LAPORAN PRAKTIKUM DASAR-DASAR FISIOLOGI TUMBUHAN “Pengukuran Nilai Potensial Air Jaringan Tumbuhan” Oleh: ALPRIAN ALPRED SIAHAAN 1610243012 JURUSAN BUDIDAYA PERKEBUNAN PROGRAM STUDI AGROEKOTEKNOLOGI FAKULTAS PERTANIAN KAMPUS III UNIVERSITAS ANDALAS DHARMASRAYA 2019 BAB I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Potensial kimia adalah energi bebas per mol substansi di dalam suatu system kimia. Oleh karena itu, potensial kimia suatu senyawa di bawah kondisi tekanan dan temperature konstan tergantung kepada jumlah mol substansi yang ada. Dalam hal hubungan air dan tanaman, potensial kimia dan air sering dinyatakan dengan istilah “potensial air”. Selanjutnya, bila potensial kimia dapat dinyatakan sebagai ukuran energy dari suatu substansi yang akan bereaksi atau bergerak. Dengan kata lain, potensial air merupakan tingkat kemampuan molekul-molekul air untuk molekul difusi. Potensial air murni adalah nol (0), adanya beberapa substansi yang terlarut di dalam air tersebut akan menurunkan potensial airnya, sehingga potensial air dari suatu larutan adalah kurang dari nol. Definisi ini hanya berlaku pada tekanan atmosfir. Apabila tekanan di sekitar system ditingkatkan atau diturunkan, maka secara otomatis potensial air akan naik atau turun sesuai dengan perubahan tekanan tersebut. Di dalam suatu sel, potensial air memiliki dua komponen, yaitu potensial tekanan dan potensial osmosis. Potensial tekanan dapat menambah atau mengurangi potensial air, sedangkan potensial osmosis menunjukkan status larutan di dalam sel tersebut. Dengan memasukkan suatu jaringan tersebut ke dalam seri larutan yang telah diketahui potensial airnya, maka potensial air jaringan tumbuhan tersebut dapat diketahui. Potensial air merupakan alat diagnosis yang memungkinkan penentuan secara tepat keadaan status air dalam sel atau jaringan tumbuhan. Semakin rendah potensial dari suatu sel atau jaringan tumbuhan, maka semakin besar kemampuan tanaman untuk menyerap air dari dalam tanah. Sebaliknya, semakin tinggi potensial air, semakin besar kemampuan jaringan untuk memberikan air kepada sel yang mempunyai kandungan air lebih rendah. Sel tumbuhan memerlukan oksigen dan karbondioksida. Bagian-bagian penyusun zat yang ukurannya sangat kecil disebut partikel. Partikel tersebut meyebar merata ke segala arah. Zat-zat bergerak dari tempat yang mempunyai konsentrasi lebih tinggi ke tempat yang konsentrasinya lebih rendah. Proses perpindahan zat seperti tersebut dinamakan difusi. Konsentrasi suatu zat adalah ukuran yang menunjukkan jumlah suatu zat dalam volume tertentu. Difusi partikel zat itu akan berhenti jika konsetrasi zat di kedua tempat tersebut sudah sama. Proses osmosis juga terjadi pada sel hidup di alam. Perubahan bentuk sel terjadi jika terdapat pada larutan yang berbeda. Sel yang terletak pada larutan isotonic, maka volumenya akan konstan. Dalam hal ini, sel akan mendapatkan dan kehilangan air yang sama. Banyak hewan-hewan laut, seperti bintang laut (Echinodermata) dan kepiting (Arthropoda) cairan selnya bersifat isotonic dengan lingkungannya. Jika sel terdapat pada larutan yang hipotonik, maka sel tersebut akan mendapatkan banyak air, sehingga bisa menyebabkan lisis (pada sel hewan) atau turgiditas tinggi (pada sel tumbuhan). Sebaliknya, jika