Laporan Praktikum Biologi Cahaya pada Fotosintesis

LAPORAN PRAKTIKUM BIOLOGI

CAHAYA PADA FOTOSINTESIS

I.                  PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Suatu ciri hidup yang hanya dimiliki khusus oleh tumbuhan hijau adalah kemampuan dalam menggunakan zat karbon dari udara untuk diubah menjadi bahan organik serta diasimilasi dalam tubuh tumbuhan. Tumbuhan tingkat tinggi pada umumnya tergolong pada organisme autotrof, yaitu makhluk hidup yang dapat mensintesis sendiri senyawa organik yang dibutuhkannya. Senyawa organik yang baku adalah rantai karbon yang dibentuk oleh tumbuhan hijau dari proses fotosintesis.

Fotosintesis merupakan akrivitas kimiawi dari tumbuhan untuk membentuk energi. Beberapa faktor yang mempengaruhi fotsintesis adalah air, konsentrasi CO2 dan cahaya. Cahaya tidak dapat dipisahkan dari fotosintesis karena cahaya merupakan bahan bakar untuk menghasilkan karbohidrat dan Oksigen. Pada dasarnya satu foton hanya dapat  diserap oleh satu molekul saja pada waktu tertentu dan terjadinya eksitasi pada suatu elektron  dalam suatu molekul disebabkan oleh foton. Foton akan menempati posisi pada kondisi tereksitasi yang ditangkap oleh molekul-molekul pigmen.

Pigmen –pigmen atau warna-warna pada tanaman terutama sayuran dan buah-buahan memiliki perbedaan warna yang disebabkan oleh pigmen yang ada pada syuran atau buah-buahan tersebut. Beberapa pigmen yang banyak dan biasa terlihat seperti klorofil, antosianin dan karotenoid (Karoten dan xanotifil)

Warna hijau pada daun merupakan salah satu aplikasi dari pigmen klorofil. Selain memberikan warna hijau pada daun, klorofil memiliki andil besar dalam proses fotosintesis, tanpa adanya klorofil fotosintesis tidak mungkin terjadi, kondisi ini terjadi karena klorofil memiliki sifat dapat menerima sinar cahaya dan dapat mengembalikannya dalam kondisi gelombang yang berbeda. Klorofil dapat mengalami degradasi warna yang awalnya berwarna hijau dapat berubah menjadi warna kuning. Degradasi warna ini dapat  menjadi patokan atau tolak ukur dari sayuran apakah masih segar atau tidak. Klorofil tidak larut dalam air melaikan larut dalam etanol, eter, bensol, dan metanol. Klorofil tidak dapat larut dalam air disebabkan memiliki lebih banyak sifat lipofil daripada hidrofil yang menyebabkan sukar bersinggungan dengan air.

Pada umumnya, sel fotosintesis mengandung satu sel atau lebih pigmen klorofil yang berwarna hijau. Berbagai sel fotosintesis lainnya seperti pada ganggang dan bakteria, berwarna coklat, merah, atau ungu. Hal ini disebabkan oleh adanya pigmen lain disamping klorofil yaitu pigmen pelengkap seperti karotenoid yang berwarna kuning, merah atau ungu dan pigmen fikobilin yang berwarna biru atau merah.

Fotosintesis pada tumbuhan dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti intensitas cahaya (laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya), konsentrasi karbondioksida (semakin banyak karbon dioksida diudara, makin banyak jumlah bahan yang dapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis), suhu (enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesisnya dapat bekerja pada suhu optimalnya).

Berdasarkan penjelasan diatas mengenai fotosintesis, maka dilakukanlah praktikum ini sehingga kita dapat melihat bagaiman fotosintesis berlangsung dan mengetahui apa saja faktor yang dapat mempengaruhi lajunya dan apa yang dihasilkan dari proses fotosintesis. Sehingga kita dapat membandingkan antara teori yang kita dapat dari proses pembelajaran dengan hasil yang kita temukan di dalam praktikum.

1.2    Tujuan

Percobaan ini bertujuan untuk membuktikan pengaruh warna cahaya terhadap kecepatan fotosintesis dan mengetahui jenis cahaya yang memiliki pengaruh yang tinggi terhadap proses fotosintesis.

