View
38
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
23/04/2014
1
Perkembangan Tumbuhan
Dr. Diah Rachmawati, M.Si.
Lab. Fisiologi Tumbuhan
Ion H2O
O2CO2 H2O
Tumbuhan merupakan suatu sistem energi
Dua Tahap Perkembangan:
Pertumbuhan: Perubahan kuantitatif dari sel (ukuran,
jumlah), bersifat tidak balik (irreversible)
Diferensiasi:
Bentuk eksternal suatu organ karena diferensiasi
Situasi dimana bagian meristematik menjadi dua atau
lebih jenis sel, jaringan, atau organ dengan
perbedaan-perbedaan kualitatif
Perkembangan (Development)Merupakan keseluruhan proses pertumbuhan dan
diferensiasi yang terjadi selama siklus hidup tumbuhan
Siklus Hidup Tumbuhan Berbunga
Growth
Growth: quantitative change of a cell the increase of size and weight, irreversible
Single cells show two major components of growth:
- division of cells: an increase in cell number
both daughter cells are genetically identical at the same state of differentiation.
- cell enlargement : an increase in cell size
Pertumbuhan: proses yang bersifat tidak dapat balik (irreversible) dari suatu organisme atau bagian-bagiannya, yang mengakibatkan pertambahan massa, berat atau volume (perubahan kuantitatif)
Tingkat sel : proses sangat kompleks (misal sintesis plasma sel)
Tingkat jaringan : Dapat diamati dengan adanya
pertambahan ukuran, (misalnya
pertumbuhan akar, batang, daun)
Tingkat organisme : misal tinggi tanaman
23/04/2014
2
Bagaimana tanaman tumbuh?
a. Pembelahan sel pada meristem meningkatkan
jumlah sel
b. Pembelahan sel pada meristem meningkatkan
kemampuan untuk tumbuh
c. Elongasi sel meningkatkan ukuran sel
Growth is restricted to meristematic regions
Shoot apical meristem
Root apical meristem
Lateral meristemsCambiumPhellogen (kambiumgabus)
Intercalar meristem
Siklus Sel (Cell cycle)
Mulai dari saat pembelahan sel ke pembelahan sel berikutnya
Ada dua fase: M phase : fase mitosisInterphase : replikasi kromosom
Most of the time (90%), the cell is in interphase (non-dividing stage)
Durasi siklus sel dan orientasi pembelahan sel mempunyai pengaruh pada perkembangan organ dan bentuk akhir suatu organisme
Pembelahan sel dipengaruhi oleh homeotic genes
Tipe pembelahan sel
1. Formative division
Sel anakan yang dihasilkan berbeda secara morfologi maupun
biokimiawi dengan sel induknya
misalnya : pembentukan sel penutup stomata
pembentukan rambut-rambut akar
2. Proliferative division
Sel anakan yang dihasilkan bertipe sama dengan sel induk
Sel-sel pada umumnya mengalami pembelahan proliferatif
Pembelahan Sel
Arti Penting Pembelahan Sel- Pembelahan sel meningkatkan kemampuan tumbuh suatu jaringan
atau organ. Pembelahan sel berperan dalam inisiasi organ (misal daun) dimulai dengan pembelahan sel meristem.
- Informasi yang menentukan diferensiasi terjadi selama siklus pembelahan sel.
- Arah pembelahan sel (antiklinal/periklinal) akan menentukan posisi sel dan fungsi sel hasil pembelahan.
Pembelahanperiklinal
Pembelahanantiklinal
Pembelahanperiklinal
Pembelahanantiklinal
Arah pembelahan selDivision insame plane
Plane ofcell division
Single file of cells forms
Cube forms
Nucleus
Cell divisions in the same plane produce a single file of cells, whereas cell divisions in three planes give rise to a cube.(a)
Division inthree planes
Unspecializedepidermal cell
cell division
Asymmetrical
Unspecializedepidermal cell
Guard cellmother cell
Unspecializedepidermal cell
Developingguard cells
(b) An asymmetrical cell division precedes the development of epidermal guard cells, the cells that borderstomata (see Figure 35.17).