sel berada pada larutan hipertonik, maka sel banyak kehilangan molekul air, sehingga sel menjadi kecil dan dapat menyebabkan kematian. Pada hewan, untuk bisa bertahan dalam lingkungan yang hipotonik atau hipertonik, maka diperlukan pengaturan keseimbangan air, yaitu dalam proses osmoregulasi. Semua proses fisiologi di dalam jaringan tanaman tidak akan terjadi tanpa adanya air yang berperan penting dalam proses tersebut. Selama pertumbuhan tanaman air memiliki peranan penting di antaranya berperan sebagai pelarut bahanbahan organik, bahan utama proses fotosintesis dan lain-lain. Jika tanaman mengalami stress air, maka pertumbuhan dan perkembangan tanaman tersebut tidak akan berjalan normal. Air masuk ke dalam sel tanaman melalui proses difusi, yang mana proses difusi ini terjadi karena perbedaan konsentrasi, yaitu konsentrasi di ruang yang dalam sel lebih rendah di bandingkan konsentrasi di luar sel. Sel tumbuhan dapat mengalami kehilangan air yang besar jika potensial air di luar sel lebih rendah dibandingkan dengan potensial air di dalam sel, sehingga akan mengakibatkan volume isi sel akan menurun dan tidak akan mampu mengisi seluruh telah dibentuk oleh sel tersebut. B. Tujuan Tujuan dari praktikum ini adalah untuk menentukan nilai potensial air jaringan umbi kentang. BAB II. TINJAUAN PUSTAKA A. Pengertian Potensial Air Air merupakan 85-98% berat tumbuhan herba yang hidup di air. Dalam sel, air diperlukan sebagai pelarut unsur hara sehingga dapat digunakan untuk mengangkutnya; selain itu air diperlukan juga sebagai substrat atau reaktan untuk berbagai reaksi kimia misalnya fotosintesis; dan air dapat menyebabkan terbentuknya enzim dalam tiga dimensi sehingga dapat digunakan untuk aktivitas katalisnya. Tanaman yang kekurangan air akan menjadi layu, dan apabila tidak diberikan air secepatnya akan terjadi layu permanen yang dapat menyebabkan kematian (Syarif, 2009). Potensial kimia adalah energy bebas per mol substansi di dalam suatu system kimia. Oleh karena itu, potensial kimia suatu senyawa di bawah kondisi tekanan dan temperature konstan tergantung kepada jumlah mol substansi tekanan dan temperature yang ada. Dalam hal hubungan air dan tanaman, potensial kimia air sering dinyatakan dengan istilah “potensial air”. Selanjutnya, bila potensial kimia dapat dinyatakan sebagai ukuran energy dari suatu substansi yang akan bereaksi atau bergerak, maka potensial air merupakan ukuran dari energy yang tersedia di dalam air untuk bereaksi atau bergerak. Dengan kata lain, potensial air merupakan tingkat kemampuan molekul-molekul air untuk molekul difusi. Salah satu ciri yang membedakan antara sel hewan dan sel tumbuhan adalah adanya dinding sel. Dinding sel terdiri atas dinding primer dan dinding sekunder, antara dinding primer dari suatu sel dengan dinding primer dari sel tetangganya terdapat lamella tengah. Lamella tengah merupakan perekat yang mengikat sel secara bersama-sama untuk membentuk jaringan (Adnan, 2008). Potensial air murni adalah nol (0), adanya beberapa substansi yang terlarut di dalam air tersebut akan menurunkan potensial airnya, sehingga potensial air dari suatu larutan adalah kurang dari nol. Definisi ini hanya berlaku pada tekanan atmosfir. Apabila tekanan di sekitar system