FAKTOR KLIMATISFAKTOR KLIMATIS

Sri Wilarso Budi RSri Wilarso Budi RLaboratorium SilvikulturLaboratorium SilvikulturFakultas Kehutanan IPBFakultas Kehutanan IPBE-mail: wilarso62@yahoo.comE-mail: wilarso62@yahoo.com

UNSUR KLIMATISUNSUR KLIMATIS

CAHAYACAHAYA

1.1. KualitasKualitas

2.2. KuantitasKuantitas

3.3. FotoperiodeFotoperiode SUHUSUHU HUJAN/AIRHUJAN/AIR KELEMBABANKELEMBABAN

Spektum absorbsi klorofil (Curtis, 1989).

Sp

ektr

um

ab

sorp

si e

stim

asi

(%)

Klorofil merupakan molekul pigmen yang dimiliki tumbuhan

hijau. Menyerap cahaya terbesar pada spektrum warna biru

dan merah

FAKTOR KLIMATIS : Kualitas CahayaFAKTOR KLIMATIS : Kualitas Cahaya

Ringkasan Tahapan FSRingkasan Tahapan FS

1.1. Penangkapan energi cahaya oleh kloropilPenangkapan energi cahaya oleh kloropil

2.2. Spliting air dan pelepasan electron berenergi Spliting air dan pelepasan electron berenergi tinggi dan oksigentinggi dan oksigen

3.3. Transfer electron untuk menghasilkan energi Transfer electron untuk menghasilkan energi kimia ATP dan reduksi tenaga sebagai NADPHkimia ATP dan reduksi tenaga sebagai NADPH

4.4. Pengggunaan ATP dan NADPH untuk memfiksasi Pengggunaan ATP dan NADPH untuk memfiksasi molekul CO2 pada Phospogliceric acid dan molekul CO2 pada Phospogliceric acid dan mereduksinya menjadi phospogliceraldehide dan mereduksinya menjadi phospogliceraldehide dan akhirnya mengkonversi menjadi molekul seperti akhirnya mengkonversi menjadi molekul seperti gulagula

Proses FotosintesisProses Fotosintesis

Siklus Calvin

Fotofosforilasi

Cahaya

Gula

Tahap-tahap fotosintesis

• Blackman (1905; ilmuwan Inggeris)

Fotosintesis :

1. Reaksi yang membutuhkan cahaya

(Reaksi terang / reaksi menangkap energi)

Dihasilkan ATP dan NADPH

2. Reaksi gelap (reaksi pengikatan karbon)

Menggunakan ATP dan NADPH hasil

reaksi I

Dalam tumbuhan reaksi terang dan reaksi

gelap

terjadi secara bersamaan dan simultan

Reaksi terang – reaksi tidak tergantung suhu

Reaksi gelap - tidak tergantung cahaya tapi

dipengaruhi suhu.

Pigmen : senyawa yang mengabsorbsi

cahaya

Beberapa pigmen mengabsorbsi cahaya

dengan

panjang gelombang tertentu

Reaksi-reaksi menangkap energi cahaya:

1). Sistem Cahaya I : Spektrum absorbsi 700

nm

Gambar. Proses sistem cahaya (Curtis, 1989).

2). Sistem Cahaya II : Spektrum absorbsi 680 nm

Reaksi Pengikatan Karbon

Energi (ATP dan NADPH) digunakan untuk mereduksi CO2.

• CO2 masuk melalui stomata ( untuk tumbuhan tinggi)

• CO2 masuk melalui CO2 terlarut dalam air ( kelompok alga)

•Gambar 10. Daun dan stomata dengan pertukaran O2 dan CO2 (Campbell, 1997).

daunbagian melintang daun sel mesofilkloroflas

mesofil

Ruang intermembran

Grana stroma Stroma tilakoid ruang tilakoid

Granum Membran dalam

Membran luar

KLOROFLAS

CO2 O2

Stoma

Tanaman C3Tanaman C3 Setelah CO2 dikombinasikan dengan RuBP (Ribulosa Setelah CO2 dikombinasikan dengan RuBP (Ribulosa

biphosphat = gula yang berkarbon 5), akan dihasilkan biphosphat = gula yang berkarbon 5), akan dihasilkan 2 molekul PGA = gula yang berkarbon 3 dalam siklus 2 molekul PGA = gula yang berkarbon 3 dalam siklus Calvin-BensonCalvin-Benson

Rubisco merupakan enzyme karboksilase yang Rubisco merupakan enzyme karboksilase yang berfungsi juga sebagai oxigenase.berfungsi juga sebagai oxigenase.

