Pertemuan : Minggu ke 13 Estimasi waktu : 150 menit Pokok Bahasan : Perkembangan buah dan biji Sub pokok bahasan : 1. Terbentuknya biji 2. Perkembangan buah 3. Perkecambahan biji 4. Penuaan dan kematian Tujuan khusus : 1. Mahasiswa mengetahui dan dapat menjelaskan proses perkembangan biji. 2. Mahasiswa mengetahui dan dapat menjelaskan proses perkembangan bakal buah. 3. Mahasiswa mengetahui dan dapat menjelaskan proses perkecambahan biji dan faktor-faktor yang mempengaruhinya. 4. Mahasiswa mengetahui dan dapat menjelaskan proses penuaan dan kematian tumbuhan Metode : Kuliah dan diskusi Media : OHP dan white-board Bahan ajar Pembentukan biji Setelah zigot membelah membentuk embrio dan suspensor, terjadi akumulasi karbohidrat, lemak dan protein di dalam bakal biji sampai inti endosperm dikelilingi oleh dinding sel. Karbohidrat terlarut, antara lain glukose, fruktose dan sukrose akan berkurang begitu dinding sel terbentuk, karena digunakan sebagai penyusun. Sebagian besar senyawa nitrogen berada dalarn bentuk asarn amino atau amida, dan senyawa ini akan berkurang karena diubah menjadi protein di endosperm, kotiledo atau perisperm. Asam amino, amida dan gula terlarut akan membentuk protein yang diperlukan dalam jumlah besar. Tentu sebagian besar asam amino didatangkan dan jaringan lain. Amilum dan protein disimpan di dalam endosperm atau kotiledo, terdapat dalam bentuk granula besar terbungkus membran atau kadang bebas. Butiran lemak dibuat juga di dalam biji dari asam lemak yang disintesis dari karbohidrat yang ada. Di dalam biji juga terjadi perubahan kandungan asam nukleat. Pada gandum jumlah RNA ada sepuluh kali lipat dibanding jumlah DNA, padahal keduanya bukan bentuk senyawa cadangan. Tungginya kadar DNA menandakan berkurangnya
pembelahan sel. Pada berbagai tumbuhan setelah pembuahan tidak lagi terjadi pembelahan sel di kulit biji dan kulit buah, sedang pembelahan sel di endosperm berhenti saat biji hampir masak. Perubahan penting lain selama pembentukan biji adalah hilangnya air. Kehilangan air ini menyebabkan pengeringan biji dengan kecepatan respirasi rendah. Pengeringan ini diikuti dengan perubahan struktur sel dan sifat fisik sitoplasma. Perkembangan buah Selama biji berkembang, jaringan di sekelilingnya juga tumbuh dan menjadi dewasa, diikuti perubahan fisiologi. Pertumbuhan buah (terutama buah berdaging) mengikuti kurva sigmoid atau sigmoid rangkap (double sigmoid). Hal itu terjadi karena pada periode pertama, terjadi pertumbuhan bakal buah, nuselus dan integumen. Pada periode kedua endosperm dan embrio tumbuh sehingga penambahan ukuran tidak terlalu besar. Setelah embrio tumbuh maksimal, bakal buah tumbuh lagi. Terjadinya perubahan kecepatan pertumbuhan ini diduga disebabkan oleh kompetisi di antara bagian-bagian buah untuk memperoleh bahan organic. Pertumbuhan buah tergantung pada berkecambahnya pollen di kepala putik atau pada pertumbuhan buluh sari dan pembuahan. Bunga yang tidak diserbuki akan menyebabkan bakal buah gugur. Pemberian ekstrak pollen ke kepala putik dapat mencegah pengguguran. Pertumbuhan buah selanjutnya tergantung pada perkembangan biji. Biji yang tidak berkembang terus akan menyebabkan bagian buah di sisi tersebut akan terhambat pertumbuhannya. Salah satu penyebab pertumbuhan buah ini adalah penyediaan auksin yang cukup. Auksin ini berasal dari pollen yang berkecambah, atau kadar terjadi sintesis auksin di jaringan-jaringan yang dilalui buluh sari, atau bakal biji muda merupakan sumber auksin. Fakta ini dapat digunakan untuk merangsang pertumbuhan buah partenokarpi dengan pemberian auksin dari luar. Namun auksin bukan satu-satunya faktor untuk pertumbuhan buah karena pada beberapa jenis tumbuhan pemberian auksin tidak menghasilkan buah partenokarpi. Giberelin ternyata lebih efektif. Juga tidak diperoleh korelasi positif antara kecepatan pertumbuhan buah dan kandungan auksin. Diduga keseimbangan antara IAA, GA, CK dan zat tumbuh lain berperan pada pertumbuhan buah. Selama perkembangan buah terjadi berbagai perubahan biokimiawi. Buah muda sering memiliki kloroplas sehingga dapat mengadakan fotosintesis, tetapi
sebagian besar kebutuhan karbohidrat dan protein diperoleh dari bagian tubuh lainnya. Buah muda yang sedang tumbuh mengadakan respirasi sangat cepat sehingga dihasilkan banyak asam karboksilat dari daur Krebs, misalnya asam tartrat, asam isositrat, asam fosfoenol piruvat atau asam piruvat. Kadar asam ini berkurang dengan makin berkembangnya buah karena asam-asam ini digunakan untuk mensintesis asam amino dan protein. Sintesis protein dalam buah terus berlangsung sampai buah masak, tetapi buah berdaging hanya mengandung sedikit protein. Pada buah masak kandungan asam berkurang dan kandungan gula naik, menyebabkan terjadinya kenaikan respirasi mendadak yang disebut klimakterik. Kadar klorofil menurun dan kadar karotenoid meningkat. Pada beberapa