8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Deskripsi Swietenia macrophylla King. Tanaman mahoni merupakan salah satu tanaman yang dianjurkan untuk pengembangan HTI (Hutan Tanaman Industri). Mahoni dalam klasifikasinya termasuk famili Meliaceae. Ada dua spesies yang cukup dikenal yaitu: S. macrophylla (mahoni daun lebar) dan S. mahagoni (mahoni daun sempit). Kedudukan mahoni dalam taksonomi tumbuhan adalah sebagai berikut. Kingdom Divisi Kelas Ordo Famili Genus Spesies
: Plantae (Tumbuhan) : Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga) : Magnoliopsida (berkeping dua / dikotil) : Sapindales : Meliaceae : Swietenia : Swietenia macrophylla King. (Suhono, 2010)
Tanaman ini berasal dari Amerika tropis, terutama Honduras, Guatemala, Yucatan, Meksiko, Venezuela, Peru, Bolivia, sampai Brazil. Kayu mahoni Honduras mirip dengan kayun mahoni Spanyol. Jenis umum ini ditanam sebagai tanaman peneduh karena sangat rindang.
Batang tanaman ini mencapai tinggi 10-20 m, berwarna cokelat tua keabuaabuan, dan memiliki banyak cabang sehingga kanopi berbentuk payung dan sangat rimbun (Suhono, 2010). Menurut Joker dan Scmidt (2000), daun mahoni bertandan dan menyirip yang panjangnya berkisar 35-50 cm, tersusun bergantian, halus berpasangan, 4-6 pasang tiap daun, panjangnya berkisar 9-18 cm. Bunga kecil berwarna putih, panjang 10-20 cm, malai bercabang.
8
9
Buah kering merekah, umumnya berbentuk kapsul bercuping 5, keras, panjang 12-15 (-22) cm, abu-abu coklat, dan halus. Bagian luar buah mengeras, ketebalan 5-7 mm bagian dalam lebih tipis. Dibagian tengah mengeras seperti kayu, berbentuk kolom dengan 5 sudut yang memanjang menuju ujung. Buah akan pecah mulai dari ujung atau pangkal pada saat masak dan kering. Biji menempel pada kolumela melalui sayapnya, meninggalkan bekas yang nyata setelah benih terlepas. Umumnya setiap buah mahoni terdapat 35-45 biji (Joker dan Scmidt, 2000). 2.2 Klorofil Klorofil merupakan katalisator yang penting pada tumbuhan terutama dalam proses fotosintesis. Klorofil terdapat dalam kloroplas dalam jumlah nisbi banyak, sering terikat longgar dengan protein, tetapi mudah diekstraksi ke dalam pelarut lipid seperti aseton dan eter (Harborne, 1987;259). Sifat fisik klorofil adalah menerima dan atau memantulkan cahaya dengan gelombang yang berlainan (berpendar = berfluoresensi). Klorofil banyak menyerap sinar dengan panjang gelombang antara 400-700 nm, terutama sinar merah dan biru. Sifat kimia klorofil, antara lain (1) tidak larut dalam air, melainkan larut dalam pelarut organik yang lebih polar, seperti etanol dan kloroform; (2) inti Mg akan tergeser oleh 2 atom H bila dalam suasana asam, sehingga membentuk suatu persenyawaan yang disebut feofitin yang berwarna coklat (Dwidjoseputro, 1994 dalam Ai dan Banyo, 2011). Klorofil terdiri dari molekul empat cincin pirol, satu dengan lainnya dihubungkan oleh gugus metana (-CH=). Pada inti molekul terdapat atom magnesium yang diikat oleh nitrogen dari dua cincin pirol dengan ikatan kovalen
10
serta oleh dua buah atom nitrogen dari dua cincin pirol lain dengan ikatan koordinat kovalen (Rothemund, 1956), seperti yang telah dicantumkan pada gambar 1.
Gambar 1. Struktur Molekul Klorofil (Rothemund, 1956:6) Dari total pigmen hijau yang diperoleh dari daun, sekitar 72 persen adalah klorofil a dan sisanya klorofil b. Proporsinya agak bervariasi, namun tidak lebih dari 10 %. Kedua klorofil ini memiliki rumus berikut, seperti (Palladin, 1923: 7) : a. Klorofil a, C55H72 O5N4Mg b. Klorofil b, C55H70O6N4Mg Menurut Tswett dalam Rothemund (1956:2) menetapkan bahwa beberapa tumbuhan mengandung dua pigmen hijau, yaitu klorofil a sebagai blue-green chlorophyll dan klorofil b sebagai yellow-green chlorophyll. Beberapa tumbuhan lebih banyak mengandung klorofil a daripada klorofil b. Kedua klorofil tersebut menurut Harborne (1987:259), memiliki perbedaan yang terletak pada struktur klorofil a yang memiliki gugus metil, sedangkan klorofil b memiliki gugus aldehida yangterikat di kanan atas cincin pirol. Struktur klorofil a dan b tertera pada gambar 2.
