Eksperimen: Uji Fotosintesis Menggunakan Metode Uji Cakram Apung pada Daun

 Proses fotosintesis merupakan reaksi biokimia yang dilakukan oleh tumbuhan, alga dan berbagai bakteri untuk menghasilkan nutrisi yang dapat digunakan sebagai sumber energi dengan menggunakan energi cahaya. Hampir semua makhluk hidup bergantung pada energi yang dihasilkan selama fotosintesis, sehingga proses ini  sangat penting untuk kelangsungan hidup makhluk hidup di bumi. Fotosintesis juga memainkan peran penting dalam  sebagian besar oksigen  di atmosfer bumi. 

Organisme yang menggunakan fotosintesis (foto berarti cahaya) untuk menghasilkan energi  dikenal sebagai fototrof. Selama fotosintesis, karbon bebas yang dilepaskan oleh CO2 terikat (melekat) pada gula sebagai molekul penyimpan energi, sehingga fotosintesis merupakan salah satu cara asimilasi karbon. Selain fotosintesis, organisme juga dapat mengasimilasi karbon melalui kemosintesis yang dilakukan oleh berbagai bakteri belerang.

Tumbuhan, terutama tumbuhan tingkat tinggi, untuk mendapatkan makanan yang sangat penting bagi kelangsungan hidupnya, harus melakukan proses yang disebut sintesis karbohidrat, yang berlangsung di daun tumbuhan yang mengandung klorofil, dengan menggunakan sinar matahari. Sinar matahari merupakan sumber energi yang dibutuhkan tanaman untuk proses ini. Fotosintesis terjadi pada organel plastid yang disebut kloroplas. Kloroplasmengandung pigmen daun hijau yang disebut klorofil, yang terdapat pada sel mesofil daun tumbuhan seperti B. sel palisade dan sel spons terjadi. 

Klorofil hadir dalam protein membran integral tilakoid dalam kloroplas.Ada dua jenis klorofil, yaitu klorofil A dan klorofil B. Klorofil A merupakan pigmen hijau yang dapat menyerap cahaya merah dan biru-ungu serta berperan penting dalam reaksi gelap fotosintesis. Klorofil B, di sisi lain, adalah pigmen biru-hijau yang dapat menyerap cahaya biru dan merah-oranye. Klorofil B ditemukan pada tanaman, ganggang hijau dan beberapa bakteri autotrofik.

Klorofil mempunyai butir-butir hijau di dalam kloroplas. Pada umumnya kloroplas berbentuk lonjong, bahan dasarnya disebut stroma, dan butiran yang dikandungnya disebut grana. Ada dua jenis klorofil pada tumbuhan tinggi, yaitu:

• klorofil-a: C55H72O5N4Mg, hijau tua
• klorofil-b: C55H70O6N4Mg, hijau muda

Eksperimen Fotosintesis: Daya Apung Daun

Eksperimen ini akan menggunakan sistem yang menghitung kandungan oksigen total. Karena struktur inti spons daun sering diisi dengan gas (O2 dan CO2), bagian daun yang diuji cenderung mengapung di air. Namun, ketika gas dipaksa keluar dari struktur inti spons oleh ruang hampa, sehingga ruang antar sel dikosongkan dan diganti dengan cairan encer dengan bikarbonat yang lebih sedikit, kerapatan cakram daun meningkat dan cakram daun turun menjadidi air terjun.Dengan adanya bikarbonat sebagai sumber karbon dioksida alternatif, fotosintesis dapat berlangsung di piringan daun yang terkulai. 

Selama proses fotosintesis, kandungan oksigen di ruang udara mesofil spons terakumulasi dan cakram daun naik ke permukaan dan mengapung di kolom air.Oleh karena itu, kecepatan fotosintesis dapat diukur secara tidak langsung dengan kecepatan apung cakram daun.

Tujuan Eksperimen

1. Merancang dan melakukan percobaan untuk mempelajari pengaruh beberapa faktor, termasuk perubahan lingkungan, terhadap laju respirasi sel.

