ANATOMI DAN FISIOLOGI TUMBUHAN (Nilai 15) – Pembahasan

1. Tobi diberi tugas oleh dosennya untuk mengalisa hubungan antara anatomi sayatan melintang organ daun dari berbagai tanaman dengan strategi fiksasi karbon (tanaman C3, C4, dan CAM). Adapun gambar dari sayatan organ daun tanaman tersebut adalah sebagai berikut.

Gambar A.

Gambar B.

Gambar C.

Gambar D.

Dari keempat sayatan daun tanaman yang berbeda di atas, bantulah Tobi untuk menentukan gambar mana yang merupakan sayatan daun tanaman C3, C4, dan CAM dengan mengisi kolom gambar sayatan pada tabel berikut ini. (Nilai 1,5; @0,5)

Strategi Fotosintesis Gambar SayatanC3 AC4 B,D

CAM C

Pembahasan:Struktur tumbuhan berkaitan erat dengan fungsinya. Perbedaan paling jelas yang dapat langsung diketahui begitu melihat sayatan melintang daun adalah pada tumbuhan C3 dan C4. Daun tumbuhan C4 memiliki dua tipe sel berbeda yang mengandung klorofil, yaitu mesofil dan seludang ikatan pembuluh/bundle sheath/Kranz. Sebaliknya, tanaman C3 hanya memiliki satu jenis sel yang mengandung klorofil yaitu mesofil. Sebagai tambahan, pada tanaman C4 sel mesofil selalu berdekatan dengan sel seludang ikatan pembuluh (jaraknya tidak pernah melebihi 2-3 sel). Jadi, struktur A sudah jelas merupakan tumbuhan C3, dan B serta D merupakan tumbuhan C4. Untuk mengidentifikasi tumbuhan CAM, umumnya daun tumbuhan ini tidak memiliki lapisan palisade atau spons, tetapi hanya sebuah lapisan tipis sel-sel isodiametrik dan mengandung kloroplas tepat dibawah epidermisnya, dan pada bagian tengah daun mengandung sel-sel parenkim yang ukurannya besar. Dengan demikian, struktur C dimiliki oleh tumbuhan CAM.

Referensi: Plant Physiology 3rd Edition/ Lincoln Taiz and Eduardo Zeiger/ Chapter 8: Photosynthesis (Carbon Reaction)

2. Manakah penjelasan yang paling baik mengenai kehadiran kloroplas dan mitokondria dalam sel tumbuhan? (Nilai 1)

A. Saat ada cahaya, tumbuhan adalah organisme autotrof fotosintetik dan saat gelap adalah heterotrof

B. Jika tumbuhan tidak dapat menghasilkan ATP yang cukup dalam proses fotosintesis untuk mendapatkan energi yang diperlukan, tumbuhan dapat memproduksinya dalam respirasi anaerob

C. Gula dihasilkan dalam kloroplas yang dapat disimpan untuk kemudian digunakan, diubah menjadi senyawa kimia lain, atau diuraikan saat respirasi anaerob menghasilkan ATP

D. Daun dan kadang-kadang batang tumbuhan mengandung kloroplas, yang dapat menghasilkan ATP untuk memenuhi kebutuhan energi pada bagian tumbuhan tesrsebut

E. Akar tanaman mengandung mitokondria, yang menghasilkan ATP untuk memenuhi kebutuhan energi pada bagian akar tanaman tersebut

Pembahasan:Untuk menjawab pertanyaan ini, ada beberapa konsep yang harus diperhatikan:

- Tumbuhan hijau yang mengandung klorofil termasuk autotrof yaitu organisme yang dapat menggunakan energi dari cahaya matahari (atau komponen anorganik) untuk memproduksi senyawa organik dari karbon dioksida.

- Energi dari respirasi aerob lebih besar dibandingkan respirasi anaerob. - ATP yang dihasilkan dari reaksi terang digunakan untuk menghasilkan senyawa

karbohidrat sederhana pada siklus Calvin; fungsi utamanya bukan untuk memenuhi kebutuhkan energi bagian tumbuhan secara langsung.

Oleh sebab itu, maka pernyataan yang paling baik menjelaskan mengenai kehadiran kloroplas dan mitokondria adalah E.

