Biologi 3 - Kelas XII - Buku Teks PDF

Idun Kistinnah Endang Sri Lestari BIOLOGI 3 Makhluk Hidup dan Lingkungannya Untuk SMA/MA Kelas XII i Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-Undang BIOLOGI 3 Makhluk Hidup dan Lingkungannya Untuk SMA/MA Kelas XII Idun Kistinnah Endang Sri Lestari Ed...

Idun Kistinnah Endang Sri Lestari BIOLOGI 3 Makhluk Hidup dan Lingkungannya Untuk SMA/MA Kelas XII i Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-Undang BIOLOGI 3 Makhluk Hidup dan Lingkungannya Untuk SMA/MA Kelas XII Idun Kistinnah Endang Sri Lestari Editor Materi : Santi Ariandi Editor Bahasa : Sri Iswanti Mutmainah Tata Letak : Rina, Banu Tri Nugroho, Tedjo Kusumo Design Cover : Marwanto Adopted by: Encarta 2006 Ilustrator : Bayu, Haryana, Cahyo, Hary 574.07 Idu Idun Kistinnah b Biologi 3 : Makhluk Hidup dan Lingkungannya Untuk SMA/MA Kelas XII / Idun Kistinnah, Endang Sri Lestari ; Editor Santi Ariandi, Sri Iswanti Mutmainah ; Ilustrator Bayu, Haryana, Cahyo, Hary. — Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009. viii, 306hlm. : ilus. ; 25 cm. Bibliografi : hlm. 295 Indeks ISBN 978-979-068-129-3 (no jld lengkap) ISBN 978-979-068-134-7 1. Biologi-Studi dan Pengajaran 2. Lestari, Endang Sri 3. Ariandi, Santi 4. Mutmainah, Sri Iswanti 5. Bayu 6. Haryana 7. Cahyo 8. Hary 9. Judul Hak Cipta Buku ini dibeli oleh Departemen Pendidikan Nasional dari CV Putra Nugraha Diterbitkan oleh Pusat Perbukuan Departemen Pendidkan Nasional Tahun 2009 Diperbanyak oleh.... ii  KATA SAMBUTAN Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia-Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008, telah membeli hak cipta buku teks pelajaran ini dari penulis/penerbit untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui situs internet (website) Jaringan Pendidikan Nasional. Buku teks pelajaran ini telah dinilai oleh Badan Standar Nasional Pendidikan dan telah ditetapkan sebagai buku teks pelajaran yang memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 27 Tahun 2007 tanggal 25 Juli 2007. Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada para penulis/penerbit yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para siswa dan guru di seluruh Indonesia. Buku-buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (down load), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun, untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Diharapkan bahwa buku teks pelajaran ini akan lebih mudah diakses sehingga siswa dan guru di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapat memanfaatkan sumber belajar ini. Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada para siswa kami ucapkan selamat belajar dan manfaatkanlah buku ini sebaik- baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan. Jakarta, Februari 2009 Kepala Pusat Perbukuan iii  KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena akhirnya kami bisa menyelesaikan penulisan buku Biologi SMA dan MA ini. Bagi Anda pelajar SMA dan MA, buku ini akan membimbing Anda dalam mempelajari konsep Biologi secara mudah dan menyenangkan. Buku ini kami sajikan dengan pendekatan konstruktivisme, inquiry, questioning, learning community, modeling, reflection, dan evaluasi komprehensif. Dengan pendekatan ini, diharapkan Anda akan terlibat aktif dalam mengenal, menganalisis, dan menyimpulkan konsep Biologi. Tujuan pembelajaran Biologi adalah mengembangkan daya nalar untuk memecahkan konsep-konsep Biologi dikaitkan dengan fakta-fakta yang ada di lingkungan sekitar. Untuk mencapai tujuan itu kami uraikan materi yang disertai Tugas, baik individu maupun kelompok, Kegiatan Kelompok, baik eksperimen dan noneksperimen. Sebagai evaluasi untuk mengukur daya serap Anda terhadap materi, kami sajikan Latihan dan Ulangan Blok untuk melatih kemampuan kognitif dan Uji Kompetensi yang memuat tiga aspek evaluasi, yaitu kognitif, psikomotorik, dan afektif. Dengan pola buku seperti yang kami sajikan tersebut, kami berharap semoga buku ini bermanfaat, baik bagi siswa maupun guru dalam proses belajar mengajar Biologi di tingkat SMA dan MA. Penulis iv  PETUNJUK PENGGUNAAN BUKU Untuk menggunakan buku ini sebagai panduan belajar, perhatikan petunjuk-petunjuk berikut! 1. Pelajari dan pahami teori- teori dan konsep-konsep Biologi dalam uraian materi dengan menggunakan me- tode inquiry dan pola masya- rakat belajar yang dikem- bangkan dalam buku ini. 2. Untuk mengembangkan kemampuan psikomotorik, lakukan Kegiatan Kelom- pok melalui kegiatan ekspe- rimen, baik di dalam labo- ratorium maupun di luar laboratorium. 3. Kerjakan Tugas Individu dan Tugas Kelompok untuk mengembangkan kemam- puan personal maupun sosial. 4. Soal-soal Latihan dapat digunakan untuk melatih kemampuan kognitif dari materi yang ada dalam setiap bab. 5. Kerjakan soal-soal yang ada dalam Uji Kompetensi yang mencakup tiga ranah evaluasi, yaitu kognitif, psikomotor, dan afektif. v  DAFTAR ISI KATA SAMBUTAN........................................................................................ iii KATA PENGANTAR...................................................................................... iv PETUNJUK PENGGUNAAN BUKU.................................................. v DAFTAR ISI...................................................................................................... vi BAB 1 PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN PADA TUMBUHAN........................................................................ 1 A. Pengertian Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan.......... 3 B. Pengaruh Faktor Luar (Eksternal) terhadap Pertumbuhan Tumbuhan.................................................................. 5 C. Pengaruh Faktor Dalam (Internal) terhadap Pertumbuhan Tumbuhan.................................................................. 10 D. Terjadinya Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan.......... 14 UJI KOMPETENSI..................................................................................... 32 BAB 2 METABOLISME................................................................................ 33 A. Metabolisme........................................................................................ 36 B. Komponen-Komponen yang Berperan dalam Metabolisme...... 39 C. Katabolisme......................................................................................... 45 D. Anabolisme.......................................................................................... 52 E. Hubungan antara Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein.......................................................................................... 58 F. Teknologi yang Berkaitan dengan Metabolisme Makanan........ 60 UJI KOMPETENSI..................................................................................... 66 BAB 3 MATERI GENETIKA....................................................................... 67 A. Kromosom........................................................................................... 69 B. Gen........................................................................................................ 74 C. Alel dan Alel Ganda.......................................................................... 77 D. DNA...................................................................................................... 79 E. RNA...................................................................................................... 85 F. Sintesis Protein................................................................................... 87 G. Kode Genetik...................................................................................... 90 UJI KOMPETENSI..................................................................................... 98 BAB 4 PEMBELAHAN SEL........................................................................ 99 A. Pembelahan Mitosis........................................................................... 101 B. Pembelahan Meiosis........................................................................... 106 C. Gametogenesis.................................................................................... 112 D. Keterkaitan antara Pembelahan Mitosis dan Meiosis vi  dengan Pewarisan Sifat..................................................................... 117 UJI KOMPETENSI..................................................................................... 122 BAB 5 PEWARISAN SIFAT........................................................................ 123 A. Pola-Pola Hereditas........................................................................... 125 B. Penyimpangan Semu Hukum Mendel............................................ 138 C. Hereditas Pada Manusia................................................................... 151 D. Manfaat Genetika............................................................................... 161 UJI KOMPETENSI..................................................................................... 166 BAB 6 MUTASI.............................................................................................. 167 A. Pengertian Mutasi.............................................................................. 169 B. Macam-Macam Mutasi....................................................................... 188 C. Mutagen............................................................................................... 192 UJI KOMPETENSI..................................................................................... 200 ULANGAN BLOK 1........................................................................................ 