Dokumen tersebut membahas tentang proses fotosintesis pada tumbuhan dan faktor-faktor yang mempengaruhinya, termasuk cahaya, karbon dioksida, suhu, air, dan unsur hara. Fotosintesis merupakan proses penting dimana tumbuhan mengubah energi cahaya matahari menjadi energi kimia yang digunakan untuk pertumbuhan."

1. SILVIKA

2. FOTOSINTESIS
DAN FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHINYA
Pertanian pada dasarnya merupakan system pemanfaatan energi
matahari melalui proses fotosintesis.
Sebagai sumber energi utama bagi manusia, fotosintesis telah
memasok energi untuk segala macam kebutuhan manusia.
Setiap energi yang digunakan oleh manusia, secara langsung atau
tidak langsung berasal dari radiasi matahari, kecuali energi atom
dan mungkin juga energi panas bumi.
Studi mengenai fisiologi tumbuhan menunjukkan bahwa
pertumbuhan tumbuhan/tanaman pada dasarnya tergantung pada
ukuran dan efisiensi system fotosintesis.

5. Fotosintesis
Fotosintesis – suatu proses dimana karbon dioksida (CO2)
dan air (H2O) digunakan untuk menghasilkan karbohidrat , di mana
dengan adanya cahaya matahari dan khlorofil akan melepaskan
oksigen (O2);
hasil bersihnya adalah energi cahaya
(radiant energy) diubah menjadi energi kimia dalam bentuk
senyawa karbon ( karbohidrat).
6H2O* + 6CO2 C6H12O6 + 6O2*
cahaya
klorofil

6. Kloroplas
plastida hijau tempat fotosintesis berlangsung.
Klorofil
pigmen tanaman berwarna hijau di dalam khloroplas yang
menyerap cahaya yang diperlukan untuk fotosintesis
tilakoid
berbentuk pipih, membran seperti kantong di dalam khloroplas;
mengandung khlorofil.
granum (jm.grana)
tumpukan tilakoid.
stroma lamellae (jm. stroma lamella)
membran berbentuk pipa yang menghubungkan grana di
dalam khloroplas.
stroma
matriks cair dari khloroplas

8. Cahaya
Cahaya yang digunakan dalam fotosintesis adalah cahaya tampak
(visible light) yang merupakan bagian dari spectrum energi radiasi.
Foton yang digunakan berukuran antara 400 – 700 nm………… 390 –
760 nm

9. chlorophyll

10. Di atas 760 nm foton tidak memiliki cukup energi
Di bawah 390 nm foton (bila diserap oleh pigmen daun) memiliki
terlalu banyak energi sehingga menyebabkan kerusakan pigmen
Peralatan utama fotosintesis adalah Kloroplas
- Lamela (membran) yang merupakan cairan pekat berisi pigmen-
pigmen fotosintesis (klorofil)
lamela stroma (lamela ganda)
lamela grana (lamela bertumpuk)
- Stroma; bagian cair yang kurang padat tempat terjadinya reduksi
CO2

12. • N - khlorofil, asam amino, protein
• Mg - khlorofil, ATP, co-factor
• Fe – sintesis khlorofil, transport elektron
• Zn - sintesis khlorofil, co-factor
• Mn – oksidasi air & evolusi O2, co-factor
• Cl - oksidasi air & evolusi O2
• Cu – transport elektron
• K – gerakan stomata, co-factor
• P - gula-P, ATP

13. Iron
chlorosis

14. REAKSI BERSIH FOTOSINTESIS
Reaksi ini berlangsung dalam dua reaksi terpisah
Reaksi Terang – reaksi yang menggunakan air dan cahaya matahari serta
melepaskan oksigen.
Juga disebut sebagai Hill Reaction.
Reaksi Gelap - reaksi yang menggunakan karbon dioksida dan
menghasilkan karbohidrat.
Juga disebut Calvin-Benson Cycle atau
Photosynthetic Carbon Reduction (PCR) Cycle.