Referensi: Biology/ Campbell, Reece/Benjammin Cummings

3. Tanaman kadang memproteksi dirinya dari metabolit sekundernya sendiri dengan jalan … (Nilai 1)

A. Memproduksi enzim khusus yang dapat merusak senyawa toksik B. Menyimpan prekursor dari senyawa toksik tertentu dalam suatu kompartemen dan enzim

yang mengubah prekursor menjadi senyawa toksik pada kompartemen yang lainC. Menyimpan senyawa toksik dalam mitokondria atau kloroplas D. Mendistribusikan senyawa toksik pada semua sel tanamanE. Melakukan metabolism asam crassulacea

Pembahasan:Metabolit sekunder merupakan komponen organik yang tidak memiliki peranan langsung pada proses fotosintesis, respirasi, transpor larutan, translokasi, sintesis protein, asimilasi nutrien, diferensiasi, ataupun pembentukan metabolit primer. Fungsi utama senyawa organik yang termasuk dalam kelompok metabolit sekunder adalah sebagai herbivory deterrent dan senyawa attractant untuk polinator maupun hewan yang membantu penyebaran tumbuhan. Sebagai senyawa yang berfungsi dalam pertahanan diri tumbuhan, tidak jarang metabolit sekunder bersifat toksik bagi hewan lain (dan tidak menutup kemungkinan bagi tumbuhan itu sendiri). Untuk mencegah agar tumbuhan tidak mati ataupun mengeluarkan energi yang besar untuk melindungi diri terus-menerus dari metabolit sekunder, salah satu bentuk adaptasi evolusioner yang terjadi adalah kompartementalisasi, dimana prekursor dan enzim yang berperan dalam produksi senyawa metabolit sekunder toksik tersebut terletak pada kompartemen yang berbeda (jawaban B).

Referensi: Plant Physiology 3rd Edition/ Lincoln Taiz and Eduardo Zeiger/ Chapter 13: Secondary Metabolites and Plant Defense

4. Jika sel sperma dari tumbuhan Pinus merkusii mengandung 10 kromosom, maka embrio Pinus akan memiliki kromosom sebanyak … (Nilai 0,5)

A. 30B. 15

C. 5D. 20

Pembahasan:Pertanyaan tersebut menguji konsep dasar tentang meiosis dan proses fertilisasi yang terjadi pada tumbuhan tingkat tinggi. Sel sperma (gamet jantan) mengandung set kromosom haploid (n) yang akan membuahi sel telur yang juga memiliki kromosom haploid (n). Hasil fertilisasi berupa embrio akan memiliki kromosom diploid (2n), pada soal 2(10) = 20.

Referensi: Biology/ Campbell, Reece/Benjammin Cummings

5. Pada perkembangan tumbuhan, setelah ovum dibuahi oleh inti sperma, zigot yang terbentuk akan berkembang menjadi dua sel seperti pada gambar berikut.

Dari bagian embrio berikut ini, bagian-bagian apa saja yang berkembang dari terminal cell? (Nilai 1)

I. KotiledonII. HipokotilIII. RadikulaIV. Epikotil

A. Hanya IB. Hanya IVC. I dan IVD. I, II, IVE. Semuanya

Pembahasan:Setelah ovum dibuahi oleh sperma, zigot pada tumbuhan akan mengalami pembelahan asimetris yang disebabkan oleh tidak meratanya distribusi komponen sel (nukleus, sitoplasma, vakuola, dan lain-lain) pada sel telur. Sel terminal (bagian atas) akan berkembang menjadi kotiledon, meristem pucuk, bagian hipokotil dari aksis embrionik, dan bagian dari radikula. Sel basal yang berkembang dari bagian bawah zigot akan membelah dan membentuk organ embrionik terminal terdiferensiasi yang disebut hipofisis (bagian paling atas dari suspensor). Dengan kata lain, sel basal akan berkembang menjadi suspensor dan bagian radikula pada aksis embrionik. Jadi jawaban yang sesuai adalah E.

Referensi: Plant Embryogenesis: Zygote to Seed/Goldberg et al. (1994)/Science, New Series, Volume 266, Issue 5185.

