Fotosintesis dan Percobaannya

 

Fotosintesis adalah proses pembuatan energi atau zat makanan/glukosa yang berlangsung atas peran cahaya matahari (photo = cahaya, synthesis = proses pembuatan/pengolahan) dengan menggunakan zat hara/mineral, karbon dioksida dan air. Makhluk hidup yang mampu melakukan fotosintesis adalah tumbuhan, alga dan beberapa jenis bakteri. Fotosintesis sangat penting bagi kehidupan di bumi karena hampir semua makhluk hidup bergantung pada energi yang dihasilkan oleh proses fotosintesis

Proses Fotosintesis

Tumbuhan bersifat autotrof. Autotrof artinya dapat mensintesis makanan langsung dari senyawa anorganik. Tumbuhan menggunakan karbon dioksida dan air untuk menghasilkan gula danoksigen yang diperlukan sebagai makanannya. Energi untuk menjalankan proses ini berasal dari fotosintesis. Berikut ini adalah persamaan reaksi fotosintesis yang menghasilkan glukosa:

 

Glukosa dapat digunakan untuk membentuk senyawa organik lain seperti selulosa dan dapat pula digunakan sebagai bahan bakar. Proses ini berlangsung melalui respirasi seluler yang terjadi baik pada hewan maupun tumbuhan. Secara umum reaksi yang terjadi pada respirasi seluler berkebalikan dengan persamaan di atas. Pada respirasi, gula (glukosa) dan senyawa lain akan bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida, air, dan energi kimia.

Tumbuhan menangkap cahaya menggunakan pigmen yang disebut klorofil. Pigmen inilah yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Klorofil terdapat dalam organel yang disebut kloroplas.klorofil menyerap cahaya yang akan digunakan dalam fotosintesis. Meskipun seluruh bagian tubuh tumbuhan yang berwarna hijau mengandung kloroplas, namun sebagian besar energi dihasilkan di daun. Di dalam daun terdapat lapisan sel yang disebut mesofil yang mengandung setengah juta kloroplas setiap milimeter perseginya. Cahaya akan melewati lapisan epidermis tanpa warna dan yang transparan, menuju mesofil, tempat terjadinya sebagian besar proses fotosintesis. Permukaan daun biasanya dilapisi oleh kutikula dari lilin yang bersifat anti air untuk mencegah terjadinya penyerapan sinar Matahari ataupun penguapan air yang berlebihan.
Fotosintesis pada alga dan bakteri
Alga terdiri dari alga multiseluler seperti ganggang hingga alga mikroskopik yang hanya terdiri dari satu sel. Meskipun alga tidak memiliki struktur sekompleks tumbuhan darat, fotosintesis pada keduanya terjadi dengan cara yang sama. Hanya saja karena alga memiliki berbagai jenis pigmen dalam kloroplasnya, maka panjang gelombang cahaya yang diserapnya pun lebih bervariasi.Semua alga menghasilkan oksigen dan kebanyakan bersifat autotrof. Hanya sebagian kecil saja yang bersifat heterotrof yang berarti bergantung pada materi yang dihasilkan oleh organisme lain.

Proses Fotosintesis.

Tumbuhan membutuhkan sinar matahari, air, dan udara untuk membuat makanannya sendiri. Setiap hari, zat hijau daun pada daun tanaman menyerap cahaya matahari. Tumbuhan memanfaatkan cahaya matahari menjadi karbon dioksida dari udara, dan air dari tanah menjadi makanan yang mengandung gula. Tumbuhan lalu mengeluarkan oksigen sebagai hasil yang tidak terpakai, walaupun sebagian digunakan untuk bernapas. Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut.
Proses atau Reaksi fotosintesis ada dua
1. Reaksi terang

Berlangsung di dalam membran tilakoid di grana. Grana adalah struktur bentukan membran tilakoid yang terbentuk dalam stroma, yaitu salah satu ruangan dalam kloroplas. Di dalam grana terdapat klorofil, yaitu pigmen yang berperan dalam fotosintesis. Reaksi terang di sebut juga fotolisis karena proses penyerapan energi cahaya dan penguraian molekul air menjadi oksigen dan hidrogen.

