FISIOLOGI BIJI DAN ANAKAN

FISIOLOGI POHON
FISIOLOGI BIJI DAN ANAKAN
Fakultas Kehutanan
Universitas Gadjah Mada
1. Perkembangan Biji
2. Struktur Biji dan Komposisi
3. Faktor Lingkungan yang Mengontrol
Perkecambahan Biji
4. Pengujian Benih
5. Fisiologi Perkecambahan Biji
6. Dormansi Biji
1. PERKEMBANGAN BIJI
mikrosporogenesis
megagametogenesis
gametofit jantan
gametofit betina
haploid
mitosis (diploid)
-butir serbuk sari (2 inti)
-kantong embrio (2 inti)
- Satu inti dalam kantong embrio membelah membentuk
sel telur
- Satu yang lain membentuk inti kutub dari bakal biji
Fertilisasi :
1. satu inti dari butir serbuk sari berfusi dengan sel telur
pada kantong embrio, membentuk embrio (2n)
2. satu inti yang lain berfusi dengan inti kutub
membentuk endosperm (3n)
♀
Bunga induk betina
Diploid (2n)
♂
Bunga induk jantan
Diploid (2n)
Putik
Diploid (2n)
Benang sari
Diploid (2n)
Bakal biji
Diploid (2n)
Kepala sari
Diploid (2n)
Nucellus dari bakal biji
Diploid (2n)
Kandung serbuk sari
Diploid (2n)
Meiosis
Pembelahan reduksi
Meiosis
Pembelahan reduksi
Terbentuk 4 inti sel (tetrade)
- 3 inti mati
- 1 inti hidup (haploid)
Kandung embrio dengan
1 inti sel haploid
Terbentuk 4 inti sel (tetrade),
Semuanya hidup (haploid)
Sebutir serbuk sari dengan
1 inti sel haploid
Pembelahan membujur (mitosis
3 x)
- 1x = 2 inti
- 2x = 4 inti
- 3x = 8 inti
masing-masing inti haploid
Pembelahan membujur
(mitosis 2 x)
- 1x = 1 inti veg. + 1 inti generatif
- 2x = 1 inti veg. + 2 inti sperma
masing-masing inti haploid
Di dalam kandung embrio
terdapat 8 inti (haploid) :
- 3 inti antipodal (mati)
- 2 inti sinergida (mati)
- 1 inti sel telur (hidup)
- 2 inti polar (hidup)
Di dalam tabung serbuk sari
terdapat 3 inti (haploid) :
- 1 inti vegetatif (mati)
- 2 inti sperma (hidup)
Bakal buah (ovarium) dapat menjadi buah (fructus) setelah terjadinya
proses pembuahan.
Pembuahan (fertilization) adalah peristiwa peleburan antara inti sperma
dengan inti sel telur.
Proses pembuahan (dari bagian-bagian bakal buah menjadi bagian-bagian
buah) :
Bagian bakal buah
menjadi
1 O (ovum) + 1 inti sperm nuclei
1 O (sel telur) + 1 inti sperma
2 P (polar nuclei) + 1 sperm nuclei
2 P (inti polar) + 1 inti sperma
Nu (nucellus)
Inti bakal biji
Ii (integumentum interius)
Selaput dalam bakal biji
Ie (integumentum exterius)
Selaput luar bakal biji
Ovulum
Bakal biji
Carpellum
Daun buah
Ova (ovary)
Bakal buah
Bagian buah
Zygote
Embrio
Endosperm
Cadangan makanan
Perisperm
Tegmen
Kulit biji bag. dalam
Testa
Kulit biji bag. luar
Semen
Biji
Pericarpium
Kulit buah
Fructus
Buah
2. Struktur dan Komposisi Biji
2.1 Struktur Biji
Biji masak secara fisiologis maupun ekologis
mempunyai empat komponen penting (Franklin, 1991)
Bagian luar
1. Kulit Biji (pembungkus/pelindung)
Bagian dalam
2. Embrio (bakal tanaman/sporofit)
3. Cadangan Makanan
4. Enzim dan Hormon
2.2 Kandungan Biji
2.2.1 Karbohidrat
Bersama lipid merupakan cadangan energi
a.