II.               TINJAUAN PUSTAKA

Fotosintesis berasal dari kata foton yang berarti cahaya dan sintesis yang berarti penyusunan. Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan alga, dan beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya. Akibatnya fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga sebagian besar menghasilkan oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Fotosintesis juga merupakan salah satu cara asimilasi karbon, karena dalam fotosintesis karbon bebas dari (CO2) diikat (difiksasi) menjadi gula sebagai molekul penyimpan energi.

Energi foton yang digunakan untuk menggerakkan elektron melawanan gradient panas di dalam fotosistem I dari sebuah agen dengan tenaga reduksi kuat, yang secara termodinamis mampu mereduksi CO2 di dalam fotosistem II dari air dengan pelepasan O2, jika sebuah molekul pigmen menyerap sebuah foton masuk ke dalam sebuah keadaan tereksitasi, karena satu elektronnya pada keadaan dasar pindah ke orbit (Anwar, 1984).

Orang yang pertama kali menemukan fotosintesis adalah Jan Ingenhousz. Fotosintesis merupakan suatu proses yang penting bagi organisme di bumi, dengan fotosintesis ini tumbuhan menyediakan bagi organisme lain baik secara langsung maupun tidak langsung. Jan Ingenhosz melakukan percobaan dengan memasukkan tumbuhan Hydrilla Verticillata ke dalam bejana yang berisi air. Bejana gelas itu ditutup dengan corong terbalik dan diatasnya diberi tabung reaksi yang diisi air hingga penuh, kemudian bejana itu diletakkan di terik matahari. Tak lama kemudian muncul gelembung udara dari tumbuhan air itu yang menandakan adanya oksigen (Kimball, 1993).

Pada tahun 1860, Sach membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan amilum. Dalam percobaannya tersebut ia mengguanakan daun segar yang sebagian dibungkus dengan kertas timah kemudian daun tersebut direbus, dimasukkan kedalam alkoholdan ditetesi dengan iodium. Ia menyimpulkan bahwa warna biru kehitaman pada daun yang tidak ditutupi kertas timah menandakan adanya amilum (Malcome, 1990).

Fotosistem ada dua macam, yaitu fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I tersusun oleh klorifil a dan klorifil b dengan perbandingan 12:1 dan tereksitasi secara maksimum oleh cahaya pada panjang gelombang 700 nm. Pada fotosistem II perbandingan klorofil a dan klorofil b yaitu 1:2 dan tereksitasi secara maksimum oleh cahaya pada panjang gelombang 680 nm (Syamsuri, 2000).

Tumbuhan bersifat autotrof, autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung, dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula dan oksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Secara singkat reaksi fotosintesis yang manghasilkan glukosa dapat dituliskan sebagai berikut :

12H2O + 6CO2 –cahaya→ C6H12O6 (glukosa) + 6O2 + 6H2O

Cahaya sangat besar artinya bagi tumbuhan, terutama karena perannya dalam kegiatan fisiologis seperti fotosintesis,  respirasi, pertumbuhan serta pembuangaan, pembukaan dan penutupan stomata, perkecambahan dan pertumbuhan tanaman. Penyinaran matahari mempengaruhi pertumbuhan, reproduksi dan hasil tanaman melalui prose fotosintesis (Nurshanti, 2011). Lambers (2008) memaparkan bahwa tingkat ke ekstriman suatu lingkungan sangat berpengaruh terhadap tanaman utamanya fotosintesis. Pada kondisi ekstrim panas(tinggi), Pada suhu maksimum, pada suhu 45oC hingga 55oC selama dua jam, tanaman akan mati. Tanaman yang kadarkarbohidratnya tinggi lebih tahan terhadap suhu ekstrim tinggi, Suhu rendah pada kebanyakan tanaman mengakibatkan rusaknya batang, daun muda, tunas, bunga dan buah. Besarnya kerusakan organ atau jaringan tanaman, akibat suhu rendah tergantung pada, keadaan air, keadaan unsur hara, morfologi dan kodisi fisiologit anaman.Tanaman yang jaringannya kaya unsur kalium biasa lebih tahan terhadap suhu rendah, tetapi jaringan yang banyak mengandung nitrogen padau mumnya lebih rapuh.

