalam 24 jam akan mempengaruhi fisiologis dari tumbuhan. Fotoperiodisme adalah respon dari suatu organisme terhadap lamanya penyinaran sinar matahari. Contoh dari fotoperiodisme adalah perbungaan, jatuhnya daun, dan dormansi.
Di daerah sepanjang khatulistiwa lamanya siang hari atau fotoperiodisme akan konstan sepanjang tahun, sekitar 12 jam. Di daerah temperate atau bermusim panjang hari lebih dari 12 jam pada musim panas, tetapi akan kurang dari 12 jam pada musim dingin.
Berdasarkan respon tanaman terhadap fotoperiodemembagi tanaman atas tiga golongan yaitu: · Tanaman berhari pendek
· Tanaman berhari panjang · Tanaman berhari netral
Tanaman Berhari Pendek
Tanaman yang hari pendek akan mengalami pertumbuhan vegetative terus menerus apabila panjang hari melewati nilai kritis, dah akan berbunga di hari pendek di akhir musim panas dan musim gugur. Tetapi tanaman berhari pendek tidak berbunga di hari pendek di awal musim semi, dan akan berbunga di hari pendek pada akhir musim panas. Hal ini disebabkan karena suhu tidak cukup hangat untuk melanjutkan pertumbuhan ke fase reproduktif. Disamping itu pertumbuhannya vegetative yang tersedia pada saat itu belum mencukupi untuk mengantarkan tanaman kepembungaan, disamping benyak system (hormone, enzim dan lain-lain) juga belum siap.
Tanaman yang tidak peka terhadap fotoperiode yang tergolong berhari pendek, biasanya mempunyai sifat fisiologis yang menonjol daripada sifat yang ditimbulkan oleh pengaruh ligkungan. Misalnya pembungaan dan pembuahan akan lebih dipengaruhi oleh ketersediaan asimilat dan sistem hormone dalam tubuhnya. Tanaman yang peka terhadap fotoperiode, pembungaan dan pembentukan buahnya sangat ditentukan oleh panjangnya hari sebesar 15 menit saja sudah berarti bagi terbentuknya bunga.
Tanaman Berhari Panjang
Tanaman hari panjang adalah tanaman yang menunjukkan respon berbunga lebih cepat bila panjang hari lebih panjang dari panjang hari minimum (kritis) tertentu, atau disebut pula tanaman bermalam pendek yakni Tumbuhan yang memerlukan lamanya siang hari lebih dari 12 jam untuk terjadinya proses perbungaan, seperti gandum, bayam, dll.
Tanaman berhari panjang yang berasal dari zone sedang (temperate) akan berbunga dalam bulan mei dan juli apabila panjang siang selama 15 jam. Sebagai contoh tanaman berhari panjang adalah spinasi (spinacia oler acea L) Barley (Hordeum spp), Rey (Secale cereale), Bit gula (Beta vulgaris), Alfalfa dan lain-lain. Tarwe winter (Triticum aestivum) yang tergolong tanaman berhari panjang menghendaki lama penyinaran lebih dari 14 jam sehari dan untuk berkecambah memerlukan suhu rendah. Sedangkan pertumbuhan selanjutnya sampai berbunga dan berbuah menghendaki suhu yang lebih tinggi dan hari-hari panjang. Bila syarat-syarat yang dikehendakinya tidak terpenuhi, maka tarwe winter tidak dapat menghasilkan bunga dan buah.
Kombinasi suhu dan panjang hari yang mengontrol pertumbuhan vegetatif dan generatif pada beberapa jenis tanaman hari panjang sebenarnya dapat diciptakan dengan perlakuan-perlakuan terhadap tanaman. Misalnya penyinaran singkat di malam hari untuk memperpendek periode gelap. Percobaan-percobaan seperti ini dapat mempengaruhi perbungaan, khususnya pada tanaman yang menghendaki panjang siang lebih dari 15 jam.
Tanaman Berhari Netral
Tanaman berhari netral (intermediate) adalah tanaman yang berbunga tidak dipengaruhi oleh panjang hari. Tanaman intermediate dalam zona sedang bisa berbunga dalam beberapa bulan. Tetapi tanaman yang tumbuh di daerah tropik yang mengalami 12 jam siang dan 12 jam malam dapat berbunga terus menerus sepanjang tahun. Oleh karena itu tanaman yang tumbuh di daerah tropik pada umumnya adalah tanaman intermediate.
Yang tergolong tanaman intermediate adalah kapas (Gossypium hirsutum), tembakau (Nicotiana tobaccum), bunga matahari (Helianthus annus), tomat dan lain sebagainya.
Tanaman intermediate memerlukan pertumbuhan vegetatif tertentu sebagai tahap untuk menuju tahap pembungaan tanpa dipengaruhi oleh fotoperiode. Apabila beberapa tumbuhan terpaksa harus hidup di kondisi fotoperiodisme yang tidak optimal, maka pertumbuhannya akan bergeser ke pertumbuhan vegetatif. Di daerah khatulistiwa, tingkah laku tumbuhan sehubungan dengan fotoperiodisme ini tidaklah menunjukkan adanya pengaruh yang mencolok. Tumbuhan akan tetap aktif dan berbunga sepanjang tahun asalkan faktor- faktor lainnya dalam hal ini suhu, air, dan nutrisi tidak merupakan faktor pembatas (Syamsuri, 2007).
b) Fotoenergetic
Cahaya matahari merupakan factor krusial dalam kehidupan tumbuhan sebagai sumber energy. Untuk dapat memperoleh energy bagi pertumbuhan dan perkembangannya, tumbuhan memerlukan sejumlah cahaya minimal.