ditingkatkan atau diturunkan, maka secara otomatis potensial air akan naik atau turun sesuai dengan perubahan tekanan tersebut. Hubungan antar potensial air adalah dengan melakukan peristiwa osmosis karena osmosis merupakan peristiwa difusi dimana antara dua tempat tersedianya difusi dipisahkan oleh membrane atau selaput. Maka dapat diartikan bahwa dinding sel atau membrane protoplasma adalah membrane pembatas antara zat yang berdifusi karena pada umumnya sel tumbuh-tumbuhan tinggi mempunyai dinding sel maka sebagian besar proses fitokimia dalam tumbuh-tumbuhan adalah merupakan proses osmosis (Heddy, 1987). Pada fisiologi tanaman hal biasa untuk menunjukkan energy bebas yang dikandung di dalam air adalah dalam bentuk potensial air (Ψ). Definisi dari potensial air adalah energy per unit volume air, potensial air berbanding lurus dengan suhunya (Filter, A.h., 1981). Potensial osmotic merupakan potensial kimia yang disebabkan adanya materi yang terlarut. Potensial osmotic selalu memiliki nilai negative, hal ini disebabkan karena cenderung bergerak menyeberangi membrane semi permeable dari air murni menuju air yang mengandung zat terlarut (Lambers, dkk, 1998). Besar jumlah potensial air pada tumbuhan dipengaruhi oleh 4 macam komponen potensial, yaitu gravitasi, matriks, osmotic, dan tekanan. Potensial gravitasi bergantung pada air di dalam daerah gravitasi, potensial matriks bergantung pada kekuatan mengikat air saat penyerapan. Potensial osmotic bergantung pada hidrostatik atau tekanan angina dalam air (Deragon, 2005). Potensial air merupakan ukuran dari energy bebas air yang dipengaruhi oleh zat terlarut, tekananm dan partikel matriks. Kontribusi dari potensial air oleh solute terlarut disebut dengan potensial osmotic, yang selalu bernilai negative. Di lain pihak, zat terlarut menurunkan potensial air. Potensial tekanan air dapat bernilai positif, negative, bahkan nol. Tetapi secara umum nilai potensial tekanan ini berarti bernilai positif, karena setiap sel tumbuhan memiliki tekanan turgor. (Heddy, S, 1982). Terkait dengan kemampuan air untuk berasosiasi dengan partikel koloid, maka muncullah istilah potensial matriks. Potensial matriks bernilai cukup kecil sehingga seringkali diabaikan. Namun potensial matriks sangatlah penting ketika membahas mengenai hubungannya dengan air tanah (Lambers, dan T.E. Pons, 1998). Potensial osmotic merupakan potensial kimia yang disebabkan adanya materi yang terlarut. Besar jumlah potensial air pada tumbuhan dipengaruhi oleh empat macam komponen potensial, yaitu gravitasi, matriks, osmotic, dan tekanan (Filter, 1989). Tanaman yang kekurangan air akan menjadi layu dan apabila tidak diberikan air secepatnya akan terjadi layu permanen yang dapat menyebabkan kematian. Terdapat lima mekanisme utama yang dapat menggerakkan air dari suatu tempat ke tempat lain melalui proses: a. Difusi adalah pergerakan molekul dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Laju difusi antara lain tergantung pada suhu dan densitas medium. Gas berdifusi lebih cepat daripada air. b. Osmosis adalah difusi melalui membrane semi permeable. Masuknya larutan ke dalam sel-sel endodermis merupakan contoh proses osmosis. Dalam tubuh organisme multiseluler, air bergerak dari satu sel ke sel lainnya