6. Seorang siswa diberi data karakteristik daun dari tanaman Fagus sylvatica yang berumur muda dan dewasa. Karakteristik tersebut tertuang dalam tabel berikut ini.

Berdasarkan data pada tabel di atas, manakah pernyataan yang tepat? (Nilai 1)

A. Tanaman A dan B merupakan tanaman teduhB. Tanaman B saja merupakan tanaman teduhC. Tanaman A dan B merupakan tanaman “matahari”D. Tanaman B saja merupakan tanaman “matahari”E. Tanaman A merupakan tanaman teduh dan tanaman B merupakan tanaman “matahari”

Pembahasan:Dari segi anatomi, karakteristik tanaman teduh (shade plants) dapat dibedakan dari tanaman “matahari” (sun plants) yang tumbuh di daerah dengan intensitas sinar matahari cukup tinggi. Umumnya, daun tanaman teduh lebih tipis daripada tanaman “matahari”, dengan jaringan palisade yang lebih tipis dan terlihat lebih pendek/kecil dibandingkan tanaman “matahari”. Jadi, jawaban yang sesuai adalah B.

Referensi: Plant Physiology 3rd Edition/ Lincoln Taiz and Eduardo Zeiger/Chapter 9: Photosynthesis (Physiological and Ecological Considerations)

Pelajari tiga kurva di bawah bagan aliran air dan ion mineral berikut ini dan pilihlah kurva mana yang menggambarkan besarnya potensial kimia air, tekanan hidrolik, dan aktivitas garam. (Nilai 3; @1)

Deskripsi KurvaPotensial kimia air CTekanan hidrolik BAktivitas garam A

Pembahasan:Pertumbuhan sel, fotosintesis, dan produktivitas tanaman merupakan proses-proses yang sangat dipengaruhi oleh transpor air dan mineral, dengan kata lain oleh potensial air (biasanya dilambangkan dengan ψw). Potensial air dipengaruhi oleh keberadaan zat terlarut (s), gravitasi (g), dan juga tekanan hidrostatik (p), yang biasanya dirumuskan dengan: ψw = ψs

+ ψp + ψg. Pada soal, yang mengalami peningkatan adalah tekanan hidrostatik/hidrolik, karena pengaruh aliran air dari luar menuju ke xilem (B). Aktivitas garam akan meningkat karena di akar terjadi penyerapan mineral dari luar ke dalam akar, dan pada akhirnya setelah melewati pita Caspari akan diangkut menuju xilem dan bagian tumbuhan lainnya (A). Karena terdapat banyak zat terlarut di dalam xilem, maka potensial kimia air akan semakin menurun dari bagian luar akar ke bagian dalam (C).

Referensi: Biology/ Campbell, Reece/Benjammin Cummings

7. Grafik berikut merupakan hasil percobaan pada dinding sel tumbuhan dengan perlakuan IAA. Dua variabel yang diamati adalah pH dan pemanjangan dinding sel.

Berkaitan dengan data di atas, tentukan apakah pernyataan-peryataan berikut benar (B) atau salah (S). (Nilai 2; @1)

Pernyataan B/SI. IAA merupakan hormon tumbuhan yang bersifat asam dan dapat menurunkan

pH dinding sel tumbuhan secara langsung dan signifikan. S

II. Pemanjangan dinding sel terjadi melalui mekanisme induksi pelonggaran susunan mikrofibril dinding sel akibat ekstrusi proton. B

Pembahasan:IAA (indole-3-acetic acid) merupakan salah satu jenis auksin yang jumlahnya melimpah dalam tumbuhan tingkat tinggi. Pergerakan IAA umumnya terjadi secara basipetal melalui transpor polar. Berdasarkan acid growth hypothesis, ion hidrogen bertindak sebagai perantara IAA dan pelonggaran dinding sel. Sumber ion hidrogen adalah H+-ATPase pada membran plasma, dimana aktivitas H+-ATPase akan meningkat sebagai respons terhadap IAA. Dengan kata lain, IAA tidak menurunkan pH dinding sel tumbuhan secara langsung (pernyataan I salah). Pernyataan kedua benar, dimana akibat ekstrusi proton pH pada dinding sel tumbuhan dijaga tetap asam sehingga susunan mikrofibril menjadi longgar (pernyataan II benar).