Klorofil merupakan komponen penting pada tumbuhan untuk melakukan fotosintesis. Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi pembentukan klorofil. 1) faktor bawaan, sama halnya dengan pigmen-pigmen lainnya, klorofil dibawa oleh gen induknya, bila pada indukan tidak terdapat klorofil maka pada anakan akan mengalami hal yang sama. 2) cahaya, dengan kondisi yang kurang cahaya atau gelap warna daunnya akan pucat, jika kelebihan cahaya maka akan berwarna hijau kekuning-kuningan. 3) oksigen, pada kecambah yang ditumbuhan tanpa cahaya lalu dipindahkan ke tempat dengan cahaya tidak bisa menghasilkan klorofil tanpa pemberian Oksigen terlebih dahulu. 4) karbohidrat, karbohidrat dapat membantu pembentukan klorofil bila sebelumnya tanaman ditumbuhkan tanpa adanya cahaya. 5) Nitrogen dan Magnesium, keduanya merupakan pehan penyusun dari klorofil. 6) unsur Mn, Cu, Zn, maskipun kebutuhan tanaman akan unsur ini sedikit tetapi dengan unsur-unsur ini dapat membantu pembentukan klorofil, jika kekuranganunsur-unsur ini tanaman akan mengalami klorosis. 7)  air, air meruakan faktor penting, bila kekurangan air maka mengakibatkan desintegrasi dari klorofil. 8) tempratur, tempratur yang ideal untuk pembentukan klorofil antara 3o-48oC (Dwidjoseputro, 1990).          Unsur Magnesium dalam tanaman tidak dapat dikesampingkan, menurut Nasamsir (2008) magnesium merupakan unsur penusun klorofil, sehingga defisiensi magnesium akan merupakan laju fotosintesis tanaman yang berdampak pada rendahnya produksi fotosintat. Rendahnya produksi fotosintat akan mempengaruhi penambahan bobot tanaman yang dicerminkan leh rendahnya LTR. Klorofil sendiri merupakan pembawa warna hijau daun yeng terdapat di kloroplas dan berfungsi penting bagi fotosintesis. Perubahan kkandungan klorofil, karotenoid dan antosianin berperan aktif dalam perkembangan benih, ini menunjukkan pigmen yang ada akan berpengaruh besar pada hasil dan mutu benih, pada masa perkecambahan benih pigmen-pigmen tersebut juga berperan, adapun perbedaan yang terjadi antara klorofil, antosianin dan karotenoid akan menyebabkan perbedaan pula pada masa perkecambahan (Baharudin, 2011).

Karoten terbagi manjadi beberapa warna, kuning (Xanthophyll), orange (Violaxauxhin), merah (Lycopene). Karoten pada buah-bauahan merupakan erubahan warna ketika buah masak. Klorofil sebagai warna hijau mulai hilang aau terdegradasi dan karotenoid tumbuh semakin banyak hingga mendominasi sehingga warna berubah menjadi kuning, orange dan merah. Pada jeruk manis merah darah, warna merah tidak hanya berasal dari likopen tetapi juga berasal dari antosianin (Pracaya, 2000). Karotenoid merupakan sumber provitamin A, kandungan provit-A dalam buah dalam kondisi padat ataupun cair dapat cepat dikonversikan menjadi vitamin A. Karotenoid dibagi menjadi dua fraksi, fraksi padat dan cair, jumlah fraksi cair lebih banyak daripada fraksi padat. Perbedaan ini dapat dilihat dari warna fraksi cair yang lebih merah daripada fraksi padatnya. Komposisi asam lemak penyusun pada fraksi cair dan padat mempengaruhi kandungan karotenoid, pada fraksi cair lebih banyak mengandung lemak tak jenuh sedangkan fraksi padat lebih banyak mengandung lemak jenuh (Syahputra, 2008). Karotenoid dan antosianin dapat berfungsi sebagai antioksidan dari patogen, agens fotoprotektif, dan fotooksidasi yang berguna melindungi benih dari radiasi.

