TUGAS AKHIR

MATA KULIAH FISIOLOGI TUMBUHAN

“FISIOLOGI CEKAMAN”

OLEH:

BENY AULIA SAPUTRA

F1D007003

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BENGKULU

2014

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Faktor-Faktor lingkungan akan mempengaruhi fungsi fisiologis tanaman. Respons

tanaman sebagai akibat faktor lingkungan akan terlihat pada penampilan tanaman. Hal ini

dapat terlihat langsung pada vegetasi hutan bakau yang tumbuh di pantai berlumpur. Bakau

mempunyai akar napas. Begitu pula tumbuhan yang tumbuh pada ekosistem rawa,

mempunyai akar papan. Perbedaan bentuk-bentuk akar pada tumbuhan sangat

mengindikasikan bahwa tumbuhan itu juga menyesuaikan diri dengan lingkungannya. Begitu

juga vegetasi yang tumbuh di sekitar ekosistem rawa dan bakau tersebut juga spesifik atau

tertentu.

Fluktuasi lingkungan setiap hari menantang kehidupan tumbuhan. Kadang-kadang,

faktor dalam lingkungan berubah cukup drastis sehingga membuat tumbuhan menjadi

tercekam. Pada penjelasan lain akan didefinisikan sebagai kondisi lingkungan yang dapat

memberi pengaruh buruk pada tumbuhan, reproduksi, dan kelangsungan hidup tumbuhan

(Campbell, 2003).

Cekaman merupakan faktor lingkungan biotik dan abiotik yang dapat mengurangi laju

proses fisiologi. Tanaman mengimbangi efek merusak dari cekaman melalui berbagai

mekanisme yang beroperasi lebih dari skala waktu yang berbeda, tergantung pada sifat dari

cekaman dan proses fisiologis yang terpengaruh. Respon ini bersama-sama memungkinkan

tanaman untuk mempertahankan tingkat yang relatif konstan dari proses fisiologis, meskipun

terjadinya cekaman secara berkala dapat mengurangi kinerja tanaman tersebut. Jika tanaman

akan mampu bertahan dalam lingkungan yang tercekam, maka tanaman tersebut memiliki

tingkat resistensi terhadap cekaman. Contoh cekaman adalah kekurangan nitrogen, kelebihan

logam berat, kelebihan garam dan naungan oleh tanaman lain.

2

B. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang akan dibahas dalam makalah ini adalah sebagai berikut:

1. Bagaimana pengaruh cekaman terhadap tumbuhan terhadap fungsi fisiologis ?

2. Bagaimana tumbuhan beradaptasi terhadap cekaman fisiologis ?

C. Tujuan

Adapun tujuan dalam penulisan makalah ini adalah:

1. Untuk mengetahui berbagai macam cekaman terhadap fungsi fisiologis.

2. Untuk mengetahui cara tumbuhan beradaptasi terhadap cekaman fisiologis.

3

BAB II

PEMBAHASAN

Pada prinsipnya, setiap tumbuhan memiliki kisaran tertentu terhadap faktor

lingkungannya. Prinsip tersebut dinyatakan sebagai Hukum Toleransi Shelford, yang

berbunyi “Setiap organisme mempunyai suatu minimum dan maksimum ekologis, yang

merupakan batas bawah dan batas atas dari kisaran toleransi organisme itu terhadap kondisi

factor lingkungannya”. Setiap makhluk hidup memiliki range of optimum atau kisaran

optimum terhadap faktor lingkungan untuk pertumbuhannya. Kondisi di atas ataupun di

bawah batas kisaran toleransi itu, makhluk hidup akan mengalami stress fisiologis. Pada

kondisi stress fisiologis ini, populasi akan menurun. Apabila kondisi stress ini terus

berlangsung dalam waktu yang lama dan telah mencapai batas toleransi kelulushidupan,

maka organisme tersebut akan mati.

Cekaman biasanya didefinisikan sebagai faktor luar yang tidak menguntungkan yang

berpengaruh buruk terhadap tanaman. Campbell mendefinisikan cekaman sebagai kondisi

lingkungan yang dapat memberi pengaruh buruk pada pertumbuhan, reproduksi, dan

kelangsungan hidup tumbuhan (Campbell, 2003).