Arah dan simetri pembelahan sel penting dalam penentuan bentuk sel
23/04/2014
3
The plane in which a
cell divides
Is determined during
late interphase
Microtubules in the
cytoplasm
Become
concentrated into a
ring called the
preprophase band
Preprophase bandsof microtubules
Nuclei
Cell plates
10 m
Pembentangan sel (Cell enlargement)
Secara teori pemanjangan / pembentangan sel dapat diatur melalui:
Perubahan tekanan turgor : peningkatan turgor akan menyebabkan pemanjangan sel
Perubahan fisik dinding sel: penurunan kekuatan dinding sel menyebabkan pembentangan
Differentiation:
External form of organ due to differentiation
Any situation where a meristematic region gives
rise to two or more type of cells, tissues, or
organ with qualitative differences
DIFERENSIASI Pertumbuhan akan menyebabkan terjadinya perbedaan karena
pertumbuhan dipengaruhi oleh faktor lingkungan yang tidak pernah sama diferensiasi
Diferensiasi bersifat kualitatif
Perubahan morfologi dan fungsi sel, jaringan dan organ.
Contoh diferensiasi
sel : kambium menjadi floem atau xilem
jaringan : parenkim daun menjadi parenkim palisade dan parenkim
bunga karang
organ : meristem apikal pucuk menjadi daun atau bunga
Pertumbuhan dan diferensiasi terjadi secara bersamaan.
Contoh pertumbuhan tanpa diferensiasi: kalus
Pertumbuhan dan diferensiasi bersifat mutually competitive yaitu kondisi yang memacu pertumbuhan biasanya menekan diferensiasi dan sebaliknya.
23/04/2014
4
Proses perkembangan tumbuhan tingkat tinggi
MERISTEMATIC CELL
Plasmatic growth
expansion
differentiation
maturationMATURE CELL
senescence
Death
TAHAP-TAHAP PERKEMBANGAN TUMBUHAN
Fase juvenil atau fase vegetatif
Fase reproduktif
Fase transisi (perubahan karakteristik vegetatif)
Nutrien
hormon
Pembukaan tunas dan
pembentangan sel pada
meristem apikal
1. Size effect
2. Endogenous timing
3. Keseimbangan hara
tanaman
Pembungaan, pembentukan biji dan buah
Juvenility and ripeness to flower
Fase perkembangan Shoot Apical Meristem :
Juvenile phase
Adult vegetative phase
Adult reproductive phase
Syarat terbentuknya bunga:
1) Harus mencapai fase vegetative tertentu (juvenile)
2) Cukup dewasa (mature) : stimulus lingkungan yang cukup dapat menginisiasi terbentuknya bunga
3) Fase reproduksi : aktualisasi terbentuknya bunga (reprogramming of shoot apical /lateral meristem)
juvenile reproductive
Heteroblastic development :Fase muda dan dewasa menunjukkan perbedaan morfologi yang jelas
Acacia heterophylla
Homoblastic development : Fase muda dan dewasa tidak berbeda
Heterophylly :
terdapat bentuk daun berbeda pada fase pertumbuhan yang sama
Beberapa tumbuhan air (aquatic plants)- submerged leaves- aerial leaves
Marsilea quadrifolia
23/04/2014
5
Analisis Pertumbuhan
Kecepatan Pertumbuhan
(1) Absolut : Total pertumbuhan per unit waktu (dx/dt). Jika kecepatan konstan selama waktu tertentu kurva pertumbuhan berbentuk linear
(2) Relatif : Pertumbuhan masing-masing bagian per unit waktu yang diekspresikan dengan satuan yang sama, misal per satuan massa atau luas
Contoh
Daun A luasnya 5 cm2
Daun B luasnya 50 cm2
Daun A dan B bertambah luasnya 2 cm2 per hari
(absolut)
Kecepatan pertumbuhan relatif daun A=2/5
Kecepatan pertumbuhan relatif daun B=2/50
Pengukuran pertumbuhan
Bobot basah
Bobot kering
Jumlah sel : untuk mengukur pertumbuhan organisme uniseluler
Pertumbuhan linear
Panjang : Untuk organ-organ yang tumbuh ke satu arah misal pollen tube, ujung akar, termasuk juga untuk mengukur tinggi tanaman
Lebar :Pembentangan buah, penebalan lapisan kayu
Luas : Mengukur pertumbuhan yang terjadi dalam dua dimensi misal pembentangan daun.
