Tumbuh dan BerkembangTumbuh: Perubahan secara kuantitatif selama perkembangan, yang merupakan perubahan “irreversible” dari ukuran sel, organ atau seluruh organisme.Perkembangan: Seri perubahan pada organisme yang terjadi selama siklus hidupnya. Perkembangan meliputi tumbuh dan diferensiasi (perubahan bentuk).

Perkembangan tidak hanya perubahan kuantitatif, tapi juga menyangkutn perubahan kualitatif diantara sel, jaringan dan organ yang disebut diferensiasi.Tumbuh tanpa diferensiasi, misal pada pembentukan kalus.

Ada 2 aspek dalam perkembangan:

1. Aspek morfologi dan anatomi

2. Fisiologi dan biokimia.

Aspek morfologi dan anatomii• Yaitu perubahan yang terlihat selama proses

perkembangan. Perkembangan sukar dimengerti tanpa dipelajari proses fisiologi & biokimianya yang menentukan perubahan morfologinya.

Aspek Fisiologi dan biokimia

Aspek ini merupakan subyek utama dalam bidang ini yang sekarang disebut morfogenesis mempelajari perubahan bentuk dan struktur serta proses pengontrolan yang melibatkan perubahan fisik dan kimia.

Morfogenesis identik dengan fisiologi dan biokimia perkembanganMorfogenesis identik dengan fisiologi dan biokimia perkembangan

Kinetika Tumbuh

Pola tumbuh yang khas pada tanaman Annual dapat dibagi atas

3 fase: a. fase logaritmik (fase eksponensial), b. fase linear, c. fase penurunan (penuaan).

Kurva tumbuh “determinate”

5

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12

a

c

b

a. f. eksponensial

b. f. linear

c. f. penurunan kadar cepat tumbuh

unit of time

unit

of

size

b

1 6 12

1

2

3

4

a c

unit of time

grow

th r

a te

(siz

e in

crea

se p

er u

nit t

ime)

Macam Pengontrolan dalam Perkembangan

• Secara genetik; Merupakan kelengkapan genetik: sumber informasi untuk aktivitas, tumbuh dan perkembanganInformasi: di dalam nukleus

di dalam sitoplasma (kloroplas & mitokondria).Setiap sel menerima kelengkapan informasi genetik “original” pada proses pembelahan sel. Informasei tersebut perlu diterima oleh setiap sel pada saat pembelahan, sehingga setiap organ pada tumbuhan berkembang pada jalur-jalur yang tepat.Informasi yang tak relevan/tak penting ditahan atau disimpan tidak digunakan.

Pemanfaatan informasi menyangkut pengaktivan gen untuk mentranskripsi untuk menghasilkan mRNA, untuk dapat menghasilkan enzim tertentu.

Pengaktivan gen harus dalam urutan yang tepat, dimana setiap tahap mengaktivakan tahap berikutnya.

Mekanisme pelaksanaan pengaktivan dikemukakan oleh F. Jacob & J. Monod dengan konsep yang disebut OPERON:

Bahwa gen-gen struktural berikatan dengan mRNA. Gen itu hanya satu atau kelompok/beberapa. Gen-gen struktural bertaanggungjawab terhadap satu jenis enzim tertentu.Gabungan gen operator dengan gen struktural disebut OPERON.

Gen operator dapat membuka atau menutup gen struktural. Gen operator diatur oleh gen regulator. Gen regulator dapat mengatur gen operator. Gen regulator dapat menghasilkan protein (repressor) yang akan menahan gen operator supaya tidak beroperasi.

Gen struktur dapat berfungsi apabila ada suatu senyawa yang sifatnya menginduksi repressor, hinggagen operator dapat berfungsi.

Pada bakteri; galaktosa dapat berfumgsi sebagai inducer, untuk itu perlu enzim yang dapat mengurai galaktosa.. Inducer dapat dihalangi oleh corepressor, sehingga repressor dapat aktiv lagi.

Regulator-------- Operator -------Struktural ------- strukturalgen gen gen gen

repressor

inducer

corepressor

mRNA mRNA

enzim enzimprotein protein

operon

OPERON yang dikemukakann Jacob & Monod untuk mengontrol sintesis protein

Aktivitas metabolik intermediate (senyawa antara)

untuk pertumbuhan dinding sel

inducer operon

enzimsintesis tahap berikutnya

senyawa antara

sintesis komponen sel

Repressor operon sebelumnya

inducer operon berikutnya

Proses pengaktivan satu / kelompok operon spesifik, mengarah pada satu perkembangan.

Arah perkembangan satu tahap (juvenile) dapat sangat berbeda dengan arah perkembangan pada tahap lain (dewasa) meskipun dikontrol oleh operon yang sama (lihat bagan berikut).

Model hipotetis yang menunjukkan bagaimana sel yang sama memberikan reaksi yang berbeda terhadap pengaktivan single gen (gen A). Pada tahap juvenile (tumbuh) organ & full size (developing) organism :

growth

structural protein

Amino acids

make intermediate x

Gen A

no side reaction

(ditahan) make intermediate for cell wall syntesis, etc

Juvenile organism

DEVELOPMENT

hormone synthetis

reactan Y supplied from other parts of the plant

no growth, so on structural protein synthesis

no growth

turn off, so no intermediates

genes B, C, D, etc

side reaction Amino Acid

make intermediate x

gen AFull size (Developing) Organism

Pengontrolan tingkat organisme

Perkembangan dikontrol oleh hormon.