15. Reaksi Terang dan Reaksi Gelap
Reaksi terang dan reaksi gelap yang menyusun fotosintesis. Energi mengalir dari
cahaya (penyinaran) ke senyawa-senyawa antara yang kaya energi, ATP
(adenosin trifosfat) sebagai sumber energi dan NADPH (nikotinamid adenin
dinukleotid fosfat) sebagai penerima elektron dan pemasok ion H dan kemudian
ke energi cadangan dalam ikatan-ikatan antara atom-atom karbon molekul
organik

16. REAKSI TERANG
Di dalam membram tilakoid pada granum, air dipecah untuk menghasikan oksigen
(dilepas sebagai hasil antara), elektron (e-) dan ion hidrogen (H+). Setiap elektron
kemudian diserap oleh khlorofil, yang juga menyerap cahaya (energi radiasi) untuk
menjadikan elektron “kaya energi”. Elektron yang telah “diperkaya” akan lepas
dari khlorofil menuju “electron carriers” dalam rantai transpor elektron. Selama
elektron ditransport, dihasilkan gradien energi (menggunakan H+
) yang
mengakibatkan enzim (ATPase) dapat membuat ATP. Pada saat elektron mencapai
akhir rantai, akan ditangkap oleh NADP+
yang bertindak sebagai pembawa elektron
terakhir yang akan menggunakan sisa energi didalam elektron untuk mengahsilkan
NADPH. Jadi, energi radiasi (mis. light) digunakan untuk menghasilkan energi kimia
metabolik (ATP and NADPH). “HEBAT", tanaman telah membuat energi kimia dari
energi cahaya ! Tetapi masih ada masalah. ATP dan NADPH berumur pendek dan
tidak mudah disimpan atau diangkut ke tempat yang memerlukan. Tanaman harus
menemukan cara untuk menyelamatkan energi ini dan untuk ini diperlukan Reaksi
Gelap.

17. REAKSI GELAP
Enzim yang penting (ribulose-bisphosphate carboxylase atau rubisco) akan
menggabungkan gula 5-C dengan molekul CO2 untuk menghasilkan senyawa dengan
6-C yang kemudian segera pecah menjadi 2 buah gula dg 3-C. Gula ini tidak begitu
berguna bagi tanaman shg melalui serangkaian reaksi akan diubah menjadi gula lain
yg disebut triose phosphates. Proses ini memerlukan energi metabolik, yang
diambil dari ATP and NADPH yang dihasilkan melalui Reaksi Terang. Triose
phosphate digunakan untuk menghasilkan glukosa dan gula lainnya atau disimpan
dalam bentuk gula pati. Akhirnya, “Benar-benar HEBAT" , tanaman telah
menghasilkan bentuk energi kimia yang stabil, mudah diangkut dan disimpan yaitu
gula. Untuk keberlanjutan siklus ini, beberapa triose phosphate harus digunakan
untuk diubah menjadi gula 5-C, dan ini juga memerlukan energi dalam bentuk ATP
yang disuplai dari Reaksi Terang. Reaksi Gelap akan terus berjalan sepanjang
Reaksi Terang tetap mensuplai dengan energi dalam bentuk ATP dan NADPH, jadi
Reaksi Gelap hanya terjadi pada siang hari !

19. Fiksasi Karbondioksida
Pertumbuhan = hasil berat kering tumbuhan, yaitu keseimbangan antara
pengambilan CO2 (fotosintesis) dan pengeluaran CO2 (respirasi).
Besarnya respirasi adalah 25 – 30% dari fotosintesis total
Bila respirasi < fotosintesis
Bila respirasi > fotosintesis
Fiksasi CO2 Spesies C3 dan C4
Spesies C3 (Daur Calvin, 1954 – 1966)
ATP yang dihasilkan dari fotolisa air (fotofosforilasi) digunakan untuk
merubah ribulose-5-fosfat menjadi RUBP
Senyawa pertama yang terbentuk setelah penambahan CO2 adalah
3-PGA
Spesies C4 (Hatch & Slack, 1966)
ATP yang dihasilkan dari fotolisa air digunakan untuk merubah piruvat
menjadi fosfoenol piruvat (PEP)
Senyawa pertama yang terbentuk setelah penambahan CO2
adalah 3 asam beratom C 4 (oksaloasetat, malat dan aspartat)