11
Gambar 2. Struktur molekul Klorofil a (A), dan Struktur molekul Klorofil b (B) (Rothemund 1956:198) Pada tahap pertama biosintesis klorofil, asam amino asam glutamat dikonversi menjadi 5-asam amino levulinat (ALA) terbentuk dari suksinil KoA dan glisin oleh enzim ALA sintetase. Pada reaksi ini asam glutamat melekat ke molekul RNA transfer. Ini adalah salah satu contoh kecil dalam biokimia di mana tRNA digunakan dalam proses selain sintesis protein. Dua molekul ALA kemudian terkondensasi untuk membentuk porphobilinogen (PBG), yang akhirnya membentuk cincin pirol dalam klorofil. Tahap berikutnya adalah perakitan struktur porfirin dari empat molekul PBG. Fase ini terdiri dari enam langkah enzimatik yang berbeda, berakhir dengan produk protoporfirin IX. Semua tahapan dalam biosintesis sampai pada Porifirin sama untuk sintesis klorofil dan heme. Tapi di sini cabang jalur, dan molekul tergantung pada logam yang diikat pusat porfirin tersebut. Jika magnesium dimasukkan oleh enzim magnesium chelatase, maka akan diubah menjadi molekul klorofil, jika besi yang dimasukkan, maka akan berlangsung pembentukan menjadi heme.
12
Gambar 3. Tahapan Biosintesis Klorofil Tahap berikutnya dari jalur biosintesis klorofil adalah pembentukan cincin kelima (cincin E) oleh siklisasi salah satu rantai samping asam propionat membentuk protochlorophyllide. Jalur ini melibatkan pengurangan/reduksi salah satu ikatan ganda dalam cincin D, menggunakan NADPH. Proses ini digerakkan oleh cahaya
13
pada angiosperma dan dibantu oleh enzim protochlorophyllide oksidoreduktase (POR) (Taiz and Zeiger, 2010). 2.3 Stomata Stomata adalah celah di antara epidermis yang diapit oleh 2 sel penutup. Di dekat sel penutup terdapat sel-sel yang mengelilinginya disebut sel tetangga. Sel penutup dapat membuka dan menutup sesuai dengan kebutuhan tanaman akan transpirasinya, sedangkan sel-sel tetangga turut serta dalam perubahan osmotik yang berhubungan dengan pergerakan sel-sel penutup. Stomata terdapat pada semua bagian tumbuhan yang terdedah ke udara, tetapi lebih banyak terdapat pada daun (Pandey dalam Haryanti, 2010). Stomata berasal dari kata Yunani : stoma yang mempunyai arti lubang atau porus. Jadi, stomata adalah porus atau lubang-lubang yang terdapat pada epidermis yang masing-masing dibatasi oleh dua buah sel penutup. Fahn (1991) menambahkan bahwa stomata merupakan kesinambungan epidermis terputus-putus oleh lubanglubang kecil sekali. Bagian tersebut adalah ruang antar sel yang dibatasi oleh dua sel khas yang disebut sel penjaga. Sel penjaga bersama-sama dengan lubang di antaranya membentuk stoma. Hidayat (1995) mengatakan bahwa stomata berkembang menjelang aktivitas meristematik pada epidermis selesai, daun terus berkembang selama beberapa waktu, di saat daun memanjang dan meluas karena perbesaran sel. Pada perkembangan stoma di Angiospermae, sel induk dari sel penutup biasanya dibentuk dengan pembelahan sel protoderm yang menghasilkan anak sel yang tak sama besar. Sel anak yang kecil membelah menjadi dua sel sama besar dan setiap sel anaknya
14
berkembang menjadi sel penutup. Dengan meluas secara berbeda-beda, sel penutup memperoleh bentuknya yang khas. Zat antar sel diantara kedua sel penutup membengkak dan hubungan antar kedua sel itu melemah. Celah stomata terbentuk pada saat kedua sel itu memisah di bagian tengah. Berbagai penyesuaian dalam ruang terjadi antara sel penutup dan sel di dekatnya sehingga sel penutup dapat menonjol ke atas atau bertempat lebih rendah dari permukaan epidermis. Pada daun dikotil, sel penutup biasanya berbentuk lengkung seperti biji kacang merah atau ginjal bila dilihat dari atas. 2.4 Letak dan jumlah stomata Stomata hanya terdapat di permukaan bawah daun, tapi sering ditemui di kedua permukaan, tapi lebih banyak terletak di bagian bawah daun. Pada daun-daun yang berwarna