Hormon: disintesis pada suatu lokasi dalam organisme, dan diangkut ke tempat lain untuk digunakan.

• Diperlukan dalam konsentrasi sangat rendah

• Mengatur tumbuh, perkembangan & metabolisme

• Pengaruhnya tidak langsung

• Kerjanya spesifik.

Banyak senyawa menyerupai hormon, tetapi kerjanya tidak spesifik atau sering bekerja sebagai inducer atau repressor.

Hormon sukar didefinisikan secara tepat (sebab ada senyawa kimia yang mirip dengan hormon tetapi tidak spesifik).

Istilah Zat Pengatur Tumbuh sering lebih tepat, melibatkan senyawa alami maupun sintetik. Kedua-duanya dapat mempengearuhi tumbuh dan perkembangan organisme.

Hormon merangsang (promotor)

menghambat (inhibitor)

Hormon: 1. Auksin 2. Gibberallin 3. Sitokinin 4. Abscisat 5. Etilen

1.Auksin* Disintesis di pucuk (organ muda/daun)* Diangkut secara polar (karena perbedaan kadar auksin di pucuk

dan di akar) arah basipetal

* Mula-mula diketahui oleh Charles Darwin (ahir abad 19)* Pengaruhnya tergantung pada konsentrasi (merangsang

/menghambat tumbuh)

* Merangsang perbesaran sel* Berupa senyawa Indole -3-Acetic Acid (IAA) – Auksin.

N

CH2- COOH

N

CH2- CH2OH

N

CH2- C N

Indole Acetic AcidIndole Aceteto Nitril

Indole Ethanol

Auksin alami (Natural Auxin)

CH2- COOH

CH2

O CH2- COOH

Auksin Sintetik

•Auksin alami kurang stabil dibanding dengan auksin sintetik•Auksin sintetik lebih stabil karena tidak banyak enzim yang merusak (memecah) sehingga terakumulasi dan sering bersifat toksik.•IAA mudah dipecah oleh bakteri harus steril.•Pentidak aktifan (perusakan IAA: sering dioksidasi metilin oksindole oleh enzim dalam reaksi yang irreversible.

10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2

Konsentrasi Auksin, M

rootbuds

stems

Inh

ibit

ion

s

tim

ulat

ion

N

CH2

ON

CH2- CH-COOH

NH2

Triptofan

Salah satu dari beberapa kemungkinan hasil oksidasi Auksin adalah:

Metilen oksindole

2. Gibberallin• Diketemukan di Jepang yaitu pada Gibberella fujikuroi sekarang disebut Fusarium• Penyakit pada tanaman padi tumbuh menjadi tinggi, ruas menjadi panjang• Merangsang pembelahan dan perpanjangan sel• Tanaman kerdil dap at menjadi tinggi, tetapi tidak menurun (tidak genetik).• Merangsang perbungaan, perkecambahan dan menghilangkan

dormansi.• Dapat berinteraksi dengan hormon tumbuhan lain.• Angkutan tidak polar, bergerak bebas di seluruh tubuh

tumbuhan.

CH2

OH

CH3

CH3

HO C=OO

• Telah diketahui lebih dari 58 jenis gibberallin, dg struktur rumus bangun yang sama dan hanya berbeda ikatan samping. Karena banyak jenisnya maka di beri nama : GA1, GA2, GA3, GA4 dst

GA3

3. Sitokinin• Merupakan derifat basa purin; yaitu Adenin.

a. Alami; Zeatin, Isopentenil Adenin. Zeatin pertama kali didapat pd endosperm jagung. b. Sintetik: Kinetin, Benzil Amino Purin (BAP)

• Berkombinasi dg auksin, sehingga dapat merangsang pembentukan akar, “shoot” dan kalus (jaringan yang tidak terorganisasi) .• Perpindahan (gerakan) tak semobil seperti auksin maupun gibberalin.• Mencegah penuaan, kehilangan klorofil.

* Jika daun disemprot sitokinin akan lebih lama berwarna hijau (tidak klorosis)• Disintesis di akar

0.01

0.1

1.0

Kin

etin

mg/

L

0.001 0.01 0.1 1.0 10

shoot

few many

(much growt by cell division)

Callus

(much growt by cell enlargment)

Litle growth

Some growth

callus

Litle growth

Root

IAA, mg/L

Interaksi IAA dan Kinetin pd Pertumb dan Perkemb. Kalus Tembakau(F. Skoog et.)al

Pengaruh Oleh Lingkungan • Rangsangan utama lingkungan yang mempengaruhi

perkembangan tumbuhan adalah: cahaya: intensitas, kualitas, periodisitas suhu: absolut & periodisitas gravitasi suara medan magnit kelembaban nutrisi mekanik (misal: angin)

Tingkat Kerja Pengontrolan

Meliputi: kontrol tingkat genetik, biokimia, sel, dan organisme