201 BAB 7 EVOLUSI............................................................................................ 203 A. Teori Evolusi....................................................................................... 205 B. Macam-Macam Evolusi...................................................................... 211 C. Mekanisme Evolusi............................................................................ 212 D. Spesiasi................................................................................................. 221 E. Sejarah Evolusi Manusia.................................................................... 223 F. Petunjuk Adanya Evolusi.................................................................. 227 G. Teori Asal-Usul Kehidupan.............................................................. 233 H. Teori Kecenderungan Evolusi.......................................................... 238 UJI KOMPETENSI..................................................................................... 248 BAB 8 BIOTEKNOLOGI.............................................................................. 249 A. Pengertian Bioteknologi.................................................................... 251 B. Bioteknologi Tradisional (Konvesional)........................................ 253 C. Bioteknologi Modern........................................................................ 255 D. Bioteknologi dengan Menggunakan Mikroorganisme............... 256 E. Bioteknologi dengan Menggunakan Rekayasa Genetika........... 268 F. Bioteknologi dengan Menggunakan Jaringan Tumbuhan.......... 274 G. Bioteknologi Pertanian...................................................................... 279 H. Dampak Bioteknologi bagi Kehidupan.......................................... 283 UJI KOMPETENSI..................................................................................... 288 ULANGAN BLOK 2........................................................................................ 289 KUNCI JAWABAN.......................................................................................... 293 DAFTAR PUSTAKA....................................................................................... 295 DAFTAR GAMBAR DAN TABEL............................................................... 296 GLOSARIUM.................................................................................................... 299 INDEKS SUBJEK DAN PENGARANG..................................................... 303 vii viii  PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN PADA 1 TUMBUHAN Tujuan Pembelajaran Pada bab ini Anda akan mempelajari tentang perkembangan dan pertumbuhan pada tumbuhan. Dengan mempelajari materi ini diharapkan Anda mampu mengetahui faktor-faktor yang berpengaruh dan proses yang terjadi pada pertumbuhan serta perkembangan tumbuhan melalui kegiatan percobaan. Selain itu, diharapkan pula Anda mampu mengkomunikasikan hasil percobaan tersebut. Di negara kita terdapat jenis-jenis Kata Kunci tumbuhan yang beraneka ragam. Keadaan seperti iklim dan tanah sangat mendukung kelangsungan hidup beraneka tumbuhan pertumbuhan tersebut. Oleh sebab itu kita wajib mensyu- perkembangan jaringan meristematik kuri anugerah Tuhan ini. pertumbuhan primer pertumbuhan sekunder Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana daerah pembelahan daerah pemanjangan daerah diferensiasi kambium hormon hipogeal kotiledon periode eksponen radikula koleoptil hipokotil Gambar 1.1 Pertumbuhan dan perkembangan tanaman cabai. Perhatikan Gambar 1.1, lalu ingat kembali tentang ciri-ciri makhluk hidup! Gambar tersebut memperlihatkan salah satu ciri makhluk hidup, yaitu tanam- an cabai yang tumbuh dan berkembang. Pertumbuhan dan perkembangan tanaman cabai dimulai dari biji hingga menjadi dewasa yang akan menghasil- kan biji kembali. Biologi SMA/MA Kelas XII 1  PETA KONSEP Faktor Pertumbuhan dan eksternal menjadi perkembangan Tumbuhan mempengaruhi tumbuhan terdiri atas Faktor internal Pertumbuhan Pertumbuhan primer sekunder terdapat pada mengalami Akar Batang mengalami Deferensiasi menjadi Daun Bunga terjadi proses Fertilisasi menghasilkan Buah Biji 2 Biologi SMA/MA Kelas XII  Pernahkah Anda berpikir mengapa tumbuhan dapat tumbuh dan berkem- bang mulai dari kecil menjadi besar sampai terbentuk bunga, buah, dan biji? Faktor-faktor apakah yang menyebabkan tumbuhan itu dapat menjadi besar dan dewasa? Apa yang dimaksud dengan pertumbuhan dan perkembangan ? Samakah pertumbuhan dan perkembangan dari semua jenis makhluk hidup? Agar lebih jelas, pelajari pada uraian berikut! A PENGERTIAN PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN TUMBUHAN Sebelum mengetahui yang dimaksud dengan pertumbuhan dan perkem- bangan pada tumbuhan, terlebih dahulu lakukan Kegiatan Kelompok 1 beri- kut! KEGIATAN KELOMPOK 1 Tujuan : Mengetahui pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan. 1. Lakukan pengamatan pada 3 tanaman cabai atau tanaman lain yang sama jenisnya di sekitar lingkungan rumah atau tempat tinggal Anda. a. Tanaman cabai 1 mempunyai ukuran paling kecil b. Tanaman cabai 2 mempunyai ukuran lebih besar daripada tanaman cabai 1 c. Tanaman cabai 3 mempunyai ukuran lebih besar dari tanaman cabai 2 2. Ukurlah tinggi masing-masing pohon itu. 3. Mengapa tiga tanaman cabai itu memiliki ketinggian yang berbeda? Apakah ketinggian dari tiga tanaman tersebut disebabkan adanya pertumbuhan atau perkembangan? Diskusikan dengan teman Anda! 4. Tuliskan hasil pengamatan Anda pada buku tugas, dan buatlah kesimpulan! 5. Bandingkanlah hasil Anda dengan kelompok lain! 6. Konsultasikan hasilnya dengan guru Biologi Anda! Biologi SMA/MA Kelas XII 3  Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana Gambar 1.2 Contoh perbedaan ketinggian pada tanaman Dari hasil kegiatan 1 tanaman cabai mengalami pertumbuhan dan per- kembangan yang dimulai dari kecil hingga menjadi dewasa. Sepintas jika dilihat antara proses pertumbuhan dan perkembangan yang terjadi pada tanaman cabai adalah sama, tetapi sebenarnya mempunyai perbedaan. Tahukan Anda, di mana letak perbedaan antara pertumbuhan dan perkembangan yang terjadi pada tumbuhan itu? Pertumbuhan pada tanaman cabai merupakan proses bertambahnya ukuran dari kecil hingga sampai dewasa yang sifatnya kuantitatif, artinya dapat kita ukur yang dapat dinyatakan dengan suatu bilangan, misalnya pada seperti Gambar 1.2 yaitu tanaman cabai umur 1 minggu tingginya 5 cm, setelah tumbuh berumur 2 minggu tingginya menjadi 10 cm, setelah mencapai umur 3 minggu tingginya menjadi 15 cm, dan seterusnya. Selain tumbuh, tanaman cabai juga mengalami perkembangan yang ditandai dengan tanaman menjadi dewasa yaitu dapat menghasilkan biji kembali. Adapun perkembangan merupakan suatu proses untuk menuju/mencapai kedewasaan pada makhluk hidup yang bersifat kualitatif, artinya tidak dapat dinyatakan dengan suatu bilangan, misalnya sudah seberapa dewasakah suatu makhluk hidup itu? Hal tersebut tidak bisa diukur atau dinyatakan dengan suatu bilangan. Untuk mengetahuinya, lakukan Kegiatan Kelompok 2 berikut! KEGIATAN KELOMPOK 2 1. Cobalah amati macam tumbuh-tumbuhan, misalnya jamur dan tanaman cabai! 2. Amati perbedaan pertumbuhan dan perkembangan dari keduanya, lalu catatlah hasilnya! 3. Diskusikan hasil pengamatan itu bersama kelompok Anda! 4 Biologi SMA/MA Kelas XII  Jamur seperti diamati pada Kegiatan Kelompok 2 dalam proses pertumbu- han dan perkembangannya ditandai dengan bertambahnya ukuran atau volume pada tubuhnya dan terbentuknya spora. Pada pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan bersel banyak seperti tumbuhan berbiji, misalnya tanaman cabai selain bertambah ukurannya juga ditandai dengan terbentuk- nya bunga yang mempunyai alat kelamin betina atau putik (pistillum) dan alat kelamin jantan atau benang sari (stamen). Dengan demikian, dapat dijelaskan bahwa pertumbuhan adalah suatu proses pertumbuhan ukuran dan volume serta jumlah sel secara irreversibel, yaitu tidak dapat kembali ke bentuk semula. Adapun perkembangan merupa- kan proses menuju kedewasaan, dan proses ini bersifat kualitatif yang berarti tidak dapat dinyatakan dalam suatu bilangan seperti pada contoh di depan. B PENGARUH FAKTOR LUAR (EKSTERNAL) TERHADAP PERTUMBUHAN TUMBUHAN Pernahkah Anda berpikir, mengapa petani-petani melakukan pengolahan tanah, merawat tanaman dengan pemupukan, pengairan, mencabuti ta- naman gulma dan penyemprotan hama/penyakit? Kegiatan tersebut dila- kukan agar tanaman itu dapat tumbuh dengan subur, sehingga dapat memberikan hasil yang optimal. Perlu Anda ketahui bahwa suatu tanaman dalam proses pertumbuhannya sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor luar (eksternal). Faktor-faktor eksternal atau lingkungan yang berpengaruh sebagai berikut. 1. Iklim seperti cahaya, temperatur udara, air, angin, matahari dan gas. 2. Tanah meliputi tekstur dan struktur tanah, bahan organik, ketersediaan nutrien, dan pH. 3. Biologis, seperti gulma, serangga, mikroorganisme penyebab penyakit, nematoda macam-macam tipe herbivora, mikroorganisme tanah seperti bakteri pemfiksasi N2 dan bakteri denitrifikasi serta mikorhiza. Agar lebih jelas cobalah membuat percobaan dengan menentukan bebe- rapa variabel (faktor yang berpengaruh dalam pertumbuhan). Tentukan rumusan permasalahan dari beberapa variabel terikat (faktor yang pasti berpengaruh), coba ingat kembali pelajaran kelas X. Rumusan permasalahan dijadikan menjadi rancangan percobaan, perhatikan Tabel 1.1 di bawah ini! Biologi SMA/MA Kelas XII 5  Tabel 1.1 Variabel Terikat dalam Pertumbuhan No. Biji tanaman Media tumbuh Cahaya dan suhu Air dan kelembaban 1. Kedelai Tanah Terang dan gelap 10 mil per hari 2. Kacang hijau Tanah Terang dan gelap 10 mil per hari 3. Kacang tanah Tanah Terang dan gelap 10 mil per hari............... Selain variabel terikat (cahaya, suhu, air, dan kelembaban), Anda masih dapat memilih variabel bebas yang dapat dipilih sebagai salah satu tujuan rancangan percobaan! Tabel 1.2 Variabel Bebas dalam Pertumbuhan Media Tumbuh Cahaya Suhu Air Kelembaban Kapas Cahaya langsung Tinggi Jumlah air Tinggi Tanah gembur Cahaya dalam ruangan Sedang Jenis air Sedang Tanah liat Gelap Rendah Konsentrasi Rendah air............... Setelah selesai menentukan variabel-variabelnya, kemudian tentukan tujuan dalam percobaan yang akan dilakukan. Siapkanlah alat dan bahan untuk percobaan tumbuhan. Sebaiknya perlakuan dan pengamatan terhadap pertumbuhan tanaman harus dilakukan setiap hari. Contoh variabel terikat. 