2. Mengaitkan dan menerapkan konsep, termasuk hubungan antara struktur dan fungsi sel (kloroplas), strategi untuk menangkap, menyimpan dan memanfaatkan energi bebas, difusi gas melintasi membran sel, dan prinsip fisika yang berkaitan dengan sifat dan perilaku gas.

Metode yang digunakan untuk mengukur piringan apung menggunakan prinsip fisika dan bergantung pada bagaimana variabel yang dipilih mempengaruhi laju fotosintesis. Dibutuhkan kemauan untuk mengembangkan keterampilan tertentu saat bereksperimen, terutama dengan teknik cakram mengambang. Keterampilan yang paling sulit adalah menenggelamkan cakram daun, jadi jangan hanya melihat orang lain melakukannya.

Alat 

1. Pelobang kertas

2. 2 gelas plastik kaca bening

3. 2 jarum suntik plastik - tanpa jarum, ukuran 10cc atau lebih besar)

4. Pengukur waktu /Stopwatch

5. Sumber cahaya

Bahan 

1. Soda kue (natrium bikarbonat)

2. Sabun cair

3. Daun hidup (bayam kecil, daun mint, dll.)

Prinsip Kerja 

Gelembung oksigen yang terperangkap biasanya ada di ruang udara mesofil spons pada daun tanaman. Dalam prosedur eksperimental ini, ruang hampa diciptakan sehingga gelembung udara dapat dikeluarkan dari mesofil spons. Setelah itu, larutan disusupkan ke dalam spons tersebut. 

Hal ini memungkinkan cakram daun untuk tenggelam ke dalam larutan eksperimental. Apabila larutan tersebut memiliki ion bikarbonat dan cahaya yang cukup, maka cakram daun akan memulai proses fotosintesis dan menghasilkan gula serta oksigen. Oksigen yang dihasilkan akan terkumpul di daun selama fotosintesis berlangsung, sehingga menyebabkan cakram daun mengapung kembali. Melalui prosedur ini, laju netto fotosintesis dapat diukur secara tidak langsung.

Cara Kerja 

 1. Disiapkan 300 mL larutan bikarbonat dengan kosentrasi 0,2% untuk setiap percobaan. Larutan tersebut dibuat dengan melarutkan 1/8 sendok teh baking soda dalam 300 mL air. Bikarbonat berfungsi sebagai sumber karbon dioksida untuk melepaskan cakram.

2. Tuangkan air soda kue ke dalam gelas plastik bening sedalam 3 cm. Pada cangkir  diberikan label "dengan CO2". Lalu Isi gelas kedua dengan air untuk digunakan sebagai kontrol. Diberi pada cangkir tersebut dengan label "Tanpa CO2". Seluruh proses membutuhkan persiapan bahan untuk kedua cangkir. Semua perlakuan dilakukan secara paralel untuk menyiapkan bahan untuk kedua cangkir secara bersamaan.

3. Gunakan penetes (atau sedotan) untuk menambahkan 1 tetes larutan sabun cair encer ke setiap cangkir dan larutkan. Menghindari gelembung sangat penting.  Jika larutan berbusa, encerkan dengan lebih banyak soda kue atau air. Sabun bertindak sebagai surfaktan atau 'zat pembasah', membasahi permukaan hidrofobik daun, memungkinkan larutan menembus daun dan menenggelamkan pelat daun ke dalam cairan.

4. Gunakan pelubang kertas untuk memotong setidaknya 10 cakram daun dengan jarak yang sama per cangkir. Hindari urat daun. Lembarannya dilubangi dengan banyak lubang, tetapi jumlah lubangnya sama. Pemilihan bahan tanaman mungkin merupakan aspek terpenting dari proses ini.  Hindari daun berbulu, karena permukaan daun harus halus dan tidak terlalu tebal. Mint dan bayam bekerja dengan baik, tetapi banyak yang lain juga bekerja. Perbedaan antar tanaman dapat menjadi salah satu faktor pendukung (variabel bebas) pada percobaan lainnya.

