TUMBUHAN C4

MAKALAH

FISIOLOGI TUMBUHAN

TUMBUHAN C4

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2012

KATA PENGANTAR

Puji Syukur ke hadirat  Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga makalah mengenai “Tumbuhan C4” dapat selesai pada waktunya. Di dalam makalah terdapat penjelasan mengenai fotosintesis pada tumbuhan C4 beserta dengan gambar yang dapat di gunakan sebagai acuan, referensi maupun tambahan ilmu untuk kita semua,

    Akhir kata, tiada gading tak retak, demikian pula dengan makalah ini, masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan makalah ini kami nantikan.

Makassar, 17 September 2012

Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Fotosintesis merupakan cara atau proses tumbuhan dalam menghasilkan energi yang digunakan untuk pertumbuhan dan perkembangannya. Setiap tumbuhan memiliki daur fotosintesis yang berbeda-beda, sehingga dibedakan menjadi 3 jenis tumbuhan dan daur fotosintesisnya. Jenis tumbuhan yang dibedakan yaitu tumbuhan C3, C4, dan CAM.

Tumbuhan Tumbuhan C4 dan CAM lebih adaptif di daerah panas dan kering dibandingkan dengan tumbuhan C3. Namun tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan CO2 atmosfer tinggi. Sebagian besar tanaman pertanian, seperti gandum, kentang, kedelai, kacang-kacangan, dan kapas merupakan tanaman dari kelompok C3.

Tumbuhan C4 jenis tumbuhan yang hidup di daerah panas seperti jagung, tebu, rumput-rumputan. Tumbuhan memiliki kebiasaan saat siang hari mereka tidak membuka stomatanya secara penuh untuk mengurangi kehilangan air melalui evaporasi/transpirasi.

Dari pemaparan diatas, maka makalah ini akan membahas mengenai  tumbuhan C4, perbedaan tumbuhan C4 dengan C3 dan CAM serta daur fotosintesis tumbuhan C4.

B.     Tujuan

Tujuan dari makalah ini antara lain :

1.      Mengetahui apa itu tumbuhan C4.

2.      Mengetahui ciri- ciri tumbuhan C4 beserta contohnya.

3.      Mengetahui perbedaan tumbuhan C4 dengan tumbuhan lain ( C3 dan CAM).

4.      Mengetahui proses fotosintesis pada tumbuhan C4.

BAB II

ISI

A.    Apa itu Tumbuhan C4?

Tumbuhan C4 adalah tumbuhan  tropis yang melibatkan dua enzim di dalam pengolahan CO₂ menjadi glukosa yaitu Enzim phosphophenol pyruvat carboxilase (PEPco) adalah enzim yang akan mengikat CO₂ dari udara dan kemudian akan menjadi oksaloasetat yang  akan diubah menjadi malat. (Salisbury, 1998)

Tanaman C4 adalah tanaman yang menghasilkan asam 4 karbon sebagai produk utama penambahan CO_2. Tumbuhan C4 memfiksasi karbon dengan membentuk senyawa berkarbon empat sebagai produknya.  Tergolong tumbuhan C4 yang penting dalam pertanian adalah tebu, jagung, dan famili rumput.  Dalam tumbuhan C4 terdapat dua jenis sel fotosintetik : sel seludang-berkas pembuluh dan sel mesofil.  Sel seludang berkas pembuluh tersusun menjadi kemasan yang padat di sekitar berkas pembuluh. Di antara seludang-berkas pembuluh dan epidermis daun terdapat sel mesofil_. ( Salisbury, 1998)

Tanaman C4 adalah kelompok tumbuhan yang melakukan persiapan reaksi gelap fotosintesis melalui jalur 4 karbon / 4C (jalur hatch- slack) sebelum memasuki siklus calvin, untuk meminimalkan keperluan fotorespirasi ( Budiarti, 2000).

Tanaman C4 adalah tanaman dengan hasil pertama dalam fotosintesis di mesofil berupa suatu molekul dengan 4 atom C(Gardner, 1991).