1. Pertumbuhan panjang tumbuhan setiap hari 2. Warna daun, batang, dan ukuran akar. 3. Pertambahan berat tumbuhan. Contoh variabel bebas. 1. Cahaya (langsung/dalam ruangan/gelap) 2. Konsentrasi air (0 mil/hari, 2 mil/hari, 4 mil/hari, 6 mil/hari, 8 mil/ hari, 10 mil/hari) Apabila semua alat-alat dan bahan sudah siap, percobaan dapat segera dilaksanakan. Kemudian isi hasil pengamatan yang Anda lakukan setiap hari, seperti pada tabel 1.3 berikut ini. 6 Biologi SMA/MA Kelas XII  Tabel 1.3 Pengamatan Pertumbuhan No. Waktu Keadaan daun Keadaan Batang Keadaan Akar 1. Hari ke-1......... 2. Hari ke-2......... 3. Hari ke-3......................... Dari data yang Anda peroleh, buatlah grafik pertumbuhan tanaman bisa berupa grafik batang/grafik garis. Jika pengamatan yang Anda lakukan sudah selesai, data yang terkumpul dianalisis. Untuk mendukung percobaan tersebut carilah sumber-sumber lain yang mendukung. Faktor eksternal adalah faktor-faktor yang berasal dari luar tubuh tumbuhan yang mempengaruhi pertumbuhannya. Faktor-faktor luar tersebut adalah sebagai berikut. 1. Cahaya/Sinar Matahari Perhatikan Gambar 1.3 berikut! Dari Gambar 1.3 terlihat cahaya atau sinar matahari sangat diperlukan tumbuhan hijau untuk kelang- sungan hidupnya, sebab sinar mata- Sumber: Ilustrasi Haryana hari merupakan sumber energi yang digunakan untuk proses berlang- sungnya fotosintesis di dalam daun- daun tumbuhan hijau. Dari proses fotosintesis akan dihasilkan zat makanan yang sangat berpengaruh terhadap pembelahan sel pada per- Gambar 1.3 Pengaruh cahaya terhadap pertumbuhan tumbuhan tanaman. Tetapi pada kenyataannya, mengapa pertumbuhan tanaman yang cukup sinar matahari lebih lambat jika dibandingkan dengan tanaman yang kekurangan sinar matahari? Kecambah yang tumbuh dari biji dan diletakkan di tempat tidak ada sinar matahari (gelap) ternyata akan tumbuh lebih cepat, memiliki daun kecil dan tipis berwarna kekuning-kuningan, batangnya lemah, dan akarnya tidak banyak, sedangkan kecambah yang tumbuh dari biji dan diletakkan di tempat ada sinar matahari akan tumbuh lebih lambat, memiliki daun yang tumbuh di antara kotiledon, cepat menghijau dan tebal, batangnya kuat, dan akarnya banyak. Hal ini terjadi karena pada daun yang tidak Biologi SMA/MA Kelas XII 7 mendapat sinar matahari akan mengandung air lebih banyak sedangkan zat gulanya lebih sedikit. Akibatnya jumlah jaringan mesofil meningkat sehingga daun yang terbentuk menjadi lebih lebar dan tipis. Adapun pada daun yang mendapat sinar matahari akan mengandung sedikit air dan jumlah gulanya banyak, akibatnya akan cepat mengadakan respirasi dan fotosintesis, sehingga daunnya menjadi lebih tebal menghijau, jaringan palisadenya berlapis-lapis, lapisan kutikula menebal sehingga terbentuk daun yang lebih tebal dan sempit, berwarna hijau. Perlu Anda ketahui setiap tumbuhan mempunyai respon yang berbeda- beda terhadap periode penyinaran cahaya matahari, yang disebut foto- periodisme. Di daerah yang beriklim sedang akan mengalami empat musim sehingga tumbuh-tumbuhan akan mengalami penyinaran yang bervariasi setiap musim. Berdasarkan respon tumbuhan terhadap periode penyinaran inilah, tumbuhan dapat dikelompokkan menjadi: tumbuhan berhari pendek, tumbuhan berhari netral, dan tumbuhan berhari panjang. Bagaimana dengan negara Indonesia? Coba Anda pikirkan! a. Tumbuhan berhari pendek Tumbuhan berhari pendek merupakan tumbuhan yang dapat berbunga ketika periode gelap lebih panjang dari pada pencahayaan. Misalnya bunga dahlia, aster, strawberi, krisan. b. Tumbuhan berhari netral Tumbuhan berhari netral merupakan tumbuhan berbunga yang tidak dipengaruhi oleh lamanya/panjangnya hari penyinaran. Misalnya bunga matahari, mawar, dan kipas. c. Tumbuhan berhari panjang Tumbuhan berhari panjang merupakan tumbuhan yang berbunga ketika periode pencahayaan lebih lama/panjang daripada periode gelap. Misalnya bayam, selada, kentang, dan gandum. 2. Suhu (Temperatur) Setiap proses pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan selalu dipengaruhi oleh suhu lingkungannya. Agar pertumbuhan dan perkem- bangan pada tumbuhan optimal, maka diperlukan adanya suhu ideal yang disebut temperatur optimum. Di Indonesia pada daerah tropis temperatur optimum tumbuhan berkisar antara 22o - 37o C, di daerah dingin atau kutub temperatur optimumnya akan lebih rendah daripada daerah tropis dan sebaliknya di daerah panas seperti hutan pasir akan lebih tinggi dari daerah tropis. 8 Biologi SMA/MA Kelas XII  Contohnya pertumbuhan jagung berkisar antara 30 oC–35 o C. Jika tumbuhan masih mampu melakukan pertumbuhan dan perkembangan pada temperatur rendah disebut temperatur minimum, sebaliknya jika tumbuhan masih mampu tumbuh dan berkembang pada temperatur tertinggi disebut temperatur maksimum. Apabila tumbuhan berada lebih rendah dari tempera- tur minimum atau lebih tinggi dari temperatur maksimum, maka tumbuhan tersebut akan mati. Coba Anda beri contoh tumbuhan yang cocok hidup di temperatur mini- mum dan maksimum! Carilah sumber informasi yang mendukung masalah- masalah ini! 3. Kelembapan Udara Kelembapan udara di sekitar tempat tumbuhan sangat berpengaruh terhadap proses pertumbuhan dan perkembangan tanaman tersebut. Umum- nya tanah dan udara sekitar yang kurang lembab (airnya cukup) akan sangat baik atau cocok bagi pertumbuhan dan perkembangan tanaman, karena pada kondisi seperti itu tanaman menyerap banyak air dan penguapan (transpirasi) air semakin menurun, sehingga memungkinkan cepat terjadinya pembelahan dan pemanjangan sel-sel untuk mencapai ukuran maksimum. Tetapi ada jenis tumbuhan pada proses pertumbuhan dan perkembangannya secara optimal justru berada pada kondisi tidak lembab atau kering, contohnya pohon mangga yang akan bertunas dan bersemi, bahkan berbuah pada saat musim kemarau yang kurang air. 4. Air dan Unsur Hara Tanah Air mutlak diperlukan tumbuhan, karena di dalam hidupnya tak mungkin tumbuhan dapat tumbuh dan berkembang tanpa memerlukan air. Apa fungsi air bagi tumbuhan? Fungsi air bagi tumbuhan adalah sebagai berikut. a. Fotosintesis b. Mengedarkan hasil-hasil fotosintesis ke seluruh bagian tumbuhan. c. Sebagai pelarut inti sel dalam proses pertumbuhan dan perkembangan. d. Menentukan proses transportasi unsur hara yang ada di dalam tanah. e. Berperan dalam proses metabolisme sel. Jika tumbuhan kekurangan unsur hara maka pertumbuhan dan perkembangannya akan mengalami gangguan atau hambatan. Unsur-unsur hara (nutrisi) dalam jumlah banyak yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan disebut unsur makro, misalnya karbon, oksigen, nitrogen, hidrogen, sulfur, fosfor, kalsium, dan magnesium. Adapun nutrisi yang dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit disebut unsur mikro, misalnya besi, klor, mangan, boron, seng, tembaga, dan nikel. Biologi SMA/MA Kelas XII 9  Jika di dalam tanah terdapat sedikit unsur hara seperti kekurangan nitrogen, maka pertumbuhan akar akan lebih cepat atau lebih besar, sedang- kan pertumbuhan tajuknya menjadi terhambat atau kecil. Sebaliknya jika di dalam tanah kaya nitrogen maka pertumbuhan tajuk akan lebih cepat daripada pertumbuhan akarnya. Dengan demikian terdapat hubungan erat antara pertumbuhan akar dan tajuk tanaman. Akar berfungsi untuk menye- rap air tanah dan tajuk berfungsi untuk melakukan sintesis senyawa organik (makanan). 5. Derajat Keasaman/pH Derajat keasaman atau pH tanah sangat berpengaruh terhadap pertum- buhan dan perkembangan suatu tanaman. Contohnya tanah yang bersifat asam terhadap tanah padsolik merah kuning (PMK), agar tanaman dapat tumbuh dengan baik maka jenis tanah ini ditambahkan keasaman dengan pengapuran. C PENGARUH FAKTOR DALAM (INTERNAL) TERHADAP PERTUMBUHAN TUMBUHAN Faktor internal adalah faktor yang berasal dari dalam tubuh tumbuhan, terdiri atas faktor intrasel dan faktor intersel. 1. Faktor Intrasel Sifat dari induk tumbuhan, baik bentuk dan ukuran tubuhnya akan menurun pada anaknya, sifat menurun tersebut disebut hereditas. Sifat menurun merupakan gen yang terdapat pada setiap kromosom di dalam inti sel jaringan penyusun organ tubuh tumbuhan. 2. Faktor Intersel Faktor intersel yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan adalah hormon. Istilah hormon pertama kali dikemukakan oleh seorang ahli botani dari Belanda bernama Friedrich Agust Ferdinand Went (1863– 1935). Went berpendapat bahwa hormon tumbuh merupakan zat yang penting dalam pertumbuhan tanaman. Hormon tumbuh tersebut juga disebut zat tumbuh yang komponennya terdiri atas senyawa protein dengan substansi kimia yang aktif. Zat tumbuh ini banyak jenisnya, antara lain auksin, giberelin, sitokinin, asam absisat, gas etilen, asam traumalin, dan kalin. 