Makalah
Kemampuan Adaptasi Proses Fotosintesis
Tanaman C3, C4, dan CAM terhadap Kenaikan Temperatur
Akibat Pemanasan Global
Disusun oleh:
1. Rizka Titi Harjanti (M0312064)
2. Rizky Mahdia Ista M (M0312065)
3. Salsabilah (M0312067)
4. Siti Khotijah (M0312069)
5. Yohan Aldi (M031207)
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
KATA PENGANTAR
Segala puji senantiasa penulis haturkan kehadirat Allah Subhanahu wa ta’ala yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan makalah berjudul “Kemampuan Adaptasi Proses Fotosintesis
Tanaman C3, C4, dan CAM terhadap Kenaikan Temperatur Akibat Pemanasan
Global”. Makalah ini dapat diselesaikan atas bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu ucapan terima kasih diberikan kepada:
1. Jajaran pimpinan Universitas Sebelas Maret maupun Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam yang telah memberikan kesempatan kepada para mahasiswanya.
2. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku dosen biokimia
3. Ayah dan ibu yang selalu memberi dukungan materi dan spirit dalam menjalani pendidikan di UNS ini.
4. Sahabat-sahabat seperjuangan, baik sahabat karib maupun sahabat di organisasi yang secara langsung dan tidak langsung telah mendukung penyelesaian makalah ini.
Makalah ini masih memiliki kekurangan, untuk itu penulis sangat menghargai kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk perbaikan di masa mendatang. Akhir kata, penulis berharap makalah ini dapat berguna bagi pembaca pada khususnya, masyarakat pada umumnya dan sebagai sumbangsih untuk bangsa.
Surakarta, 16 November 2014
DAFTAR ISI 4.1 Kemampuan Adaptasi Proses Fotosintesis Tanaman terhadap Kenaikan Temperatur 9
4.2 Cara mengatasi pemanasan global dengan tanaman C3, C4, dan CAM...11
4.3 Aplikasi Pemilihan tanaman C3, C4, dan CAM untuk Mengatasi Pemanasan Global...12
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Kemampuan adaptasi proses fotosintesis fanaman terhadap kenaikan temperatur
Gambar 2. Reaksi penangkapan CO2 tanaman C4 di daerah mesofil
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Suhu rata – rata global pada permukaan bumi telah meningkat 0,74 ± 0,18 °C selama seratus tahun terakhir. Hasil penelitian Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) menunjukkan suhu permukaan global akan meningkat 1.1 °C hingga 6.4 °C antara tahun 1990 dan 2100. Pemanasan dan kenaikan muka air laut diperkirakan akan terus berlanjut selama lebih dari seribu tahun (IPCC, 2007). Meningkatnya suhu global menyebabkan terjadinya kenaikan permukaan air laut dan meningkatnya intensitas fenomena cuaca yang ekstrem (NASA, 2007). Akibat-akibat pemanasan global yang lain adalah terpengaruhnya hasil pertanian, hilangnya gletser, dan punahnya berbagai jenis hewan.
Selama pemanasan global, daerah bagian utara dari belahan bumi utara akan memanas lebih dari daerah-daerah lain di bumi. Akibatnya, gunung-gunung es akan mencair dan daratan akan mengecil. Daerah-daerah yang sebelumnya mengalami salju ringan, tidak akan mengalaminya lagi. Pada pegunungan di daerah subtropis, bagian yang ditutupi salju akan semakin sedikit serta akan lebih cepat mencair. Musim tanam akan lebih panjang di beberapa area. Sedangkan di daerah – daerah hangat akan menjadi lebih lembap karena lebih banyak air yang menguap dari lautan. Penguapan air ini akan menambah kekuatan angin dan berpotensi untuk berkembang menjadi badai topan. Selain itu, pemanasan global juga menyebabkan terjadinya penguapan air lebih cepat, dan beberapa daerah akan menjadi lebih kering.
jika snowpack (kumpulan salju) musim dingin, yang berfungsi sebagai reservoiralami, akan mencair sebelum puncak bulan-bulan masa tanam. Kenaikan temperatur bumi ini juga menyebabkan terjadinya serangan serangga dan penyakit yang lebih hebat.