Fotoenergetic adalah pertumbuhan yang dipengaruhi oleh banyaknya energy yang diserap dari sinar matahari oleh bagian tanaman. Intensitas cahaya yang tinggi di daerah tropis tidak seluruhnya dapat digunakan oleh tanaman. Energi cahaya matahari yang digunakan oleh tanaman dalam proses fotosintesis berkisar antar 0,5 – 2,0 % dari jumlah total energi yang tersedia. Sehingga hasil fotosintesis berkurang apabila intensitas cahaya kurang dari batas optimum yang dibutuhkan oleh tanaman, Setiap daun pada tumbuhan harus memproduksi energy yang cukup besar sehingga dapat dimanfaatkan setelah dikurangi energy untuk respirasi. Jika tumbuhan kekurangan cahaya dalam waktu panjang, maka lambat laun akan mati. Proporsi cahaya yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan hasil fotosintesis dan kebutuhan respirasi disebut titik kompensasi cahaya
c) Fotodestruktif
Fotodestruktif adalah tingginya intensitas cahaya yang mengakibatkan fotosintesis semakin tidak bertambah lagi dikarenakan tanaman mengalami batas titik jenuh cahaya sehingga bukan menjadi sumber energy tetapi sebagai perusak.
Proses fotosintesis, cahaya berpengaruh melalui intensitas, kualitas dan lamanya penyinaran, tetapi yang terpenting adalah intensitasnya.Sehubungan dengan laju fotosisntesi, intensitas cahaya yang semakintinggi (naik) mengakibatkan lalu fotosisntesis semakin tidak bertambahlagi walaupun intensitas cahaya terus bertambah. Batas ini disebut titik saturasi cahaya atau titik jenuh cahaya (ligh saturation point). Pada keadaan ini cahaya bukan sebagai sumber energi maupun sebagai bentuk perusak.
Intensitas cahaya yang tinggi mengakibatkan temperatur daun meningkat,sebagai akibat menutupnya stomata, sehingga sebagaian klorofil menjadi pecah dan rusak (fotodestruktif). Sedangkan pada intensitas cahaya yangsemakin menurun sampai batas tertentu jumlah O2 yang dikeluarkan oleh proses fotosintesis sama dengan jumlah O2 yang diperlukan oleh prosesrespirasi. Batas ini disebut titik kompensasi cahaya (light compensation point) (Annonymous, 2008).
d) Fotomorfogenesis
Efek lain dari cahaya diluar fotosintetis adalah mengendalikan wujud tanaman, yaitu perkembangan struktur atau morfogenesisnya. Pengendalian morfogenesis oleh cahaya disebut fotomorfogenesis. Agar cahaya mampu mengendalikan perkembangan pertumbuhan maka tumbuhan harus menyerap cahaya.
Empat penerima cahaya dalam tumbuhan adalah fitokrom, kriptokrom, penerima cahaya UV-B, protoklorofilida.
Pengaruh cahaya pada perkecambahan :
· Produksi klorofil terpacu oleh cahaya · Pembukaan daun terpacu oleh cahaya · Pemanjangan batang terhambat oleh cahaya · Perkembangan akar terpacu oleh cahaya.
Tumbuhan hari pendek (membutuhkan waktu malam yang lebih panjang untuk berbunga), akan terhambat bila dalam waktu malammnya diseling ada cahaya dalam waktu singkat. Yang paling efekt adalah cahaya merah jauh yang menghambat pembungaan tumbuhan hari pendek.
Pigmen cahaya merah disebut Pr (666nm), pigmen cahaya biru dapat diubah oleh cahaya merah menjadi Pfr (730 nm) yang dapat menyerap cahaya merah jauh (warna hijau zaitun), dan pigmen biru bias dihasilkan oleh Pfr.
Fitokrom merupakan homodiner dari dua polipeptid identik, dengan Bm 120 kDa Polipeptid tadi masing-masing mempunyai gugus prostetik disebut kromofor yang menempel pada atom belerang pada residu sisteinnya. Kromoforad tetrapirol rantai terbuka,tersebut serupa dengan [pigmen pikobulin utk fotosintesis ganging merah dan sianobakteri perubahan cis-trans g mengubah Pr menjadi Pfr
Kriptokrom penerima cahaya biru atau UV A
UV A panjang gel antara 320-400 nm. Kriptokrom antara 320-500 nm, diduga berupa flavoprotein (melekat antara protein dan riboflavin), diduga bersatu dengan prot sitokrom pada membram plsma. Puncak kerjanya di daerah biru-ungu 450 nm (Annonymous, 2010).
e) Fototropisme
Fototropisme adalah pergerakan pertumbuhan tanaman yang dipengaruhi oleh rangsangan cahaya. Contoh dari fototropisme adalah pertumbuhan koleoptil rumput menuju arah datangnya cahaya. Koleoptil merupakan daun pertama yang tumbuh dari tanaman monokotil yang berfungsi sebagai pelindung lembaga yang baru tumbuh. Cholodny dan Went menjelaskan bahwa cahaya menyebabkan terjadinya pemindahan auksin secara lateral dari bagian yang terkena cahaya menuju bagian yang tidak terkena cahaya. Dengan demikian, jumlah auksin di bagian yang gelap akan lebih banyak daripada di bagian yang terang.
Beberapa hipotesis menyebutkan bahwa hal ini dapat disebabkan kecepatan pemanjangan sel-sel pada sisi batang yang lebih gelap lebih cepat dibandingkan dengan sel-sel pada sisi lebih terang karena adanya penyebaran auksin yang tidak merata dari ujung tunas. Hipotesis lainnya menyatakan bahwa ujung tunas merupakan fotoreseptor yang memicu respons pertumbuhan Fotoreseptor adalah molekul pigmen yang disebut kriptokrom dan sangat sensitif terhadap cahaya biru. Namun, para ahli menyakini bahwa fototropisme tidak hanya dipengaruhi oleh fotoreseptor, tetapi juga dipengaruhi oleh berbagai macam hormon dan jalur signaling.
2.1.2 Strategi Adaptasi Tumbuhan Terhadap Cahaya
cahaya yang terbatas atau sering disebut tanaman toleran dan ada tanaman yang tidak mampu tumbuh dalam kondisi cahaya terbatas atau tanaman intoleran.
