FISIOLOGI BIJI DAN ANAKAN

FISIOLOGI POHON
FISIOLOGI BIJI DAN ANAKAN
Fakultas Kehutanan
Universitas Gadjah Mada
1. Difinisi, Struktur Biji
Biji adalah:
ovule dewasa yang sudah terbuahi sehingga memiliki
embrio, cadangan makanan dan kulit biji
Biji masak secara fisiologis maupun ekologis mempunyai
4 komponen penting (Franklin, 1991)
Bag. luar : 1. Kulit Biji (pembungkus/pelindung)
Bag. dalam: 2. Embrio (bakal tanaman/sporofit)
3. Cadangan Makanan
4. Enzim dan Hormon
Biji adalah alat desiminasi
buah kering berbiji satu
Embrio: miniatur tanaman
Tdr dr: a. 1 atau 2 kotiledon (daun pertama)
b. plumule (kuncup embrio/embryonic bud)
c. hipokotil (bagian dari batang)
d. radikel (akar rudimenter)
Berdasarkan jumlah kotiledon:
- Angiospermae
a. Monokotil: bambu dan palmae
b. Dikotil: hampir semua angiospermae
- Gymnospermae:
2-18 kotiledon tgt spesiesnya
Berdasarkan munculnya kotiledon:
a. Epigeous: kotiledon muncul ke atas tanah
b. Hipogeous: kotiledon tetap di dalam tanah
Cadangan makanan
Terdapat di
a. kotiledon
b. endosperm
c. megagametofit
jaringan yang mengelilingi
embrio pada angiospermae
jaringan yang mengelilingi
embrio pada gimnospermae
Kulit biji
Untuk melindungi biji dari kekeringan dan penyakit
pada biji
Terdiri atas: lapisan luar yang keras, testa & lapisan
dalam
2. Perkembangan Biji
♀
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)
- 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)
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
3. Komposisi/kandungan Biji
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. Lipid
-
pada suhu normal berbentuk cair: minyak, bila padat: lemak
Pengaruh kuat asam lemak beserta kandungan lemaknya tergantung
pada spesies tumbuhannya
Biji dengan kandungan minyak tinggi cenderung memiliki kandungan
protein yang tinggi
3. Protein
-
Cadangan N pada biji bagi pertumbuhan semai
Komposisi asam amino pada biji berbeda dengan pada batang atau
jaringan vegetatif
(biji 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)
4. Komponen lain
-
-
-
-
Mineral
» menyokong semai menjadi autotrofik
» mineral fitin menjadi sumber utama fosfor
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
4. Faktor Lingkungan yang Mempengaruhi
Perkecambahan
3.1 Air
-
Biji non-dorman akan menyerap air dalam jumlah tertentu sebelum
memulai proses fisiologis untuk perkecambahan
Jumlah air yang diperlukan = dua atau tiga kali berat biji
Untuk pertumbuhan anakan : jumlah air lebih besar, dan akan semakin
besar ketika 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
Dalam perkecambahan biji, terdapat tiga tingkat suhu yang berbeda yaitu :
a.
Suhu Minimum : suhu terendah di mana biji masih bisa berkecambah
 reversibel
b.
Suhu Maksimum : suhu tertinggi di mana biji masih bisa berkecambah
 ir-reversibel
c.
Suhu Optimum : kisaran suhu terbaik untuk berkecambah
3.3 Oksigen
- Proses perkecambahan memerlukan energi yang berasal dari proses
oksidasi
- Oksigen dibutuhkan pada saat pernafasan (respirasi)  pertukaran gas
CO2 dan mengambil gas O2
- Pada perkecambahan diperlukan sekitar 20 % gas O2
- Banyak sedikitnya oksigen yang dimanfaatkan dipengaruhi antara lain oleh
membran biji
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
5. Pengujian Biji
5.1 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
5.2 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
5.3 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)
5.4 Uji Perkecambahan
Tujuan:
mengetahui jumlah maksimal benih yang dapat berkecambah dalam
kondisi optimum (suhu, cahaya, kelembaban)
Cutting test
langsung
metode
tetrazolium
Tidak langsung
X-ray
H2O2
Cutting test
•
Visual  embrio dan endosperm dengan ukuran dan warna yang normal
Tetrazolium
 Perendaman biji dalam larutan tetrazolium 2,3,5 Triphenyl Tetrazolium
Chloride + Aquades dengan perbandingan 1 : 100.