5. Selain itu, jaringan mesofil spons dan daun yang diinfiltrasi dengan larutan natrium bikarbonat harus dihilangkan gasnya. Dapat dilakukan dengan cara dibawah ini :

a. Lepaskan pendorong atau pendorong dari kedua jarum suntik. Tempatkan 10 cakram daun di setiap tabung jarum suntik.

b. Ganti penyedot dengan hati-hati agar tidak menghancurkan cakram daun. Dorong piston ke dalam hingga tersisa sedikit udara dan bilah cakram di dalam silinder (<10%).

c. Masukkan sedikit (5 mL) larutan natrium bikarbonat ke dalam satu alat suntik dan sedikit air ke dalam alat suntik lainnya. Ketuk jarum suntik untuk melepaskan cakram daun dari larutan.

d. Untuk membuat ruang hampa di dalam penyedot dan memaksa udara keluar dari jaringan daun, letakkan jari Anda di atas lubang kecil di semprit sambil menarik penyedot. Pertahanka vakum ini selama sekitar 10 detik. Gerakkan jarum suntik dengan gerakan memutar sehingga cakram daun bergerak bebas di dalam larutan. Kemudian tarik kembali piston untuk melepaskan kevakuman. Solusinya menembus (membasahi) rongga di cakram daun dan cakram daun tenggelam ke dalam semprit. 

Jika plunger tidak kembali, berarti vakum tidak berfungsi dengan baik dan harus diganti dengan spuit lain. Proses ini dapat diulang 2-3 kali untuk mengisi piringan daun. Jika mengalami kesulitan merendam cakram daun setelah sekitar tiga kali vakum, biasanya karena tidak ada cukup sabun di dalam larutan. Kemudian ditambahkan beberapa tetes sabun lagi. Namun, cakram daun Jika ditempatkan dalam vakum lebih dari 3 kali, mungkin rusak.

6. Tuang larutan dari cakram dan jarum suntik ke dalam gelas plastik bening yang sesuai. Cakram daun yang diinfiltrasi larutan bikarbonat ditempatkan dalam gelas kimia 'dengan CO2' dan cakram daun yang diinfiltrasi air ditempatkan dalam gelas kimia 'tanpa CO2'.

7. Tempatkan kedua cangkir di bawah sumber cahaya dan nyalakan pengatur waktu. Perhatikan jumlah floating disk. Jika perlu, putar larutan di dalam toples untuk menghilangkan cakram daun, terutama yang menempel di sisi toples. Lanjutkan sampai semua cakram mengapung di dalam gelas berisi larutan bikarbonat.

8. Pengujian berulang dari prosedur ini telah menunjukkan bahwa waktu rata-rata untuk 50% dari cakram daun mengapung harus digunakan sebagai titik acuan untuk pengujian ini ketika membandingkan perlakuan eksperimental yang berbeda. Poin 50% atau ET50 memberikan metode ini tingkat keandalan dan reproduktifitas yang tinggi. Ekstrapolasikan poin ini dari grafik yang dibuat dari data eksperimen.

Observasi

 1. Nyalakan lampu, nyalakan pengatur waktu dan amati pelat daun di bagian bawah cangkir. Periksa gelembung kecil di sekitar tepi dan dasar mangkuk. Setelah beberapa saat, pelat akan mulai mengapung di atas larutan.  Catat jumlah piring yang mengapung setiap menit sampai semua piring yang mengambang.

2. Berapa lama waktu yang diperlukan agar pelat pertama mengapung?  Berapa lama waktu yang diperlukan agar setengah dari pelat tersebut mengapung?Kapan waktu semua pelat akan mengapung?

3. Setelah semua piring mengapung, letakkan cangkir di lemari atau ruangan gelap atau tutupi cangkir dengan aluminium foil. Periksa cangkir setelah sekitar 15 menit. apa yang terjadi pada piring?

 

Author : Rosnida,M.Pd

MAN 1 Pekanbaru