Kedua kondisi cahaya tersebut memberikan respon yang berbeda-beda terhadap tanaman, baik secara anatomis maupun secara morfologis. Tanaman yang tahan dalam kondisi cahaya terbatas secara umum mempunyai ciri morfologis yaitu daun lebar dan tipis, sedangkan pada tanaman yang intoleran akan mempunyai ciri morfologis daun kecil dan tebal.
Kekurangan cahaya pada tumbuhan berakibat pada terganggunya proses metabolisme yang berimplikasi pada tereduksinya laju fotosintesis dan turunnya sintesis karbohidrat. Faktor ini secara langsung mempengaruhi tingkat produktivitas tumbuhan dan ekosistem. Adaptasi terhadap naungan dapat melalui 2 cara:
(a) meningkatkan luas daun sebagai upaya mengurangi penggunaan metabolit; contohnya perluasan daun ini menggunakan metabolit yang dialokasikan untuk pertumbuhan akar,
(b) mengurangi jumlah cahaya yang ditransmisikan dan direfleksikan. Pada tanaman jagung respon ketika intensitas cahaya berlebihan berupa penggulungan helaian daun untuk memperkecil aktivitas transpirasi. Proses hilangnya air dalam bentuk uap air dari jaringan hidup tanaman yang terletak di atas permukaan tanah melewati stomata, lubang kutikula, dan lentisel secara fisiologis mulia berkurang
Tabel Pengaruh intensitas radiasi matahari ekstrim terhadap sifat morfologi dan fisiologi tanaman No Sifat yang diukur Intensitas cahaya matahari
Tinggi Rendah
1. Tinggi tanaman Pendek Panjang 2. Diameter batang Besar Kecil
3. Bunga dan buah Baik Buruk
4. Lapisan lilin di daun Tebal Tipis 5. Ukuran stomataBanyak Sedikit 6. Jumlah stomata Banyak Sedikit 7. Nisbah: daun/batang Rendah Tinggi 8. Nisbah: akar/tunas Tinggi Rendah 9. Helai daun Sempit Lebar
10. Ketebalan daun Tebal Tipis
12. Kandungan karotin, santofil Tinggi Rendah 13. Kadar gula Tinggi Rendah
Empat penerima cahaya dalam tumbuhan (pigmentasi) antara lain :
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 320-400 nm, karena peran pentingnya pada kriptogram (tumbuhan tak berbunga).
Penerima cahaya UV-B, senyawa tak dikenal/bukan pigmen yg menyerap radiasi UV 280-320 nm Protoklorofilida a, pigmen cahaya yang menyerap cahaya merah dan biru , bias tereduksi menjadi klorofil Aa (Ramli, 1989).
2.1.3 Karakteristik Tumbuhan Berdasarkan Cahaya
Berdasarkan kebutuhan dan adaptasi tanaman terhadap radiasi matahari, pada dasarnya tanaman dapat dibagi dalam 2 kelompok yaitu:
a) Heliophyta
Tumbuhan yang teradaptasi untuk hidup pada tempat –tempat dengan intensitas cahaya yang tinggi disebut tumbuhan heliofita. Tanaman – tanaman golongan ini sudah barang tentu tidak akan tumbuh baik bila ternaung oleh tanaman lain. Tanaman padi, jagung, tebu, ubi kayu, dan sebagian besar tanaman pertanian termasuk kelompok ini
b) Sciophyta
Tumbuhan yang hidup baik dalam situasi jumlah cahaya yang rendah, dengan titik kompensasi yang rendah pula disebut tumbuhan yang senang teduh (siofita), metabolisme dan respirasinya lambat.Tanaman kopi misalnya, ia tumbuh baik pada intensitas sekitar 30 -50 persen dari radiasi penuh. Tanaman coklat tumbuh baik pada intensitas sekitar 20 persen dari radiasi penuh. Dengan demikian kedua jenis tanamanini membutuhkan naungan untuk tanaman tersebut. Salah satu yang membedakan tumbuhan heliofita dengan siofita adalah tumbuhan heliofita memiliki kemampuan tinggi dalam membentuk klorofil.
BAB III KESIMPULAN
· Cahaya merupakan faktor lingkungan yang sangat penting sebagai sumber energi utama bagi ekosistem
· Cahaya matahari adalah sumber energi utama bagi kehidupan seluruh makhluk hidup di dunia · Peran cahaya terhadap tumbuhan antara lain:
- Fotoperiodisme adalah respon dari suatu organisme terhadap lamanya penyinaran sinar matahari
- Fotoenergetic adalah pertumbuhan yang dipengaruhi oleh banyaknya energy yang diserap dari sinar matahari oleh bagian tanaman
- Fotodestruktif adalah tingginya intensitas cahaya yang mengakibatkan fotosintesis semakin tidak bertambah lagi dikarenakan tanaman mengalami batas titik jenuh cahaya sehingga bukan menjadi sumber energy tetapi sebagai perusak
- Fotomorfogenesis adalah Pengendalian morfogenesis oleh cahaya
- Fototropisme adalah pergerakan pertumbuhan tanaman yang dipengaruhi oleh rangsangan cahaya
· Strategi Adaptasi Tumbuhan Terhadap Cahaya
Adaptasi tanaman terhadap cahaya berbeda-beda antara jenis satu dengan jenis lainnya. Tanaman yang tahan dalam kondisi cahaya terbatas secara umum mempunyai ciri morfologis yaitu daun lebar dan tipis, sedangkan pada tanaman yang intoleran akan mempunyai ciri morfologis daun kecil dan tebal.