10 Biologi SMA/MA Kelas XII  Mengapa berbagai jenis hormon tumbuh sangat penting di dalam proses pertumbuhan tanaman? Untuk mengetahui pentingnya berbagai jenis hormon tumbuh pada tanaman, pelajari satu per satu pada uraian berikut. a. Auksin Hormon auksin pertama kali ditemukan oleh Went yang terdapat pada ujung koleoptil kecambah gandum (Avena sativa). Pada penelitian Went lebih lanjut, ternyata diketahui hormon auksin juga ditemukan pada ujung koleoptil kecambah tanaman yang lain. Hormon auksin merupakan senyawa kimia Indol Asetic Acid (IAA) dihasilkan dari sekresi pada titik tumbuh yang terletak pada ujung tunas (terdiri atas batang dan daun), ujung akar, daun muda, bunga, buah, dan kambium. Jika hormon auksin berada di ujung tunas, maka akan diangkut oleh jaringan berkas pembuluh (xilem dan floem) menuju ke tunas untuk tumbuh dan pemanjangan sel-sel jaringan batangnya. Pada bagian manakah hormon auksin diproduksi? Hormon auksin diproduksi di bagian koleoptil ujung tunas lalu diangkut oleh jaringan pembuluh angkut menuju tunas, selanjutnya tunas akan tumbuh menjadi tunas bagian akar, batang, dan daun. Pada tunas batang, auksin akan berkumpul di bawah permukaan batang yang menyebabkan sel-sel jaringan di bawah permukaan batang tersebut akan tumbuh lebih cepat dari sel-sel jaringan di atas permukaan batang. Mengapa demikian? Karena sifat hormon auksin sangat peka terhadap panas/sinar. Auksin akan rusak dan berubah menjadi suatu zat yang justru akan menghambat terjadinya pembelahan sel- sel pada daerah pemanjangan batang, sehingga pertumbuhan sel-sel batang yang terkena sinar matahari akan menjadi lebih lambat dibandingkan dengan sel-sel jaringan pada sisi batang yang tidak terkena sinar matahari. Hormon auksin selain ber- fungsi merangsang perpan- jangan sel-sel batang dan meng- hambat perpanjangan sel-sel Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana akar, juga berfungsi merang- sang pertumbuhan akar sam- ping (lateral) dan akar serabut yang berfungsi sebagai penye- auksin banyak auksin banyak rapan air dan mineral, mem- merangsang di sini menghambat percepat aktivitas pembelahan perpanjangan perpanjangan sel-sel batang sel akar sel-sel titik tumbuh kambium akar dan batang, menyebab- Gambar 1.4 Pertumbuhan ujung akar dan ujung batang. Biologi SMA/MA Kelas XII 11 kan terjadinya diferensiasi sel menjadi jaringan berkas angkut xilem, dan merangsang terjadinya pembentukan bunga dan buah. Agar lebih jelas lihat Gambar 1.4 b. Giberelin Hormon giberelin secara alami terda- pat pada bagian tertentu tumbuhan yaitu pada buah dan biji saat berkecambah. Giberelin pertama kali ditemukan pada tumbuhan sejenis jamur Giberella fujikuroi (Fusarium moniliformae) oleh F.Kurusawa, seorang berkebangsaan Jepang. Giberelin adalah zat tumbuh yang sifatnya sama atau menyerupai hormon Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana auksin, tetapi fungsi giberelin sedikit ber- beda dengan auksin. Fungsi giberelin adalah membantu pembentukan tunas/ embrio, menghambat perkecambahan dan pembentukan biji. Hal ini terjadi apabila giberelin diberikan pada bunga maka buah yang terbentuk menjadi buah tanpa biji dan sangat nyata mempengaruhi pemanjangan dan pembelahan sel. Hal itu dapat dibuk- Gambar 1.5 Pengaruh giberelin tikan pada tumbuhan kerdil, jika diberi terhadap pertumbuhan tanaman giberelin akan tumbuh normal, jika pada tumbuhan normal diberi giberelin akan tumbuh lebih cepat. Pengaruh giberelin pada tanaman dapat Anda lihat pada Gambar 1.5. c. Sitokinin Ada dua jenis hormon sitokinin, yaitu zeatin (merupakan sitokinin alami yang terdapat pada biji jagung) dan kinetin yang merupakan sitokinin buatan. Fungsi sitokinin adalah untuk merangsang pembelahan sel, memperkecil dominasi apikal, mengatur pembentukan bunga dan buah, membantu pembentukan akar, tunas, menunda pengguguran daun, dan menghambat proses penuaan. Efek dari sitokinin berlawanan dengan auksin pada tumbuhan. Contoh jika sitokinin banyak diberikan pada tumbuhan maka akan banyak tumbuh tunas, tetapi jika sedikit diberikan pada tumbuhan maka akan terbentuk banyak akar. Hal ini terjadi karena sitokinin dapat menghentikan dominasi pertumbuhan kuncup atas (apikal) dan merangsang pertumbuhan kuncup samping (lateral). 12 Biologi SMA/MA Kelas XII d. Asam Absisat Asam absisat merupakan hormon yang dapat menghambat pertumbuh- an tanaman (inhibitor) yaitu bekerja berlawanan dengan hormon auksin dan giberelin dengan jalan mengurangi atau memperlambat kecepatan pem- belahan dan pembesaran sel. Asam absisat akan aktif pada saat tumbuhan berada pada kondisi yang kurang baik, seperti pada musim dingin, musim kering, dan musim gugur. Mengapa asam absisat justru berperan pada saat tanaman berada dalam kondisi yang kurang baik? Pada saat tumbuhan mengalami kondisi yang kurang baik, misalnya ketika kekurangan air di musim kering, maka tumbuhan tersebut mengalami dormansi yaitu daun-daunnya akan digugurkan dan yang tertinggal adalah tunas-tunasnya. Dalam keadaan demikian asam absisat terkumpul/terakumulasi pada tunas yang terletak pada sel penutup stomata, hal ini menyebabkan stomata menutup, sehingga penguapan air berkurang dan keseimbangan air di dalam tubuh tumbuhan terpelihara sehingga pertumbuhan tunasnya terhambat yang disebabkan melambatnya kecepatan pembelahan dan pembesaran sel-sel tunasnya. Fungsi asam absisat yaitu dapat mengurangi kecepatan pertumbuhan dan pemanjangan sel pada daerah titik tumbuh, macam pengguguran daun dan mendorong dormansi biji agar tidak berkecambah. e. Gas Etilen Gas etilen adalah suatu gas yang dihasilkan oleh buah yang sudah tua sehingga buah menjadi matang. Jika buah tua yang masih berwarna hijau disimpan dalam tempat tertutup dan dibiarkan beberapa hari, akhirnya menjadi matang dan berwarna kuning sampai merah. Dalam hal ini terjadi perubahan warna dari hijau menjadi kuning sampai merah pada buah karena keluarnya gas etilen dari buah tersebut. Salah satu cara mencegah terjadinya pembusukan atau kerusakan pada saat pemeraman buah adalah pada saat buah tua dipetik/dipanen masih berwarna hijau, kemudian dikemas atau disimpan pada tempat yang berventilasi untuk mencegah buah tidak cepat masak/matang, sehingga sesampainya di tempat tujuan buah tersebut baru matang dan tidak rusak atau busuk. Fungsi etilen adalah menyebabkan buah menjadi masak, menyebabkan pertumbuhan batang menjadi kokoh dan tebal, dapat memacu pembungaan, yang bekerja bersamaan dengan auksin dan bersama giberelin dapat mengatur perbandingan bunga betina dan jantan pada tumbuhan berumah satu. Biologi SMA/MA Kelas XII 13 f. Asam Traumalin Asam traumalin disebut sebagai hormon luka/kambium karena hormon ini berperan apabila tumbuhan mengalami kerusakan jaringan. Jika terluka, tumbuhan akan merangsang sel-sel di daerah luka menjadi bersifat meristem lagi sehingga mampu mengadakan pembelahan sel untuk menutup luka tersebut. Perlu Anda ketahui selain hormon, vitamin dapat berpengaruh dalam pertumbuhan dan perkembangan, misalnya vitamin B12, vitamin B1, Vitamin B6, vitamin C (asam askorbat). Vitamin-vitamin tersebut berfungsi dalam proses pembentukan hormon dan berfungsi sebagai koenzim. g. Kalin Tahukah Anda kalin merupakan hormon yang berfungsi untuk memacu pertumbuhan organ tumbuhan, di antaranya: 1) rhizokalin, dapat memacu pertumbuhan akar; 2) kaulokalin, dapat memacu pertumbuhan batang; 3) fitokalin, dapat memacu pertumbuhan daun; 4) anthokalin, dapat memacu pertumbuhan bunga. D TERJADINYA PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN TUMBUHAN Anda sudah mengetahui bahwa pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan dipengaruhi oleh faktor-faktor, baik faktor luar (eksternal) atau dalam (internal). Pada proses pertumbuhan dan perkembangannya, tum- buhan mengalami periode lamban yaitu dengan ciri adanya sedikit pertum- buhan atau tidak ada pertumbuhan yang sebenarnya. Periode ini terjadi pada saat tumbuhan sedang mempersiapkan diri untuk tumbuh, misalnya sebutir biji yang sedang menyerap air untuk persiapan perkecambahan. Periode lamban ini akan diikuti dengan periode eksponen (logaritma). Pada periode ini dimulailah suatu pertumbuhan yang pada awalnya lambat tetapi kemudian semakin cepat. Fase ini tidak akan terjadi terus menerus. Dalam beberapa waktu pertumbuhannya akan menurun dan segera mema- suki periode perlambatan. Pertumbuhannya akan berlangsung lebih lambat dan akhirnya akan berhenti sama sekali, misalnya terjadi pada pohon yang tumbuh terus menerus sampai suatu ketika terkena suatu penyakit dan akhirnya akan mati. Apakah manusia juga mengalami periode seperti ini? Pikirkan! 