2. Reaksi gelap

Berlangsung di dalam stroma. Reaksi yang membentuk gula dari bahan dasar CO₂ yang diperoleh dari udara dan energi yang diperoleh dari reaksi terang.

Tidak membutuhkan cahaya matahari, tetapi tidak dapat berlangsung jika belum terjadi siklus terang karena energi yang dipakai berasal dari reaksi terang.

Ada dua macam siklus, yaitu siklus Calin-Benson dan siklus hatch-Slack. Pada siklus Calin-Benson, tumbuhan menghasilkan senyawa dengan jumlah atom karbon tiga, yaitu senyawa 3-fosfogliserat. Siklus ini dibantu oleh enzim rubisco. Pada siklus hatch-Slack, tumbuhan menghasilkan senyawa dengan jumlah atom karbon empat. Enzim yang berperan adalah phosphoenolpyruvate carboxylase.

produk akhir siklus gelap diperoleh glukosa yang dipakai tumbuhan untuk aktivitasnya atau disimpan sebagai cadangan energi.

UJI AMILUM SEBAGAI HASIL FOTOSINTESIS

Praktikum yang ini merupakan variasi praktikum fotosintesis. Pada praktikum kali ini kita akan membuktikan bahwa fotosintesis pada daun memerlukan cahaya dan menghasilkan amilum. Desain praktikum ini sering disebut percobaan Sach (baca: sah)..

Tujuan

Praktikum ini bertujuan membutktikan bahwa fotosintesis yang berlangsung pada daun memerlukan cahaya dan menghasilkan amilum.

Alat dan bahan

• aluminium foil
• klip kertas
• beaker glass
• tabung reaksi
• gunting
• bunsen
• kaki tiga
• alkohol
• iodium
• tanaman berdaun dalam pot

Cara kerja

1. Letakkan tumbuhan berdaun di tempat gelap sekitar 2 – 3 hari.
2. Setelah itu pilihlah sehelai daun yang lebar, tutuplah sebagian permukaan daun dengan aluminium foil. Gunakan klip untuk menjepitnya.
3. Letakkan pot tersebut di tempat yang terkena cahaya matahari langsung selama sekitar 5 jam.
4. Petiklah daun yang telah ditutup dengan aluminium foil tersebut dan lakukan pengujian dengan lugol.
5. Cara melakukan uji amilum / lugol:
   a. Rebuslah daun dalam air mendidih selama beberapa menit hingga layu
   b. Rebuslah daun dalam alkohol panas untuk melarutkan klorofilnya (lihat gambar)
   c. Cucilah daun di bawah air mengalir
   d. Tetesilah daun dengan larutan lugol / iodium dan amatilah perubahan warnanya

Pertanyaan

1. Adakah perbedaan warna antara permukaan daun yang ditutup aluminium foil dengan yang tidak ditutup? Jelaskan mengapa demikian.
2. Simpulan apakah yang bisa kamu ambil dari percobaan ini?

Jawab

1. Ada perbedaan antara permukaan daun yang ditutup aluminium foil dengan yang tidak ditutup. Setelah ditetesi larutan iodium, pada bagian permukaan daun yang terbuka tampak berubah menjadi biru kehitaman. Ini menandakan pada bagian tersebut terdapat amilum yang merupakan hasil fotosintesis. Sedangkan bagian permukaan yang tertutup tampak berwarna pucat. Ini menandakan pada bagian tersebut tidak terdapat amilum karena tidak berlangsung fotosintesis.
2. Simpulan yang bisa ditarik adalah:
   a. Fotosintesis memerlukan cahaya, buktinya bagian daun yang terbuka terkena cahaya matahari langsung terbentuk amilum dari hasil fotosintesis
   b. Fotosintesis menghasilkan amilum, buktinya bagian daun yang ditutup aluminium foil (tidak terkena cahaya) berwarna pucat / tidak mengandung amilum karena tidak berlangsung fotosintesis