· Karakteristik tumbuhan berdasarkan cahaya
Berdasarkan kebutuhan dan adaptasi tanaman terhadap radiasi matahari, pada dasarnya tanaman dapat dibagi dalam 2 kelompok yaitu, heliophyta dan sciophyta
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous a, 2008, (http://azaganteng.blogspot.com/fotosintesis.html) diakses tanggal 20 Oktober 2011
Anonymous b, 2008, (http://alfimetamorfosis.blogspot.com/fotoperiodisme-vernalisasi.html) diakses tanggal 25 Juli 2013
Anonymousd, 2010, (http://biologiasyek.blogspot.com/faktor-faktor-lingkungan-yang-berperan.html) diakses tanggal 25 Juli 2013
Anonymouse, 2011, (http://elfisuir.blogspot.com/2010/02/lingkungan-sebagai-faktor-pembatas.html) diakses tanggal 25 Juli 2013
Gardner, dkk., 1991, Fisiologi Tanaman Budidaya, Penerbit Universitas Indonesia, Jakarta. Rai. Wijana. Arnyana. 1998. Buku Ajar Ekologi Tumbuhan. Singaraja : STKIP Singaraja. Ramli, D. 1989. Ekologi. Jakarta : PPLP Tenaga Kependidikan.
Syamsuri, Istamar, DKK. 2007. Biologi untuk SMA kelas XII semester 1. Jakarta. Erlangga
Sasmitamihardja, dkk., 1996, Fisiologi Tumbuhan, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, FMIPA-ITB, Bandung
Wirakusumah, S. 2003. Dasar-dasar Ekologi Bagi Populasi dan Komunitas. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia.
Fotoperiodisitas yaitu panjangnya penyinaran matahari pada siang hari. Biasanya dari daerah tropik semakin ke kutub panjang penyinaran matahari semakin panjang. Dalam hal ini kita mengenal tanaman hari panjang, dan tanaman hari pendek. Tanaman hari panjang : Tanaman yang baik hidupnya pada suatu daerah maupun untuk ke fase generatif memerlukan panjang hari penyinaran kurang dari 12 jam. Tanaman hari pendek : Tanaman yang baik hidupnya pada suatu daerah maupun untuk ke fase generatif memerlukan panjang hari penyinaran kurang dari 12 jam.
Pengaruh Radiasi Surya pada Tanaman undefined
undefined
2. A. Pengertian.
Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Ada beberapa radiasi solar, yang terpenting: radiasi elektromagnetik (yg berhubungan dengan listrik dan magnet).
Radiasi elektromagnetik bisa dibedakan:
radiasi yang terlihat oleh mata kita (visible radiation) (cahaya)
Panjang gelombang radiasi inframerah lebih panjang daripada panjang gelombang cahaya (visible radiation)
Gelombang elektromagnetik menyebar dalam bentuk 3 dimensi (volumen), seperti halnya gelombang yang tersebar membentuk sebuah bola (esfera). Dalam hal ini, volumen di sekitar gelombang elektromagnetik bisa berbentuk: benda keras, cairan, gas, tapi bisa juga kekosongan (vacuum). Radiasi matahari yang diterima oleh bumi kita (energi matahari) akan diterima dengan cara sebagai berikut:
Diserap oleh aerosol* & awan di atmosfer bumi yang akhirnya menjadi panas. Radiasi yang terserap ini menyebabkan naiknya temperatur gas-gas dan aerosol-aerosol. aerosol= kumpulan cairan kecil atau partikel-partikel solid yang menyebar dalam suatu gas, seperti uap air di atmosfir, debu-debu angkasa, etc.
Ditangkis oleh atmosfer (oleh gas-gas dan aerosol-aerosol), dalam hal ini radiasi ditangkis dan disebarkan ke segala penjuru. Sebagian radiasi menuju kembali ke angkasa, sebagian sampai ke permukaan bumi. Penangkisan dan penyerapan radiasi bisa terjadi di segala lapisan atmosfir, yang paling sering lapisan bawah di mana massa atmosfir lebih terkonsentrasi.
Radiasi yang tidak tertangkis maupun terserap oleh atmosfir, sampai ke permukaan bumi. Karena bumi sangat padat, maka radiasi ini bukan ditangkis, melainkan dikembalikan satu arah ke atmosfir (proses ini biasa disebut refleksi - walaupun sebenarnya sama saja dengan tangkisan). Es dan salju merefleksi hampir kebanyakan dari radiasi solar yang sampai ke permukaan bumi, sedangkan laut, merefleksi sangat sedikit.
Radiasi yang sampai ke permukaan bumi yang tidak direfleksi, akan diserap oleh bumi. Di lautan, penyerapan ini sampai pada puluhan meter dari permukaan laut, sedangkan di daratan, hanya pada level yang lebih tipis. Seperti halnya yang terjadi pada atmosfir, penyerapan radiasi di permukaan bumi menyebabkan naiknya temperatur permukaan tersebut.
B. Intensitas Cahaya Matahari.
Sebagian kecil dari energy cahaya matahari yang menerpa permukaan bumi akan diserap oleh tumbuhan untuk kemudian dikonversi menjadi energy kimia melalui reaksi fase terang fotosintesis. Konversi energy cahaya menjadi energy kimia ini merupakan awal dari aliran energy yang kompleks yang berlangsung dalam biosfer dan menjadi tumpuan untuk kehidupan semua organism yang ada dimuka bumi.
= 0. Untuk benda yang bersifat opaque, tidak ada cahaya akan diteruskan, oleh sebab itu, maka t = 0 dan a + r = 1.
Keterangan symbol :
· a : absorbtivity (porsi serapan), adalah fraksi atau persen energy cahaya yang diserap oleh suatu permukaan atau benda.
· r : reflectivity (porsi pantulan, adalah fraksi atau persen energy cahaya yang dipantulkan oleh suatu permukaan atau benda.
· t : transmisivity (porsi terusan), adalah fraksi atau persen energy cahaya yang diteruskan oleh suatu benda.
Serapan dan pancaran radiasi terjadi melalui suatu proses yang sama, yakni perubahan status energy dari atom atau molekul penyerap dan pemancar. Oleh sebab itu, untuk penjang gelombang tertentu, jumlah energy yang diserap akan sama dengan jumlah energy yang dipancarkan oleh suatu benda atau permukaan.