20. Daur Calvin, suatu model pengikatan CO2 yang terjadi dalam kloroplas suatu tumbuhan
C3 yang sedang mengadakan fotosintesis

21. Perpindahan dan fiksasi CO2 dalam spesies C4 yang sedang berfotosintesis

22. Spesies CAM (Crassulaceae Acid Metabolism)
tumbuhan sukulen dengan daun atau batang berdaging
mampu beradaptasi terhadap keadaan kering dengan transpirasi
yang rendah
stomata membuka pada malam hari dan menutup pada siang
hari untuk mengurangi beban transpirasi
fiksasi CO2 seperti halnya spesies C4
Daun dan Fotosintesis
merupakan organ utama fotosintesis tumbuhan tingkat tinggi
umumnya daun tumbuhan mempunyai
permukaan luar yang luas dan datar
lapisan pelindung permukaan atas dan bawah
banyak stomata per satuan luas
sejumlah besar kloroplas dalam setiap sel

23. C3, C4 and CAM Plants
C3 Plants C4 Plants CAM Plants
cotton sorghum cactus
rice corn pineapple
spinach sugarcane jade plant
lettuce St. Augus. grass Sansevieria
carrot crabgrass Agave
petunia pigweed
apple Russian thistle
quackgrass
cocklebur
beans

24. Daun dan Fotosintesis
merupakan organ utama fotosintesis tumbuhan tingkat tinggi
umumnya daun tumbuhan mempunyai
permukaan luar yang luas dan datar
lapisan pelindung permukaan atas dan bawah
banyak stomata per satuan luas
sejumlah besar kloroplas dalam setiap sel

25. Faktor-Faktor Penting Untuk Fotosintesa
Cahaya – CO2 – Suhu – Air – Unsur Mineral
CAHAYA
Bila tidak ada cahaya maka akan terjadi respirasi dalam gelap
(menggunakan 5-10% hasil fiksasi CO2 dalam keadaan terang)
Dengan peningkatan cahaya secara berangsur-angsur fotosintesis
akan terjadi dan meningkat sampai pada tingkat kompensasi
cahaya (= tingkat cahaya pada saat pengambilan CO2 sama
dengan pengeluaran CO2) (laju pertukaran karbon atao CER = 0)
Apabila tingkjat cahaya terus-menerus meningkat maka akan
berkurang kenaikan CER untuk setiap satuan kenaikan tingkat cahaya
sampai tercapai tingkat jenuh cahaya
Setelah itu setiap peningkatan intensitas cahaya tidak akan diikuti
dengan peningkatan CER yang cukup berarti
Dengan demikian daun lebih efisien memanfaatkan energi cahaya
pada tingkat penyinaran yang rendah

26. Kurva respon terhadap cahaya untuk suatu ukuran laju pertukaran CO2
(CER) pada daun semanggi merah (spesies C3). Tingkat kompensasi cahaya
merupakan tingkat penyinaran pada saat pengambilan CO2 untuk
fotosintesis sama dengan pengeluaran CO2 saat respirasi. Tingkat cahaya
jenuh adalah tingkat penyinaran penuh pada saat peningkatan penyinaran
tidak akan mengakibatkan peningkatan CER yang berarti.

27. Hubungan antara sudut daun, radiasi matahari pada permukaan daun dan kurva
respon terhadap cahaya pada daun semanggi merah

