HUBUNGAN CAHAYA DAN TANAMAN

Cahaya
 Faktor esensial pertumbuhan dan
perkembangan tanaman
 Cahaya memegang peranan penting
dalam proses fisiologis tanaman,
terutama fotosintesis, respirasi, dan
transpirasi
 Fotosintesis : sebagai sumber energi
bagi reaksi cahaya, fotolisis air
menghasilkan daya asimilasi (ATP dan
NADPH2)
Fotosintesis menghasilkan O2
Persamaan kimia yang sederhana untuk fotosintesis adalah
(Brown 2003) : 6CO2 + 6H2O + foton → C6H12O6 + 6O2
 Di alam, oksigen bebas dihasilkan dari
fotolisis air selama fotosintesis oksigenik.
 Ganggang hijau & sianobakteri di
lingkungan lautan menghasilkan sekitar
70% oksigen bebas yg dihasilkan di bumi,
sedangkan sisanya dihasilkan oleh
tumbuhan daratan.
 (Fenical 1983, "Marine Plants")
 Evolusi oksigen fotolitik terjadi di membran
tilakoid organisme dan memerlukan energi empat
foton.
 Membran tilakoid merupakan bagian kloroplas
ganggang dan tumbuhan, sedangkan pada
sianobakteri, adalah struktur membran sel
sianobakteri.
 Kloroplas diperkirakan berevolusi dari
sianobakteri yang bersimbiosis dengan tumbuhan.
 Cahaya matahari ditangkap daun sebagai foton
 Tidak semua radiasi matahari mampu diserap
tanaman, cahaya tampak, dg panjang
gelombang 400 s/d 700 nm
 Faktor yang mempengaruhi jumlah radiasi yang
sampai ke bumi: sudut datang, panjang hari,
komposisi atmosfer (kandungan debu dan uap air)
 Cahaya yang diserap daun 1-5% untuk fotosintesis,
75-85% untuk memanaskan daun dan transpirasi
Struktur sel tanaman
Mitokondria
Mitokondria mengoksidasi
makanan dan mengubah energi
menjadi adenosin trifosfat atau
ATP
 Peranan cahaya dalam respirasi :
fotorespirasi, menaikkan suhu
 Peranan cahaya dalam transpirasi :
transpirasi stomater, mekanisme
bukaan stomata
Transpirasi
 Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi
transpirasi adalah (Dwijoseputro,
1986) :
 1. Kelembaban
 2. Suhu
 3. Cahaya
 4. Angin
 5. Kandungan air tanah
1. Kelembaban
 Seandainya faktor lain sama, transpirasi akan menurun dgn




meningkatnya RH.
Ada korelasi antara RH dan tekanan uap air di atm
Apabila stomata dlm keadaan terbuka maka kecepatan
difusi dari uap air keluar tergantung pd besarnya
perbedaan tekanan uap air yg ada di dalam rongga2 antar
sel dgn tekanan uap air di atmosfer.
Jika tekanan uap air di udara rendah, maka kecepatan
difusi dr uap air di daun keluar akan bertambah besar
begitu pula sebaliknya. Pd RH 50% perbedaan tekanan uap
air di daun dan atmosfer 2 kali lebih besar dari kelembaban
relatif 70% .
(Jayamiharja, 1977)
2. Suhu
 Kenaikan suhu dari 180 sampai 200F cenderung untuk
meningkatkan penguapan air 2 kali.
 Suhu daun di dlm naungan kurang lebih sama dgn
suhu udara, tetapi daun yg terkena sinar matahari
mempunyai suhu 100 – 200F lebih tinggi dari pada
suhu udara.
3. Cahaya
 Cahaya mempengaruhi laju transpirasi melalui dua
cara yaitu:
a. Sehelai daun yang terkena sinar matahari langsung
akan mengabsorbsi energi radiasi.
b. Cahaya tidak usah selalu berbentuk cahaya langsung
dapat pula mempengaruhi transpirasi melalui
pengaruhnya terhadap buka-tutupnya stomata,
dengan mekanisme tertentu.