Penjelasan

Proses fotosintesis menghasilkan amilum. Ini bisa diketahui ketika permukaan daun yang terkena cahaya ditetesi larutan iodium warnyanya berubah menjadi biru kehitaman (iodium + amilum —–>biru kehitaman). Bagian daun yang tidak terkena cahaya tidak melakukan fotosintesis, sehingga tidak membentuk amilum. Ketika ditetesi iodium warnyanya pucat. Lihat gambar berikut ini:

UJI OKSIGEN SEBAGAI HASIL FOTOSINTESIS
Ada beberapa jenis praktikum yang berkaitan dengan bab fotosintesis, mulai disain untuk mengamati produk fotosintesis hingga membuktikan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap fotosintesis.
Disain yang pertama ini merupakan praktikum yang pernah dilakukan oleh Ingenhousz untuk membuktikan bahwa fotosintesis melepaskan oksigen. Di sini sekaligus diberikan beberapa perlakuan untuk membuktikan faktor-faktor yang berpengaruh terhadap fotosintesis.

Tujuan

– Membuktikan bahwa fotosintesis menghasilkan oksigen
– Mengamati faktor-faktor yang berpengaruh terhadap fotosintesis

Alat dan bahan

1. Beaker glass 100 ml
2. Corong kaca kecil
3. Tabung reaksi
4. Thermometer
5. Bascom plastic /ember kecil
6. Es
7. Air hangat 40⁰C
8. NaHCO₃
9. Kawat
10. Tumbuhan Hydrilla verticilata (tumbuhan air untuk aquarium)

Cara kerja

1. Rangkailah alat dan bahan seperti gambar di atas sebanyak 5 perangkat. Upayakan tabung reaksi dalam keadaan penuh berisi air (tidak ada rongga udara).
2. Berilah perlakuan sebagai berikut:
   a. Perangkat pertama diletakkan di tempat yang terkena cahaya matahari langsung
   Perangkat ke dua diberi NaHCO₃
   b. Perangkat ke tiga diberi es batu
   c. Perangkat ke empat tambahkan air panas hingga suhu air menjadi hangat sekitar 40⁰C
   d. Perangkat ke lima diletakkan di tempat teduh yang tidak terkena cahaya langsung
3. Amatilah gelembung yang muncul setelah 5 menit, catat hasil pengamatan pada table hasil pengamatan

Tabel Hasil pengamatan

Misalnya hasil pengamatan kamu seperti ini:

No	Perlakuan	Gelembung*)
1	Cahaya matahari langsung	++
2	Cahaya langsung + 5 gr NaHCO3	++++
3	Cahaya langsung + es batu	+
4	Cahaya langsung + air hangat	+++
5	Tempat teduh	+

*) Keterangan : beri tanda untuk jumlah gelembung yang muncul (-) bila tidak ada gelembung  (+) bila sedikit gelembung  (++) bila sedang gelembung (+++) bila banyak gelembung
(++++) bila banyak sekali gelembung

Pertanyaan

1. Berdasarkan kegiatan di atas, tentukan:
   a. Variable bebasnya ……………………………………
   b. Variabel terikatnya ……………………………………
   c. Variable kontrolnya …………………………………
2. Apakah tujuan penggunaan senyawa NaHCO₃ ?
3. Perlakuan mana yang yang menghasilkan gelembung udara lebih banyak?
4. Perlakukan mana yang menghasilkan gelembung udara paling sedikit? Mengapa?
5. Gelembung gas apakah yang dihasilkan dari percobaan tersebut? Bagaimana cara membuktikannya?
6. Berdasarkan kegiatan di atas tentukan faktor apakah yang mempengaruhi proses fotosintesis?
7. Berdasarkan eksperimenmu factor manakah yang paling efektif untuk berlangsungnya proses fotosintesis?