14 Biologi SMA/MA Kelas XII  Pertumbuhan pada tumbuhan dapat dibedakan menjadi dua yaitu pertumbuhan primer dan pertumbuhan sekunder. Ingatlah kembali pelajaran IPA di SMP atau MTs! Apa yang dimaksud dengan pertumbuhan tersebut? Untuk mengetahuinya pelajari materi berikut dengan baik! 1. Pertumbuhan Primer Apa yang dimaksud dengan pertumbuhan primer? Terbentuknya bunga, dimulai dari alat kelamin betina atau putik yang mengandung sel telur (ovarium) lalu dibuahi oleh alat kelamin jantan atau benang sari yang mengandung sel sperma dan akhirnya membentuk lembaga atau zigot. Sel induk lembaga atau zigot ini mengalami proses perkembangan yang ditandai dengan adanya periode perlambatan pertumbuhan atau tidak ada sama sekali pertumbuhan, sehingga bentuk zigot tidak mengalami perubahan atau tidak mengalami pertambahan ukuran panjang. Proses perkembangan zigot dimulai dari sel induk yang membelah secara meiosis menghasilkan empat sel haploid, artinya satu sel besar dan tiga sel kecil yang melebur/melarut ke dalam sel besar. Selanjutnya sel haploid itu menyusun atau mengumpulkan energi dari zat-zat makanan untuk mela- kukan pembelahan berikutnya secara mitosis. Pembelahan mitosis sebenarnya adalah awal dimulainya proses pertum- buhan embrionik yang ditandai dengan adanya periode percepatan pertum- buhan akibat terjadinya pembelahan sel bertahap secara cepat dan terus menerus menghasilkan dua sel, empat sel, delapan sel, enam belas sel, dan seterusnya, sehingga terjadi penambahan/pemanjangan ukuran selnya. Se- lanjutnya membentuk kumpulan/kelompok yang tumbuh menjadi embrio atau jaringan meristem atau jaringan embrional, kemudian jaringan meristem ini tumbuh dan berkembang menjadi embrio yang tersimpan dan terlindungi di dalam biji, kemudian tumbuh menjadi kecambah hingga mencapai dewasa. Pertumbuhan pada embrio atau jaringan meristem dari hasil pembelahan sel-sel jaringan meristem primer ini disebut dengan pertumbuhan primer. Per- tumbuhan primer ini terjadi pada embrio, ujung akar, dan ujung batang, mari kita pelajari bersama satu per satu agar lebih jelas! a. Pertumbuhan pada Embrio Proses pertumbuhan dan perkembangan embrio pada tumbuhan sering disebut sebagai perkecambahan. Perkecambahan merupakan permulaan atau awal pertumbuhan embrio di dalam biji. Biji yang berkecambah dapat membentuk planula karena di dalamnya mengandung embrio. Embrio atau lembaga mempunyai tiga bagian, yaitu radikula (akar lembaga), kotiledon (daun lembaga), dan kaulikalus (batang lembaga). Biologi SMA/MA Kelas XII 15  Lihat dan amatilah Gambar 1.6 berikut ini! Sumber: Biologi Jilid 2, Kimball, 1999 Gambar 1.6 Perkecambahan biji buncis Agar lebih jelas, lakukan Kegiatan Kelompok 3 berikut! KEGIATAN KELOMPOK 3 Tujuan : Mengetahui bentuk perkecambahan pada tanaman Alat dan Bahan : 1. Biji kacang 3. Pisau 2. Biji jagung 4. Kertas dan pena Cara Kerja : 1. Persiapkan biji kacang dan biji jagung. 2. Kemudian belahlah dengan pisau atau cutter tepat di antara kedua keping bijinya. 3. Amati dan gambarlah, lalu sebutkan bagian-bagian dari biji kacang dan jagung, bila perlu carilah buku yang mendukung tentang bagian-bagian biji. 4. Bandingkanlah antara biji kacang dengan biji jagung. 5. Buatlah suatu kesimpulan dan diskusikan dengan kelompok Anda. 6. Konsultasikan hasil yang Anda peroleh dengan guru Biologi Anda. Kemudian presentasikan di depan kelas! 16 Biologi SMA/MA Kelas XII  Di dalam biji ada beberapa bagian-bagian, yaitu plumula, epikotil, hipokotil, radikula dan kotiledon. Di dalam kegiatan yang Anda lakukan akan menemukan calon individu baru (embrio) yang dilengkapi dengan cadangan makanan. Lihatlah Gambar 1.7 dan bandingkan dengan hasil pengamatan Anda! 1) Pada biji kacang (tumbuhan kulit biji dikotil) yang disebut embrio adalah epikotil kuncup embrionik yang memanjang hipokotil dan melekat pada kotiledon, pada plumula biji ini terdapat dua kotiledon. Bagian bawah pangkal (aksis) yang melekat pada kotiledon dinamakan hipokotil dan bagian ujungnya (terminal) dise- but radikula. Bagian atas pangkal radikula adalah epikotil, dan bagian ujungnya kotiledon a. kacang adalah plumula yang terlihat sepa- kulit biji sang daun dengan pucuknya. koleoptil 2) Pada biji jagung (tumbuhan mo- Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana nokotil) hanya terdapat satu kotiledon yang sering dinama- plumula kan dengan skutelum. Pada saat radikula terjadinya proses perkecambah- an, akar akan diselubungi oleh koleoriza endosperma koleoriza dan pada ujung embrio b. jagung diselubungi oleh koleoptil. Gambar 1.7 Bagian-bagian biji pada jagung dan kacang Seperti yang Anda amati pada Kegiatan Kelompok 3, di dalam biji terdapat tumbuhan kecil, ini merupakan hasil perkecambahan. Dua macam jenis perkecambahan biji dapat dibedakan atas perkecambahan hipogeal dan epigeal. Lihatlah pada Gambar 1.8 dan 1.9, lalu amati dan pelajarilah! Biologi SMA/MA Kelas XII 17  1) Perkecambahan Hipogeal Gambar 1.8 memper- lihatkan terjadinya pertum- buhan memanjang dari epi- epikotil kulit biji kotil sehingga menyebabkan plumula keluar dan menem- bus pada kulit bijinya yang Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana daun nantinya akan muncul di muda atas tanah, sedangkan koti- ledonnya masih tetap berada di dalam tanah. Contoh per- kecambahan ini terjadi pada kacang kapri. akar primer kotiledon Gambar 1.8 Perkecambahan hipogeal. 2) Perkecambahan Epigeal Tampak pada Gambar 1.9 hipokotil tumbuh me- daun manjang yang mengakibat- kan kotiledon dan plumula sampai keluar ke permuka- hipokotil an tanah, sehingga kotile- Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana kulit biji don terdapat di atas tanah. Contoh perkecambahan ini kotiledon terjadi pada kacang tanah, kacang hijau. Apa perbeda- an dari kedua perkecam- bahan itu? akar primer akar sekunder Coba Anda pikirkan! Agar lebih jelas, Anda bisa Gambar 1.9 Perkecamahan epigeal melakukan Kegiatan Kelom- pok 4 berikut ini! 18 Biologi SMA/MA Kelas XII  KEGIATAN KELOMPOK 4 Tujuan : Mengetahui perbedaan perkecambahan hipogeal dan epigeal Alat dan Bahan : 1. Biji kacang hijau 2. Biji kacang kapri 3. 2 Buah cawan petri 4. Kapas 5. Air Cara Kerja : 1. Persiapkan terlebih dahulu kacang kapri dan kacang tanah. 2. Basahilah kapas dengan air secukupnya, jangan terlalu kering, kemudian masukkan kapas tersebut ke dalam cawan petri atau tempat yang Anda sediakan masing-masing. 3. Masukkan masing-masing biji tersebut dalam tempat yang Anda sediakan, satu biji dimasukkan dalam satu cawan petri. 4. Amatilah pertumbuhan biji tersebut beberapa hari, adakah perbe- daan perkecambahan dari kedua biji tersebut? 5. Bandingkan hasil pengamatan Anda dengan Gambar 1.8 dan 1.9! Dari hasil Kegiatan Kelompok 4 tersebut Anda akan mengetahui per- tumbuhan embrio. Embrio tersebut belum dapat membuat makanan sendiri. Mengapa demikian dan bagaimana cara embrio mendapatkan makanan- nya? Untuk mencukupi kebutuhan pertumbuhannya, embrio memperoleh makanan yang berasal dari cadangan makanan di dalam keping biji (kotiledon). Berdasarkan jumlah kotiledonnya tumbuhan berbiji dapat digo- longkan menjadi dua macam, yaitu tumbuhan yang memiliki satu keping biji (kotiledon) disebut tumbuhan monokotil (bijinya tidak berbelah dan ber- akar serabut), contohnya biji jagung dan kelapa, sedangkan tumbuhan yang memiliki dua keping biji (kotiledon) disebut tumbuhan dikotil (bijinya berbelah dan berakar tunggang), contohnya biji kacang dan mangga. Ada tiga macam bagian penyusun embrio yang penting pada proses perkecambahan, yaitu sebagai berikut. Biologi SMA/MA Kelas XII 19 1) Tunas embrionik, sebagai calon batang dan daun yang dapat tumbuh dan berkembang menjadi bunga dan buah. 2) Akar embrionik, sebagai calon akar yang dapat tumbuh dan berkembang menjadi akar. 3) Kotiledon atau keping biji, merupakan cadangan makanan untuk pertumbuhan embrio hingga mencapai terbentuknya daun, karena embrio tersebut belum menghasilkan makanan sendiri melalui foto- sintesis. Apabila biji-biji tersebut berada di lingkungan yang cocok, maka embrio- nya akan segera tumbuh yang ditandai dengan perkecambahan. Saat biji mulai berkecambah, sebenarnya adalah awal pertumbuhan pasca embrionik yang dimulai dari pembelahan sel terus menerus secara cepat merupakan periode percepatan pertumbuhan jaringan meristem embrio. Dari proses ini dibagikan sel-sel jaringan baru dengan bentuk, susunan, dan fungsi berbeda, kemudian tumbuh menjadi berbagai organ jaringan seperti tunas embrionik, akar embrionik, dan kotiledon yang selanjutnya membentuk organ tumbuhan. Pada awalnya, organ yang terbentuk adalah akar, batang, daun. Setelah pertumbuhan mencapai tanaman muda, maka pertumbuhan selanjutnya yaitu dari pertumbuhan tanaman muda menjadi dewasa. Proses pertumbuhannya digantikan oleh aktivitas jaringan meristem primer pada titik tumbuh yang terletak di ujung akar maupun di ujung batang, yang memungkinkan pertumbuhan tanaman menjadi bertambah tinggi atau panjang yang disebut pertumbuhan primer. b. Pertumbuhan pada Ujung Akar Setelah proses perkecambahan, akan terbentuk tanaman muda dan pertumbuhan selanjutnya akan ditentukan oleh aktivitas dari jaringan meris- tem yang terdapat pada titik tumbuh. Jaringan meristem primer ini terdapat pada ujung akar dan ujung batang yang sangat memungkinkan bertambah tinggi atau panjangnya tanaman. Di bagian manakah pada akar dan batang yang memiliki pertumbuhan paling cepat? Agar lebih jelas mengetahui hal itu, lakukan Kegiatan Kelom- pok 5 berikut! 20 Biologi SMA/MA Kelas XII  KEGIATAN KELOMPOK 5 Tujuan : Mengetahui pertumbuhan yang paling cepat pada akar dan batang. Alat dan Bahan : 1. Biji kacang hijau yang tua 2. Biji kacang panjang yang tua 3. Air secukupnya 4. Cawan petri atau piring 2 buah 5. Tinta atau spidol Cara Kerja : 1. Rendamlah biji kacang hijau dan biji kacang panjang di dalam cawan atau piring selama 30 menit. 2. Kemudian buanglah air rendaman dan diamkan beberapa hari sampai masing-masing biji tersebut tumbuh berkecambah. 3. Pada masing-masing akar kecambah digaris/ditandai tinta atau spidol dengan skala (mm) ukuran yang sama sebanyak 5 tanda. 4. Kemudian biarkan tumbuh beberapa hari di dalam cawan atau piring. 