Pada Fisika Cahaya, Cahaya sering didefinisikan sebagai radiasi elektromagnetik yang dapat ditangkap mata manusia, tetapi lebih lanjut pada pembahasan ini, cahaya akan pula mencakup radiasi radiasi elektromagnetik pada kisaran panjang gelombang yang tidak dapat ditangkap mata manusia, yakni mencakup cahay ainframerah dan ultraviolet, karena cahaya-cahaya pada panjang gelombangi ini juga penting pengaruhnya terhadap iklim suatu tempat dan juga berpengaruh penting terhadap metabolisme makhlukluk hidup terutama pada tumbuhan tertentu.
Selain panjang gelombang, frekuensi juga dapat dijadikan penciri dari masing-masing jenis cahaya. Hubungan antara panjang gelombang dengan frekuensi yakni panjang gelombang merupakan hasil bagi antara velositas atau kecepatan cahaya dengan frekuensi.
Frekuensi untuk masing-masing jenis cahaya adalah tetap dan tidak dipengaruhi oleh media yang dilaluinya, tetapi panjang gelombang dan kecepatan cahaya dipengaruhi oleh media.
Dalam Estimasi porsi radiasi langsung dan tak langsung, Perhitungan neraca energy matahari gelombang pendek membutuhkan data kerapatan aliran energy paling tidak untuk dua bentuk radiasi, yakni radiasi langsung dari matahari yang diterima oleh suatu permukaan pada posisi tegak lurus (diberi symbol Sp) dan radiasi diffuse (Sd).
Radiasi pantulan dihitung berdasarkan daya pantul rata-rata permukaan dan total radiasi gelombang pendek (St) yang diterima oleh permukaan tersebut. Daya pantul atau refletivitas rata-rata dari suatu permukaan disebut albedo.
Total energy cahaya yang diterima sutu permukaan horizontal (St) merupakan jumlah dari energy radiasi langsung (Sb) dan radiasi diffuse (Sd).
Intensitas cahaya berpengaruh nyata terhadap sifat morfologi tanaman. Tanaman yang mendapatkan cahaya matahari dengan intensitas yang tinggi menyebabkan lilit batang tumbuh lebih cepat, susunan pembuluh kayu lebih sempurna, internodianya lebih pendek, daun lebih tebal, tetapi ukurannya lebih kecil dibanding dengan tanaman yang terlindung. Beberapa effek dari cahaya matahari yang penuh (yang melebihi) kebutuhan optimum dapat menyebabkan layu, fotosistesi lambat, laju respirasi meningkat tetapi cenderung mempertinggi daya tahan tanaman. Intensitas cahaya yang tinggi di daerah tropis tidak seluruhnya dapat digunakan oleh tanaman.
Energi cahaya matahari yang digunakan oleh tanaman dalam proses fotosintesis berkisar antar 0,5 – 2,0 % dari jumlah total energi yang tersedia. Sehingga hasil fotosintesis berkurang apabila intensitas cahaya kurang dari batas optimum yang dibutuhkan oleh tanaman, yang tergantung pada jenis tanaman (Leopold & Kriedemann, 1975) hal ini juga berlaku terhadap jenis-jenis anggrek. Pemberian naungan pada tanaman baik secara alami & buatan, akan berarti mengurangi intensitas cahaya yang diterima oleh tanaman tersebut, hal ini akan mempengruhi pertumbuhan maupun hasil tanaman . Tanaman yang kurang
mendapatkan cahaya matahari akan mempunyai akar yang pendek, cahaya matahari penuh menghasilkan akar lebih panjang dan lebih bercabang. Begitu juga diperkuat ole menyatakan bahwa tanaman anggrek yang cukup sinar matahari perakaran akan berkembang lebih baik, jumlah akar akan banyak, ukurannya besar dan banyak bercabang.
Akar keluarnya lebih awal, jadi tidak seberapa jauh dari puncak tanaman jenis anggrek monopodial seperti Vanda, Bila cahaya matahari kurang, karena tanaman anggrek berada dalam keadaan terlalu teduh, maka proses assimilasi akan berkurang, sehingga hidratarang sebagai hasil proses tersebut juga kurang jumlahnya.
2. D. Peranan matahari terhadap keberlangsungan ekosistem.
Karbohidrat merupakan jenis molekul yang paling banyak ditemukan di alam. Karbohidrat terbentuk pada proses fotosintesis sehingga merupakan senyawa perantara awal dalam penyatuan karbon dioksida, hidrogen, oksigen, dan energi matahari kedalam bentuk hayati. Pengubahan energi matahari menjadi energi kimia dalam reaksi biomolekul menjadikan karbohidrat sebagai sumber utama energi metabolit untuk organisme hidup. Dari karbohidrat hasil fotosintesis dalam tanaman inilah yang merupakan dasar dari perkembangan kehidupan makhluk hidup dalam suatu ekosistem yang kemudian masuk pada piramida makanan dan rantai makanan dalam suatu ekosistem yang dapat dijelaskan sebagai berikut :
Komunitas dari suatu ekosistem berinteraksi satu sama lain dan juga berinteraksi dengan lingkungan abiotik. Interaksi suatu organisme dengan lingkungannya terjadi untuk kelangsungan hidupnya. Kelangsungan hidup organisme memerlukan energi.
Energi untuk kegiatan hidup diperoleh dari bahan organik yang disebut energi kimia. Bahan organik dalam komponen biotik awalnya terbentuk dengan bantuan energi cahaya matahari dan unsur-unsur hara, seperti karbon dan nitrogen.
dalam suatu ekosistem membentuk struktur trofik yang terdiri dari tingkat-tingkat trofik dimana setiap tingkat trofik merupakan kumpulan berbagai organisme dengan sumber makanan tertentu. Tingkat trofik pertama adalah kelompok organisme autotrof yaitu organisme yang dapat membuat bahan organik sendiri dengan bantuan cahaya matahari yaitu tumbuhan dan fitoplankton. Organisme autotrof disebut Produsen. Produsen pada ekosistem darat adalah tumbuhan hijau sedangkan pada ekosistem perairan adalah fitoplankton, ganggang dan tumbuhan air.
Tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu ekosistem ditempati oleh berbagai organisme yang tidak dapat membuat bahan organik sendiri. Organisme tersebut tergolong organisme heterotrof. Bahan organik diperoleh dengan memakan organisme atau sisa-sisa organisme lain sehingga organisme heterotrof disebut juga konsumen. Pada tingkat trofik kedua dari struktur trofik suatu ekosestem adalah Konsumen primer (herbivora).
2. E. Peranan Matahari Terhadap Tumbuhan Dan Organisme Berklorofil
Tidak diragukan bahwa tumbuhan dan organisme memegang peran utama dalam menjadikan bumi sebagai tempat yang dapat dihuni. Tumbuhan membersihkan udara untuk kita, menjaga suhu bumi tetap konstan, dan menjaga keseimbangan proporsi gas-gas di atmosfer.
Oksigen yang kita hirup di udara dihasilkan oleh tumbuhan. Bagian penting dari makanan kita juga disediakan oleh tumbuhan. Setiap tahun, seluruh tumbuhan di muka bumi dapat menghasilkan zat-zat atau bahan-bahan sebanyak 200 miliar ton. Berbeda dari sel manusia dan hewan, sel tumbuhan dan organisme berklorofil dapat memanfaatkan langsung energi matahari. Tumbuhan dan organisme berklorofil mengubah energi matahari menjadi energi kimia dan menyimpannya sebagai nutrisi dengan cara yang sangat khusus. Proses ini disebut "fotosintesis".
Fotosintesis merupakan proses biologi yang dilakukan tanaman dan organisme berklorofil untuk menunjang proses hidupnya yakni dengan memproduksi gula (karbohidrat) pada tumbuhan hijau dengan bantuan energi sinar matahari, yang melalui sel-sel yang ber-respirasi, energi tersebut akan dikonversi menjadi energi ATP sehingga dapat digunakan bagi pertumbuhannya. Reaksi umum dari proses fotosintesis adalah :
6 H2O + 6 CO2 C6H12O6 + 6 O2
Cahaya Proses fotosintesis adalah reaksi yang hanya akan terjadi dengan keberadaan sinar matahari, baik kualitas maupun kuantitasnya. Hasil dari fotosintesis seperti yang sudah tersebut di atas adalah C6H12O6 atau dengan sebutan umum yaitu gula (karbohidrat).
2. F. Fotoperioditas
(membentuk organ reproduktif) hanya jika tumbuhan tersebut menerima penyinaran yang panjang (>14 jam) dalam setiap periode sehari semalam; sebaliknya adapula kelompok tumbuhan yang hanya akan memasuki fase generative jika menerima penyinaran yang singkat (< 10 jam). Kelompok tumbuhan yang membuthkan lama penyinaran yang panjang disebut tumbuhan hari panjang (long-day plant) dan kelompok tumbuhan yang membutuhkan lama penyinaran yang singkat disebut tumbuhan hari pendek (shot-day plant).
Kelompok tumbuhan yang fase perkembangannya tidak dipengaruhi oleh lama penyinaran disebut sebagai tumbuhan hari netral (netral-day plant). Kelompok tumbuhan ini tetap akan memasuki fase generative baik jika menerima lama penyinaran panjang ataupun sungkat. Sesunggunhnya tumbuhan terhadap lama penyinaran adalah lebih kompleks. Salisbury dan Ross dalam Benyamin Lakitan (1994) mengelompokkan tumbuhan menjadi 9 kelompok berdasarkan tanggapannya terhadap panjang hari atau lama penyinaran. Berikut yang termasuk kelompok tersebut :
tumbuhan hari panjang kuantitatif. Tumbuhan hari panjang kulaitatif Tumbuhan hari pendek kuantitatif Tumbuhan hari pendek kualitatif Tumbuhan hari netral
Tumbuhan hari sedang Tumbuhan panjang hari ganda Tumbuhan hari panjang-pendek Tumbuhan hari pendek panjang.
Bentuk tanggapan dari masing-masing kelompok tanaman tersebut tidak akan dirinci pada pembahasan ini. Aspek yang inigin ditekankan adalah bahwa fase perkembangan tumbuhan dapat dipengaruhi oleh lama penyinaran dengan berbagai bentuk tingkatan dan pengaruh.
Dalam kaitannya dengan pemenuhan kebutuhan tumbuhan akan lama penyinaran yang ideal, lama penyinaran ini dapat dimanipulasi (diperpanjang atau dipersingkat). Penambahan lama penyinaran dapat dilakukan dengan menggunakan lampu listrik yang spectrum cahayanya semirip mungkin dengan cahaya matahari, dimana secara sederhana dapat digunakan gabungan antara cahaya dari lampu pijar dengan lampu fluorescence. Untuk kegiatan ilmiah, sekarang telah tersedia lampu listrik dengan spectrum cahaya mirip matahari, misalnya lampu yang diproduksi oleh Perusahaan General Electrics (Amerika Serikat). Untuk mempersingkat lama penyinaran dapat dilakukan dengan cara menutupi tanaman tersebut dengan kain hitam atau bahan lain yang sulit ditembus cahaya.
Agak teduh, intensitas sinar matahari 50 – 100 %. Adanya peneduh, kalau berupa tirai adalah masih ada antara untuk masuknya cahaya yang cukup.Peneduh yang berupa pohon biasanya pohon yang mempunyai daun majemuk yang tips seperti : Flamboyan, sengon, petai, petai cina, asam, pinus dan lain-lain.