tumbuhan kadar antosianin kulit buah meningkat akibat cahaya. Ada yang meningkatkan kadar flavonoid dalam buah sebagai pertahanan terhadap pemakan buah. Selain meningkatnya kadar gula, buah masak juga mensintesis ester, baik alifatik maupun aromatik yang memberi bau khas, dan mungkin ikut menentukan rasa buah. Penuaan dan kematian Tumbuhan memiliki rentang hidup, yaitu waktu antara perkecambahan sampai kematian. Rentang hidup tumbuhan sangat bervariasi. Meskipun tumbuhan berumur panjang, tidak berarti bahwa sel-selnya juga berumur panjang. Hanya sel-sel meristem dan jaringan dewasa yang hidup sedang sebagian besar terdiri dan sel mati. Rentang hidup ditentukan oleh jenisnya karena tergantung kepada lama tiap fase pertumbuhannya. Semakin besar ukuran tumbuhan semakin panjang rentang hidup. Dengan memperpanjang salah satu fase akan lebih panjang rentang hidup. Misalnya biji, spora atau pollen dapat disimpan lama tanpa kehilangan daya hidupnya. Rentang hidup dapat diperpanjang dengan penyimpanan di tempat dengan suhu rendah, kelembaban rendah atau atmosfer berkadar oksigen rendah. Pada tumbuhan berumah dua, tumbuhan betina lebih panjang rentang hidupnya. Produksi berbagai senyawa yang tertimbun di dalam tubuh akan memperpendek rentang hidup. Radiasi juga memperpendek rentang hidup mungkin karena terjadi aberasi kromosom. Penuaan adalah tahap pertumbuhan antara kedewasaan dan kematian. Penuaan ditandai oleh beberapa keadaan, yaitu: 1. berkurangnya berat segar, akibat berkurangnya air maupun bahan kering dan sel. Berkurangnya berat kering berkaitan dengan berkurangnya ukuran sel. Berkurangnya berat kering bukan berarti terjadi penguraian dinding sel, karena
lignin dan selulose tidak dapat diuraikan oleh tumbuhan. Kecepatan fotosintesis berkurang karena efesiensi proses fotosintesis menurun. Berkurangnya berat kering akibat berkurangnya protoplasma. ini berakibat respirasi turun, sebagai bagian dari penuaan. Jumlah mitokondria berkurang dan efisiensi pembentukan ATP rendah. Selain berkurangnya sintesis protein, sintesis klorofil juga menurun, sehingga warna berubah kekuningan. Berkurangnya klorofil tidak berarti pigmen lain juga berkurang. Antosianin, karotenoid dan pigmen flavonoid lain bertambah. Kandungan hara organ menua akan berkurang terutama hara mobil karena akan digunakan di meristem dan jaringan muda lainnya. Penuaan juga terkait dengan perubahan jumlah dan jenis hormon di dalam tubuh. Di tingkat sel penuaan menunjukkan degenerasi ribosom, kandungan protein dan RNA turun. Kloroplas berdegenerasi dan klorofil juga terurai. Degenerasi ini akan menyebabkan hasil respirasi tidak cukup memberi energi untuk mempertahankan hidup. Kematian Tidak mudah menentukan apakah sel mati atau hidup karena komposisi kimia sel sama antara sel mati dan sel hidup. Setelah sel mati sejumlah enzim masih berfungsi. Ciri penting sel mati adalah gerakan intraselularnya hilang, digantikan oleh gerakan Brown yang tidak teratur. Sel yang tidak menunjukkan arus plasma tidak berarti sel mati. Ciri lain sel mati adalah hilangnya selektifitas membran plasma. Sel mati mudah menyerap cat. Tahanan listrik membran sel juga hilang. Sel mati menyerap sinar UV lebih banyak, menunjukkan aberasi kromosom lebih banyak dan perubahan itu bersifat tetap. Perkecambahan biji Biji akan berkecambah bila tidak berada dalam keadaan dorman. Persyaratan minimal untuk pekecambahan adalah adanya air, suhu memenuhi dan cukup oksigen. Persyaratan lain tergantung jenis tumbuhan misalnya ada atau tidak ada cahaya. Proses pertama dalam perkecambahan adalah imbibisi. Pada awal imbibisi, sebelum terjadi reorganisasi kulit biji, selain air masuk ke dalam biji, dari biji terjadi sedikit kebocoran bahan organic, namun segera dihentikan setelah dinding sel kulit biji berfungsi. Pada tumbuhan yang perkecambahannya memerlukan cahaya, periode imbibisi adalah periode berfungsinya fitokrom. Selanjutnya hormon berperan dalam pengaturan kandungan air embrio. Dan embrio keluar IAA ke arah skutelum/kotiledo,
merangsang skutelum menghasilkan GA. GA dikirim ke sel-sel protein untuk membentuk enzim baru sebagai pelarut cadangan makanan. Setelah gula terlarut, terjadi tekanan osmotic dalam sel biji. Ion hara yang terdapat dalam cadangan makanan dibebaskan dan membentuk berbagai nikatan fungsional (enzim, dinding sel). Setelah substrat dan cadangan makanan tersedia terjadilah proses metabolisme berturut-turut: sintesis RNA atau mrna, sintesisi enzim di mitokondria, peningkatan respirasi mitokondria, sintesis trna dan rrna, sintesis protein, pembebasan ion, aktivasi fitase untuk membebaskan fitin, sintesis DNA untuk pembelahan sel. Pada awalnya perkecambahan yang ditandai dengan keluarnya radikula dan kulit biji merupakan hasil pembesaran sel-sel embnio. Baru kemudian terjadi pembelahan sel, yang diikuti oleh diferensiasi pada sumbu embrio dan meristem apikalnya.