Salah satu solusi alternatif sebagai bentuk penyesuaian agar terjadinya pemanasan global tidak mengancam stabilitas kebutuhan pangan global dan tidak mengubah kondisi lingkungan secara ekstrem adalah dengan cara mempelajari kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C3, C4, dan CAM terhadap
kenaikan temperatur. Proses fotosintesis tanaman C3, C4, dan CAM yang berbeda
– beda memungkinkan ketiga jenis tanaman ini dikembangkan di tempat yang berbeda sebagai alternatif tanaman untuk mengatasi pemanasan global.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C3 terhadap
kenaikan temperatur?
2. Bagaimana kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C4 terhadap
kenaikan temperatur?
3. Bagaimana kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman CAM terhadap
kenaikan temperatur?
4. Bagaimana mengatasi pemanasan global dengan tanaman C3, C4, dan CAM?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan yang hendak dicapai dalam penulisan karya makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Menjelaskan kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C3 terhadap
kenaikan temperatur.
2. Menjelaskan kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C4 terhadap
kenaikan temperatur.
4. Menjelaskan cara mengatasi pemanasan global dengan tanaman C3, C4, dan
CAM.
1.4 Manfaat Penulisan
Maanfaat yang dicapai dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Mencegah terjadinya kekurangan pangan global akibat global warming dengan tanaman C3, C4, dan CAM.
2. Mencegah terjadinya perubahan iklim yang ekstem dengan tanaman C3, C4,
BAB II DASAR TEORI 2.1Fotosintesis
Fotosintesis adalah suatu proses yang hanya terjadi pada tumbuhan yang berklorofil dan bakteri fotosintetik, dimana energi matahari (dalam bentuk foton) ditangkap dan diubah menjadi energi kimia (ATP dan NADPH). Energi kimia ini akan digunakan untuk fotosintesa karbohidrat dari air dan karbon dioksida. Jadi, seluruh molekul organik lainnya dari tanaman disintesa dari energi dan adanya organisme hidup lainnya tergantung pada kemampuan tumbuhan atau bakteri fotosintetik untuk berfotosintesis. (Devlin, 1975). Secara umum fotosintesis terjadi melalui 2 tahap reaksi, yaitu :
1. Reaksi terang, yaitu proses konversi energi cahaya menjadi energi kimia dan menghasilkan oksigen (O2).
2. Reaksi gelap, yaitu terjadinya seri reaksi siklik yang membentuk gula dari bahan dasar CO2 dan energi (ATP dan NADPH) dengan bantuan enzim
Rubisco (pada tanaman C3). Energi yang digunakan dalam reaksi gelap ini
diperoleh dari reaksi terang.. Dalam reaksi gelap terjadi Siklus Calvin yang membentuk senyawa antara, yaitu 3PGA.
Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok besar, yaitu :
1. Tanaman C3
Hasil pertama dari fotosintesis adalah molekul yang mempunyai 3 atom karbon, yaitu 3 PGA (Phospho gliseric acid). Pada tanaman C3 fiksasi
CO2 terjadi melalui Siklus Calvin. Contoh tanaman C3 adalah gandum,
kentang, kedelai, dan lain-lain. 2. Tanaman C4
Hasil dari fotosintesis adalah molekul dengan 4 atom karbon, yaitu malat. Contoh tanaman C4 adalah jagung, tebu, sorgum.