Pengukuran pertumbuhan dilakukan pada daerah yang sedang tumbuh pada meristem.
Kurva Pertumbuhan
Linier growthLt = Lo + rt
Lo : length at zero timeLt : length at time tr : growth rate
Exponential growthLt = Lo ert
Lt : Leaf area after time tLo : initial leaf arear : percentage/ proportional rate
of increase (RGR)e : exponential coefisient (2.7182)
Kurva pertumbuhan berbentuk Sigmoid Menunjukkan ukuran kumulatif sebagai fungsi waktu
Kurva pertumbuhan berbentuk Sigmoid Menunjukkan ukuran kumulatif sebagai fungsi waktu
Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan
?
?
Faktor Eksternal Faktor Internal
Cahaya: intensitas cahayapanjang gelombanglama penyinaran
Nutrien/hara
CO2 dan O2
Air
Temperatur
Polusi udara
Patogen/Insects
Hormon tumbuhanAuksin
GiberelinSitokininAsam absisat Etilen
BrassinosteroidsSugars
Gen Protein
23/04/2014
6
Pertumbuhan dan
perkembangan
1. Faktor internal
a. Level intraseluler:
b. Level interseluler:
Gen Protein
Hormon
MetabolitIon
Koordinasi aktivitas sel
2. Faktor eksternal (lingkungan) level ekstraselulerKetersediaan air, cahaya, O2 dan CO2, suhu, unsur hara, gravitasi, kecepatan angin
Ketiga level tersebut saling berinteraksi menentukan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan
Genome genes from the nucleus (nuclear genome) inherited by Mendelian rules
Plasmone genetic information from organelles in the cytosol i.e. plastid (plastome) and mitochondria (chondriome) not inherited in Mendelian rules
Genes consist of
* Specific sequence of nucleotides in the DNA molecule
Gene expression : synthesis of specific protein
encoded by specific genes
Tidak semua gen terekspresikan selama siklus hidup suatu individu ataupun diseluruh bagian tubuh tumbuhan
GENES Macam gen berdasarkan aktivitasnya
1. Gen aktif (constitutive expressed)2. Gen inaktif tidak terpengaruh rangsang dari luar3. Gen yang dapat diaktifkan (inducible expressed)4. Gen yang dapat diinaktifkan
Aktivitas gen merupakan kerja sama gen-gen Gen struktural melalui mekanisme transkripsi dan translasi
membentuk protein yang akan digunakan untuk proses metabolisme dan pertumbuhan
Gene and gene expression
- Housekeeping genes : responsible for the enzyme involved in basic cellular metabolism necessary for normal development of plants
- Regulatory genes: responsible for the enzyme involved in gene expression
- Developmental genes : associated for development process
Plant genome contains many genes each affect development Genes consist of specific sequence of nucleotides in the DNA molecule.
Pengendalian genetik perkembangan
Gen DNA dengan urutan nukleotida tertentu dan dapatdiekspresikan menjadi protein
Sintesis protein spesifik yang dikode oleh gen spesifik. Tidak semua gen terekspresikan (aktif) selama siklus hidup suatu
individu atau di seluruh bagian tubuh tumbuhan. ekspresi gen bersifatspatial (berhubungan dengan tempat) dan bersifat temporal (berhubungan dengan waktu).
Sifat totipotensi cell do not lose genes Aktif atau inaktif tergantung kebutuhan dan respon gen terhadap
perubahan lingkungan.
23/04/2014
7
Hormon
Senyawa organik bukan zat hara yang secara biologiaktif pada konsentrasi rendah (< 1 ppm) dan disintesispada salah satu bagian tumbuhan kemudianditranslokasikan ke bagian lain sehingga menimbulkanrespon fisiologi.