Setengah teduh, intensitas cahaya yang menjadikan keadaan setengah teduh menggambarkan kondisi cahaya matahari yang masuk sebesar 50 %. Biasanya digunakan tirai kain, plastik bening disemprot cat putih susu, dapat pula dipakai tirai bambu.
Teduh sekali, suatu keadaan dimana sinar matahari tidak diterima langsung oleh tanaman, tetapi sinar diperoleh dari difrasi / pemancaran diffuse. Disini intesitas cahaya matahari besarnya kurang dari 5 %.
Berdasarkan ekologinya terhadap penerimmaan cahaya, tanaman diklasifikasikan sebagai berikut: Heliofit, yaitu tanaman yang tumbuh baik jika kena cahaya matahari penuh.
Skiofit, yaitu tanaman yang tumbuh baik di intensitas cahaya yang lebih rendah.
Bagi pertumbuhan tanaman ternyata pengaruh cahaya selain ditentukan oleh kualitasnya ternyata ditentukan intensitasnya (Hari Suseno, 1976).
Intensitas cahaya berpengaruh nyata terhadap sifat morfologi tanaman. Tanaman yang mendapatkan cahaya matahari dengan intensitas yang tinggi menyebabkan lilit batang tumbuh lebih cepat, susunan pembuluh kayu lebih sempurna, internodianya lebih pendek, daun lebih tebal, tetapi ukurannya lebih kecil dibanding dengan tanaman yang terlindung (Wilsie, 1962). Beberapa effek dari cahaya matahari yang penuh (yang melebihi) kebutuhan optimum dapat menyebabkan layu, fotosistesi lambat, laju respirasi meningkat tetapi cenderung mempertinggi daya tahan tanaman. Intensitas cahaya yang tinggi di daerah tropis tidak seluruhnya dapat digunakan oleh tanaman (Curtis & Clark, 1950, Suseno, 1974). Energi cahaya matahari yang digunakan oleh tanaman dalam proses fotosintesis berkisar antar 0,5 – 2,0 % dari jumlah total energi yang tersedia. Sehingga hasil fotosintesis berkurang apabila intensitas cahaya kurang dari batas optimum yang dibutuhkan oleh tanaman, yang tergantung pada jenis tanaman (Leopold & Kriedemann, 1975)
Disamping itu intrensitas cahaya matahari mempengaruhi kualitas bunga. Intensitas cahaya kurang warna bunganya tidak secerah bunga yang cukup cahaya matahari. Tekstur/ketebalan bunga tidak seberapa sehingga bunga mudah sekali layu dan cepat gugur (Yos Sutiyoso, 19).
Menurut Williams et al, (1976) mengemukakan bahwa pengurangan sinar dari suatu tanaman yang telah optimal sinarnya, suhunya dan kelembabbannya akan menyebabkan pengurangan pertumbuhan akar dan tanaman menunjukkan gejala etiolasi. Daniel et al, (1979) menerangkan bahwa proses fotosintesis, cahaya berpengaruh melalui intensitas, kualitas dan lamanya penyinaran, tetapi yang terpenting adalah intensitasnya. Hal ini didukung oleh Soekkotjo (1977) menerangkan bahwa intensitas cahaya berpengaruh terhadap pembesaran dan differensiasi sel.
cahaya bukan sebagai sumber energi maupun sebagai bentuk, tetapi sebagai perusak (foto destruktif). Intensitas cahaya yang tinggi mengakibatkan temperatur daun meningkat, sebagai akibat menutupnya stomata, sehingga sebagaian klorofil menjadi pecah dan rusak (fotodestruktif).
Menurut Kramerdan Kozlowski (1979) menerangkan bahwa laju fotosintesis tersebut diakibatkan oleh meningkatnya temperatur daun yang mengakibatkan penutupan stomata dan rusaknya klorofil, sehingga konsentrasi klorofil berkurang. Sedangkan pada intensitas cahaya yang semakin menurun sampai batas tertentu jumlah O2 yang dikeluarkan oleh proses fotosintesis sama dengan jumlah O2 yang diperlukan oleh proses respirasi. Batas ini disebut titik kompensasi cahaya (light compensation point).
2. G. Fotorespirasi
Fotorespirasi adalah sejenis respirasi pada tumbuhan yang dibangkitkan oleh penerimaan cahaya yang diterima oleh daun. Diketahui pula bahwa kebutuhan energi dan ketersediaan oksigen dalam sel juga mempengaruhi fotorespirasi. Walaupun menyerupai respirasi (pernafasan) biasa, yaitu proses oksidasi yang melibatkan oksigen, mekanisme respirasi karena rangsangan cahaya ini agak berbeda dan dianggap sebagai proses fisiologi tersendiri.
Proses yang disebut juga "asimilasi cahaya oksidatif" ini terjadi pada sel-sel mesofil daun dan diketahui merupakan gejala umum pada tumbuhan C3, seperti kedelai dan padi. Lebih jauh, proses ini hanya terjadi pada stroma dari kloroplas, dan didukung oleh peroksisom dan mitokondria.
Secara biokimia, proses fotorespirasi merupakan cabang dari jalur glikolat. Enzim utama yang terlibat adalah enzim yang sama dalam proses reaksi gelap fotosintesis, Rubisco (ribulosa-bifosfat karboksilase-oksigenase). Rubisco memiliki dua sisi aktif: sisi karboksilase yang aktif pada fotosintesis dan sisi oksigenase yang aktif pada fotorespirasi. Kedua proses yang terjadi pada stroma ini juga memerlukan substrat yang sama, ribulosa bifosfat (RuBP), dan juga dipengaruhi secara positif oleh konsentrasi ion Magnesium dan derajat keasaman (pH) sel. Dengan demikian fotorespirasi menjadi pesaing bagi fotosintesis, suatu kondisi yang tidak disukai kalangan pertanian, karena mengurangi akumulasi energi.