Pada umumnya cekaman lingkungan pada tumbuhan dikelompokkan menjadi dua,

yaitu:

(1) cekaman biotik, terdiri dari:

a) kompetisi intra spesies dan antar spesies,

b) infeksi oleh hama dan penyakit, dan

(2) cekaman abiotik berupa:

a) suhu (tinggi dan rendah),

b) air (kelebihan dan kekurangan),

c) radiasi (ultraviolet, infra merah, dan radiasi mengionisasi),

d) kimiawi (garam, gas, dan pestisida),

e) angin, dan

f) suara

4

A. Respon Terhadap Cekaman Air

Faktor air dalam fisiologi tanaman merupakan faktor utama yang sangat penting.

Tanaman tidak akan dapat hidup tanpa air, karena air adalah matriks dari kehidupan, bahkan

makhluk lain akan punah tanpa air. Air merupakan bagian dari protoplasma (85-90% dari

berat keseluruhan bahagian hijau tumbuh-tumbuhan (jaringan yang sedang tumbuh) adalah

air. Selanjutnya dikatakan bahwa air merupakan reagen yang penting dalam proses-proses

fotosintesa dan dalam proses-proses hidrolik. Disamping itu juga merupakan pelarut dari

garam-garam, gas-gas dan material-material yang bergerak kedalam tumbuh tumbuhan,

melalui dinding sel dan jaringan esensial untuk menjamin adanya turgiditas, pertumbuhan sel,

stabilitas bentuk daun, proses membuka dan menutupnya stomata, kelangsungan gerak

struktur tumbuh-tumbuhan.

Peran air yang sangat penting tersebut menimbulkan konsekuensi bahwa langsung atau

tidak langsung kekurangan air pada tanaman akan mempengaruhi semua proses metaboliknya

sehingga dapat menurunkan pertumbuhan tanaman. Efek kelebihan air atau banjir yang

umum adalah kekurangan oksigen, sedangkan kekurangan air atau kekeringan akan

mengakibatkan dehidrasi pada tanaman yang berpengaruh terhadap zona sel turgor yang

selanjutnya dapat menghambat pertumbuhan tanaman (Fallah, 2006). Kebutuhan air bagi

tanaman dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain jenis tanaman dalam hubungannya

dengan tipe dan perkembangannya, kadar air tanah dan kondisi cuaca.

1) Respon Terhadap Cekaman Kelebihan Air

Dampak genangan air adalah menurunkan pertukaran gas antara tanah dan udara yang

mengakibatkan menurunnya ketersediaan O2 bagi akar, menghambat pasokan O2 bagi akar

dan mikroorganisme (mendorong udara keluar dari pori tanah maupun menghambat laju

difusi). Genangan berpengaruh terhadap proses fisiologis dan biokimiawi antara lain

respirasi, permeabilitas akar, penyerapan air dan hara, penyematan N. Genangan

menyebabkan kematian akar di kedalaman tertentu dan hal ini akan memacu pembentukan

akar adventif pada bagian di dekat permukaan tanah pada tanaman yang tahan genangan.

Kematian akar menjadi penyebab kekahatan N dan cekaman kekeringan fisiologis.

5

2) Respon Terhadap Cekaman Kekeringan

Cekaman kekeringan pada tanaman disebabkan oleh kekurangan suplai air di daerah

perakaran dan permintaan air yang berlebihan oleh daun dalam kondisi laju evapotranspirasi

melebihi laju absorbsi air oleh akar tanaman. Serapan air oleh akar tanaman dipengaruhi oleh

laju transpirasi, sistem perakaran, dan ketersediaan air tanah (Lakitan, 2011).