O2 merupakan kompetitor rubisco dalam memfiksasi O2 merupakan kompetitor rubisco dalam memfiksasi CO2CO2

Mudah jenuh cahaya pada intensitas cahaya yang Mudah jenuh cahaya pada intensitas cahaya yang rendah dan kecepatan photosintesis dapat meningkat rendah dan kecepatan photosintesis dapat meningkat dengan menurunnya konsentrasi O2dengan menurunnya konsentrasi O2

Tidak mempunyai sel bundle shetTidak mempunyai sel bundle shet

Mempunyai titik kompensasi CO2 yang tinggi, karena Mempunyai titik kompensasi CO2 yang tinggi, karena adanya kompetisi Rubisco dengan O2adanya kompetisi Rubisco dengan O2

Tanaman C4Tanaman C4 Produk pertama yang terdeteksi adalah senyawa berkarbon 4, aspartic, Produk pertama yang terdeteksi adalah senyawa berkarbon 4, aspartic,

malic dan oxaloacetic acid.malic dan oxaloacetic acid.

Phospoenholpiruvic acid C3 merupakan akseptor CO2 dan PEP Phospoenholpiruvic acid C3 merupakan akseptor CO2 dan PEP carbxylase merupakan enzyme karboksilasecarbxylase merupakan enzyme karboksilase

PEP carboksilase mempunyai sifat afinitas yang tinggi terhadap CO2 PEP carboksilase mempunyai sifat afinitas yang tinggi terhadap CO2 dan tidak dihambat oleh O2dan tidak dihambat oleh O2

Fiksasi carbon pertama terjadi pada sel mesophil, asam organic Fiksasi carbon pertama terjadi pada sel mesophil, asam organic kemudian dibawa ke sel bundhel shet dimana terjadi proses kemudian dibawa ke sel bundhel shet dimana terjadi proses dekarboksilasi, melepaskan asam pirivat (yang akan masuk kembali ke dekarboksilasi, melepaskan asam pirivat (yang akan masuk kembali ke system Hatch-Slack) dan CO2 kemudian difiksasi di dalam Siklus Calvin.system Hatch-Slack) dan CO2 kemudian difiksasi di dalam Siklus Calvin.

Proses transport ini memungkinkan konsentrasi CO2 dalam sel bundhel Proses transport ini memungkinkan konsentrasi CO2 dalam sel bundhel shet dimana Rubisco dapat lebih mudah memfiksasi CO2 ke PGA.shet dimana Rubisco dapat lebih mudah memfiksasi CO2 ke PGA.

Photorespirasinya rendahPhotorespirasinya rendah

CAM (Crasualeance Acid Metabolism)CAM (Crasualeance Acid Metabolism)

Memfiksasi CO2 dalam kondisi gelapMemfiksasi CO2 dalam kondisi gelap

Reaksi karboksilasi mendorong pembentukan oxaloacetic Reaksi karboksilasi mendorong pembentukan oxaloacetic dan malic acid dalam kondisi gelap melalui aktifitas PEP dan malic acid dalam kondisi gelap melalui aktifitas PEP carboxylase.carboxylase.

Pada kondisi terang, malic acid di dekarboksilasikan Pada kondisi terang, malic acid di dekarboksilasikan menghasilkan asam pyruvic dan CO2 yang digunakan menghasilkan asam pyruvic dan CO2 yang digunakan dalam photosintesa melalui siklus Calvin.dalam photosintesa melalui siklus Calvin.

Pada tanaman ini, keasaman meningkat pada malam tapi Pada tanaman ini, keasaman meningkat pada malam tapi meningkat pada siang dan kandungan gula meningkat.meningkat pada siang dan kandungan gula meningkat.

Stomata membuka pada malam hari, menutup pada siang Stomata membuka pada malam hari, menutup pada siang hari untuk menghindari penguapan.hari untuk menghindari penguapan.