Menurut Serghein (2008) kandungan antosianin dan konsentrasi flavonoid dapat membantu tanaman terlindung dari paparan radiasi tidak baik dari sinar matahari, ini dibuktikan dari peningkatan kandungan antosianin dan konsentrasi flavonoid yang meningkat pada kacang polong yang disinari UV secara penuh. Flavonoid dapat menyerap gelombang cahaya dengan  panjang 220-30 mm. Berbeda dengan antosianin, jumlah dari klorofil dan karotenoid menurun akibat paparan dari UV. Produksi flavonoid memerlukan gula  sebagai sumber fosfoenolpirufat dan eritrosa-4-fosfat yang menyedaiakan beberapa atom karbon yang diperlukan flavonoid untuk cincin-B (Salisbury, 1992). Antosianin terdapat di dalam air sel vakuola, biasanya terlarut.  Antosianin bersifat glikosida. Antosianin berwarna merah pada pH asam, berwarna biru pada pH basa, dan berwarna ungu pada pH netral (Dwidjoseputro, 1990).

 III.           PELAKSANAAN PRAKTIKUM

3.1         Waktu dan Tempat

Praktikum ini dilakukan di Laboratorium Kebun Percobaan dan Penelitian (KP2) lantai 1 Fakultas Pertanian Perikanan dan Biologi (Babel III) Universitas Negeri Bangka Belitung pada tanggal 1 Oktober 2013 pukul 09.10 – 10.45 WIB

3.2         Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada praktikum ini yaitu : Toples plastik, Corong kaca kecil, Tabung reaksi, Stopwatch

Bahan yang digunakan pada praktiku ini yaitu : Plastik warna biru, putih, kuning, merah, hijau, dan hitam, serta tumbuhan Hydrilla verticilata

3.3         Cara Kerja

1.      Rangkai alat dan bahan dengan toples diisi air, lalu letakkan tumbuhan Hydrilla verticilata didalam toples dan tutup tumbuhan Hydrilla verticillata dengan corong kaca, lalu tutup ujung corong dengan tabung reaksi yang sudah terisi air hingga tidak terdapat rongga udara

2.      Buat rangkaian alat dan bahan sebanyak 7 set untuk setiap kelompok

3.      Rangkaian pertama dibiarkan dalam keadaan terbuka dan diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung

4.      Rangkaian kedua sungkup dengan plastik warna biru dan diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung

5.      Rangkaian ketiga sungkup dengan plastik warna putih dan diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung

6.      Rangkaian keempat sungkup dengan plastik warna kuning dan diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung

7.      Rangkaian kelima sungkup dengan plastik warna merah dan diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung

8.      Rangkaian keenam sungkup dengan plastik warna hijau dan diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung

9.      Rangkaian ketujuh sungkup dengan plastik warna hitam dan diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung

10.  Setelah selesai mempersiapkan ketujuh rangkaian alat dan bahan, lalu siapkan stopwatch dan mulai amati apa yang terjadi selama 10 menit

11.  Catat hasil pengamatan pada tabel yang sudah disediakan

 

IV.           HASIL DAN PEMBAHASAN

Fotosintesis merupakan proses pembentukan makanan (glukosa) pada tumbuhan yang mengandung zat hara, air dan karbondioksida dengan bantuan sinar matahari. Pada proses fotosintesis, tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Klorofil mengandung organel yang disebut kloroplas. Kloroplas inilah yang menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Sebagian besar energi dihasilkan di daun, didalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Berikut merupakan reaksi dalam proses fotosintesis:  6CO2 + 6H2O             C6H12 O6 + 6O2.

Fotosintesis dipengaruhi oleh beberapa faktor, faktor utama yang mempengaruhi laju fotosintesis adalah sebagai berikut :

1.    Intensitas Cahaya , semakin banyak cahaya yang masuk semakin maksimal proses fotosintesis pada tumbuhan.

2.    Kadar air, kebutuhan air pada tanaman harus tercukupi karena apabila kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat

     penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.

3.    Konsentrasi karbondioksida, semakin banyak karbondioksida yang ada di

     udara, semakin banyak pula jumlah bahan yang didapatkan tumbuhan untuk

     melangsungkan kegiatan fotosintesis.