4. Angin
 Angin cenderung untuik meningkatkan laju
transpirasi, baik didlm naungan atau cahaya, melalui
penyapuan uap air. Akan tetapi di bawah sinar
matahari, pengaruh angin terhadap penurunan suhu
daun, cenderung menjadi lebih penting daripada
pengaruhnya terhadap penyingkiran uap air
5. Kandungan air tanah
 Jika kandungan air tanah menurun, akibat penyerapan
akar, gerakan air melalui tanah ke dalam akar menjadi
lebih lambat. Hal ini cenderung untuk meningkatkan
defisit air pada daun dan menurunkan laju transpirasi
lebih lanjut.
Transpirasi
 Adapun faktor2 dari dlm yg dpt mempengaruhi proses
transpirasi :
• Besar kecilnya daun
• Tebal tipisnya daun
• Berlapiskan lilin atau tidaknya permukaan daun
• Banyak sedikitnya bulu di permukaan daun
• Banyak sedikitnya stomata
Pada tanaman darat umumnya stomata itu terdapat pada
permukaan bawah daun. Pada beberapa tanaman
permukaan atas dari daun pun mempunyai stomata.
Temperatur berpengaruh pd membuka dan menutupnya
stomata. Pada banyak tanaman stoma tidak membuka jika
temperatur ada disekitar 0 derajat celcius
 Kebutuhan intensitas cahaya berbeda utk setiap jenis
tanaman dan berdasarkan tipe fotosintesis, tumbuhan
dibagi ke dalam 3 kelompok besar, yaitu C3, C4, dan
CAM (crassulacean acid metabolism).
 C3 memiliki titik kompensasi cahaya rendah, dibatasi
oleh tingginya fotorespirasi.
 C4 memiliki titik kompensasi cahaya tinggi, sampai
cahaya terik, tidak dibatasi oleh fotorespirasi.
 Tumbuhan C4 dan CAM lebih adaptif di daerah panas
dan kering dibandingkan dgn tumbuhan C3. Namun
tanaman C3 lebih adaptif pada kondisi kandungan
CO2 atmosfer tinggi.
 Sebagian besar tanaman pertanian, spt gandum,
kentang, kedelai, kacang-kacangan, dan kapas
merupakan tanaman dari kelompok C3.
 Tanaman C3 dan C4 dibedakan oleh cara mereka
mengikat CO2 dari atmosfir dan produk awal yang
dihasilkan dari proses assimilasi.
 Berbeda dengan gerakan stomata yang lazim,
stomata tumbuhan CAM membuka pada malam
hari, tetapi menutup pada siang hari.
 Tanaman pangan yang tumbuh di daerah tropis,
terutama gandum, akan mengalami penurunan
hasil yang nyata dengan adanya kenaikan sedikit
suhu karena saat ini gandum dibudidayakan pada
kondisi suhu toleransi maksimum.
Perbedaan Tanaman C3, C4 dan CAM
C3
C4
CAM (crassulacean
acid metabolism)
lebih adaptif pada kondisi
kandungan CO2 atmosfer tinggi
adaptif di daerah panas dan
kering
enzim yg menyatukan CO2 dgn
RuBP, juga dpt mengikat O2 pada
saat yg bersamaan untuk proses
fotorespirasi
CO2 diikat oleh PEP yg tidak
Pada malam hari asam malat
dapat mengikat O2 sehingga tidak tinggi, pada siang hari malat
terjadi kompetisi antara CO2 dan rendah Lintasan
O2
karbon dioxida masuk ke siklus
calvin secara langsung.