C4 fiksasi karbon merupakan salah satu dari mekanisme biokimia bersama dengan C3 dan CAM fotosintesis, berfungsi untuk memperbaiki karbondioksida di lahan tanaman.

B.     Ciri- Ciri Tumbuhan C4

Tanaman yang melakukan fotosintesis C4 memiliki susunan khusus di jaringan daunnya. Susunan khusus ini disebut anatomi Kranz. Sel-sel lapisan buntalan diposisikan dalam bentuk lingkaran mengelilingi buntalan pembuluh (terdiri dari tabung-tabung xilem dan floem). Sel mesofil menyusun bagian interior daun lainnya. Ruang udaranya sangat kecil (Gambar 1.1). Tanaman di daerah tropis dan gurun dengan tingkat fotosintesis sangat tinggi adalah tanaman C4; diantaranya rumput kepiting, tebu, millet dan sorgum. Menariknya, jagung, sebuah tanaman iklim sedang, juga melakukan fotosintesis C4.

Berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan dibagi ke dalam tiga kelompok besar, yaitu C3, C4, dan CAM (crassulacean acid metabolism). Tanaman adalah mahluk hidup yang mendapat makanannya sendiri dengan fotosintesis.

Tanaman C3 dan C4 dibedakan oleh cara mereka mengikat CO₂ dari atmosfir dan produk awal yang dihasilkan dari proses assimilasi. Pada tanaman C3, enzim yang menyatukan CO₂ adalah RuBP dalam proses awal assimilasi, yang  juga dapat mengikat O₂pada saat yang bersamaan untuk proses fotorespirasi . 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.

Tabel Perbedaan Tumbuhan C4 dan Tumbuhan C3

Sifat pembeda	Tanaman C3	Tanaman C4
Suhu optimum	Tanaman C3 (Tanaman Musim Dingin) mempunyai suhu optimum 55-75 0F. Proses fotosintesis berlangsung pada suhu 32-95 0F	Tanaman C4 (Tanaman Musim Panas) mempunyai suhu optimum 75-95 0F. Proses fotosintesis berlangsung pada suhu 55-105 0F
Cara kedua tumbuhan memfiksasi CO2	CO2 hanya difiksasi RuBP oleh karboksilase RuBP hanya bekerja apabila CO2 jumlahnya   melimpah	Enzim karboksilase PEP memfiksasi CO2 pada akseptor karbon lain yaitu PEP. Karboksilase PEP memiliki daya ikat yang lebih tinggi terhadap CO2daripada karboksilase RuBP. Oleh karena itu tingkat CO2 menjadi sangat rendah pada tumbuhan C4
Adaptasi dalam pengikatan CO2	Terdapat dalam kawasan sejuk, lembab ke panas dan keadaan yang lembab	Terdapat dalam kawasan yang panas, keadaan kering dan sedikit lembab
Fotorespirasi	Tinggi	Rendah
Enzim pada fiksasi CO2	RuBP Carboxylase	PEP Carboxylase
Fotosintesis maksimum	10 – 40 ppm	30 – 90 ppm

                                                                             (Prasetyo, 2008)

Perbedaan yang mendasar antara tanaman tipe C3, C4 dan CAM adalah pada reaksi yang terjadi di dalamnya. Yang dimana pada tanaman yang bertipe C3 produk awal reduksi CO₂ (fiksasi CO₂) adalah asam 3-fosfogliserat atau PGA. Terdiri atas sekumpulan reaksi kimia yang berlangsung di dalam stroma kloroplas yang tidak membutuhkan energi dari cahaya mataharai secara langsung.

Sumber energi yang diperlukan berasal dari fase terang fotosintesis. Sekumpulan reaksi tersebut terjadi secara simultan dan berkelanjutan. Memerlukan energi sebanyak 3 ATP. PGAL yang dihasilkan dapat digunakan dalam peristiwa yaitu sebagai bahan membangun komponen struktural sel, untuk pemeliharaan sel dan disimpan dalam bentuk pati.