Referensi: Plant Physiology 3rd Edition/ Lincoln Taiz and Eduardo Zeiger/Chapter 19: Auxin (The Growth Hormone)

8. Seorang siswa diberi kurva seperti gambar berikut ini yang menunjukkan fluktuasi beberapa variabel yang terlibat dalam reaksi asimilasi karbon yang terjadi pada tumbuhan CAM. Siswa

tersebut diminta untuk melengkapi kurva yang tersedia sehingga dapat merepresentasikan keempat variabel tersebut dengan tepat.

Bantulah siswa tersebut untuk melengkapi tabel berikut sehingga representasi kurva menjadi benar. (Nilai 2; @0,5)

Variabel KurvaI. Kandungan asam malat DII. Resistensi stomata CIII. Kandungan pati BIV. Penyerapan CO2 A

Pembahasan:Untuk mengerjakan soal ini, ada beberapa konsep yang harus dimengerti terlebih dahulu, termasuk bagaimana dan kapan asimilasi karbon dioksida terjadi pada tumbuhan CAM. Tumbuhan CAM memiliki kesamaan dengan tumbuhan C4, tetapi pada tumbuhan CAM pembentukan asam berkarbon-4 (contohnya asam malat) terjadi secara terpisah, baik spasial maupun temporal. Pada malam hari, CO2 diikat oleh PEP karboksilase di sitosol, dan asam malat yang terbentuk dari oksaloasetat disimpan pada vakuola. Pada siang hari, asam malat ditranspor ke kloroplas dimana terjadi pelepasan CO2 dan kemudian terjadi konversi triosa fosfat terdekarboksilasi menjadi pati (siklus Calvin). Pada kurva A, terlihat bahwa kandungan zat tertentu meningkat pada malam hari dan menurun drastis pada siang hari (CO2). Hal yang sebaliknya terjadi pada kurva B (pati), karena pembentukan pati hanya terjadi pada siang hari melalui fotosintesis. Resistensi stomata akan menurun pada malam hari (kurva C) dan meningkat pada siang hari, dan hal yang sebaliknya terjadi pada kandungan asam malat (kurva D).

Referensi: Biology/ Campbell, Reece/Benjammin Cummings 9. Iga kebingungan untuk mengenali sayatan organ yang diujikan pada tes praktikum anatomi

tumbuhan di Seleksi IBO tahun lalu. Dia tidak dapat melengkapi tabel yang berisi pertanyaan tentang anatomi organ dari tanaman Ranunculus. Jika anda sebagai Iga, apa yang akan anda isi pada tabel berikut ini? (bila tidak tersedia jawaban yang tepat, tuliskan C) (Nilai 2; @0,5)

A. B.

Pertanyaan Pilihan Jawaban (A/B/C)I. Sayatan yang memiliki empulur CII. Sayatan yang memiliki protoxilem A, BIII. Sayatan yang memiliki metaxilem A, BIV. Sayatan yang diambil dari tanaman muda B

Pembahasan:Organ yang tampak pada gambar sayatan melintang di atas adalah akar Ranunculus. Tipe akar seperti ini dimiliki oleh tumbuhan dikotil, dimana struktur seperti tanda tambah tersebut disebut ‘tetrarch’. Oleh karena sayatan tersebut merupakan akar, maka pada tidak terdapat empulur (pernyataan I → C). Kedua sayatan memiliki protoxilem (lebih jelas pada gambar B; sekelompok sel yang berbentuk bulat dan terwarna merah pada pinggirnya) dan metaxilem (sekelompok sel yang belum terwarna pada bagian tengah gambar B). Jadi pernyataan II dan III jawabannya adalah A dan B. Protoxilem terbentuk secara sempurna pada saat elongasi akar dan seringkali hancur pada saat tumbuhan mencapai usia matang, sedangkan metaxilem terbentuk pada saat elongasi akar tetapi matang kemudian. Metaxilem sering teramati memiliki diameter yang lebih besar dan dinding selnya lebih berkembang dibandingkan protoxilem (lihat gambar A). Jadi, jawaban pernyataan IV adalah B, terlihat dari metaxilem yang belum berkembang sempurna.

Referensi: Biology/ Campbell, Reece/Benjammin Cummings