Zat tepung
- amilose dan amilopektin adalah polisakarida paling
umum terdapat dalam biji
b. Polisakarida lain
- pentosan
- pektin
- manan
- hemiselulosa
- getah
2.2.2 Lipid
- Senyawa yang dapat larut dalam senyawa eter, benzena
dan kloroform tapi tidak larut dalam air
- Lipid cair pada suhu normal berbentuk minyak sedang
padat lemak
- Pengaruh kuat asam lemak beserta kandungan
lemaknya tergantung pada spesies tumbuhannya
- Biji dengan kandungan minyak tinggi cenderung memiliki
kandungan protein yang tinggi
2.2.3 Protein
- Merupakan cadangan N pada biji bagi pertumbuhan
-
-
-
semai
Merupakan asam amino yang dihubungkan oleh ikatan
peptida
Komposisi asam amino pada biji berbeda dengan pada
batang atau jaringan vegetatif (tidak mengandung asam
amino lisin, triptofan dan metionin)
Protein biji memiliki kandungan nutrisional lebih rendah
daripada protein hewani
Protein dalam biji sebagian berbentuk lektin yang
merupakan glikoprotein (polimer protein-gula)
2.2.4 Komponen lain
-
-
-
-
-
Mineral
» menyokong semai menjadi autotrofik
» mineral fitin menjadi sumber utama fosfo
Alkaloid
» merupakan cadangan senyawa nitrogen siklik yang ditemukan pada
biji dan bagian vegetatif
» cenderung sebagai penghambat perkecambahan
Senyawa fenolik
» tergolong senyawa lakton yang dapat menghambat perkecambahan,
yaitu melalui mekanisme dormansi
Vitamin
» khususnya Vit B kompleks
Pengatur pertumbuhan
» auksin, giberelin, sitokinin dan penghambat pertumbuhan
» fungsi penting bagi perkecambahan dan pertumbuhan semai
» sitokinin alami pertama diisolasi dari jagung
3. Faktor Lingkungan Mempengaruhi
Perkecambahan
3.1 Air
-
-
Biji nondorman akan menyerap air dalam jumlah
tertentu sebelum memulai proses fisiologis untuk
perkecambahan
Jumlah air yang diperlukan tidak besar, diperkirakan
dua atau tiga kali berat biji
Untuk pertumbuhan anakan akan dibutuhkan jumlah
air yang lebih besar dan akan semakin besar apabila
transpirasi meningkat
Pengaruh air dalam perkecambahan berupa :
a. Melunakkan kulit biji dan pengembangan embrio
dalam endosperm
b. Memberikan fasilitas untuk masuknya oksigen
c. Membantu transport larutan makanan
d. Bersama protoplasma membantu proses dalam biji
seperti pencernaan, transpirasi dan asimilasi
3.2 Suhu
a.
b.
c.
Dalam perkecambahan biji memerlukan tiga tingkat
suhu yang berbeda yaitu :
Suhu Minimum
Suhu Maksimum
Suhu Optimum
3.3 Oksigen
- Proses perkecambahan memerlukan energi yang
-
-
berasal dari proses oksidasi
Oksigen dibutuhkan pada saat pernafasan (respirasi)
pada saat terjadi pertukaran gas CO2 dan mengambil
gas O2
Pada perkecambahan diperlukan sekitar 20 % gas O2
Banyak sedikitnya oksigen yang dimanfaatkan antara
lain dipengaruhi antara lain oleh membran biji
Memasukkan biji ke dalam air antara lain melalui
perendaman yang tidak terlalu lama, biji-biji keras akan
mulai berkecambah setelah perendaman 10 hari
4. Pengujian Biji
- Pengujian terhadap daya kecambah untuk menentukan
kemampuan berkecambah
- Persentase kecambah yang tinggi memudahkan
managemen di persemaian dan pertanamannya
- Association Official Seed Analysis (AOSA) menetapkan
uji biji terdiri dari :
a. Test kemurnian
b. Uji (noxius) weed seed
c. Uji perkecambahan
- Internasional Seed Test Analysis (ISTA) menambahkan
dengan :
a. Uji kualitas biji (kandungan air, provenans, berat,
homogenitas seed lot)
b. Uji kesehatan biji (bebas dari hama dan penyakit)
- Uji perkecambahan yang terlalu lama diantisipasi
dengan:
a. Uji tetrazolium
b. Uji sinar x
c. Eksudasi gula
d. Uji hidrogen peroksida
4.1 Uji Kemurnian Benih
Tujuan:
• untuk menentukan komposisi sampel uji berdasarkan beratnya
• memberikan informasi tentang kualitas benih
Metode: dengan cara memisahkan sampel uji menjadi:



benih murni: masak dan utuh, abnormal/rusak, belum masak, sudah
berkecambah
benih lain: dari spesies lain
inert matter: struktur lain dari benih (sayap, mantel, dll), dan semua
bahan yg tidak dapat didefinisikan sebagai benih (dahan, ranting, daun,
bunga, dll)
Kebersihan benih =
Kemurnian benih =
berat benih sampel – berat kotoran
berat benih sampel
x 100 %
Berat benih bersih – berat benih spesies lain x 100
Berat benih bersih
4.2 Uji Berat Benih
Tujuan:
• untuk menentukan berat 1000 benih
• menjadi dasar perhitungan jumlah benih per kg
• menjadi dasar penentuan kualitas benih standar
Metode
•ambil 8 replikasi, @ 100 butir benih
•tiap replikasi ditimbang: W1 s.d. W8
•berat 1000 benih = (W1 + … + W8) x 1,25
Koefisien variasi
Varians
= n (Σ x2) - (Σ x) 2
n (n – 1)
s
= √ varians
Koefisien variasi
Di mana
n = ulangan
x = berat (gr)
s = standar deviasi
= s x 100
x
koefisien variasi > 4 → pengukuran harus diulang dengan 16 replikasi
4.3 Uji Kadar Air
Tujuan: menentukan aktivitas fisiologi dan biokimia benih
Metode
1. langsung: kering oven, destilasi, ekstraksi
Prinsip: air dihilangkan; kuantitas air yg hilang dihitung
2. tak langsung: konduktivitas & kapasitas, higrometer
Prinsip: pengukuran dg parameter elektrik
Contoh: metode kering oven
•ambil sampel dlm 3 wadah; @ 2 ulangan
•oven selama 17 + 1 jam pada suhu 103 + 10C
•timbang dalam presisi 3 desimal
Kadar air =
(M2 – M3) x 100
(M2 – M1)
M1 = berat wadah (gr)
M2 = berat wadah + isi sebelum pengeringan (gr)
M3 = berat wadah + isi setelah pengeringan (gr)
4.4 Uji Perkecambahan
Tujuan:
mengetahui jumlah maksimal benih yang dapat berkecambah dalam
kondisi optimum (suhu, cahaya, kelembaban)
langsung
metode
Eksudasi
gula
tetrazolium
Tidak langsung
X-ray
H2O2
5. Fisiologi Perkecambahan Biji
Tahapan perubahan embrio menjadi anakan berupa
rangkaian proses metabolisme sebagai berikut :
a.
Hydrasi air
- Penyerapan air dilakukan untuk meningkatkan
hydrasi protoplasma
- Imbibisi air dilakukan untuk melunakkan kulit biji
sehingga embrio membengkak dan keluar dari biji
diikuti oleh keluarnya calon akar
- Jumlah air yang diserap biji tergantung tebal, ukuran,
suhu, jumlah dan komposisi kimia dari biji
b.
c.
d.
Respirasi
- Penyerapan oksigen oleh biji rendah
- Perkembangan dari biji menuju kecambah yang
dilanjutkan tumbuh menjadi anakan meningkatkan proses
respirasi biji
Enzim turn over
- Pembentukan enzim baru atau aktivasi dan deaktivasi
enzim
Metabolisme fosfat
- Metabolisme ini terdiri dari transfer energi, pembentukan
nukleotida, asam nukleat, fospolipid, fosfat ester, gula dan
phytin
Asam nukleat
- Berperan penting dalam pemberian informasi tentang
genetik di dalam nukleus dan juga berperan di dalam
penyimpanan
- Perubahan-perubahan kadar RNA, DNA merupakan
petunjuk terjadinya penyusunan asam nukleat
e. Pencernaan, translokasi dan pemanfaatan cadangan
makanan
- Bahan-bahan saat pembentukan biji (pati, protein,
lipid) akan dirubah dengan hidrolisa menjadi bahanbahan jaringan baru
- Pengangkutan hasil hidrolisa menuju bagian
meristematic dari anakan
f. Peningkatan aktivitas pembelahan dan perluasan sel
diikuti dengan diferensiasi sel menjadi jaringan dan
organ baru
6. Dormansi Biji
-
Suatu keadaan pertumbuhan yang tertunda atau keadaan istirahat,
merupakan kondisi yang berlangsung selama suatu periode yang
tidak terbatas walaupun berada dalam keadaan yang
menguntungkan untuk pertumbuhan
Keuntungan dormansi :
a.