28. KARBONDIOKSIDA
Udara kering mengandung 78% nitrogen (N2), 21% oksigen (O2), 0,93%
argon (Ar), 0,034% (340 ppm) CO2, dan sedikit sekali gas-gas lain.
Walaupun konsentrasi CO2 itu rendah, 85-92% berat kering tanaman
berasal dari pengambilan CO2 dalam fotosintesis.
Dalam kondisi cahaya terik, umumnya tanaman menunjukkan respon
garis lurus untuk fotosintesis daun dalam tingkatan CO2 di atas
konsentrasi CO2 di atmosfer saat ini, yaitu 340 ppm
Hasil tanaman budidaya bahkan masih dapat ditingkatkan di dalam
atmosfer yang diperkaya CO2 sampai 1.500 ppm
Walaupun saat ini tidak ada cara praktis untuk melakukannya di
lapangan, pengkayaan CO2 telah menunjukkan banyak keuntungan
dalam rumah kaca-rumah kaca, tidak hanya meningkatkan berat
kering tanaman tetapi juga dapat mempercepat perkembangan
tanaman

29. Karbondioksida sampai ke kloroplas terjadi secara difusi dari udara
melalui stomata ke sel, dan kemudian ke dalam kloroplas
Hambatan terhadap pergerakan CO2 ke dalam dan melalui daun
memang terjadi
rCO2 = ra + rs + rm
rCO2 = laju pertukaran CO2
ra = tahanan helaian
rs = tahanan stomata
rm = tahanan mesofil
Tahanan helaian (ra) menggambarkan konsentrasi CO2 pada
permukaan daun (300-360 ppm), dimana makin rendah konsentrasinya
makin tinggi tahanannya.
Faktor-faktor yang menyebabkan pengurangan konsentrasi
CO2 akan meningkatkan nilai ra.
Gerakan pusaran angin merupakan faktor utama yang
mempengaruhi ra.

30. Bila tidak terjadi gerakan udara, pengambilan CO2 oleh daun
menyebabkan terjadinya landaian difusi CO2 yang mengurangi
konsentrasi CO2 pada permukaan daun.
Gerakan pusaran angin yang mengencang menyebabkan ra
akhirnya berkurang sampai ke tingkat minimum.
Tahanan stomata (rs) adalah tahanan terhadap difusi CO2 dari luar ke
daun melalui stomata.
Faktor utama yang mempengaruhi rs adalah tingkat terbukanya
stomata.
Terbukanya stomata dipengaruhi oleh radiasi matahari dan
kelembaban relatif dalam daun.
Tahanan mesofil (rm) dihitung sebagai tahanan sisa terhadap
pengambilan CO2 oleh daun

31. TEMPERATUR
Fotosintesis harus dipisahkan menjadi bagian-bagian penyusunnya untuk
menetapkan responnya terhadap temperatur.
Reaksi terang atau fotofosforilasi tidak tergantung pada temperatur
dalam rentang suhu kondisi tumbuh tanaman.
Fiksasi CO2 (Reaksi Gelap) merupakan reaksi yang dikendalikan oleh
enzim, dan meningkat dengan laju penambahan makin tinggi sejalan
dengan meningkatnya temperatur hingga mencapai temperatur yang
menyebabkan denaturasi enzim-enzimnya
AIR
Air merupakan subtsrat fotosintesis, tetapi hanya sekitar 0,1% dari jumlah
air total digunakan tumbuhan untuk fotosintesis (90% transpirasi, 1%
membasahi tumbuhan, tekanan turgor dan memungkinkan terjadinya
pertumbuhan)
Pengaruh utama kekurangan air terhadap rangkaian proses fotosintesis
adalah dalam peningkatan rs

32. UMUR DAUN & KANDUNGAN MINERAL
Umur daun mempengaruhi fotosintesis dimana proses penuaan
menyebabkan kelambanan proses fotosintesis
Faktor utama yang mempengaruhi laju penuaan daun adalah
kandungan nutrien mineral daun.
Masukan nutrien yang cukup memungkin daun yang muda dan tua
memenuhi kebutuhan mereka.
Namun dalam kondisi yang terbatas, nutrien lebih sering didistribusikan ke
daun yang muda dan hal ini akan mengurangi laju fotosintesis pada daun
yang lebih tua.
Kandungan nutrien yang berkurang mempengaruhi fotosintesis, terutama
dengan cara mempengaruhi peralatan fotosintesis:
klorofil mengandung nitrogen dan magnesium
molekul pelopor untuk sintesis klorofil juga melibatkan besi