3. Tanaman CAM (Crasculacean Acid Metabolism)
Seperti halnya tanaman C4, pada tanaman CAM molekul pertama dari
kembali pada keadaan normal. Contoh tanaman CAM adalah kaktus, stone
Lintasan itu dimulaidari pengikatan CO2 dengan RBP dan RuBP (Sitompul,
1995). Menurut Sinaga (2010), tanaman C3 adalah kelompok tumbuhan yang
menghasilkan senyawa phosphogliseric acid yang memiliki 3 atom C pada proses fiksasi CO2 oleh ribolusadiphosphat (Christopher et al, 2013).
2. Pengertian tanaman C4
Tanaman C4 adalah tanaman yang menghasilkan asam 4 karbon
sebagai produk utama penambahan CO2 (Salisburry, 1998). Tanaman C4
adalah kelompok tumbuhan yang melakukan persiapan reaksigelap fotosintesis melalui jalur 4 karbon sebelum memasuki Siklus Calvin, untuk meminimalkan keperluan fotorespirasi (Jati, 2007).
3. Pengertian tanaman CAM
Tanaman CAM adalah tanaman yang dapat berubah seperti tanaman C3
pada saat pagi hari (suhu rendah) dan dapat berubah seperti tanaman C4 pada
saat malah hari (Gardner, 1991) . Menurut Jati (2007), tanaman CAM adalah
tanaman yang tumbuh di kawasan gurun dan mengambil CO2 di atmosfer dan
membentuk sebagian 4 karbon.
2.3 Perbedaan tanaman C3, C4 dan CAM
Tanaman C3 Tanaman C4 Tanaman CAM
mengikat O2 pada saat yang fotorespirasi pengikatan O2
oleh enzim Rubisco
Pengujian kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C3, C4, dan
tanaman C3, C4, dan CAM yang termasuk tumbuhan pangan dan non pangan,
tanah, air, pupuk, gas CO2 terisolasi sebagai sumber parameter peningkatan
jumlah gas rumah kaca akibat pemanasan global dan software MetaWin 2.0.
3.2 Prosedur Penelitian
Wang et al. (2012) menguji kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C3, C4, dan CAM terhadap kenaikan temperatur diuji dengan
memvariasikan pertumbuhan tanaman C3, C4, dan CAM pada tiga kategori suhu
yang berbeda, antara lain : AT, ET (1,4 - 6⁰C di atas udara ambien), dan HS (>8⁰C di atas udara ambien). Masing – masing temperatur dijaga agar konstan dan tidak terkena pengaruh lingkungan luar.
Masing – masing spesies tanaman yang di uji dikelompokkan berdasarkan jalur fotosintesisnya, yaitu C3, C4 dan CAM. Pengelompokan juga harus
memperhatikan kemampuan tumbuh tanaman, misalnya apakah tanaman itu akan tumbuh berkayu atau tidak. Faktor terakhir yang diperhatikan dalam pengelompokan adalah apakah nilai ekonomis dari tanaman itu, apakah tanaman tersebut termasuk tanaman pangan atau tidak.
Penelitian dilakukan dalam dua kondisi. Kondisi pertama adalah kondisi sistem semi terbuka, dimana pada kondisi ini kadar CO2 dinaikkan hingga batas
yang ditentukan, tetapi sistem tidak ditutup secara sempurna, sehingga masih memungkinkan masuknya udara dari lingkungan. Kondisi kedua adalah kondisi tertutup, dimana semua sampel diletakkan ke dalam rumah kaca dengan kadar CO2 yang telah dinaikkan hingga batas tertentu dan sistem dibiarkan terisolasi
dari udara luar. Ukuran pot yang digunakan dibedakan menjadi dua jenis, yakni <10 L dan >10 L dengan menggunakan media tanah setempat.
3.3 Metode Analisis Data
Data yang didapat dari hasil pengukuran kemudian dianalisi dengan menggunakan logarithm transformedratio (ln r) dari respons tanaman dari untuk
masing – masing level ambient CO2 untuk memperkirakan efek dari perambahan
CO2. Analisis juga dilakukan dengan metode efek campuran dengan asumsi
software MetaWin 2.0 dengan resampling dari 9,999 ulangan. CO2 dianggap
memiliki pengaruh yang signifikan terhadap variabel jika perubahan persentase tidak bernilai nol.