5. Amati tanda di masing-masing akar dan bandingkanlah di antara kedua macam akar tersebut. Buatlah kesimpulan dari pengamatan Anda lalu diskusikan dengan kelompok Anda! Dari Kegiatan Kelompok 5 terli- biji kacang hat, pada masing-masing bagian panjang ujung akar yang digaris atau ditandai plumula dengan skala (mm) ukuran sama, se- telah beberapa hari ditumbuhkan dan berkecambah ternyata jarak antara garis atau tanda tinta satu dengan yang akar Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana lainnya makin berjauhan. Hal ini menunjukkan bahwa pada bagian akar akar ditandai kecambah kacang hijau dan kacang dengan sesudah panjang mengalami pertumbuhan jarak yang beberapa yaitu bertambah panjang atau tinggi. sama hari jarak itu makin Kecepatan pertumbuhan dari berbagai renggang bagian akar ternyata tidak sama. Gambar 1.10 Kecepatan pertumbuhan pada berbagai bagian akar Biologi SMA/MA Kelas XII 21  Bagian yang paling cepat tumbuh terletak pada daerah bagian belakang Perlu Diketahui ujung akar, karena pada bagian ujung Kaliptra pada tumbuhan Mo- akar tersebut terdapat tiga macam daerah nokotil mempunyai titik tum- titik tumbuh yaitu daerah pembelahan, buh tersendiri yang disebut daerah pemanjangan, dan daerah diferen- kaliptrogen, sedangkan pada siasi. Semakin jauh dari ujung akar maka tumbuhan dikotil tidak tam- pertumbuhannya akan semakin lambat, pak memilikinya karena batas seperti tampak pada Gambar 1.10. antara kaliptra dan ujung akar- nya belum jelas. Bulu Pada Gambar 1.11 terlihat ter- akar Sel dapat daerah pembelahan sel, dae- dewasa rah ini terdapat di bagian ujung. Sel- sel pada daerah ini aktif membelah dan sifatnya tetap meristematik. Di Sumber: Biologi Jilid 1, Kimball, 1999 belakang daerah pembelahan meru- pakan daerah yang tiap selnya memiliki aktivitas untuk membesar Meristem apikal dan memanjang, daerah ini dinama- kan daerah pemanjangan sel. Setelah sel-selnya membelah Ujung akar dan memanjang maka sel-selnya akan terdiferensiasi menjadi sel-sel yang memiliki struktur dan fungsi Gambar 1.11 Sayatan memanjang ujung akar yang khusus. Daerah ini disebut sebagai daerah diferensiasi. Kemu- dian sel-sel di belakang titik tumbuh akan membentang dan terdiferensiasi menjadi jaringan-jaringan akar, yaitu epidermis, korteks, endodermis, dan silinder pusat. c. Pertumbuhan pada Ujung Batang Sama seperti halnya akar, pada ujung batang juga terdapat titik tumbuh. Titik tumbuh pada batang dilindungi oleh balutan bakal daunnya. Pertum- buhan dan perkembangan sama dengan yang terjadi pada akar, yaitu terdapat daerah pembelahan (meristematik), daerah pemanjangan, dan daerah diferensiasi. Gambar 1.12 memperlihatkan pada daerah meristematik terdapat titik tumbuh (meristem apikal) dan bakal daun. Pada bagian atas daun tumbuh lebih lambat dibandingkan dengan permukaan bawah daun, sehingga daun yang muda akan melengkung di atas titik tumbuh. 22 Biologi SMA/MA Kelas XII  Pada daerah pemanjang- an, sel-selnya akan tumbuh Tunas daun membesar dan memanjang Zona meristematik Meristem apikal serta jaringan pembuluh su- dah mulai tampak. Pada dae- rah diferensiasi akan mem- Zona pemanjangan Perikambium Sumber: Biologi 3, Diknas, 1995 bentuk beberapa jaringan yaitu epidermis, korteks, dan silinder pusat. Zona diferensiasi Setelah pertumbuhan ta- dan pemanjangan naman muda hingga men- Epidermis capai tanaman dewasa, proses Korteks Xilem primer pertumbuhan tanaman terse- Floem primer but melambat atau disebut periode perlambatan yang Gambar 1.12 Penampang ujung batang ditandai dengan pertumbuh- annya menjadi lambat atau bahkan sama sekali tidak terjadi pertumbuhan. Pada periode tersebut, sebenarnya tumbuhan itu sedang memasuki masa perkembangan menuju tanaman dewasa yang ditandai dengan tidak ada- nya penambahan panjang atau ukurannya, tetapi sedang berkembang me- nuju pada kedewasaannya. Ciri-ciri suatu tumbuhan dikatakan sudah dewasa yaitu ditandai dengan terbentuknya bunga. Pada bunga inilah terdapat alat kelamin betina berupa putik maupun alat kelamin jantan berupa benang sari yang berfungsi sebagai alat perkembangbiakan suatu tumbuhan. Setelah terjadi persarian (penyerbukan), putik oleh benang sari akan dihasilkan buah berbiji dan biji inilah yang nantinya akan tumbuh menjadi tanaman baru. Beberapa teori tentang titik tumbuh adalah sebagai berikut. 1) Teori Histogen dari Hanstein Teori Histogen menyatakan bahwa titik tumbuh batang seakan-akan dapat dibedakan menjadi tiga lapisan yang membentuk jaringan/histogen seperti terlihat pada tabel 1.4 berikut. Tabel 1.4 Lapisan pada Jaringan Histogen No. Nama Jaringan Keterangan 1. Dermatogen Lapisan luar biasanya setebal satu sel dan akan membentuk epidermis. 2. Periblem Lapisan tengah setebal beberapa lapisan sel dan dianggap membentuk korteks 3. Plerom Lapisan dalam dianggap pembentuk silinder pusat Biologi SMA/MA Kelas XII 23  2) Teori Tunika dan Korpus dari Schmidt Teori Tunika menyatakan bahwa titik tumbuh hanya dapat dibeda- kan menjadi dua bagian saja. a) Tunika, yaitu lapisan pinggir, terdiri atas sel-sel yang membelah mengakibatkan bertambah luasnya permukaan titik tumbuh. b) Korpus, adalah bagian yang terdapat di sebelah dalam tunika, terdiri atas sel-sel yang membelah ke segala arah. 2. Pertumbuhan Sekunder Setelah mengalami pertumbuhan primer, tumbuhan akan mengalami pertumbuhan sekunder. Pertumbuhan sekunder hanya terjadi pada tumbuh- an dikotil dan Gymnospermae. Agar lebih jelas dengan pertumbuhan sekun- der, lakukan Kegiatan Kelompok 6 berikut! KEGIATAN KELOMPOK 6 1. Carilah batang pohon jati yang sudah digergaji. 2. Amati batang tersebut secara melintang, lihat bagian-bagian yang ada pada batang tersebut! 3. Mengapa terdapat lingkaran-lingkaran pada batang itu? Diskusikan dengan kelompok Anda! Pada tumbuhan dikotil, selain terdapat jaringan meristem primer juga terdapat jaringan meristem sekunder. Pertumbuhan sekunder terjadi pada jaringan meristem sekunder berupa kambium gabus Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana atau gabus. Fungsi kambium gabus adalah sebagai perlindungan pada pertumbuhan sekunder yaitu per- tumbuhan organ tumbuhan menjadi bertambah besar ukurannya. Contoh tumbuhan yang melakukan pertum- Terlihat kambium buhan sekunder adalah pohon jati yang banyak terdapat di daerah Blora, Cepu, Jawa Tengah, seperti Gambar 1.13 Daerah pertumbuhan sekunder tampak pada Gambar 1.13. 24 Biologi SMA/MA Kelas XII  Pada awal pertumbuhan, kam- Kambium bium hanya terdapat pada jaringan Lingkaran tahun Kulit ikat pembuluh (vasis) yang disebut kambium intravaskuler atau kambium vasis, kambium ini dapat tumbuh Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana dengan arah yang berlawanan, yaitu yang tumbuh ke arah luar akan men- jadi xilem dan yang tumbuh kearah dalam akan membentuk floem. Se- lanjutnya pada pertumbuhan sel jaringan parenkim yang berada di antara kambium intravaskuler akan tumbuh dan berubah menjadi kam- Lapisan kayu Kayu keras bium baru yang disebut kambium intervaskuler. Gambar 1.14 Lingkaran tahun Di dalam perkembangannya, kambium intervaskuler akan tersambung dengan kambium intravaskuler yang membentuk suatu lingkaran konsentris, bentuk lingkaran konsentris pada tumbuhan dikotil sering disebut dengan lingkaran tahun. Contoh batang tumbuhan dikotil yang mempunyai lingkaran tahun adalah pohon jati. Perhatikan bentuknya pada Gambar 1.14! Bagaimanakah proses terjadinya lingkaran tahun pada tumbuhan dikotil seperti pohon jati? Lingkaran tahun pada pohon jati terjadi sebagai akibat dari pertumbuhan sekunder (kambium gabus) yang berlangsung/berjalan tidak sepanjang tahun. Pertumbuhan sekunder berlangsung hanya pada musim penghujan karena pada musim penghujan kebutuhan air dan unsur hara cukup banyak tersedia untuk pertumbuhan tanaman tersebut, dengan proses pertumbuhan seperti ini akan terbentuk suatu lingkaran yang disebut lingkaran tahun. Pada umumnya tumbuhan dikotil seperti pohon jati memiliki kulit batang pecah-pecah atau rusak. Mengapa kulit batang tumbuhan dikotil seperti pohon jati tampak pecah-pecah atau rusak? Kulit batang jati mengalami pecah- pecah, karena adanya aktivitas kambium yang membentuk jaringan xilem dan floem lebih cepat dari pertumbuhan kulit, sehingga akan mengakibatkan jaringan kulit paling luar seperti epidermis dan korteks menjadi rusak atau pecah-pecah. Untuk mencegah terjadinya kerusakan kulit terluarnya lebih lanjut, maka jaringan yang berada di sebelah dalam kulit membentuk jaringan pelindung dari kerusakan berupa kambium gabus atau felogen. Felogen membentuk jaringan yang tumbuh ke arah dalam disebut feloderm yang sel- selnya hidup sedangkan jaringan yang tumbuh ke arah luar disebut felem yang sel-selnya mati. Biologi SMA/MA Kelas XII 25  Sebenarnya apakah fungsi dari felogen itu? Felogen ber- fungsi sebagai pelindung dari kerusakan sel-sel jaringan ba- gian dalam yang berada di ba- wah kulit. Kerusakan dapat terjadi karena banyaknya ruang lentisel terbuka yang menyebabkan air dan oksigen keluar masuk seca- xilem ra bebas. Sumber: Biologi 2A, 2000 Lapisan felogen tidak se- floem muanya tertutup rapat, tetapi kambium ada beberapa tempat sel kam- gabus bium gabus di epidermis kulit yang membentuk suatu lubang/ gabus celah menyerupai lensa yang disebut dengan lentisel. Bentuk Gambar 1.15 Lentisel potongan melintang batang Sambucus lentisel pada kulit batang ter- lihat tampak seperti pada Gam- bar 1.15. 3. Alat Pengukur Kecepatan Pertumbuhan Tumbuhan Sekarang Anda sudah mengetahui yang dimaksud dengan pertumbuhan pada tanaman. Pertumbuhan merupakan pertambahan jumlah volume, pan- jang, massa, dan bersifat berubah-ubah. Kecepatan pertumbuhan tanaman dapat diukur dengan menggunakan alat-alat sebagai berikut. a. Mistar Sumber: Ilustrasi Bayu dan Haryana Dengan menggunakan alat ini kita dapat mengetahui kecepatan pertumbuhan. Cara mengukur mula- mula kecambah diberi tanda dengan menggunakan tinta tahan air dengan jarak tertentu. Alat ini juga untuk mengetahui bagian yang mengalami pertambahan panjang paling cepat. Gambar 1.16 Menggunakan mistar untuk mengukur pertumbuhan 26 Biologi SMA/MA Kelas XII b. Auksanometer (Busur Tumbuh) Cara penggunaan auksanometer adalah sebagai berikut. 1) Ikatkan tali atau benang pada ujung batang tanaman dalam pot yang sudah disiapkan. Benang tersebut diletakkan pada katrol yang ditempat- kan tepat di atas tanaman. 2) Kemudian pada katrol diletakkan alat penunjuk yang dapat berputar mengikuti perputaran ka- trol. 3) Pada ujung benang yang lain diikatkan sebuah be- ban pemberat. 