Auksin, sitokinin, giberelin, asam absisat dan etilen
FAKTOR LINGKUNGAN
1. Cahaya2. Ketersediaan air3. Suhu4. CO2 dan O25. Unsur hara6. Zat pencemar
Cahaya
Mengendalikan pertumbuhan dan perkembangan tanaman Intensitas dan kualitas cahaya menentukan pola pertumbuhan Cahaya berfungsi sebagaia. sumber energi : photoenergeticb. perusak : photodestructivec. penentu morfologi : photomorphogenesisd. biosintesis : photostimulation
Fotoenergetik
Radiasi sebagai sumber energi untukfotosintesis. Reaksi fotosintesis ditentukan olehintensitas cahaya, kualitas cahaya, dan lamanyapenyinaran.
Proses pembungaan memerlukan lama penyinaran tertentu
Berdasarkan lamanya waktu memperoleh cahaya(fotoperiode), tumbuhan dibedakan menjadi:a. Tumbuhan hari panjang (Long-Day Plant)b. Tumbuhan hari pendek (Short-Day Plant)c. Tumbuhan hari netral (Day-Neutral Plant)
Fotomorfogenesis
Pengaturan morfogenesis oleh cahaya
Pigmen yang bertanggung jawab : fitokrom
Fitokrom ada 2 bentuk yaitu
Pr : 660 nm
Pfr : 730 nm
Perubahan Pr/Pfr tergantung pada panjang gelombang cahaya yang diterima
Light and plant development
Photomorphogenesis - a change in plant development induced by specific kinds of light
and not dependent on photosynthesis.
23/04/2014
8
Pengaruh Cahaya terhadap
Pertumbuhan Kecambah Perception of light
Plants have specific photoreceptors Different photoreceptors detect different wavelengths of light- Phytochromes (red and far-red light )- Cryptochromes (blue, green, UV-A light)- Phototropin (blue light)- UV-B receptor (still not identified)
What Is Phytochrome ?What Is Phytochrome ?What Is Phytochrome ?What Is Phytochrome ?
Phytochrome is a pigment found in some plant cells that hasbeen proven to control plant development.
Phytochrome is a protein Chromophore , a molecule that is responsive to light quality and quantity ( duration),
Photomorphogenesis The control of growth and development by light duration or light quality.
This pigment has two forms or phases in can exist in. P-red light sensitive (Pr) and Pfar red light sensitive (Pfr)forms. The difference is simply configurational. One single bond, and one hydrogen atom changes location in the molecule
The actual plant response is very specific to each species, and some plants do not respond at all.
Two forms of phytochrome
Pr is red form, peak absorption in red
Pfr is far red form, peak absorption in far-red
Perubahan Pr/Pfr tergantung pada panjang gelombang cahaya yang diterima
Pr PfrRed light
Far-red light
Physiologically active form of phytochrome
germination
De-etiolation
Chlorophyllproduction
Fotodestruktif
Radiasi panjang gelombang pendek bersifat merusak
Mekanisme menghindari kerusakan misalnya: sintesis antosianin
Fotooksidasi auksin auksin mengalami kerusakan apabila terkena cahaya (fenomena fototropi).
23/04/2014
9
Fototropi
cahaya matahari
sel yang terkena cahaya matahari tumbuh lebih pendek
sel yang tidak terkena cahaya matahari tumbuh lebih panjang
Air sangat penting bagi kehidupan tanaman Peranan air bagi tumbuhan:
Sebagai penyusun protoplasma yang terbanyak
Untuk mempertahankan sifat-sifat fisik dan kimia senyawa
penyusun sel
Berperan langsung dalam proses metabolisme
Berperan untuk meningkatkan respirasi terutama pada biji kering
Sebagai sumber hidrogen terutama dalam reaksi reduksi
Sebagai pelarut dan pembawa zat, karena air merupakan pelarut
yang universal
Untuk menimbulkan dan mempertahankan tekanan turgor sel
Untuk mempertahankan kestabilan suhu tubuh, karena air mempunyai panas spesifik yang tinggi
Ketersediaan air
Ketersediaan air berkaitan erat dengan cara hidup tumbuhan
Ketersediaan air dalam tanah yang dapat dimanfaatkan oleh
tanaman darat yaitu antara kapasitas lapang dan titik
layu permanen.