Kekurangan air akan mengganggu aktifitas fisiologis maupun morfologis, sehingga

mengakibatkan terhentinya pertumbuhan. Defisiensi air yang terus menerus akan

menyebabkan perubahan ireversibel (tidak dapat balik) dan pada gilirannya tanaman akan

mati (Haryati, 2003). Respon tanaman terhadap stres air sangat ditentukan oleh tingkat stres

yang dialami dan fase pertumbuhan tanaman saat mengalami cekaman. Respon tanaman yang

mengalami cekaman kekeringan mencakup perubahan ditingkat seluler dan molekuler seperti

perubahan pada pertumbuhan tanaman, volume sel menjadi lebih kecil, penurunan luas daun,

daun menjadi tebal, adanya rambut pada daun, peningakatan ratio akar-tajuk, sensitivitas

stomata, penurunan laju fotosintesis, perubahan metabolisme karbon dan nitrogen, perubahan

produksi aktivitas enzim dan hormon, serta perubahan ekspresi

Tumbuhan merespon kekurangan air dengan mengurangi laju transpirasi untuk

penghematan air. Terjadinya kekurangan air pada daun akan menyebabkan sel-sel penjaga

kehilangan turgornya. Suatu mekanisme control tunggal yang memperlambat transpirasi

dengan cara menutup stomata. Kekurangan air juga merangsang peningkatan sintesis dan

pembebasan asam absisat dari sel-sel mesofil daun. Hormon ini membantu mempertahankan

stomata tetap tertutup dengan cara bekerja pada membrane sel penjaga. Daun juga berespon

terhadap kekurangan air dengan cara lain. Karena pembesaran sel adalah suatu proses yang

tergantung pada turgor, maka kekurangan air akan menghambat pertumbuhan daun muda.

Respon ini meminimumkan kehilangan air melalui transpirasi dengan cara memperlambat

peningkatan luas permukaan daun. Ketika daun dari kebanyakan rumput dan kebanyakan

tumbuhan lain layu akibat kekurangan air, mereka akan menggulung menjadi suatu bentuk

yang dapat mengurangi transpirasi dengan cara memaparkan sedikit saja permukaan daun ke

matahari. Semua respon daun ini selain membantu tumbuhan untuk menghemat air, juga

mengurangi fotosintesis.

Pertumbuhan akar juga memberikan respon terhadap kekurangan air. Selama musim

kemarau, tanah umumya mongering dari permukaan hingga bawahnya. Keadaan ini

menghambat pertumbuhan akar dangkal, karena sel-selnya tidak dapat mempertahankan

6

turgor yang diperlukan untuk pemanjangan. Akar yang lebih dalam yang dikelilingi oleh

tanah yang masih lembab terus tumbuh. Dengan demikian, sistem akar memperbanyak diri

dengan cara yang memaksimumkan pemaparan terhadap air tanah (Campbell, 2003).

B. Respon Tumbuhan Terhadap Kekurangan Oksigen

Tumbuhan yang disiram terlalu banyak air bisa mengalami kekurangan oksigen karena

tanah kehabisan ruangan udara yang menyediakan oksigen untuk respirasi seluler akar.

Beberapa tumbuhan secara struktural diadaptasikan ke habitat yang sangat basah. Sebagai

contoh, akar pohon bakau yang terendam air, yang hidup di rawa pesisir pantai, adalah

sinambung dengan akar udara yang menyediakan akses oksigen. Akan tetapi bagaimana

tumbuhan yang tidak biasa hidup di lingkunagn akuatik bisa mengatasi kekurangan oksigen

pada tanah yang digenangi air ? Satu perubahan struktural adalah pembentukan saluran udara

yang menyediakan oksigen pada akar yang terendam (Campbell, 2003).

C. Respon Terhadap Cekaman Garam

Stres garam terjadi dengan terdapatnya salinitas atau konsentrasi garam-garam terlarut

yang berlebihan dalam tanaman. Stres garam ini umumnya terjadi dalam tanaman pada tanah

salin. Stres garam meningkat dengan meningkatnya konsentrasi garam hingga tingkat

konsentrasi tertentu yang dapat mengakibatkan kematian tanaman. Garam-garam yang

menimbulkan stres tanaman antara lain ialah NaCl, NaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2 yang

terlarut dalam air (Sipayung, 2003). Stres akibat kelebihan Na+ dapat mempengaruhi

beberapa proses fisiologi dari mulai perkecambahan sampai pertumbuhan tanaman (Fallah,

2006).