4.    Suhu, enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja pada suhu optimalnya. Pada umumnya laju fotosintesis meningkat seiring meningkatnya suhu hingga batas toleransi enzim

5.    Kadar fotosintat (hasil fotosintesis), Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesis akan naik. Namun, jika kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, maka laju fotosintesis akan berkurang.

            Fotosintesis memerlukan cahaya yang umumnya berasal dari cahaya matahari. Namun, tidak semua cahaya matahari berguna untuk fotosintesis tetapi hanya cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang bermanfaat untuk memecah molekul air dalam proses fotosintesis. Cahaya yang digunakan dalam fotosintesis adalah cahaya yang tampak, dengan rentang panjang gelombang 400-760 nm. Sinar dengan gelombang lebih pendek disebut ultraviolet (UV) yang mempunyai panjang 300-350 nm, sedangkan gelombang yg lebih panjang disebut inframerah dengan panjang 700-750 nm. Cahaya tampak terbagi atas merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu . Cahaya merah (610 - 700 nm), hijau kuning (510 - 600 nm), biru (410 - 500 nm) dan violet/ungu (< 400 nm). Masing-masing jenis cahaya berbeda pengaruhnya terhadap fotosintesis. Hal ini terkait pada sifat pigmen penangkap cahaya yang bekerja dalam fotosintesis. Pigmen yang terdapat pada membran grana menyerap cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Pigmen yang berbeda menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Gelombang cahaya yang pendek < 400 nm (ungu) akan cepat terserap oleh pigmen klorofil untuk melakukan fotosintesis maka otomatis kerja sistem pada reaksi terang (membutuhkan cahaya) akan maksimum dan menghasilkan glukosa yang lebih dari cukup dan melepaskan udara (oksigen) yang lebih dari cukup pula. 

   Dalam kegiatan fotosintesis setiap tanaman menghasilkan oksigen yang berbeda-beda. Oleh karena itu dalam praktikum kali ini kita menggunakan tanaman hydrilla sp sebagai bahan pengamatan karena tanaman hydrilla ini merupakan tanaman yang hidup di air, sehingga memudahkan kita untuk mengetahui berapa banyak gelembung udara (oksigen) yang dihasilkan dari suatu proses fotosintesis. Selain itu, hydrilla ini merupakan tumbuhan spermatophyta yang hidup di air, sehingga ia memiliki bentuk adaptasi yang berbeda dengan spermatophyta darat, memiliki kloroplas dan klorofil yang terdapat didalamnya. Pada daunnya, dapat pula diamati proses aliran sitoplasmanya yaitu pada bagian sel – sel penyusun ibu tulang daun yang memanjang di tengah – tengah daun. Pada hydrilla juga terdapat trikoma yang berfungsi untuk mencegah penguapan yang berlebihan.

            Urutan hasil yang diperoleh dari yang menghasilkan oksigen terbesar hingga terkecil adalah plastik biru, tanpa plastik, plastik merah, plastik kuning, plastik hijau, plastik putih dan plastik hitam. Karena daun pada hydrilla berwarna hijau maka klorofil akan menyerap cahaya warna merah dan biru dan memantulkan cahaya hijau. Sehingga apabila semakin banyak cahaya merah atau biru yang diperoleh hydrilla maka semakin cepat proses fotosintesisnya sehingga menghasilkan O2 yang banyak pula.

 V.               SIMPULAN

Setelah melakukan praktikum ini kita dapat :

-       Mengetahui pengaruh warna cahaya terhadap kecepatan fotosintesis

-       Mengetahui jenis cahaya yang memiliki pengaruh yang tinggi terhadap proses fotosintesis

 

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, dkk. 2002. Biologi Jilid 1. Jakarta : Erlangga

Dwidjoseputro. 1990. Pengantar Fisiologi Tumbuhan. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama

Kimball, John. W. 2000. Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta : Erlangga

Nawangsari, Sugiri. 1998. Biologi. Bandung : Erlangga

Fatihah, Ieyah. 2011. Fotosintesis. http://www.slideshare.net/atehhumaira/fotosintesis-slide?from_search=14. [diakses 21 Desember 2011]

Rahma, Handini. 2011. Fotosintesis. http://www.slideshare.net/andinrahma/fotosintesis-9298038?from_search=6. [diakses 17 September 2011]