 Benih yang masih viabel ditandai dengan warna merah cerah yang: tanda
adanya aktivitas sel hidup -- (reduksi tetrazolium oleh enzim dehidrogenase)
Radiography (X-ray)
•
•
•
benih direndam BaCl2 / CHCl3
jaringan hidup mempunyai sifat semi-permeabilitas
jaringan mati menjadi impregnated → menyerap radiasi sinar X dg lebih
intensif → tampak lebih terang
H2O2
•
•
•
benih direndam H2O2 1% selama 24 jam
mikrofil dipotong
benih direndam dalam gelap pada suhu alternate 200 dan 300 C
radicle > 5 mm
= evident
0-5 mm
= slight
0
= non-viable/empty
6. Fisiologi Perkecambahan Biji
Tahapan perubahan embrio menjadi anakan (proses
perkecambahan) meliputi 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.
Respirasi
• Mrpk proses perombakan makanan (karbohidrat) mjd senyawa lebih
sederhana (proses reduksi), dg membebaskan sejumlah tenaga
• Pertama kali tjd pd embryonic axis; stl cadangan habis, baru beralih ke
endosperm/kotiledon
• Aktivitas respirasi tertinggi adl pd saat radicle menembus kulit biji
c.
Enzim turn over
- Pembentukan enzim baru  aktivasi dan deaktivasi enzim
d.
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 dan translokasi cadangan makanan
• Proses terjadinya pemecahan zat/senyawa bermolekul besar dan
kompleks menjadi senyawa bermolekul lebih kecil, sederhana, larut dalam
air dan dapat diangkut melalui membran dan dinding sel.
• Bahan-bahan saat pembentukan biji (pati, protein, lipid) akan
dirubah dengan hidrolisa menjadi bahan-bahan jaringan baru
• Hasil pencernaan diangkut dr jaringan penyimpanan mkn menuju titik-titik
tumbuh pd embryonic axis, radicle dan plumulae
• Biji blm punya jaringan pengangkut  pengangkutan dilakukan secara
difusi atau osmose dari satu sel hidup ke sel hidup lainnya
f. Asimilasi
• Merupakan tahap terakhir dlm penggunaan cadangan mkn
• Merupakan proses pembangunan kembali
• Tenaga/energi berasal dr proses pernafasan
g. Pertumbuhan dan perkembangan
 Peningkatan aktivitas pembelahan dan perluasan sel diikuti dengan
diferensiasi sel menjadi jaringan dan organ baru
• Ada dua bentuk pertumbuhan embryonic axis :
- Pembesaran sel-sel yg sudah ada
- Pembentukan sel-sel baru pd titik-titik tumbuh : radicle dan
plumulae
• Tenaga/energi berasal dr proses pernafasan
7. 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.
Faktor luar (lingkungan) : imposed dormancy
- thermodormancy atau photodormancy
2.
Faktor dalam : imnate dormancy
2.1 Genetis
a.
b.
After-ripening seeds
Adanya sifat biji orthodox dan rekalsitran
2.2 Fisis dan Mekanis
a. Kulit biji yang impermeable
b. Embrio tidak berkembang karena barrier fisis
2.3 Fisiologis
a. Peristiwa penghambatan metabolisme
b.
Immature embryo
2.4 Kimia
Bagian biji/buah mengandung zat kimia penghambat
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