Ketersediaan air bagi tumbuhan berkaitan erat dengan cara hidupnya
Bentuk-bentuk air tanah
1. Air tanah gravitasi: berada di pori makro tanah, diikat sangat lemah oleh partikel tanah, dengan cepat turun ke lapisan yang lebih dalam, tidak dapat dimanfaatkan tanaman
2. Air tanah kapiler: terdapat di pori mikro tanah, melapisi butiran tanah, diikat longgar oleh partikel tanah, dapat dilepaskan oleh perakaran, dapat diserap akar
3. Air tanah higroskopis: air yang menempati posisi sangat dekat dengan partikel tanah, diikat sangat kuat, akar tidak mampu memutus ikatan, tidak dapat diserap akar.
4. Air tanah kimia, adalah air tanah yang terdapat di dalam senyawa-senyawa kimia
Kebutuhan air pada tanaman
Menurut Osonubi & Davies (1980), ada beberapa hal yang mempengaruhi kebutuhan air pada tanaman antara lain:
Jenis, bentuk dan umur tanaman
Lokasi dan kondisi sekitar tanaman
Jenis media tanam
Musim
23/04/2014
10
SUHU Mempengaruhi proses metabolisme tumbuhan dalamkaitannya dengan aktivitas enzim.
Berperan dalam thermoinduction, thermoperiodism, danthermomorphism.
Suhumempengaruhi pertumbuhan, perkembangan dandistribusi tanaman.
Peranan suhu sebagai pengendali proses-proses fisik dan kimiawi yang selanjutnya akan mengendalikan reaksi biologidalam tubuh tanaman.
Cardinal temperature (minimum, optimum dan maksimum) tergantung pada organ, jenis tumbuhan dan tingkatperkembangan tanaman.
Suhu berperan dalam: - perkecambahan biji- inisiasi pembungaan- induksi pematahan dormansi
Cardinal Temperature - Kisaran temperatur dimana tumbuhan mampu tumbuh dan bertahan hidup
Peranan suhu sebagai pengendali proses-proses fisik dan kimiawi yang selanjutnya akan mengendalikan reaksi biologi dalam tubuh tumbuhan
Cold Hardiness - The ability of a plant to withstand frost or freezing temperatures (without artificial protection)
Tumbuhan di kutub dpt bertahan pada temperatur -70oC
Heat Hardiness - The ability of a plant to withstand hot ttures
Tumbuhan padang pasir dpt bertahan pada temperature > 50oC
Plants Differ in Their Ability To Survive Cold and Hot Temperatures
CO2, O2Photosynthesis and respirationNet assimilation rate the balance of carbon gain in photosynthesis and carbon use in whole plant respiration
Climate change
Atmospheric CO2 enrichment
Nitrogen deposition Change in stratospheric ozoneTropospheric ozone pollution
Change in atmospheric compositionChange in atmospheric compositionUnsur hara
Esensial kriteria? Makro dan mikronutrien- Makronutrien dan mikronutrien diperlukan untuk tumbuh, berkembang, dan bereproduksi.- Defisiensi unsur hara esensial nutritional disorder(kahat)
Fungsional: diperlukan oleh tumbuhan ttt dalam jumlah kecil (misal Na)- kalau tidak ada: tidak berpengaruh- kalau ada: memacu pertumbuhan
23/04/2014
11
Pengertian unsur hara esensial
Suatu unsur termasuk sebagai hara esensial jika memenuhi syarat:
Terlibat langsung dalam fungsi metabolisme tanaman (involved in plant metabolic.
Tanaman tidak akan sempurna siklus hidupnya tanpa adanya unsur tersebut (plant cannot complete its lifecycle without it).
Tidak ada unsur lain yang dapat menggantikan secara sempurna seluruh fungsi metabolisme yang melibatkan unsur tersebut (no other element can substitute for all of its metabolic functions).