hijau stomata akan terdapat pada kedua permukaannya atau kemungkinan pula hanya terdapat pada satu permukaannya saja, yaitu pada permukaan bagian bawah. Menurut Mayer dan Anderson dalam Sutrian (2004) bahwa pada daun dikotiledoneae mengandung sejumlah stomata pada tiap cm2 dari daun tumbuhan itu terdapat sekitar 1.000 sampai 100.000 stomata. Frekuensi stomata tidak saja bervariasi antar jenis tetapi juga antar daun dari tumbuhan yang sama (Hariyanto, 2010). Letak dan jumlah stomata daun pada permukaan daun berhubungan dengan fungsi stomata pada daun sebagai salah satu sarana transpirasi, karena stomata berperan dalam membantu meningkatkan laju angkutan air dan garam mineral, mengatur suhu tumbuhan dengan cara mengatur melepaskan kelebihan panas dan mengatur turgor optimal di dalam sel (Sasmitamihardja, 1990). Perubahan jumlah
15
stomata dan epidermis dapat dilihat melalui indeks stomata. Indeks stomata dihitung dengan menggunakan rumus (Lestari, 2009) yaitu : Jumlah Stomata Indeks Stomata =
x 100 % Jumlah Stomata + Jumlah sel epidermis
2.5 Pencemaran udara Pencemaran udara terjadi jika komposisi zat-zat yg ada diudara melampaui ambang batas yang ditentukan. Adanya bahan-bahan kimia yang melampaui batas dapat membahayakan kesehatan manusia, mengganggu kehidupan hewan dan tumbuhan serta terganggunya iklim (cuaca) dengan aktivitas manusia dan kemajuan tekhnologi terutama akibat proses pembakaran bahan bakar di industri atau kendaraan bermotor, maka banyak gas-gas yang dihasilkan dan bercampur dengan udara sebagai zat pencemar. Bahan kimia yang merupakan zat pencemar udara adalah karbondioksida (CO2), karbonmonoksida (CO), sulfurdioksida (SO2), oksidanitrogen (NO2), senyawa hidrokarbon, dan partikulat logam berat(Pohan, N. 2002). Pencemaran udara ini dapat berbentuk padatan, seperti partikel kecil yang disebabkan oleh debu yang berterbangan akibat tiupan angin, asap dari industri dan kendaraan bermotor, serta proses pembusukan sampah organik. Pencemaran udara selain berbentuk padatan dapat berupa cairan dan gelombang. Pencemaran berupa cairan seperti air hujan maupun bahan kimia yang cukup dominan (bentuk gas seperti Ozon, CO2), sedangkan pencemaran udara yang berbentuk gelombang seperti kebisingan akibat suara yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor (Rahmawaty, 2002).
16
Menurut Wardhana (1995), bahwa udara di alam tidak pernah ditemukan bersih tanpa polutan sama sekali. Polutan yang mencakup 90 % dari jumlah polutan udara seluruhnya, dapat dibedakan menjadi lima kelompok sebagai berikut (dalam Putra 2002 : 1) : a. b. c. d. e.
karbon monoksida (CO) Nitrogen oksida (NOx) Hidrokarbon (HC) Sulfur dioksida (SO2) Partikel
2.5.1 Nitrogen Oksida (NOx) Nitrogen Oksida (Nox) yaitu senyawa jenis gas yang terdapat di udara bebas, sebagian besar berupa gas nitrit okdisa (NO) dan nitrogen oksida (NO2) serta berbagai jenis oksida dalam jumlah yang sedikit. Gas NO tidak berwarna dan tidak berbau, sedangkan gas NO2 berwarna coklat kemerahan, berbau tidak sedap dan cukup menyengat. Berbagai jenis NOx dapat dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar minyak (BBM) dan bahan bakar (BB) fosil lainnya pada suhu tinggi, yang dibuang ke lingkungan melalui cerobong asap pabrik-pabrik di kawasan pertanian dapat merusak hasil panen (Hidayati, 2009). Udara yang telah tercemar oleh gas nitrogen oksida tidak hanya berbahaya bagi manusia dan hewan saja, tetapi juga berbahaya bagi kehidupan tanaman. Pengaruh gas NOx pada tanaman antara lain timbulnya bintik-bintik pada permukaan daun. Pada konsentrasi yang lebih tinggi gas tersebut dapat menyebabkan nekrosis atau kerusakan pada jaringan daun. Dalam keadaan seperti ini daun tidak dapat berfungsi sempurna sebagai tempat terbentuknya karbohidrat melalui proses
17