Perbedaan C3, C4 & CAMPerbedaan C3, C4 & CAM

Sifat C3 C4 CAM

Anatomi Kranz Tidak Ya Tidak

Akseptor CO2 RuBp PEP PEP

Produk fiksasi CO2 3-PGA OAA & C4 lain OAA & C4 lain

Carboxylase RuBP PEP, RuBP PEP, RuBP

Fixasi CO2 Cahaya Cahaya Gelap: Siklus C4Cahaya:Siklus C3

O2 menghambat FS Ya Tidak Ya

Chloroplast 1 struktur 2 struktur ?

Photorespirasi Tinggi Rendah Sangat rendah

Transpirasi Tinggi Rendah Sangat rendah

Produktivitas Rendah - Tinggi Tinggi Rendah - Tinggi

Ttk compensasi CO2 Tinggi (25-100 ppm) Rendah (0, -10 ppm) Rendah (0, - 5 ppm)

PengaruhSuhu (30 – 40o C) dalam pengambilan CO2

Menghambat Mendorong Mendorong

Sumber : Plant Physiology ( Devlin, R.M dand F.H Witham, 1983)

VARIASI DALAM KECEPATAN VARIASI DALAM KECEPATAN FOTOSINTESAFOTOSINTESA

1.1. Variasi species dan GenetikVariasi species dan Genetik

2.2. Variasi diurnalVariasi diurnal

3.3. Variasi musimanVariasi musiman

4.4. Sunflecks dan FotosintesaSunflecks dan Fotosintesa

5.5. Kedalaman tajuk dan FotosintesaKedalaman tajuk dan Fotosintesa

6.6. Ketinggian Tajuk dan FotosintesaKetinggian Tajuk dan Fotosintesa

PENGHAMBATAN FOTOSINTESAPENGHAMBATAN FOTOSINTESA

Suhu rendahSuhu rendah Suhu tinggi Suhu tinggi Suhu tanahSuhu tanah CO2CO2 Faktor tanaman ( Umur daun, Sink- Source)Faktor tanaman ( Umur daun, Sink- Source) Suplai airSuplai air Nutrisi (Macro dan Mikro)Nutrisi (Macro dan Mikro) Salinitas Salinitas PolusiPolusi

Kuantitas CahayaKuantitas Cahaya Banyaknya cahaya yang diterima objekBanyaknya cahaya yang diterima objek

1.1. Toleran : Kemampuan dari tumbuhan untuk Toleran : Kemampuan dari tumbuhan untuk hidup dibawah naunganhidup dibawah naungan

2.2. Intoleran : Pohon/ tumbuhan yang memerlukan Intoleran : Pohon/ tumbuhan yang memerlukan cahaya penuh untuk hidupnyacahaya penuh untuk hidupnya

3.3. Semi ToleranSemi Toleran

Perbedaan Toleran dan IntoleranPerbedaan Toleran dan Intoleran

No. Toleran Intoleran

1. Dapat membentuk tegakan di bawah naungannya sendiri atau naungan Pohon intoleran

Hanya membentuk tegakan dibawah Pohon yang tajukna terbuka

2. Membentuk tegakan bawah yang dapat bertahan lama, walaupun riapnya kecil, bila ada cahaya akan tumbuh dengan baik

Cepat mati di bawah naungan, dan bila dibebaskan dari naungan sebelum mati tidak menunjukkan reaksi terhadap pembebasan ini

3. Mempunyai tajuk yang tebal dan terdiri dari beberapa lapis daun, lapisan terdalam (dekat dengan batang) dapat berfungsi pada cahaya dengan intensitas yang sangat rendah.

Mempunyai tajuk yang tipis dan terbuka

4. Pemangkasan alaminya perlahan-lahan

Pemangkasan alaminya cepat

5. Bentuk batang umumnya menyerupai kerucut

Bentuk batang umumnya silindris

6. Pada tingkat semai sampai tiang pertumbuhan tingginya lebih lambat dari jenis intoleran

Pada tingkat semai sampai tiang pertumbuhan tingginya lebih cepat dari jenis toleran