4) Aturlah penunjuk pada Sumber: Ilustrasi Haryana benang katrol tadi agar bergerak sepanjang busur yang telah diberi skala. 5) Amatilah selama beberapa hari busur penunjuknya dan hitunglah berapa per- tambahan tinggi atau pan- Gambar 1.17 Auksanometer jang batang itu. B RANGKUMAN 1. Pertumbuhan adalah suatu proses pertumbuhan ukuran dan volume serta jumlah secara irreversibel, yaitu tidak dapat kembali ke bentuk semula. Adapun perkembangan merupakan suatu proses menuju kedewasaan yang bersifat kualitatif. 2. Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembang- an pada tumbuhan adalah sebagai berikut. a. Faktor eksternal atau lingkungan yang berpengaruh adalah faktor iklim, tanah dan biologis. b. Faktor internal (dalam) terdiri atas faktor intrasel yaitu sifat dari induknya, dan faktor intersel yaitu macam-macam hormon antara lain auksin, giberelin, sitokinin, asam absisat, etilen, asam traumalin, dan kalin. 3. Dalam pertumbuhan dan perkembangannya, tumbuhan akan mengalami beberapa periode yaitu periode lamban, periode ekspo- nen, dan periode perlambatan. Biologi SMA/MA Kelas XII 27  4. Pertumbuhan pada tumbuhan ada dua macam, yaitu pertum- buhan primer dan pertumbuhan sekunder. 5. Pertumbuhan primer adalah pertumbuhan yang terjadi pada jaringan meristematik dari hasil pembelahan sel-sel jaringan meristem primer. Pertumbuhan primer terjadi pada embrio, ujung akar, dan ujung batang. 6. Proses pertumbuhan dan perkembangan embrio disebut sebagai perkecambahan. Ada dua macam perkecambahan yaitu perke- cambahan hipogeal dan epigeal. 7. Ada tiga macam bagian penyusun embrio pada proses perkecam- bahan yaitu tunas embrionik dan kotiledon. 8. Pada ujung akar terdapat tiga macam daerah titik tumbuh yaitu darah pembelahan, daerah pemanjangan, dan daerah diferensiasi. 9. Pada ujung batang, titik tumbuhnya dilindungi oleh balutan bakal daunnya. 10. Teori titik tumbuh ada dua, yaitu teori Histogen dari Hanstein, serta teori Tunika dan Korpus dari Schmith. 11. Pertumbuhan sekunder merupakan kelanjutan dari pertumbuhan primer sebagai aktivitas jaringan meristem sekunder yaitu bertambah besarnya organ tubuh tumbuhan. L AT I HAN I. Pilihlah jawaban yang benar! 1. Proses perkembangan zigot dimulai dari sel induk yang membelah secara meiosis yang menghasilkan 4 sel haploid, yaitu.... a. 1 sel besar dan 3 sel kecil yang melarut/melebur dalam sel besar b. 2 sel besar dan 2 sel kecil yang melarut/melebur dalam sel besar c. 3 sel besar dan 1 sel kecil yang melarut/melebur dalam sel besar d. 4 sel yang sama besarnya e. 4 sel yang sama kecilnya 28 Biologi SMA/MA Kelas XII 2. Perkembangan suatu makhluk hidup adalah suatu proses menuju kedewasaan, artinya.... a. dapat dinyatakan dengan suatu bilangan b. tidak dapat dinyatakan dengan suatu bilangan c. mengalami percepatan pertumbuhan secara logaritma d. tidak mengalami percepatan pertumbuhan secara logaritma e. mengalami perlambatan pertumbuhan secara logaritma 3. Proses pertumbuhan pada jaringan meristem dari hasil pembelah- an sel-sel jaringan meristem primer terjadi pada.... a. embrio-akar-batang b. akar-batang-daun c. embrio-ujung akar-ujung batang d. ujung akar-ujung batang-ujung daun e. zigot-embrio-ujung akar 4. Pada pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan dikotil, em- brionya memanjang dan melekat pada.... a. hipokotil b. epikotil c. koleoptil d. kotiledon e. radikula 5. Perhatikan gambar! Tampak pada gambar, terjadi epikotil pertumbuhan memanjang kulit biji dari epikotil sehingga menye- babkan plumula keluar dan daun muda menembus pada kulit bijinya yang nantinya akan muncul di atas tanah, sedangkan kotile- dannya masih berada di dalam tanah yang disebut akar primer kotiledon perkecambahan.... a. hipogeal d. koleoriza b. epigeal e. koleoptil c. skutelum Biologi SMA/MA Kelas XII 29  6. Pada proses perkecambahan, terdapat bagian-bagian yang penting dalam embrio seperti berikut, kecuali.... a. tunas embrionik d. keping biji b. batang embrionik e. kotiledon c. akar embrionik 7. Setelah proses perkecambahan maka terbentuk tanaman muda, pertumbuhan selanjutnya ditentukan oleh jaringan primer pada akar dan batang. Bagian yang paling cepat tumbuh pada akar terletak pada.... a. daerah bagian belakang ujung akar b. daerah bagian depan ujung akar c. jaringan epidermis d. jaringan endodermis e. jaringan korteks 8. Tumbuhan dikotil, selain mengalami pertumbuhan primer, juga mengalami pertumbuhan sekunder yang terjadi pada.... a. kambium gabus b. korteks c. epidermis d. endodermis e. felogen 9. Karena adanya aktivitas kambium yang membentuk xilem dan flaem yang lebih cepat dari pertumbuhan kulit pada tumbuhan dikotil, untuk mencegah jaringan kulit paling luar menjadi rusak/ pecah-pecah lebih lanjut maka dibentuk suatu jaringan pelindung yang disebut.... a. vasis d. gabus b. felogen e. korteks c. lentisel 10. Perhatikan gambar berikut! Fungsi hormon auksin pada perkecambahan yang benar adalah.... 30 Biologi SMA/MA Kelas XII  a. merangsang pemanjangan sel-sel akar dan batang b. merangsang pemanjangan sel-sel akar, batang, dan daun c. merangsang pemanjangan sel-sel akar dan menghambat sel- sel batang d. merangsang pemanjangan sel-sel batang dan menghambat sel-sel akar e. merangsang pertumbuhan daun. II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan benar! 1. Jelaskan yang dimaksud pertumbuhan primer dan sekunder! 2. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan? 3. Apa yang dimaksud dengan hormon sitokinin? Jelaskan dan sebutkan fungsinya! 4. Sebutkan faktor ekstern yang mempengaruhi pertumbuhan pada tumbuhan! 5. Mengapa kulit batang pohon jati tampak pecah-pecah atau rusak? 6. Jelaskan yang dimaksud dengan perkecambahan hipogeal, lalu gambarlah! 7. Bagaimana pengaruh hormon auksin terhadap tumbuhan? 8. Adakah perbedaan antara pertumbuhan dan perkembangan? Jelaskan! 9. Alat apakah yang dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan pertumbuhan tanaman? 10. Gambarkan biji monokotil dan biji dikotil dan sebutkan bagian - bagiannya! Biologi SMA/MA Kelas XII 31 UJI KOMPETENSI Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut dengan benar! 1. Amatilah keadaan rumput di lapangan yang terlindung pohon besar dan rindang! Rumput yang tumbuh di bawah pohon rindang dapat tumbuh lebih cepat dibandingkan rumput sejenis yang tumbuh di tengah lapangan dan tidak terlindungi oleh pohon. Mengapa hal itu bisa terjadi? Berilah alasan yang tepat! 2. a. Mengapa hormon auksin sangat berpengaruh sekali terhadap pertumbuhan suatu tanaman? Jelaskan! b. Apakah yang dimaksud dengan pertumbuhan dan per- kembangan suatu tanaman, adakah perbedaannya? Berilah alasannya! 3. Bagaimana cara kita mengetahui atau membuktikan bahwa suatu tanaman sangat membutuhkan cahaya matahari untuk pertum- buhannya? 32 Biologi SMA/MA Kelas XII  METABOLISME 2 Tujuan Pembelajaran Pada bab ini Anda akan mempelajari materi tentang metabolisme. Dengan mempelajari materi ini diharapkan Anda dapat mendeskripsikan fungsi, proses, dan keterkaitan yang terjadi dalam proses metabolisme. Perhatikan Gambar 2.1! Kata Kunci enzim ATP oksidasi reduksi Sumber: Haryana, 2007 metabolisme katabolisme anabolisme fotosintensis respirasi Gambar 2.1 Orang berteduh di bawah pohon Tuhan telah menciptakan beraneka ragam makhluk hidup yang saling bergantung. Seperti tampak pada gambar 2.1. Gambar itu memperlihatkan orang yang sedang berteduh di bawah pohon pada siang hari yang dapat merasakan kesejukan dan kesegaran udara di sekitarnya. Udara di sekitarnya terasa sejuk karena banyak oksigen murni yang berasal dari hasil fotosintesis yang terjadi pada daun tumbuhan, demikian pula tumbuh-tumbuhan yang memerlukan CO2 (karbon dioksida) yang berasal dari udara bebas dan perna- pasan manusia untuk fotosintesis. Biologi SMA/MA Kelas XII 33  PETA KONSEP Metabolisme Enzim sebagai katalisator terdiri atas tersusun dari Katabolisme Anabolisme Apoenzim Gugus Prostatik dikenal dengan sumber energi kimia matahari Respirasi reaksi pemecahan Kemosintesis Fotosintesis reaksi penyusunan Glukosa Glukosa meliputi melalui 3 tahap Gerak Anaerob Fotosintesis Aliran elektron melalui 3 tahap merupakan proses Siklus Calvin Glikolisis Fermentasi Siklus Krebs Rantai elektron 34 Biologi SMA/MA Kelas XII  Fotosintesis sebenarnya merupakan suatu proses pembentukan senyawa kimia kompleks dari senyawa-senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan sinar matahari. Hasil akhir dari fotosintesis berupa karbohidrat yang akan digunakan sebagai sumber makanan dan oksigen yang terlepas ke udara bebas sehingga orang yang berada di sekitarnya dapat menghirup udara segar. Oksigen yang dihasilkan tumbuhan diperlukan manusia dan hewan untuk bernapas. Pernapasan atau respirasi sebenarnya merupakan proses penguraian ikatan kimia molekul kompleks menjadi molekul sederhana yang terjadi dalam sel tubuh. Untuk mengetahui proses fotosintesis dan respirasi yang terjadi dalam sel makhluk hidup, pelajari materi berikut dengan cermat! Coba pikirkan, dari manakah tumbuhan dan manusia mendapatkan energi? Tumbuhan merupakan makhluk hidup yang autotrof, yaitu makhluk hidup yang mampu menghasilkan makanannya sendiri. Makanannya itu dalam bentuk senyawa kimia, yang diperoleh melalui proses fotosintesis dalam daun. Ingatlah kembali proses fotosintesis yang sudah Anda pelajari di SMP/ MTs! Fofosintetis merupakan suatu peristiwa penggabungan zat anorganik (seperti unsur C, H, dan O) menjadi zat organik berupa senyawa glukosa (karbohidrat), dengan menggunakan energi matahari. Secara sederhana, reaksi fotosintesis dapat dituliskan sebagai berikut: Sinar matahari 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Klorofil