Biji tidak berkecambah terlalu cepat sehingga dapat ditunggu
sampai musim berikutnya sewaktu biji tersebut sangat dibutuhkan
b.
Biji yang tumbuh terlalu cepat dan pada musim yang salah, maka
tanaman muda yang muncul akan mendapat gangguan
pertumbuhan yang dapat mengakibatkan kerusakan dan kematian
Kerugian dormansi :
Biji sangat diperlukan berkecambah dengan waktu yang serentak
dan menghasilkan biji yang seragam sehingga untuk penanaman
masal sangat diperlukan biji yang cepat berkecambah dan seragam
Penyebab dormansi biji :
1.
2.
Faktor luar (lingkungan)
Faktor dalam
2.1 Genetis
a. Embrio yang belum terlalu masak
b. Adanya sifat biji orthodox dan rekalsitran
2.2 Fisis
a. Biji yang impermeable
b. Resistensi mekanis kulit biji
2.3 Fisiologis
a. Peristiwa penghambatan metabolisme
b. Dormansi sekunder
Tipe dormansi
Karakteristik
Contoh spesies
Immature embryo
Benih secara fisiologis belum
mampu berkecambah, karena
embryo belum masak walaupun
biji sudah masak
Fraxinus excelcior,
Ginkgo biloba,
Gnetum gnemon
Dormansi mekanis
Perkembangan embryo secara
fisis terhambat karena adanya
kulit biji/buah yang keras
Imbibisi/penyerapan air
terhalang oleh lapisan kulit
biji/buah yang impermeabel
Buah atau biji mengandung zat
penghambat (chemical inhibitory
compound) yang menghambat
perkecambahan
Biji gagal berkecambah tanpa
adanya pencahayaan yang
cukup. Dipengaruhi oleh
mekanisme biokimia fitokrom
Pterocarpus,
Terminalia spp,
Melia volkensii
Beberapa Legum &
Myrtaceae
Perkecambahan rendah tanpa
adanya perlakuan dengan suhu
tertentu
Dormansi fisis
Dormansi chemis
Foto
dormansi
Thermo
dormansi
Metode pematahan dormansi
Alami
Buatan
Pematangan secara alami Melanjutkan proses
setelah biji disebarkan
fisiologis pemasakan
embryo setelah biji
mencapai masa lewatmasak (after-ripening)
Dekomposisi bertahap
Peretakan mekanis
pada struktur yang keras
Fluktuasi suhu
Buah fleshy
(berdaging)
Pencucian (leaching) oleh
air, dekomposisi bertahap
pada jaringan buah
Skarifikasi mekanis,
pemberian air panas atau
bahan kimia
Menghilangkan jaringan
buah dan mencuci bijinya
dengan air
Sebagian besar
spesies temperate,
tumbuhan pioneer
tropika humida
seperti eucalyptus
dan Spathodea
Pencahayaan
Pencahayaan
Sebagian besar
spesies temperate,
tumbuhan pioneer
daerah tropissubtropis kering,
tumbuhan pioneer
tropika humida
Penempatan pada suhu
rendah di musim dingin
Pembakaran
Pemberian suhu yang
berfluktuasi
Stratifikasi atau
pemberian perlakuan
suhu rendah
Pemberian suhu tinggi
Pemberian suhu
berfluktuasi
Masa Hidup Biji (seed longevity)
-
-
Umur biji sangat lebar perbedaannya satu dengan yang
lain (beberapa hari sampai berabad-abad)
Biji berumur pendek biasanya mengandung kandungan
air yang tinggi dan biji tersebut mudah rusak
Dua kondisi khas pengaruh kadar air biji dan suhu
terhadap lama hidup biji :
1. Setiap kenaikan kadar air 1% lama hidup akan
berkurang ½-nya. Kadar air dibawah 5%
mangakibatkan autoksidasi. Kadar air diatas 14%
memudahkan biji terserang oleh jamur
2. Kenaikan suhu 50 C  lama hidup biji berkurang
1/2nya