tidak mengikat karbon dioksida
secara langsung
tidak mengikat karbon dioksida
secara langsung
Disebut tumbuhan C3 karena
senyawa awal yang terbentuk
berkarbon 3 (fosfogliserat)
Sebagian besar tumbuhan tinggi
masuk ke dalam kelompok
tumbuhan C3
Apabila stomata menutup akibat
stress terjadi peningkatan
fotorespirasi pengikatan O2 oleh
enzim Rubisco
Sel seludang pembuluh
berkembang dengan baik dan
banyak mengandung kloroplas
Fotosintesis terjadi di dalam sel
mesofil dan sel seludang
pembuluh
Pengikatan CO2di udara melalui
lintasan C4 di sel mesofil dan
reduksi karbon melalui siklus
Calvin (siklus C3) di dalam sel
seludang pembuluh
Umumnya tumbuhan yang
beradaptasi pada keadaan kering
seperti kaktus, anggrek dan nenas
Reduksi karbon melalui lintasan
C4 dan C3 dalam sel mesofil
tetapi waktunya berbeda
Pada malam hari terjadi lintasan
C4 pada siang hari terjadi suklus
C3
adaptif di daerah panas dan
kering
 ILD : Besaran yg menggambarkan banyak
sedikitnya radiasi matahari yg mampu diserap
tanaman
 ILD kritik dan ILD optimum, ILD kritik
menyebabkan pertumbuhan tanaman 90%
maksimum. ILD optimum menyebabkan
pertumbuhan tanaman maksimum
 ILD optimum setiap jenis tanaman berbeda
tergantung morfologi daun
 Faktor eksternal juga mempengaruhi nilai ILD
optimum, misalnya jarak tanam (kerapatan
tanaman) maupun sistem tanam
 Faktor eksternal mempengaruhi radiasi yang
diserap dan nilai ILD optimum, melalui efek
penaungan (mutual shading)
 Penaungan: distribusi cahaya dlm tajuk tidak
merata, ada daun yg bersifat parasit terhadap
fotosintat yg dihasilkan daun yang lain, ILD telah
melampaui nilai optimumnya
 Kaitannya dengan ILD optimum setiap jenis tanaman
perlu dilakukan kajian mengenai jarak tanam yang
menyebabkan tercapainya ILD optimum tersebut.
Pengaturan jarak tanam ditentukan oleh tingkat
kesuburan lahan maupun habitus tanaman (morfologi
tanaman)
 Penentuan kerapatan tanaman dipengaruhi juga oleh
hasil ekonomis yang akan diambil dari pertanaman.
 Hasil ekonomis tanaman berupa biji (produk
reproduktif yang lain). Kalo dibuat grafik hub antara
kerapatan dengan hasil, kurve berbentuk parabolik,
ada nilai LAI optimum. Peningkatan kerapatan
tanaman setelah LAI optimum, menimbulkan
penurunan hasil. Hasil fotosintesis digunakan lebih
banyak untuk keperluan vegetatif
 Hasil ekonomis tanaman berupa bagian vegetatif
tanaman, grafik hub antara kerapatan dengan hasil
berbentuk asimtotik. Jarak tanam dibuat serapat
mungkin supaya penyerapan radiasi maksimum cepat
tercapai, dapat dikatakan tidak ada LAI optimum
 Panjang hari sering menjadi faktor pembatas
pertumbuhan di daerah sub-tropik
 Keberadaan radiasi, sering terbatas di sub-tropik pada
musim tertentu, sehingga kekurangan radiasi
matahari merupakan kendala utama pertanian di subtropik
 Panjang hari di daerah tropik tidak terlalu
menimbulkan masalah (bukan faktor pembatas),
relatif konstan, 12 jam/hari
 Yang sering menjadi faktor pembatas adalah masalah
kelebihan radiasi (intensitas matahari)
Naungan
 Merupakan salah satu alternatif untuk mengatasi
intensitas cahaya yang terlalu tinggi.