Pada kebanyakan spesies, pengaruh jenis-jenis garam umumnya tidak khas terhadap

tumbuhan tanaman tetapi lebih tergantung pada konsentrasi total garam.

Salinitas tidak ditentukan oleh garam NaCl saja tetapi oleh berbagai jenis garam yang

berpengaruh dan menimbulkan stres pada tanaman. Dalam konteks ini tanaman mengalami

stres garam bila konsentrasi garam yang berlebih cukup tinggi sehingga menurunkan

potensial air sebesar 0,05-0,1 Mpa. Stres garam ini berbeda dengan stres ion yang tidak

begitu menekan potensial air.

7

Toleransi terhadap salinitas adalah beragam dengan spektrum yang luas diantara spesies

tanaman mulai dari yang peka hingga yang cukup toleran.

Kehilangan air, bukan menyerapnya. Kedua, pada tanah bergaram, natrium dan ion-ion

tertentu lainnya dapat menjadi racun bagi tumbuhan jika konsentrasinya relative tinggi.

Membran sel akar yang selektif permeabel akan menghambat pengambilan sebagian besar

ion yang berbahaya, akan tetapi hal ini akan memperburuk permasalahan pengambilan air

dari tanah yang kaya akan zat terlarut (Campbell, 2003).

Salinitas menekan proses pertumbuhan tanaman dengan efek yang menghambat

pembesaran dan pembelahan sel, produksi protein serta penambahan biomassa tanaman.

Tanaman yang mengalami stres garam umumnya tidak menunjukkan respon dalam bentuk

kerusakan langsung tetapi pertumbuhan yang tertekan dan perubahan secara perlahan. Gejala

pertumbuhan tanaman pada tanah dengan tingkat salinitas yang cukup tinggi adalah

pertumbuhan yang tidak normal seperti daun mengering di bagian ujung dan gejala khlorosis.

Gejala ini timbul karena konsentrasi garam terlarut yang tinggi menyebabkan menurunnya

potensial larutan tanah sehingga tanaman kekurangan air. Sifat fisik tanah juga terpengaruh

antara lain bentuk struktur, daya pegang air dan permeabilitas tanah.

Pertumbuhan sel tanaman pada tanah salin memperlihatkan struktur yang tidak normal.

Penyimpangan yang terjadi meliputi kehilangan integritas membran, kerusakan lamella,

kekacauan organel sel, dan akumulasi Kalsium Oksalat dalam sitoplasma, vakuola, dinding

sel dan ruang antar sel. Kerusakan struktur ini akan mengganggu transportasi air dan mineral

hara dalam jaringan tanaman (Sipayung, 2006).

Banyak tumbuhan dapat berespon terhadap salinitas tanah yang memadai dengan cara

menghasilkan zat terlarut kompatibel, yaitu senyawa organik yang menjaga potensial air

larutan tanah, tanpa menerima garam dalam jumlah yang dapat menjadi racun. Namun

demikian, sebagian besar tanaman tidak dapat bertahan hidup menghadapi cekaman garam

dalam jangka waktu yang lama kecuali pada tanaman halofit, yaitu tumbuhan yang toleran

terhadap garam dengan adaptasi khusus seperti kelenjar garam, yang memompa garam keluar

dari tubuh melewati epidermis daun (Campbell, 2003).

8

D. Respon Terhadap Cekaman Suhu

Suhu sebagai faktor lingkungan dapat mempengaruhi produksi tanaman secara fisik maupun

fisiologis. Secara fisik, suhu merupakan bagian yang dipengaruhi oleh radiasi sinar matahari

dan dapat diestimasikan berdasarkan keseimbangan panas. Secara fisiologis, suhu dapat

mempengaruhi pertumbuhan tanaman, fotosintesis, pembukaan stomata, dan respirasi. Selain

itu, suhu merupakan salah satu penghambat dalam proses fisiologi untuk sistem produksi

tanaman ketika suhu tanaman berada diluar suhu optimal terendah maupun tertinggi.