Plants Require Different Amounts of
Different Nutrients
(4%)
(96%)
Fungsi biokimia dan fisiologi
1. Untuk membentuk senyawa organik : N, S2. Untuk reaksi transfer energi dan memelihara integritas
struktur : P, B, Si.3. Unsur dalam bentuk ion atau terikat substansi lain
berperan sebagai kofaktor enzim dan regulasi potensial osmotik: K, Na, Mg, Ca, Mn, Cl.
4. Unsur yang berperan dalam reaksi transfer elektron: Fe, Cu, Zn, Mo, Ni.
The concentration of that nutrient, measured in the tissue, just below the level that gives maximum growth.
At this range additional increments in nutrient content will have no beneficial effect on growth.
Growth falls off sharply in this range
Zat Pemacu
Hormon: auksin, sitokinin, giberelinZat tumbuh: NAA, MCPA, Kinetin dll
Pupuk
Zat Penghambata. Hormon : ABA b. Penghambat sintesis GA : CCC, Paklobutrazol, Mepiquat
Chloridac. Penghambat transpor auksin: TIBA (2,3,5-triiodobenzoic
acid); NPA (a-Naphthyl thalamic acid)d. Alelopati
Zat pencemar
Limbah aktivitas manusia (antropogenik)pencemarmengubah ekosistem.
Sumber zat pencemar- Alami : merupakan bagian dari daur biogeokimia- Akibat aktivitas manusia: kegiatan industri, pertambangan, pemakaian pestisida/herbisida
Bentuk zat pencemar: gas, padat, dan cair(dalam bentuk larutan)
23/04/2014
12
What is pollution?
Pollution is the introduction of harmful substances or products into the environment
We will be examining 3 main parts of pollution
Water Pollution
Air Pollution
Land Pollution
Water PollutionWater Pollution
Inorganic PollutantsPb in gasolineRadionuclidesPhosphorus, nitrogen (Great Lakes)Other heavy metals
Organic PollutantsAgricultural run-off (Pesticides and Herbicides)Materials for common household and industrial useMaterials for industrial use
Biologic Pollutants
Air Pollution
One of the main causes of air pollution is the release of carbon dioxide into the atmosphere, this happens because of Deforestation and fossil fuel burning
Sulfur dioxide is another air polluter and is released into the atmosphere by the burning of sulfur containing compounds of fossil fuels. Sulfur oxides are very dangerous to humans at a high concentration. Sulfur in the atmosphere is responsible for acid rain
Acid Rain
When emissions of sulfur dioxide and nitric oxide from stationary sources are transported long distances by winds, they form secondary pollutants such as nitrogen dioxide, nitric acid vapor, and droplets containing solutions of sulfuric acid, sulfate, and nitrate salts
These chemicals descend to the earth's surface in wet form as rain or snow and in dry form as a gases fog, dew, or solid particles, it is known as acid rain or acid deposition
Land Pollution
Agriculture
herbicides, pesticides, artificial fertilizers, animal manure (poop) are washed into the soil and pollute it
Industrial waste
Heavy metal
Heavy MetalHeavy Metal
Heavy metal ions of CdHeavy metal ions of Cd2+2+, Hg, Hg2+2+, and Pb, and Pb2+2+ are nonessential and are nonessential and toxic to plants toxic to plants
CuCu2+2+, Zn, Zn2+2+, Mn, Mn2+2+, Fe, Fe2+2+, Ni, Ni2+2+, and Co, and Co2+2+ are essential are essential micronutrients for plants, but toxic when present in high micronutrients for plants, but toxic when present in high concentrationconcentration
HyperaccumulatorsHyperaccumulators: plant species tolerate, uptake, and : plant species tolerate, uptake, and translocatetranslocate high levels of certain heavy metals that is toxic to high levels of certain heavy metals that is toxic to other species.other species.
Contain >100 mg/kg of Contain >100 mg/kg of CdCd, >1000 mg/kg of Cu, or >10,000 mg/kg of , >1000 mg/kg of Cu, or >10,000 mg/kg of
Zn and Zn and MnMn(dry weight in leaves)(dry weight in leaves)
Recommended