Diskusi / Jawaban

1. Variabel penelitian adalah sbb:
   a. Variabel bebas : pemberian NaHCO₃, pemberian es batu, air hangat, dan tempat teduh
   b. Variabel terikat : perbedaan jumlah gelembung yang muncul karena perbedaan perlakuan yang diberikan (karena variabel bebas)
   c. Variabel kontrol : perangkat 1 yang tidak diberi perlakuan apapun dan dibiarkan apa adanya d. sebagai kontrol untuk membandingkan hasil perlakuan yang lain (variabel bebas)
2. NaHCO₃ sebagai sumber CO₂. NaHCO₃ akan terurai menjadi NaOH dan CO₂. Karbondioksida digunakan dalam proses fotosintesis CO₂ + H₂O —–> C₆H₁₂O₆  + O₂
3. Yang menghasilkan gelembung terbanyak adalah perangkat yang dikenai cahaya matahari langsung dan ditambah NaHCO_3. Ini bisa terjadi karena dalam proses fotosintesis yang berlangsung pada perangkat 1 cukup terkena cahaya matahari dan cukup sumber CO₂ .
4. Yang menghasilkan gelembung paling sedikit adalah perangkat 3 dan 5. Perangkat 3 menghasilkan sedikit gelembung karena ditambah es batu. Ini mengakibatkan penurunan laju fotosintesis karena terjadi penurunan suhu. Suhu adalah salah satu faktor yang mempengaruhi laju fotosintesis. Sedangkan perangkat 5 tidak memperoleh cukup cahaya karena diletakkan di tempat teduh. Akibatnya laju fotosintesis juga menurun yang bisa diindikasi dari penurunan jumlah gelembung. Jika dibandingkan, perangkat 3 menghasilkan gelembung lebih banyak karena suhu air hangat (40⁰C) dan memperoleh cukup cahaya sehingga laju fotosintesis juga lebih tinggi.
5. Gelembung yang muncul adalah gelembung oksigen yang dilepaskan dari proses fotosintesis (persamaan reaksi jawaban nomor 2). Cara membuktikannya: dimasukkan dengan cepat sebuah lidi yang ujungnya membara ke dalam tabung reaksi pada perangkat percobaan. Ujung lidi yang membara dalam beberapa detik akan tampak menyala lebih terang.
6. Yang mempengaruhi proses fotosintesis pada percobaan ini adalah:
   a. cahaya
   b. karbondioksida
   c. suhu / temperatur
7. Faktor yang paling efektif untuk berlangsungnya fotosintesis pada percobaan ini mengacu pada hasil percobaan perangkat 2 yang terkena cukup cahaya dan cukup CO₂. Jadi faktor yang efektif untuk fotosintesis adalah cahaya dan CO₂.

Tip dan trik

Agar hasil percobaan lancar menghasilkan gelembung, lakukan beberapa hal berikut ini:

• Gunakan cukup banyak sampel tumbuhan Hydrilla. Lebih banyak Hydrilla, maka lebih banyak gelembung terbentuk.
• Tambahkan lebih banyak NaHCO₃. Dengan demikian ada lebih banyak sumber CO₂untuk fotosintesis.
• Jika percobaan tidak menggunakan cahaya matahari, tetapi menggunakan sumber lampu, maka gunakan lampu yang berkekuatan cukup terang, paling tidak sekitar 40 Watt. Letakkan lampu cukup dekat dengan perangkat agar intensitas cahaya cukup untuk fotosintesis. Cara ini akan meningkatkan intensitas cahaya dan sekaligus suhu air dalam perangkat.

Kelemahan

Disain percobaan seperti ini memiliki kelemahan. Jika digunakan banyak perangkat dengan perlakuan yang berbeda, maka idealnya semua perangkat sama kondisinya sebelum diberi perlakuan. Yang harus dibuat sama antara lain: jumlah air, jumlah/berat Hydrilla, dan suhu air.
Perbedaan karena faktor ini akan menyebabkan perbedaan jumlah gelembung yang muncul. Makanya bisa saja hasil percobaan kamu tidak sesuai dengan teori. Inilah yang namanya anomali.