dengan leluasa. Osmosis juga dapat terjadi dari sitoplasma ke organel-organel bermembran. c. Tekanan kapiler, apabila pipa kapiler dicelupkan ke dalam bak yang berisi air, maka permukaan air di dalam pipa kapiler akan naik sampai terjadi keseimbangan antara tegangan yang menarik air tersebut dengan beratnya. d. Tekanan hidrostatik, masuknya air ke dalam sel akan menyebabkan tekanan terhadap dinding sel sehingga dinding sel menegang. Hal ini akan menyebabkan timbulnya tekanan hidrostatik untuk melawan aliran tersebut. e. Gravitasi, air juga bergerak untuk merespon gaya gravitasi bumi, sehingga perlu tekanan untuk menarik ke atas. Pada tumbuhan herba, pengaruh gravitasi dapat diabaikan karena perbedaan tinggian pada bagian tanaman tersebut relative kecil. Pada tumbuhan yang tinggi, pengaruh gravitasi sangat nyata. Untuk menggerakkan air ke atas pada pohon yang tingginya 100 meter diperlukan tekanan sekitar 20 atm. Pada potensial kimia, energy bebas per mol substansi di dalam suatu system kimia. Oleh karena itu potensi kimia suatu senyawa di bawah kondisi tekanan dan temperature konstan tergantung kepada jumlah mol substansi yang ada (Lakitan, 1996). Turunan-turunan potensial air dari prinsip termodinamika dapat dijumpai dalam slatyer, akan tetapi untuk saat ini cukup mendefinisikan potensial air sebagai energy bebas per unit volume (Salisbury dan Ross, 1995). B. Kentang Tanaman kentang (Solanum tuberosum L.) merupakan tanaman semusim yang berbentuk semak, termasuk dalam kerajaan Plantae, divisi Magnoliophyta, kelas Magnoliopsida, sub kelas asteridae, ordo solanales, famili solanaceae, genus solanum dan spesies solanum tubero L. (Nurmayulisun, 2009). Menurut Sunaryono (2008), bentuk morfologi dari tanaman kentang (Solanum tuberosum L.) dimana bentuk morfologi batangnya ada yang berbentuk bulat, slindris, pada bagian pucuk berbulu dan berwarna hijau muda. Memiliki sistem perakaran tunggang dan berwarna putih kekuningan. Daun dari tanaman kentang merupakan daun majemuk, berbulu dengan ujung meruncing, tepi rata, bagian pangkal daun runcing, panjang daun 12-15 cm, lebar 6-8 cm, memiliki pertulangan menyirip dan daun berwarna hijau. Tanaman kentang memiliki bunga yang majemuk, bercabang dan berbentuk garpu di ujung serta di ketiak daun, memiliki kelopak dengan panjang 8.5-15 mm, bunga berwarna hijau keputih-putihan. Mahkota bunga pendek, berbentuk lonjong dan berwarna putih. Benang sari melekat pada tabung mahkota, memiliki bakal buah dengan 2-6 ruang di dalam mahkota bunga yang mengandung banyak bakal biji. Tangkai putik berbentuk jarum dengan kepala putik yang kecil dan berwarna putih. Buah dari tanaman kentang berbentuk bulat lonjong dan berwarna coklat. Memiliki biji dengan bentuk pipih atau berbentuk ginjal dan berwarna kuning. BAB III. METODE PRAKTIKUM A. Waktu dan Tempat Praktikum ini dilaksanakan pada hari Rabu, 6 Maret 2019 di Laboratorium Universitas Andalas kampus III Dharmasraya. B. Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah umbi kentang, pisau lipat, beaker glass (gelas piala), petri dish, timbangan, kertas saring/kertas stensil, aluminium foil, penggaris, dan larutan sukrosa berbagai konsentrasi (0.00; 0.15; 0.20; 0.30; 0.35; 0.40; 0.45; 0.50; 0.55; 0.60 M). C. Cara Kerja Disiapkan 11 Beaker glass dan diisi masing-masingnya dengan 50 mL, larutan sukrosa dengan konsentrasi sebagai berikut : 0.00; 0.15; 0.20; 0.25; 0.30; 0.35; 0.40; 0.45; 0.50; 0.55; 0.60 M. Dibuat 11 potongan umbi kentang dengan ukuran 1x1x4 cm tanpa lapisan kulit luarnya. Diletakkan dalam wadah tertutup seperti Petri dish. Dipotong satu umbi blok kentang dengan aquadest, dikeringkan dengan kertas saring/kertas stensil, kemudian ditimbang dan dicatat bobotnya. Selanjutnya dimasukkan irisan umbi kentang tersebut ke dalam larutan sukrosa 0.00 (aquadest). Ditutup dengan aluminium foil dan dibiarkan selama 2 jam. Dicatat waktu ketika memasukkan umbi kentang ke dalam larutan sukrosa. Setelah itu lakukan hal seperti pada point sebelumnya pada potongan umbi kentang lainnya dan masukkan kedalam setiap larutan sukrosa, sehingga anda akan memiliki 11 Beaker glas berisi irisan umbi kentang. Setelah 2 jam direndam, keluarkan irisan-irisan kentang tersebut dan keringkan dengan kertas saring/kertas stensil dan lambangkan perubahan bobot yang terjadi. Lengkapi tabel berikut : *) Untuk menghitung % perubahan bobot irisan umbi kentang, gunakan rumus : %𝚫 Bobot = 𝑏𝑜𝑏𝑜𝑡 𝑎𝑘ℎ𝑖𝑟−𝑏𝑜𝑏𝑜𝑡 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑏𝑜𝑏𝑜𝑡 𝑎𝑤𝑎𝑙 𝑥 100 % Buatlah grafik dan plotkan % 𝚫 bobot pada ordinal dan konsentrasi larutan sukrosa (M) pada pada absis. Gunakan kertas grafik yang berskala millimeter. Potensial air jaringan umbi kentang sama. Oleh karena itu titik potong grafik dengan sumbu X (absis) mewakili potensial air jaringan umbi kentang tersebut. BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Hasil Tabel 1. Hasil persentasi potensial air pada umbi kentang Sukrosa % 𝚫 Bobot Bobot Irisan Kentang Awal Akhir 10 mL 5,780 g 5,678 g -94,322 g 30 mL 4,582 g 4,337 g -95,663 g 50 mL 3,914 g 3,749 g -96,251 g B. Pembahasan Osmosis didefinisikan sebagai pergerakan netto air dari potensial tinggi menuju ke potensial yang lebih rendah. Pergerakan ini berlangsung secara parsial melalui membran permeabel, yaitu membrasn sel. Membran sel melewatkan molekul-molekul kecil seperti air, tetapi tidak mengizinkan molekul besar lainnya untuk lewat. Molekul-molekul ini terus berdifusi sehingga mencapat titik keseimbangan, yang dapat diartikan bahwa molekul tersebut terdistribusi secara acak di dalam sel. Sel tumbuhan memiliki dinding sel yang kuat. Sewaktu sel-sel ini mengambil air dari lingkungan dengan osmosis, sel tersebut mulai mengembang. Pengembangan ini tidak membuat sel pecah, namun turgiditasnya menjadi meningkat. Turgiditas berarti kaku dan keras. Tekanan di dalam sel bertambah besar, sehingga air tidak dapat memasuki sel lagi. Tekanan hidrostatik berupa turgiditas ini bekerja berlawanan arah dengan osmosis, dan merupakan agen penyetimbang dari proses-proses selular yang dinamis. Dari tabel di atas terlihat bahwa berat akhir lebih rendah daripada berat awal, artinya umbi kentang mengalami difusi terhadap larutan sukrosa. Sehingga hasil persentasi bobot potensial air pada umbi kentang mendapatkan nilai minus. Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa semakin banyak larutan sukrosa yang diberikan pada umbi kentang, maka semakin rendah pula persentasi potensial pada umbi kentang. Perendaman kentang dengan larutan sukrosa tidak selalu meningkatkan bobotnya. Terkadang justru bobot kentang yang telah mengalami perendaman menjadi lebih kecil daripada bobot kentang semula. Hal ini diakibatkan oleh keluarnya air dari sel kentang secara osmosis pula. Keluarnya air ini disebabkan oleh larutan sukrosa tersebut memiliki potensial air yang lebih negatif daripada potensial air sel, sehingga air akan berpindah dari dalam sel ke larutan sukrosa. Air meninggalkan sel, dan volume sel mengecil. Potensial air sel akan terus menurun sehingga mencapai kesetimbangan dengan potensial air larutan sukrosa. Terdapat beberapa faktor yang menyebabkan bobot kentang setelah perendaman menjadi berkurang selain perbedaan potensial air yang telah dijelaskan di atas. Faktor-faktor tersebut adalah : sewaktu penimbangan kentang setelah direndam, banyak praktikan yang mengeringkan sample dengan ditekan-tekan. Sehingga ada kemungkinan bahwa air yang terserap oleh sel keluar kembali (terserap oleh kertas tissue). Kemungkinan yang kedua adalah waktu perendaman yang tidak seragam antar sample kentang yang akan di uji. BAB V. PENUTUP A. Kesimpulan Osmosis didefinisikan sebagai pergerakan netto air dari potensial tinggi menuju ke potensial yang lebih rendah. semakin banyak larutan sukrosa yang diberikan pada umbi kentang, maka semakin rendah pula persentasi potensial pada umbi kentang. Terdapat beberapa faktor yang menyebabkan bobot kentang setelah perendaman menjadi berkurang selain perbedaan potensial air yang telah dijelaskan di atas. Faktor-faktor tersebut adalah : sewaktu penimbangan kentang setelah direndam, banyak praktikan yang mengeringkan sample dengan ditekan-tekan. Sehingga ada kemungkinan bahwa air yang terserap oleh sel keluar kembali (terserap oleh kertas tissue). Kemungkinan yang kedua adalah waktu perendaman yang tidak seragam antar sample kentang yang akan di uji. B. Saran Dalam praktikum ini disarankan untuk mengikuti langkah-langkah cara kerja yang ada di modul agar mendapatkan hasil yang maksimal, dan memakai alat pelindung diri dalam melakukan sesuatu di laboratorium. DAFTAR PUSTAKA Adnan. 2008. Biologi Sel. Jurusan Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar: Makassar Deragon. 2005. Water Potential. http://www.deragon.com. Diakses pada 12 Maret 2014 Filter, W.G. 1989. Fisiologi Lingkungan Tumbuhan. Gadjah Mada University Press: Yogyakarta Heddy, S. 1982. Biologi Pertanian. Fakultas Pertanian Universitas Brawijaya: Malang Heddy, S. 1987. Ekofisiologi Pertanaman. Sinar Baru: Bandung Lakitan, B. 1996. Dasar-Dasar Fisiologi Tumbuhan. Raja Graffindo Persada: Jakarta Lambers, H.F.S. Chapia dan T.L. Pons. 1998. Physiology. Ecology Spinger. Newyork hal 150 Salisbury dan Ross C.W. 1995. Fisiologi Tumbuhan Jilid 1 Edisi IV Alihan Luqman R.R. dan Sumaryono. Penerbit ITB: Bandung Syarif, Hidayat A. 2009. Laporan Pengukuran Potensial Air Jaringan Tumbuhan. Universitas Negeri Makassar: Makassar LAMPIRAN a. Larutan sukrosa 10 mL %∆ Bobot = 5,678 − 5, 780 x 100% 5,780 %∆ Bobot = −94,322 b. Larutan sukrosa 30 mL %∆ Bobot = 4,337 − 4,582 x 100% 4,582 %∆ Bobot = −95,663 c. Larutan sukrosa 50 mL %∆ Bobot = 3,749 − 3,914 x 100% 3,914 %∆ Bobot = −96,251 DOKUMENTASI Gambar a. Penimbangan Gambar b. Pencampuran larutan sukrosa Gambar c. Pengeringan
