Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Fotosintesis Pada Tanaman C3, C4 dan CAM

Fotosintesis  merupakan proses pembuatan makanan yang terjadi pada tumbuhan hijau dengan bantuan sinar matahari dan enzim-enzim. fotosintesis adalah fungsi utama dari daun tumbuhan. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis.

Reaksi Fotosintesis

6CO₂ + 6H₂O + (cahaya & klorofil) → C₆H₁₂O₆ (glukosa) + 6O₂

Proses fotosintesis yang terjadi tidak lepas dari factor-faktor yang mempengaruhinya. Faktor yang mempengaruhi fotosintesis dibedakan menjadi dua, yaitu faktor internal dan faktor eksternal.

1.Faktor internal. Artinya bahwa fotosintesis dipengaruhi oleh faktor-faktor genetis dari tubuh tumbuhan itu sendiri misalnya pada stomata, kloroplas, atau organ-organ lain yang berhubungan dengan proses fotosintesis.

2.Faktor eksternal Artinya bahwa proses fotosintesis dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan diantaranya :

a)Intensitas cahaya

Laju fotosintesis maksimum ketika banyak cahaya. Cahaya matahari adalah sumber energi utama bagi kehidupan seluruh makhluk hidup didunia. Bagi tumbuhan khususnya yang berklorofil, cahaya matahari sangat menentukan proses fotosintesis.

b) Konsentrasi karbon dioksida

Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yangdapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.

c) Suhu

Enzim-enzim yang bekerja dalam proses fotosintesis hanya dapat bekerja padasuhu optimalnya. Umumnya laju fotosintensis meningkat seiring dengan meningkatnyasuhu hingga batas toleransi enzim.

d) Kadar air

Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis. Kadar fotosintat( hasil fotosintesis ) Jika kadar fotosintat seperti karbohidrat berkurang, laju fotosintesisakan naik. Bila kadar fotosintat bertambah atau bahkan sampai jenuh, laju fotosintesisakan berkurang.

e) Tahap pertumbuhan

Penelitian menunjukkan bahwa laju fotosintesis jauh lebih tinggi pada tumbuhanyang sedang berkecambah ketimbang tumbuhan dewasa. Hal ini mungkin dikarenakantumbuhan berkecambah memerlukan lebih banyak energi dan makanan untuk tumbuh.

f) pH

Tumbuhan akan berfotosintesis dengan baik pada pH netral yaitu sekitar pH 6-7dan akan mengalami penurunan laju fotosintesis pada pH yang terlalu asam atau terlalu basa.

Dari ke enam faktor di atas, yang paling mempengaruhi laju fotosintesis adalah faktor cahaya baik intensitas ataupun panjang gelombangnya ( warna ). Cahaya di sini merupakan komponen yang sangat penting dalam fotosintesis karena tanpa bantuan cahaya proses fotosintesis tidak dapat berlangsung. Jadi, cahaya merupakan faktor mutlak yang harus dipenuhi dalam proses fotosintesis. Sedangkan untuk faktor-faktor lain seperti suhu dan pH hanya merupakan faktor  pendukung terjadinya proses fotosintesis secara optimum. Tanpa adanya suhu optimum ataupun pH yang mendukung, proses fotosintesis masih dapat berlangsung hanya saja hasilnya kurang maksimal. Hal tersebut dapat dibuktikan pada grafik di atas, pada saat intensitas cahaya bernilai 0 atau tidak ada asupan cahaya sama sekali, laju fotosintesisnya juga bernilai 0 yang berarti tidak ada proses fotosintesis yang terjadi, tetapi untuk suhu atau pH yang kurang mendukung proses fotosintesisnya masih dapat berlangsung, hanya saja laju fotosintesisnya rendah.

Pengaruh cahaya juga berbeda pada setiap jenis tanaman. Tanaman C4, C3, dan CAM memiliki reaksi fisiologi yang berbeda terhadap pengaruh intensitas, kualitas, dan lama penyinaran oleh cahaya matahari. Selain itu, setiap jenis tanaman memiliki sifat yang berbeda dalam hal fotoperiodisme, yaitu lamanya penyinaran dalam satu hari yang diterima tanaman. Perbedaan respon tumbuhan terhadap lama penyinaran atau disebut juga fotoperiodisme, menjadikan tanaman dikelompokkan menjadi tanaman hari netral, tanaman hari panjang, dan tanaman hari pendek.

Jika dihubungkan dengan fotosintesis, tanaman dibedakan menjadi 3, yaiu tanaman C3, C4 dan tanaman CAM. Perbedaan yang mendasar antara tanaman tipe C3, C4, dan CAM adalah pada reaksi yang terjadi di dalamnya.

Berdasarkan proses reaksi yang terjadi pada tanaman C3, telah diketahui bahwa tanaman C3 dapat tumbuh baik dibawah naungan atau ditempat yang intensitas mataharinya rendah.

Dalam fotosintesis C3 berbeda dengan C4,pada C3 karbon dioxida masuk ke siklus calvin secara langsung. Struktur kloroplas pada tanaman C3 homogen. Tanaman C3 mempunyai suatu peran penting dalam metabolisme, tanaman C3 mempunyai kemampuan fotorespirasi yang rendah karena mereka tidak memerlukan energi untuk fiksasi sebelumnya. Tanaman C3 dapat kehilangan 20 % carbon dalam siklus calvin karena radiasi, tanaman ini termasuk salah satu group phylogenik. Konsep dasar reaksi gelap fotosintesis siklus Calvin (C3) adalah sebagai berikut:      CO2 diikat oleh RUDP untuk selanjutnya dirubah menjadi senyawa organik C6 yang tidak stabil yang pada akhirnya dirubah menjadi glukosa dengan menggunakan 18ATP dan 12 NADPH. Siklus ini terjadi dalam kloroplas pada bagian stroma. Untuk menghasilkan satu molekul glukosa diperlukan 6 siklus C3.

Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO2 dengan RuBP (RuBP merupakan substrat untuk pembentukan karbohidrat dalam proses fotosintesis) dalam proses awal assimilasi, juga dapat mengikat O2 pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi ( fotorespirasi adalah respirasi,proses pembongkaran karbohidrat untuk menghasilkan energi dan hasil samping, yang terjadi pada siang hari) . Jika konsentrasi CO2 di atmosfir ditingkatkan, hasil dari kompetisi antara CO2 dan O2 akan lebih menguntungkan CO2, sehingga fotorespirasi terhambat dan assimilasi akan bertambah besar.

            Tanaman C4 adalah tanaman yang mampu hidup di lahan yang terpapar intensitas matahari penuh. Pada tanaman tipe C4 yang menjadi cirinya adalah produk awal reduksi CO₂ (fiksasi CO₂) adalah asam oksaloasetat, malat, dan aspartat (hasilnya berupa asam-asam yang berkarbon C4). Reaksinya berlangsung di mesofil daun, yang terlebih dahulu bereaksi dengan H₂O membentuk HCO₃ dengan bantuan enzim karbonik anhidrase. Memiliki sel seludang di samping mesofil. Tiap molekul CO2 yang difiksasi memerlukan 2 ATP. Tanaman c4 juga mengalami siklus calvin seperti peda tanaman C3 dengan bantuan enzim Rubisko. Tebu (Saccharum officinarum), jagung (Zea mays), dan tumbuhan tertentu lain tidak mengikat karbon dioksida secara langsung. Pada tumbuhan ini senyawa pertama yang terbentuk setelah jangka waktu pelaksanaan fotosintesis yang sangat pendek, bukanlah senyawa 3-C asam fosfogliserat (PGA), melainkan senyawa 4-C asam oksaloasetat (OAA). Metode alternatif fiksasi karbon dioksida untuk fotosintesis ini disebut jalur Hatch-Slack. Tumbuhan yang menggunakan jalur ini disebut tumbuhan C4 atau tumbuhan 4 karbon. Pada tanaman C4, CO2 diikat oleh PEP (enzym pengikat CO2 pada tanaman C4) yang tidak dapat mengikat O2 sehingga tidak terjadi kompetisi antara CO2 dan O2. Lokasi terjadinya assosiasi awal ini adalah di sel-sel mesofil (sekelompok sel-sel yang mempunyai klorofil yang terletak di bawah sel-sel epidermis daun). CO2 yang sudah terikat oleh PEP kemudian ditransfer ke sel-sel "bundle sheath" (sekelompok sel-sel di sekitar xylem dan phloem) dimana kemudian pengikatan dengan RuBP terjadi. Karena tingginya konsentasi CO2 pada sel-sel bundle sheath ini, maka O2 tidak mendapat kesempatan untuk bereaksi dengan RuBP, sehingga fotorespirasi sangat kecil and G sangat rendah, PEP mempunyai daya ikat yang tinggi terhadap CO2, sehingga reaksi fotosintesis terhadap CO2 di bawah 100 m mol m-2 s-1 sangat tinggi. , laju assimilasi tanaman C4 hanya bertambah sedikit dengan meningkatnya CO2 Sehingga, dengan meningkatnya CO2 di atmosfir, tanaman C3 akan lebih beruntung dari tanaman C4 dalam hal pemanfaatan CO2 yang berlebihan.

Pada tanaman tipe CAM yang menjadi ciri mendasarnya adalah memiliki daun yang cukup tebal sehingga laju transpirasinya rendah. Stomatanya membuka pada malam hari. Pati diuraikan melalui proses glikolisis dan membentuk PEP. CO₂ yang masuk setelah bereaksi dengan air seperti pada tanaman C₄ difiksasi oleh PEP dan diubah menjadi malat. Pada siang hari malat berdifusi secara pasif keluar dari vakuola dan mengalami dekarboksilasi. Melakukan proses yang sama dengan tanaman C3 pada siang hari yaitu daur Calvin. Melakukan proses yang sama dengan tanaman C4 pada malam hari yaitu daur Hatch dan Slack. Berbeda dengan gerakan stomata yang lazim, stomata tumbuhan CAM membuka pada malam hari, tetapi menutup pada siang hari.

Pada malam hari jika kondisi udara kurang menguntungkan untuk transpirasi, stomata tumbuhan CAM membuka, karbon dioksida berdifusi ke dalam daun dan diikat oleh sistem PEP karboksilase untuk membentuk OAA dan malat. Malat lalu dipindahkan dari sitoplasma ke vakuola tengah sel-sel mesofil dan di sana asam ini terkumpul dalam jumlah besar. Sepanjang siang hari stomata menutup, karena itu berkuranglah kehilangan airnya, dan malat serta asam organik lain yang terkumpul didekarboksilasi agar ada persediaan karon dioksida yang langsung akan diikat oleh sel melalui daur Calvin.