Jika kadar CO2 dalam sel rendah (misalnya karena meningkatnya penyinaran dan suhu sehingga laju produksi oksigen sangat tinggi dan stomata menutup), RuBP akan dipecah oleh Rubisco menjadi P-glikolat dan P-gliserat (dengan melibatkan satu molekul air menjadi P-glikolat dan P-OH). P-gliserat (P dibaca "fosfo") akan didefosforilasi oleh ADP sehingga membentuk ATP. P-glikolat memasuki proses agak rumit menuju peroksisoma, lalu mitokondria, lalu kembali ke peroksisoma untuk diubah menjadi serin, lalu gliserat. Gliserat masuk kembali ke kloroplas untuk diproses secara normal oleh siklus Calvin menjadi gliseraldehid-3-fosfat (G3P).
baik sebagai penyedia asam amino tertentu (serin dan glisin) maupun sebagai pelindung klorofil dari perombakan karena fotooksidasi.
Karena tidak efisien, sejumlah tumbuhan mengembangkan mekanisme untuk mencegah fotorespirasi. Untuk menekan fotorespirasi, tumbuhan C4 mengembangkan strategi ruang dengan memisahkan jaringan yang melakukan reaksi terang (sel mesofil) dan reaksi gelap (sel selubung pembuluh, atau bundle sheath). Sel-sel mesofil tumbuhan C4 tidak memiliki Rubisco. Strategi yang diambil tumbuhan CAM bersifat waktu (temporal), yaitu memisahkan waktu untuk reaksi terang (pada saat penyinaran penuh) dan reaksi gelap (di malam hari).
Perubahan Iklim
Beberapa jenis gas di atmosfir, seperti CO2, CH4, dan N2O mempengaruhi iklim permukaan bumi karena kemampuanya dalam membantu proses transmisi radiasi dari matahari ke permukaan bumi, dan juga menghambat keluarnya sebagian radiasi dari permukaan bumi. Kalau konsentrasi dari gas-gas ini di atmosfir meningkat, radiasi yang keluar dari permukaan bumi akan terhambat, sehingga suhu permukaan bumi bertambah besar. Perkiraan besarnya peningkatan suhu bukanlah pekerjaan yang mudah, karena adanya umpan balik positif (dengan peningkatan uap air , H2O(gas), yang juga merupakan gas penghambat keluarnya radiasi dari permukaan bumi) dan umpan balik negatif (peningkatan pertumbuhan awan, menghambat transmisi radiasi matahari ke permukaan bumi). Estimasi kenaikan suhu terbaik saat ini adalah yang dihasilkan oleh General Circulation Models (GCM), kenaikan suhu 2.5 - 5.5 oC diikuti dengan kenaikan laju sirkulasi hidrologi sebesar 5-15 % (IPCC, l996).
Pengaruh CO2 terhadap proses fisiologis tanaman
Gas CO2 merupakan sumber karbon utama bagi pertumbuhan tanaman. Konsentrasi CO2 di atmosfir saat ini belum optimal, sehingga penambahan CO2 kepada tanaman di dalam industri pertanian di dalam rumah kaca merupakan kegiatan normal untuk meningkatkan pertumbuhan tanaman seperti tomat, selada, timun dan bunga potong.
Pengaruh fisiologis utama dari kenaikan CO2 adalah meningkatknya laju assimilasi (laju pengikatan CO2 untuk membentuk karbohidrat, fotosintesis) di dalam daun. Efisiensi penggunaan faktor-faktor pertumbuhan lainnya (seperti radiasi matahari, air dan nutrisi) juga akan ikut meningkat.
Proses di tingkat daun Fotosintesis
Gambar 1 : Peningkatan laju assimilasi tanaman kedele (C3) dengan pertambahan PAR pada konsentarsi CO2 berbeda.
Tanaman terbagi atas dua grup utama, C3 dan C4, yang dibedakan oleh cara mereka mengikat CO2 dari atmosfir dan produk awal yang dihasilkan dari proses assimilasi. Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari), sehingga ada kompetisi antara CO2 dan O2 dalam menggunakan RuBP (Farquhar dan Caemmerer, l982). Jika konsentrasi CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah besar. Contoh tanaman C3 antara lain : kedele, kacang tanah, kentang, sedang contoh tanaman C4 adalah jagung, sorgum dan tebu. Gambar 2 : Laju assimilasi (mol CO2 m-2 s-1) tanaman kedele dengan meningkatnya CO2 pada suhu berbeda.
Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel epidermis daun). CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel "bundle sheath" (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentasi CO2 pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat kesempatan untuk bereaksi dengan sangat rendah, sekitarGRuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil dan 5 μ mol m-2 s-1. PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 μ mol m-2 s-1 sangat tinggi. Pada kisaran konsentrasi CO2 300 - 500 μ mol m-2 s-1, laju assimilasi tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2, walaupun PAR sangat tinggi. Sehingga, dengan meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2 yang berlebihan.
Jika kita kembali ke Gambar 2, terlihat bahwa meningkatnya suhu daun dari 15 oC ke 35 oC menyebabkan laju asimilasi bertambah besar. Meningkatnya asimilasi dengan kenaikan suhu merupakan fenomena umum, sampai suhu optimum tercapai, lalu akan terjadi penurunan, seperti terlihat pada Gambar 3 di bawah ini. Adanya kenaikan CO2 di atmosfir akan merubah suhu optimum tanaman. Untuk tanaman kedele yang saya gunakan, kenaikan suhu optimum mencapai 12 %.
Gambar 3 : Suhu optimum untuk proses assimilasi akan berubah dengan kenaikan CO2 di atmosfir. Data diambil dari tanaman kedele dan "fitting" menggunakan persamaan kurva Gauss untuk mendapatkan suhu optimum. Bertambah besarnya suhu optimum ini menguntungkan bagi tanaman karena pada saat konsentrasi CO2 di atmosfir mencapai 2 kali konsentrasinya saat ini, akan terjadi kenaikan suhu sampai 5.5 oC.