 Pemberian naungan dilakukan pada budidaya
tanaman yang umumnya termasuk kelompok C3
maupun dalam fase pembibitan
 Pada fase bibit, semua jenis tanaman tidak tahan IC
penuh, butuh 30-40%, diatasi dengan naungan
 Pada tanaman kelompok C3, naungan tidak hanya
diperlukan pada fase bibit saja, tetapi sepanjang siklus
hidup tanaman
 Meskipun dengan semakin dewasa umur tanaman,
intensitas naungan semakin dikurangi
 Naungan selain diperlukan untuk mengurangi
intensitas cahaya yang sampai ke tanaman pokok, juga
dimanfaatkan sebagai salah satu metode pengendalian
gulma
 Di bawah penaung, bersih dari gulma terutama
rumputan
 Semakin jauh dari penaung, gulma mulai tumbuh
semakin cepat
 Titik kompensasi gulma rumputan dapat ditentukan
sama dengan IC pada batas mulai ada pertumbuhan
gulma
 Tumbuhan tumbuh ditempat dg IC lebih tinggi dari
titik kompensasi (sebelum tercapai titik jenuh), hasil
fotosintesis cukup untuk respirasi dan sisanya untuk
pertumbuhan
Dampak pemberian naungan
terhadap iklim mikro
 Mengurangi IC di sekitar sebesar 30-40%
 Mengurangi aliran udara disekitar tajuk
 Kelembaban udara disekitar tajuk lebih stabil (60-
70%)
 Mengurangi laju evapotranspirasi
 Terjadi keseimbangan antara ketersediaan air dengan
tingkat transpirasi tanaman
Hasil penelitian pada tembakau
Dampak pemberian naungan pada pertanaman
tembakau :
 Laju transpirasi tanaman tembakau menurun sebesar
45,6%
 Evapotranspirasi tanah menurun sebesar 60%
 Kadar air daun meningkat
 Total luas daun tembakau meningkat 40%
Tanaman muda
 Memerlukan intensitas cahaya relatif rendah
 IC terlalu rendah aktifitas fotosintesis menurun,
suplai KH dan auxin untuk pertumbuhan akar
menurun, bibit yang kekurangan IC memiliki
perakaran yang tidak berkembang
 IC terlalu tinggi : fotooksidasi meningkat, suhu
tinggi, kelembaban rendah, kematian daun (daun
terbakar)
 Penelitian pada penyetekan kakao: stek kakao mampu
berakar dengan baik kalau mendapatkan intensitas
cahaya 20% lebih rendah dari IC penuh (stek kakao
diberi naungan dengan intensitas sedang)
 Penelitian pada pembibitan karet: bibit karet mampu
berakar dengan baik kalau mendapatkan IC 50%
 Penelitian pada penyetekan vanili: bibit vanili mampu
berakar dengan baik kalau mendapatkan IC 30%-50%
 Naungan dapat menghindari fluktuasi temperatur
yang tinggi dan kadar air tanah
 Naungan dapat digunakan sebagai saranan konservasi
tanah, karena meningkatkan jumlah pori penyedia air
tanah (melalui pengaturan temperatur dan evaporasi)
 Besar kecilnya fotosintesis tergantung pada
temperatur, suplai air, unsur-unsur hara, sifat
morfologis tanaman. Puncak fotosintesis terkait
dengan besarnya sinar dan temperatur
Kekurangan Air Diatasi dg naungan
 Naungan mengurangi volume kecepatan aliran
permukaan dan meningkatkan air tersedia bagi
tanaman
Pengaruh lingkungan (Tekanan)
 Pengaruh merusak yang dipaksakan, dikendalikan
oleh lingkungan
 Respon adaptasi, dikendalikan oleh tanaman
 Kerusakan: kematian sebagian organ maupun
keseluruhan tanaman, penurunan pertumbuhan
karena kelainan fisiologis
 Kerusakan: resistensi tanaman terhadap tekanan
lingkungan berkurang
 Respon beradaptasi, merupakan pengendali yang
halus terhadap resistensi
 Resistensi bisa elastis (terbalikkan) maupun plastis
(tidak terbalikkan)
 Resistensi elastis, efek mekanisme fisiologis (lebih
besifat fisiologis)
 Resistensi plastis, efek adaptasi morfologis
 Tekanan cahaya bisa menimbulkan respon fisiologis
(dalam aktivitas fotosintesis) maupun respon
morfologis (berubahnya ukuran daun dll)
 Kedua respon tsb memerlukan fleksibilitas fenotipe
Respon Morfologi
 Makromorfologi: tinggi tanaman, diameter
tanaman, sudut percabangan, jumlah daun, luas
daun dll
 Mikromorfologi: kandungan klorofil daun,
ketebalan daun dll
 Tinggi tanaman lebih cepat naik di tempat teduh,
diameter tanaman lebih cepat naik di tempat
tanpa naungan, sudut percabangan lebih besar
ditempat ternaungi, luas daun lebih besar di
tempat ternaungi, begitu juga dengan jumlah
daun
 Kandungan klorofil lebih tinggi di tempat terang,
ketebalan daun lebih tinggi di tempat terang