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 Kemampuan Adaptasi Proses Fotosintesis Tanaman terhadap Kenaikan Temperatur
Gambar 3. Kemampuan Adaptasi Proses Fotosintesis Tanaman terhadap Kenaikan Temperatur
1. Tanaman C3
Dalam fotosintesis C3 berbeda dengan C4, pada C3 karbon dioksida
masuk ke Siklus Calvin secara langsung. Struktur kloroplas pada tanaman C3
homogen. Tanaman C3 mempunyai suatu peran penting dalam metabolisme,
tanaman C3 mempunyai kemampuan fotorespirasi yang rendah karena
mereka tidak memerlukan energi untuk fiksasi sebelumnya. Tanaman C3 dapat
Siklus Calvin (C3) adalah sebagai berikut: CO2 diikat oleh RUBP untuk
selanjutnya dirubah menjadi senyawa organik C6 yang tidak stabil yang pada akhirnya dirubah menjadi glukosa dengan menggunakan 18ATP dan 12 NADPH. Enzim yang erperan adalah RuBP-karboksilase yang disebut enzim rubisco. Siklus ini terjadi dalam kloroplas pada bagian stroma. Untuk menghasilkan satu molekul glukosa diperlukan 6 siklus C3.
2. Tanaman C4
Pada tanaman C4, CO2 yang diikat sel-sel mesofil akan diubah terlebih
dulu menjadi oksaloasetat (senyawa 4C), setelah bereaksi dengan PEP (fosfoenolpiruvat). Penggabungan ini dikatalisir oleh PEP karboksilase. Selanjutnya dengan bantuan NADPH2, oksaloasetat diubah menjadi malat (senyawa 4C). Senyawa ini kemudian memasuki sarung berkas pembuluh. Malat, dalam sel-sel sarung berkas pembuluh, mengalami dekarboksilasi menjadi piruvat dan CO2. Selanjutnya, CO2 memasuki jalur Siklus Calvin.
Skema reaksi penangkapan CO2 pada tanaman C4 adalah sebagai berikut:
1) Pada daerah mesofil :
ATP ADP CO2
Sarung Berkas Pengangkut
Gambar 2, Reaksi penangkapan CO2 tanaman C4 di daerah mesofil
Gambar 3. Reaksi penangkapan CO2 tanaman C4 di daerah
sarung berkas pengangkut
Jalur C4 lebih efisien daripada tanaman C3 dalam hal fiksasi CO2.
Sistem fiksasi CO2 pada tanaman C4 bekerja pada konsentrasi CO2 jauh lebih
rendah (sebesar 1–2 ppm) daripada pada sistem C3 (> 50 ppm). Dengan
demikian, pada hari yang amat panas, tanaman C4 menutup stomatanya untuk
mengurangi kehilangan air, tetapi tetap dapat memperoleh CO2 untuk
keperluan fotosintesisnya. Alasan inilah yang menyebabkan tanaman C4
mampu beradaptasi pada habitat dengan suhu tinggi, kelembapanm rendah, dan sinar matahari terik pada siang hari.
3. Tanaman CAM
Beberapa tanaman yang hidup di daerah kering dan panas, misalnya kaktus, lili, dan anggrek memiliki cara khusus dalam penambatan CO2 untuk
proses fotosintesis. Pada umumnya tanaman mengikat (memfiksasi) CO2 pada
siang hari, tetapi pada tanaman yang hidup di daerah
kering pengikatan CO2 terjadi pada malam hari sehingga
tanamantanaman tersebut memiliki tipe khusus yang dinamakan crassulacean
acid metabolism (CAM). Crassulaceae merupakan suatu famili dalam taksonomi tubuh. Tanaman ini memiliki batang yang mengandung air atau sukulen.