1. Cekaman Panas

Panas berlebihan dapat mengganggu dan akhirnya membunuh suatu tumbuhan dengan

cara mendenaturasi enzim-enzimnya dan merusak metabolismenya dalam berbagai cara.

Salah satu fungsi transpirasi adalah pendinginan melalui penguapan. Pada hari yang panas,

misalnya temperature daun berkisar 3°C sampai 10°C di bawah suhu sekitar. Tentunya, cuaca

panas dan kering juga cenderung menyebabkan kekurangan air pada banyak tumbuhan;

penutupan stomata sebagai respon terhadap cekaman ini akan menghemat air, namun

mengorbankan pendinginan melalui penguapan tersebut. Sebagian besar tumbuhan memiliki

respon cadangan yang memungkinkan mereka untuk bertahan hidup dalam cekaman panas Di

atas suatu temperature tertentu- sekitar 40°C pada sebagian besar tumbuhan yang menempati

daerah empat musim, sel-sel tumbuhan mulai mensintesis suatu protein khusus dalam jumlah

yang cukup banyak yang disebut protein kejut panas (heat-shock protein). Protein kejut panas

ini kemungkinan mengapit enzim serta protein lain dan membantu mencegah denaturasi.

2. Cekaman Dingin

Satu permasalahan yang dihadapi tumbuhan ketika temperature lingkungan turun adalah

perubahan ketidakstabilan membrane selnya. Ketika sel itu didinginkan di bawah suatu titik

kritis, membrane akan kehilangan kecairannya karena lipid menjadi terkunci dalam struktur

Kristal. Keadaan ini mengubah transport zat terlarut melewati membrane, juga

mempengaruhi fungsi protein membrane. Tumbuhan merespon terhadap cekaman dingin

dengan cara mengubah komposisi lipid membrannya. Contohnya adalah meningkatnya

proporsi asam lemak tak jenuh, yang memiliki struktur yang mampu menjaga membrane

9

tetap cair pada suhu lebih rendah dengan cara menghambat pembentukan Kristal. Modifikasi

molekuler seperti itu pada membrane membutuhkan waktu beberapa jam hingga beberapa

hari. Pada suhu di bawah pembekuan, Kristal es mulai terbentuk pada sebagian besar

tumbuhan. Jika es terbatas hanya pada dinding sel dan ruang antar sel, tumbuhan

kemungkinan akan bertahan hidup. Namun demikian, jika es mulai terbentuk di dalam

protoplas, kristal es yang tajam itu akan merobek membrane dan organel yang dapat

membunuh sel tersebut.

Beberapa tumbuhan asli di daerah yang memiliki musim dingin sangat dingin (seperti

maple, mawar, rhodendron) memiliki adaptasi khusus yang memungkinkan mereka mampu

menghadapi cekaman pembekuan tersebut. Sebagai contoh, perubahan dalam komposisi zat

terlarut sel-sel hidup memungkinkan sitosol mendingin di bawah 0°C tanpa pembentukan es,

meskipun kristal es terbentuk dalam dinding sel (Campbell, 2003).

E. Respon Terhadap Cekaman Cahaya

Cahaya merupakan salah satu kunci penentu dalam proses metabolisme dan fotosintesis

tanaman. Cahaya dibutuhkan oleh tanaman mulai dari proses perkecambahan biji sampai

tanaman dewasa. Respon tanaman terhadap cahaya berbeda-beda antara jenis satu dengan

jenis lainnya. Ada tanaman yang tahan (mampu tumbuh) dalam kondisi 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. Kedua kondisi

tersebut akan dapat menjadi faktor penghambat pertumbuhan tanaman apabila pemilihan

jenis tidak sesuai dengan kondisi lahan, artinya tanaman yang toleran ketika ditanam diareal

yang cukup cahaya justru akan mengalami pertumbuhan yang kurang baik, begitu juga

dengan tanaman intolean apabila di tanam pada areal yang kondisi cahaya terbatas

pertumbuhan akan mengalami ketidak normalan. Dengan demikian pemilihan jenis

berdasarkan pada sifat dasar tanaman akan menjadi kunci penentu dalam keberhasilan

pembuatan tanaman.