Peristiwa fotosintesis hanya terjadi dan berlangsung jika terdapat klorofil dan sinar matahari. Klorofil merupakan pigmen hijau berbentuk butiran- butiran, terletak di dalam kloroplas yang terdapat di daun. Klorofil memiliki sifat mampu menangkap dan memantulkan sinar dalam gelombang yang berbeda (fluoresen). Klorofil kadang-kadang dapat juga dijumpai pada batang tumbuhan, karena daunnya telah mengalami modifikasi bentuk dan fungsi dari daun ke batang, contohnya tanaman kaktus. Biologi SMA/MA Kelas XII 35 2. Manusia Manusia hidup selalu membutuhkan energi, bagaimana caranya menda- patkan energi? Makan dan bernapas (respirasi) merupakan cara yang dilaku- kan manusia untuk memperoleh energi. Respirasi merupakan suatu proses menghasilkan energi yang diperlukan untuk memecah molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana, utamanya molekul gula sederhana menjadi karbondioksida dan uap air serta energi. Secara sederhana, reaksi respirasi dapat dituliskan sebagai berikut. C6H12O6+ 6O2 6H2O + 6CO2 + energi Perhatikan reaksi kimianya, jika kita lihat reaksinya berkebalikan dengan reaksi fotosintesis. Tahukah Anda proses kimia yang menyangkut respirasi sebenarnya adalah kompleks, yaitu proses kimia yang ditandai dengan rentetan reaksi kimia yang akan kita pelajari pada sub bab berikutnya. A METABOLISME Seperti yang Anda ketahui dalam proses penyediaan energi, baik pada tumbuhan maupun manusia, melalui rentetan reaksi kimia. Jika seluruh reaksi kimia terjadi dalam sel makhluk hidup, maka reaksinya disebut reaksi biokima. Seluruh proses atau reaksi biokimia yang terjadi dalam sel disebut metabolisme. Metabolisme merupakan rangkaian reaksi kimia yang diawali oleh substrat awal dan diakhiri dengan produk akhir, yang terjadi dalam sel. Perlu Anda ketahui reaksi tersebut meliputi reaksi penyusunan energi (anabolisme) dan reaksi penggunaan energi (katabolisme). Dalam reaksi biokimia terjadi perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain, misalnya energi kimia dalam bentuk senyawa Adenosin Trifosfat (ATP) diubah menjadi energi gerak untuk melakukan suatu aktivitas seperti bekerja, berlari, jalan, dan lain-lain. Proses metabolisme yang terjadi di dalam sel makhluk hidup seperti pada tumbuhan dan manusia pada Gambar 2.1 di depan, melibatkan sebagian be- sar enzim (katalisator) baik berlangsung secara sintesis (anabolisme) dan respirasi (katabolisme). Apa peran enzim di dalam reaksi kimia yang terjadi di dalam sel? Pada saat berlangsungnya peristiwa reaksi biokimia di dalam sel, enzim bekerja secara spesifik. Enzim mempercepat reaksi kimia yang menghasilkan senyawa ATP dan senyawa-senyawa lain yang berenergi tinggi seperti pada proses respirasi, fotosintesis, kemosintesis, sintesis protein, dan lemak. 36 Biologi SMA/MA Kelas XII  Senyawa Adenosin Trifosfat (ATP) merupakan molekul kimia berenergi tinggi. Berasal dari manakah energi itu? Molekul Adenosin Trifosfat (ATP) berasal dari perubahan glukosa melalui serangkaian reaksi kimia yang pan- jang dan kompleks. Energi yang terkandung dalam glukosa tersebut berupa energi ikatan kimia yang berasal dari proses transformasi energi sinar mata- hari. Transformasi energi tersebut dalam biologi dapat digambarkan melalui Gambar 2.2 sebagai berikut. 4H ---> He + 2e + Energi hf Cahaya Matahari Energi Matahari (1) Sumber: Ilustrasi Haryana 6CO2 + 6H2O + nhf (2) C6H12O6 + 6O2 (3) C6H12O6 + 6O2 biologis Energi Kimia 6CO2 + 6H2O + np Tumbuhan hijau Hewan Panas (4) Entropi Gambar 2.2 Bagan transformasi energi dalam biologi Bagan itu dapat dijelaskan sebagai berikut. 1. Selama proses fotosintesis, energi matahari yaitu dalam bentuk radiasi atau pancaran cahaya matahari matahari berubah menjadi energi kimia dalam ikatan senyawa organik. Lambang f merupakan frekuensi cahaya dan lambang h merupakan konstanta Planch, yang berkaitan dengan energi dan frekuensi. 2. Pada waktu dalam respirasi sel, energi kimia dalam senyawa kimia ber- ubah menjadi persenyawaan yang berupa ATP. 3. Dalam sel, energi kimia ikatan fosfat yang kaya akan energi (ATP) dapat difungsikan untuk kerja mekanis, listrik, dan kimia. 4. Pada akhirnya energi mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi panas dalam bentuk “entropi”. Biologi SMA/MA Kelas XII 37  Bagan transformasi energi dalam biologi dapat dibedakan menjadi tiga proses berikut. 1. Transformasi Energi oleh Klorofil Energi radiasi sinar matahari yang ditangkap oleh klorofil kemudian diubah menjadi energi kimia melalui proses fotosintesis. Energi kimia tersebut digunakan untuk mensintesis CO2 dan H2O menjadi glukosa dan senyawa kompleks lainnya sebagai energi pengikat dan penghubung inti-inti atom yang tersimpan dalam bentuk senyawa karbohidrat (sebagai bahan makanan). Jadi, energi radiasi matahari yang berbentuk energi kinetik diubah menjadi energi potensial dan energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan bahan makanan lainnya sebagai energi ikatan yang menghubungkan atom- atom bakunya. 2. Transformasi Energi oleh Mitokondria Di dalam mitokondria energi kimia digunakan untuk mengubah karbohi- drat dan senyawa lainnya sebagai energi ikatan fosfat melalui respirasi sel untuk oksidasi DNA, RNA, protein, dan lemak. Mitokondria banyak terdapat pada sel-sel otot makhluk hidup dan sel-sel saraf. 3. Transformasi Energi oleh Sel Jika sel melakukan kegiatan, maka energi kimiawi dari ikatan fosfat akan terlepas dan berubah menjadi energi bentuk lain seperti energi mekanik untuk kerja kontraksi otot, energi listrik untuk meneruskan impuls saraf, energi sintesis untuk membangun senyawa pertumbuhan, serta sisanya akan mengalir ke sekeliling sel dan hilang sebagai energi panas. Sebagaimana telah diuraikan sebelumnya, pada saat berlangsungnya proses metabolisme dalam sel makhluk hidup, ada beberapa komponen penting yang berperan di dalamnya yaitu adanya aktivitas enzim, dihasilkan energi tinggi berupa Adenosin Trifosfat (ATP) dan reaksi oksidasi reduksi (pelepasan dan pembebasan) elektron. 38 Biologi SMA/MA Kelas XII B KOMPONEN-KOMPONEN YANG BERPERAN DALAM METABOLISME Untuk memperlancar berlangsungnya proses reaksi metabolisme dalam sel makhluk hidup melibatkan komponen-komponen penting yang sangat berperan sebagai penunjangnya. Tanpa komponen-komponen penunjang itu, maka proses reaksinya tidak akan berjalan dengan lancar. Komponen-kom- ponen yang sangat berperan dalam proses metabolisme sel makhluk hidup terdiri atas enzim, Adenosin Trifosfat (ATP), reaksi oksidasi reduksi dengan penjelasan sebagai berikut. 1. Enzim Enzim merupakan senyawa organik atau katalis protein yang dihasilkan oleh sel dan berperan sebagai katalisator yang dinamakan biokatalisator. Jadi, enzim dapat mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia yang berlangsung di dalam sel. Perlu Anda ingat, walaupun enzim dibuat di dalam sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di dalam sel. Reaksi yang dapat dikendalikan oleh enzim antara lain respirasi, fotosintesis, pertumbuhan, dan perkembangan, kontraksi otot, pencernaan dan fiksasi nitrogen. Secara kimia enzim terdiri atas dua bagian (enzim lengkap/holoenzim), yaitu bagian protein (apoenzim) dan bagian bukan protein (gugus prostetik) yang dihasilkan dalam sel makhluk hidup. Jika gugus prostetiknya berasal dari senyawa organik kompleks (misalnya, NADH, FADH, koenzim A dan vitamin B) disebut koenzim, apabila berasal dari senyawa anorganik (misal- nya, besi, seng, tembaga) disebut kofaktor. Apakah semua senyawa organik yang dihasilkan oleh makhluk hidup adalah enzim? Apa ciri-cirinya? Senyawa organik yang merupakan enzim memiliki ciri-ciri yaitu enzim adalah protein, diperlukan dalam jumlah yang sedikit, dapat digunakan berulang kali, bekerja secara khusus, rusak oleh panas, dan sensitif terhadap keadaan lingkungan yang terlalu asam atau terlalu basa. Enzim memiliki sifat khusus, yaitu hanya dapat mengakatalisis suatu reaksi tertentu, sebagai contoh enzim lipase hanya dapat mengkatalisis reaksi perubahan dari lemak menjadi gliserol dan asam lemak. Reaksinya sebagai berikut. Lipase Lemak Gliserol + Asam lemak Biologi SMA/MA Kelas XII 39  Sifat khusus enzim lainnya adalah tidak ikut bereaksi, artinya enzim hanya memproses substrat (contohnya, lemak) menjadi produk (contohnya, gliserol dan asam lemak) tanpa ikut mengalami perubahan dalam reaksi itu. Sumber: Ilustrasi Haryana Bahan tempat kerja enzim dise- but substrat dan hasil dari reaksi disebut produk. Dengan demikian enzim dapat digunakan kembali un- tuk mengkatalisis reaksi yang sama, berikutnya. Mekanisme kerja enzim dapat Anda lihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Hubungan enzim dan substrat Secara sederhana cara kerja enzim dapat digambarkan dengan kunci dan gembok. Kompleks enzim dapat tumbuh pada substrat karena pada permukaan enzim terdapat sisi aktif. Sisi aktif tersebut mempunyai konfigurasi aktif tertentu dan hanya substrat tertentu yang dapat bergabung dan menyebabkan enzim dapat bekerja secara spesifik. Secara sederhana reaksi enzim dituliskan: E + S ES E + P (Enzim) (Substrat) (Kompleks enzim-substrat) (Enzim) (Hasil) Sifat-sifat enzim selain sebagai biokatalisator dan sebagai suatu protein, enzim mempunyai sifat yaitu berperan tidak bolak-balik. Artinya enzim dapat bekerja menguraikan suatu substrat menjadi substrat tertentu dan tidak sebaliknya dapat menyusun substrat sumber dari hasil penguraian, misalya enzim protease dapat menguraikan protein menjadi asam amino, tetapi tidak menggabungkan asam aminonya menjadi protein. Enzim menjadi rusak apabila berada pada suhu yang terlalu panas atau terlalu dingin. Sebagian besar enzim akan rusak pada suhu di atas 60oC ka