Seperti halnya tanaman C4, tanaman yang termasuk dalam familia Crassulaceae menambat CO2 dengan bantuan enzim PEP karboksilase dan
mengubahnya menjadi oksaloasetat, tetapi dalam waktu berlainan. Pada tanaman familia Crassulaceae penambatan CO2 terjadi pada malam hari ketika
stomatanya membuka. Oksaloasetat yang diubah menjadi malat akan disimpan dalam vakuola. Ketika stomata menutup pada siang hari, malat mengalami reaksi dekarboksilasi dan menghasilkan piruvat dan CO2.
Selanjutnya, CO2 memasuki Siklus Calvin untuk membentuk PGAL
(G3P). Skema fiksasi CO2 pada tanaman CAM adalah sebagai berikut :
CO2 + PEP Oksaloasetat Malat Vakuola
2) Pada siang hari :
Malat CO2 + RuBP Daur Calvin
4.2 Cara mengatasi pemanasan global dengan tanaman C3, C4, dan CAM
Menanam pohon merupakan salah satu cara terbaik untuk mengatasi dan mengurangi efek pemanasan global. Akan tetapi, kenaikan suhu bumi yang tidak merata akibat adanya proses industrialisasi yang berbeda – beda untuk masing – masing daerah menyebabkan tidak semua pohon bisa ditanam dan diharapkan tumbuh dengan optimal.
Berdasarkan kemampuan adaptasi proses fotosintesis tanaman C3, C4, dan
CAM terhadap kenaikan temperatur yang telah dipaparkan di atas, dapat
diketahui bahwa tanaman C3 akan tumbuh optimal pada suhu rendah, dimana
kadar CO2 sedikit. Tanaman C4 dengan jalur fotosintesis yang lebih kompleks
akan tumbuh optimal pada suhu tinggi, dimana kadar CO2 tinggi. Sedangkan
tanaman CAM, mampu beradaptasi paling baik untuk kedua temperatur, dimana tanaman ini akan mengubah jalur fotosintesisnya seperti tanaman C3 saat suhu
rendah dan mengubah jalur fotosintesinya menjadi tanaman C4 saat suhu tinggi.
Berdasarkan hal tersebut, upaya untuk mengatasi dan mengurangi efek pemanasan global di masing – masing daerah akan lebih optimal jika ditanami dengan jenis tumbuhan yang sesuai. Tanaman C3 yang optimal pada suhu rendah,
akan lebih optimal untuk di tanam pada daerah – daerah sekitar kutub yang suhunya cenderung sangat rendah. Tanaman C4 yang optimal pada suhu tinggi,
4.3 Aplikasi Pemilihan tanaman C3, C4, dan CAM untuk Mengatasi Pemanasan Global
Berdasarkan kemampuan adaptasi masing – masing jenis tanamaan di atas, tanaman C3 yang optimal pada suhu rendah akan tumbuh maksimal di
daerah pegunungan di Indonesia. Tanaman – tanaman C3, seperti beras, gandum,
kedelai, kacang tanah, kentang, dll sebaiknya di tanam pada daerah non industri, sehingga kadar CO2 lingkungan rendah. Saat kadar CO2 rendah, tanaman C3 akan
mensintesis RuBP lebih sedikit, dan proses fotosintesis berjalan optimal.
Tanaman – tanaman C4, seperti jagung, tebu, sorgum akan tumbuh
maksimal di daerah dengan suhu tinggi seperti Wonogiri, Gunung Kidul, dll yang sering mengalami kekeringan setiap tahunnya atau pada daerah – daerah industri yang emisi CO2 cukup tinggo. Pada suhu tinggi, difusi CO2 pada mesofil akan
berlangsung lebih cepat, sehingga proses fotosintesis juga akan lebih cepat, begitu juga dengan masa panen tanaman. Tanaman C4 juga akan optimal di tanam
di taman kota atau bahu jalan raya yang emisi CO2-nya sangat tinggi.