10

Berikut ini adalah perbedaan Tanaman Toleran ( Shade leaf) Vs Intoleran ( Sun Leaf)

menurut Silvika (2009).

1. Tumbuhan cocok ternaung menunjukkan laju fotosintesis yang sangat rendah pada

intensitas cahaya tinggi dibanding tumbuhan cocok terbuka.

2. Laju fotosintesis tumbuhan cocok ternaung mencapai titik jenuh pada intensitas cahaya

yang lebih rendah dibanding tumbuhan cocok terbuka.

3. Laju fotosintesis tumbuhan cocok ternaung lebih tinggi dibanding tumbuhan cocok terbuka

pada intensitas cahaya yang sangat rendah.

4. Titik kompensasi cahaya untuk tumbuhan cocok ternaung lebih rendah dibanding

tumbuhan cocok terbuka.

11

F. Respon Terhadap Herbivora

Herbivora adalah suatu cekaman yang dihadapi tumbuhan dalam setiap ekosistem.

Tumbuhan menghadapi herbivora yang begitu banyak baik dengan pertahanan fisik, seperti

duri, maupun pertahanan kimia, seperti produksi senyawa yang tidak enak atau bersifat

toksik.

Sebagai contoh beberapa tumbuhan menghasilkan suatu asam amino yang tidak umum

yang disebut kanavanin yang dinamai berdasarkan salah satu sumbernya, jackbean

(Cannavalia ensiformis).

Kanavanin mirip arginin. Jika suatu serangga memakan tumbuhan yang mengandung

kanavanin, molekul itu bergabung dengan protein serangga di tempat yang biasanya

ditempati oleh arginin, yang dapat menyebabkan matinya serangga tersebut (Campbell,

2003).

12

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Setiap tumbuhan memiliki kisaran tertentu terhadap faktor lingkungannya. Prinsip

tersebut dinyatakan sebagai Hukum Toleransi Shelford, yang berbunyi “Setiap organisme

mempunyai suatu minimum dan maksimum ekologis, yang merupakan batas bawah dan batas

atas dari kisaran toleransi organisme itu terhadap kondisi factor lingkungannya”.

Cekaman biasanya didefinisikan sebagai faktor luar yang tidak menguntungkan yang

berpengaruh buruk terhadap tanaman. pada umumnya cekaman lingkungan pada tumbuhan

dikelompokkan menjadi dua, yaitu:

1. cekaman biotik, terdiri dari:

a) kompetisi intra spesies dan antar spesies,

b) infeksi oleh hama dan penyakit, dan

2. cekaman abiotik berupa:

a) suhu (tinggi dan rendah),

b) air (kelebihan dan kekurangan),

c) radiasi (ultraviolet, infra merah, dan radiasi mengionisasi),

d) kimiawi (garam, gas, dan pestisida),

e) angin, dan

f) suara.

Adapun berbagai macam cekaman tumbuhan terhadap fungsi fisiologis adalah:

1. Cekaman tumbuhan terhadap kelebihan dan kekurangan air

2. Cekaman tumbuhan terhadap kekurangan oksigen

3. Cekaman tumbuhan terhadap garam (salinitas)

4. Cekaman tumbuhan terhadap suhu (panas dan dingin)

5. Cekaman tumbuhan terhadap cahaya

6. Cekaman tumbuhan terhadap herbivora

13

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, at al. 2003. Biologi Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

Fallah, Affan Fajar. 2006. Perspektif Pertanian dalam Lingkungan yang Terkontrol. Jurnal

Inovasi, Volume 6

Haryati. 2003. Pengaruh Cekaman Air Terhadap Pertumbuhan Dan Hasil Tanaman. USU

Digital Repository Library

Lakitan, Benyamin. 1996. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Jakarta: PT. Raja Grafindo

Persada.

Sipayung, Rosita. 2006. Stres Garam dan Mekanisme Toleransi Tanaman. USU Digital

Repository Libarary.

14