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.

Sedangkan 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.

E.     Proses Fotosintesis pada Tumbuhan C4

Di akhir tahun 1960an, tiga ahli botani (Kortschak, Hatch dan Slack) menemukan jalur fotosintesis baru, yang disebut C4 atau jalur fotosintesis Hatch-Slack. Pada dasarnya inilah yang terjadi. Karbon dioksida menyatu dengan sebuah senyawa yang disebut PEP (Phosfoenolpiruvat), membentuk sebuah senyawa karbon-4, malat. Malat ditransfer ke sel-sel lapisan buntalan di daun. Senyawa karbon-4 ini memberikan karbon dioksida, yang memasuki C3 atau siklus Calvin di sel lapisan buntalan fotosintetik.

Pada tumbuhan C-4 terdapat pembagian tugas antara 2 jenis sel fotosintetik, yakni :

1.      Sel mesofil

2.      Sel-sel bundle sheath/ sel seludang-berkas pembuluh.

Sel seludang berkas pembuluh disusun menjadi kemasan yang sangat padat disekitar berkas pembuluh. Diantara seludang-berkas pembuluh dan permukaan daun terdapat sel mesofil yang tersusun agak longgar. Siklus calvin didahului oleh masuknya CO2 ke dalam senyawa organic dalam mesofil.

Langkah pertama ialah penambahan CO2 pada fosfoenolpirufat (PEP) untuk membentuk produk berkarbon empat yaitu oksaloasetat, Enzim PEP karboksilase menambahkan CO2 pada PEP. Karbondioksida difiksasi dalam sel mesofil oleh enzim PEP karboksilase. Senyawa berkarbon-empat-malat, dalam hal ini menyalurkan atom CO2 kedalam sel seludang-berkas pembuluh, melalui plasmodesmata. Dalam sel seludang –berkas pembuluh, senyawa berkarbon empat melepaskan CO2 yang diasimilasi ulang kedalam materi organic oleh robisco dan siklus Calvin.

Dengan cara ini, fotosintesis C4 meminimumkan fotorespirasi dan meningkatkan produksi gula. Adaptasi ini sangat bermanfaat dalam daerah panas dengan cahaya matahari yang banyak, dan dilingkungan seperti inilah tumbuhan C4 sering muncul dan tumbuh subur.

Daya ikat yang tinggi terhadap CO2 pada tanaman C4, menyebabkan perbandingan antara pemasukan CO2 dan konduktivitas stomata (kemampuan stomata menyalurkan H2O persatuan waktu) optimum. Dengan kata lain, tanaman-tanaman C4 mempunyai efisiensi penggunaan air yang tinggi sehingga jumlah air yang dikeluarkan untuk sejumlah CO2 yang dimasukkan jauh lebih sedikit pada tanaman C4 dibandingkan dengan tanaman C3. Pada tanaman C3, daya ikat yang rendah terhadap CO2 menyebabkan tanaman ini boros dalam penggunaan air.

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

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous^a, 2011. Fotosintesis. http://www.google.com. Diakses pada tanggal , 15 September 2012.

Anonymous^b. 2011. Fotosintesis. http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis. Diakses pada  tanggal, 15 September 2012.

Anonymous^c. 2011. Klasifikasi Perbanyakan Tanaman.  http://agrimaniax.blogspot.com          /2010/05/klasifikasi-perbanyakan-tanaman.html. Diakses pada tanggal  15 September 2012.

Anonymous^d. 2011. Fotosintesis. http://id.answers.yahoo.com/question/index             ?qid=20080524220224AAC70W4. Diakses  pada  tanggal 15 September 2012.

Budiarti. 2008. Pengantar Fisiologi Tumbuhan. Gramedia, Jakarta

Gardner. 1991. Fisiologi Tanaman Budidaya. UI Press. Jakarta

Salisburry, Frank B. 1998. Photosynthesis 6^th Edition. Cambridge University Press. London