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
1. Tanaman C3 melakukan adaptasi proses fotosintesis terhadap kenaikan
temperatur dengan cara sebagai berikut : CO2 diikat oleh RUBP untuk
selanjutnya dirubah menjadi senyawa organik C6 yang tidak stabil yang pada akhirnya dirubah menjadi glukosa dengan menggunakan 18ATP dan 12 NADPH.
2. Tanaman C4 melakukan adaptasi proses fotosintesis terhadap kenaikan
temperatur dengan cara sebagai berikut : CO2 yang diikat sel-sel mesofil
akan diubah terlebih dulu menjadi oksaloasetat (senyawa 4C), setelah bereaksi dengan PEP (fosfoenolpiruvat). Penggabungan ini dikatalisir oleh PEP karboksilase. Selanjutnya dengan bantuan NADPH2, oksaloasetat diubah menjadi malat (senyawa 4C). Senyawa ini kemudian memasuki sarung berkas pembuluh. Malat, dalam sel-sel sarung berkas pembuluh, mengalami dekarboksilasi menjadi piruvat dan CO2. Selanjutnya, CO2 memasuki jalur
Siklus Calvin.
3. Tanaman C3 melakukan adaptasi proses fotosintesis terhadap kenaikan
karboksilase dan mengubahnya menjadi oksaloasetat, tetapi dalam waktu berlainan. Oksaloasetat yang diubah menjadi malat akan disimpan dalam vakuola. Ketika stomata menutup pada siang hari, malat mengalami
reaksi dekarboksilasi dan menghasilkan piruvat dan CO2.
Selanjutnya, CO2 memasuki Siklus Calvin untuk membentuk PGAL (G3P).
4. Cara mengatasi pemanasan global dengan tanaman C3, C4, dan CAM adalah
dengan menanam masing-masing jenis tanaman pada suhu optimalnya. Tanaman C3 pada suhu rendah, tanaman C4 pada suhu tinggi, dan tanaman
CAM pada daerah bersuhu eksrim.
5.2 Saran
1. Untuk mengatasi dan mengurangi dampak global warming secara optimal, hendaknya masing - masing tanaman ditanam pada suhu optimumnya.
DAFTAR PUSTAKA
Christopher, S., Pau, S., Edwards, E. 2013. Land Surface Skin Temperature Captures Thermal Environments Of C3 And C4 Grasses. Journal Of Biogeography (23): 286-296
Devlin, M. 1975. An Assessment Of Climate Feedbacks In Coupled Ocean-Atmosphere Models. Journal Of Climate 19 (14): 3354-3360.
Gardner, Franklin. 1991. Biochemistry Third Edition. New York : Son Willey Co.
Gardner, W. 1991. Scafetta, Nicola; West, Bruce J. (09-03-2006). Phenomenological Solar Contribution To The 1900-2000 Global Surface Warming. Journal of Geophysical Research Letters (5) : 33 - 43.
IPCC. 2007. Contribution Of Working Group I To The Fourth Assessment Report Of
The Intergovernmental Panel On Climate Change. Intergovernmental Panel On Climate Change.
Jati, Wijaya. 2007. Biologi Interaktif. Jakarta : Ganeca Exact.
NASA. 2007. Global Warming To Cause More Severe Tornadoes and Storms.
Salisburry, Frank B. 1998. Photosynthesis Sixth Edition. Cambridge University Press : London
Sembiring, L Dan Sudjino. 2009. Biokimia Jilid 1. Jakarta : UI Press.
Sinaga, Agustina & Jekson Ninggolan 2010. Penanaman Tumbuhan Lahan Tropis. Jakarta : Mizan Publika
Wang, Dan., Heekathron, Scott., Wang., Philpott. 2012. A Meta Analysis of Plant Physiological and Growth Responses to Temperature and Elevated CO2. Journal of Ecologia (169) : 1-13