CIRI/PENENTUAN TOLERANSICIRI/PENENTUAN TOLERANSI

No. Parameter Toleran Intoleran

1. Kerapatan Tajuk Lebih rapat Kurang rapat

2. Pemangkasan Alami

Lambat Cepat

3. Struktur Daun Epidermis lunak, tidak mengkilat, parenkum bunga karang besar, daun tipis

Epidermis keras, mengkilat, parenkim bunga karang kecil, daunnya tebal

4. Permudaan alam di bawah tegakan

Tumbuh baik Tumbuh dengan penderitan

Faktor Klimatis : Hujan/AirFaktor Klimatis : Hujan/Air

Kristal AirKristal Air

Kristal AirKristal Air

Fungsi AirFungsi Air

Sangat penting untuk kehidupanSangat penting untuk kehidupan

Ahli filsafat Inggris :4 Elemen dasar (Bumi, Udara, Api, Ahli filsafat Inggris :4 Elemen dasar (Bumi, Udara, Api, Air)Air)

Ahli filsafat Cina : 5 Elemen dasar (Air, Bumi, Air, Kayu, Ahli filsafat Cina : 5 Elemen dasar (Air, Bumi, Air, Kayu, Logam)Logam)

Pentingnya Air dari segi EkologiPentingnya Air dari segi Ekologi

1.1. Distribusi vegetasi dunia berkorelasi dengan jumlah dan Distribusi vegetasi dunia berkorelasi dengan jumlah dan distribusi curah hujandistribusi curah hujan

2.2. Variasi pertumbuhan diameter pohon dari tahun ke Variasi pertumbuhan diameter pohon dari tahun ke tahun ada hubungannya dengan curah hujan (Zahner & tahun ada hubungannya dengan curah hujan (Zahner & Kozlowski, 1968)Kozlowski, 1968)

3.3. Muncul Dendrochronologi (Fritz, 1976)Muncul Dendrochronologi (Fritz, 1976)

Pentingnya air dari segi fisiologiPentingnya air dari segi fisiologi

1.1. Isi dari protoplastIsi dari protoplast2.2. Pelarur nutrisi dalam tanahPelarur nutrisi dalam tanah3.3. Medium untuk reaksi MetabolismeMedium untuk reaksi Metabolisme4.4. Reaktan dalam reaksi metabolismeReaktan dalam reaksi metabolisme5.5. Bahan baku fotosintesaBahan baku fotosintesa6.6. Menjaga turgiditas selMenjaga turgiditas sel7.7. Pendukung pemanjangan selPendukung pemanjangan sel

Pembesaran sel tergantung pada derajat turgorPembesaran sel tergantung pada derajat turgor

Pemanjangan batang dan daun dikontrol oleh defisit airPemanjangan batang dan daun dikontrol oleh defisit air

Penurunan kandungan air :Penurunan kandungan air :

1.1. Penurunan turgorPenurunan turgor2.2. Penutupan stomataPenutupan stomata3.3. Penurunan fotosintesaPenurunan fotosintesa4.4. Gangguan pembesaran selGangguan pembesaran sel5.5. Disorganisasi protoplastDisorganisasi protoplast

Faktor Klimatis : Hujan/AirFaktor Klimatis : Hujan/AirBeberapa Konsep Umum Hubungan Air-TanamanBeberapa Konsep Umum Hubungan Air-Tanaman

1.1. KESEIMBANGAN AIR DALAM TANAMANKESEIMBANGAN AIR DALAM TANAMAN

Status Air dalam tanaman tergantung pada kecepatan relatif Status Air dalam tanaman tergantung pada kecepatan relatif penyerapan air dan kehilangan air melalui transpirasipenyerapan air dan kehilangan air melalui transpirasi

Status air dalam tanaman tidak dapat diprediksi melalui pengukuan Status air dalam tanaman tidak dapat diprediksi melalui pengukuan air dalam tanah sajaair dalam tanah saja

2.2. SPAC (Soil-Plant-Athmosphir-Continum)SPAC (Soil-Plant-Athmosphir-Continum)

Adanyaa hubungan antara tanah-tanaman-atmosfir untuk Adanyaa hubungan antara tanah-tanaman-atmosfir untuk menentukan status air dalam tanamanmenentukan status air dalam tanaman

3. 3. KONSEP KLEBKONSEP KLEB

Faktor-faktor lingkungan seperti stress air, melalui proses-proses Faktor-faktor lingkungan seperti stress air, melalui proses-proses fisiologi dapat mempengaruhi kualitas dan kuantitas pertumbuhanfisiologi dapat mempengaruhi kualitas dan kuantitas pertumbuhan