fotosintesis, akibatnya tanaman tidak dapat berproduksi seperti yang diharapkan (Pohan, 2002). 2.5.2 Hidrokarbon (HC) Zat ini kadang-kadang disebut sebagai senyawa organik yang mudah menguap (Volatile organic compounds/VOC) dan juga sebagai gas organik reaktif (Reactive organic gases/ROG). Hidrokarbon merupakan uap bensin yang tidak terbakar dan produk samping dari pembakaran tak sempurna (Sudjoko dkk, 2011:5.20). Hidrokarbon yang berupa etilen (C2H4) dapat mengakibatkan kerusakan tanaman terutama dapat menghambat pertumbuhan yang ditandai dengan perubahan warna daundan kematian bagian-bagian bunga. Partikel yang berupa debu yang berada pada daun tanaman akan memberi lapisan kerak pada permukaan daun. Apabila lapisan kerak pada permukaan daun dalam jumlah banyak, akan dapat mengganggu proses fotosintesis pada tanaman (Srikandi 1999, dalam Anonim, 2011). 2.5.3 Sulfur dioksida (SO2) Emisi sulfur dioksida terutama disebabkan oleh pembakaran bahan bakar yang mengandung belerang (sulfur), termasuk bahan bakar minyak yang ditambang dari daerah-daerah vulkanik. Sulfur oksida terutama disebabkan oleh dua jenis gas belerang yang tidak berwarna, yaitu gas SO2 yang berbau sangat tajam dan tidak dapat terbakar di udara dengan SO3 yang tidak reaktif (Siregar, 2005). Sulfur oksida (SOx) terbentuk dari sulfur atau bahan yang mengandung sulfur bereaksi dengan oksigen. Sulfur oksigen yang utama adalah SO2. Pencemaran sulfur
18
dioksida sama halnya dengan pencemar lain yaitu dipengaruhi oleh dua faktor yaitu konsentrasi SO2 dan waktu kontak (Meitiyani, 2003). 2.5.4 Timbal Timbal merupakan salah satu jenis logam berat yang memiliki bobot atom lebih besar dari bobot atom kalsium dan densitasnya lebih besar dari 5 g/cm3. Logam berat memiliki nomor atom 22-92 dan terdapat pada periode IVA dan VIIA (Nurafiyati, 2004). Keberadaan logam berat di lingkungan berasal dari dua sumber yaitu dari alam (vulkanik) dan antropogenik (aktivitas manusia). Sumber antropogenik berasal dari aktivitas manusia, misalnya industri pertambangan, cat, penapisan logam, baterai, kaleng, yang merupakan sumber cukup besar adalah pembuangan gas kendaraan bermotor. Peningkatan kadar timbal di udara sangat dipengaruhi oleh emisi gas buang kendaraan bemotor yang menggunakan bensin yang mengandung timbal tetra etil lead. Stoker dan Seager (1972), menyatakan bahwa senyawa-senyawa timbal yang dikeluarkan oleh proses pembakaran bensin pada kendaraan bermotor cukup banyak jenisnya, tetapi yang paling besar yaitu timbal oksida (PbOx) (dalam Ronaldo, 2008). Menurut Fergusson (1990), dalam Antari dan Sundra (2002), bahan pencemar (polutan) yang berasal dari gas kendaraan bermotor umumnya berupa gas hasil sisa pembakaran dan partikel logam berat seperti timah hitam (Pb). Timah hitam (Pb) yang dikeluarkan dari kendaraan bermotor rata-rata berukuran 0,02-0,05 μm. Semakin kecil ukuran partikelnya semakin lama waktu menetapnya. Masuknya partikel timbal kedalam jaringan daun bukan karena timbal diperlukan tanaman, tetapi hanya sebagai akibat ukuran stomata daun yang cukup
19
besar dan ukuran partikel timbal yang relatif kecil dibanding ukuran stomata. Timbal masuk ke dalam tanaman melalui proses penyerapan pasif. Timbal setelah masuk ke dalam sistem tanaman akan diikat oleh membran-membran sel, mitokondria dan kloroplas yang kemudian akan menyebabkan penurunan kemampuan tanaman dalam menyerap air, pertumbuhan yang lambat, dan pembukaan stomata yang tidak sempurna (Widiriani, 1996 dalam Siregar, 2005). Penelitian yang dilakukan oleh Rahayu (1995) dalam Karliansyah (1997), pada tanaman sengon terbukti bahwa kadar Pb meningkat dengan makin tingginya kadar dan lamanya pemaparan Pb, demikian pula dengan klorofil yang memperlihatkan perubahan kadarnya akibat pemaparan pencemar untuk waktu yang lama dan kadar yang cukup tinggi. Secara anatomi, perubahan bentuk stomata juga terjadi.
