4
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Tanaman Angsana (Pterocarpus indicus Willd.) Pterocarpus indicus Willd. adalah suatu spesies alami yang berasal dari
Asia tenggara, Kamboja, Cina bagian utara, Timor Timur, Indonesia, Malaysia, Papua Nugini, Filipina, Thailand hingga Vietnam. Tanaman ini merupakan jenis tanaman pohon deciduous, yang tumbuh dengan ketinggian 30 – 40 m dengan diameter batang hingga lebih dari 2 meter. Daun berukuran 12 – 22
cm,
berbentuk pinnatus, dengan 5 – 11 lembar anak daun. Bunga dihasilkan di dalam panikula dengan panjang 6 – 13 cm yang terdiri dari sejumlah tertentu bunga, musim bunga sekitar bulan Februari hingga bulan Mei. Warna petal kuning – oranye dan wangi (Joker 2002). Sistematika tanaman angsana adalah sebagai berikut : Kerajaan
: Plantae
Divisi
: Magnoliophyta
Kelas
: Magnoliopsida
Bangsa
: Fabales
Suku
: Fabaceae
Marga
: Pterocarpus
Jenis
: Pterocarpus indicus Willd. Tanaman angsana (bahasa Indonesia “Sono” atau “Sana Kembang”)
merupakan tanaman habitus pohon dengan tinggi 10 – 40 m. Ujung ranting berambut. Kelopak berbentuk lonceng sampai berbentuk tabung, bergigi 5, tinggi 7 mm. Mahkota berwarna kuning oranye. Daun mahkota berkuku, berbentuk lingkaran, berlipat, melengkung. Polongan bertangkai di atas sisa kelopak, hamper bulat lingkaran, dengan paruh di samping, pipih sekali, sekitarnya bersayap, tidak membuka, dengan diameter 5 cm, pada sisi lebar dengan ibu tangkai daun yang tebal. Biji kebanyakan satu. Pohon ini kerapkali ditanam (Steenis 2006).
2.2.
Morfologi Daun Daun (folium) marupakan salah satu organ tumbuhan yang penting dan
terdapat dalam jumlah besar pada suatu tanaman. Bentuk daun biasanya tipis
5
melebar, kaya akan suatu zat warna hijau yang disebut klorofil (Tjitrosoepomo 1996). Bentuk daun yang tipis melebar dengan posisi daun pada batang yang menghadap ke atas selaras yang berperan penting pada saat peristiwa fotosintesis, transpirasi, dan respirasi bagi tumbuhan. Daun penumpu berbentuk lanset, panjang 1 – 2 cm. Daun berseling. Anakan daun 5 – 13, berbentuk bulat telur, memanjang, meruncing, mengkilat. Tandan bunga di bagian ujung dan duduk di ketiak, sedikit atau tidak bercabang, berambut coklat, berbunga banyak dan panjang berukuran 7 – 11 cm; anak tangkai 0,5 – 1,5 cm; bunga sangat harum (Tjitrosoepomo 1996).
2.3.
Struktur dan Fungsi Kloroplas Kloroplas berasal dari proplastida kecil yaitu plastida yang belum dewasa,
kecil dan hampir tak berwarna, dengan sedikit atau tanpa membran dalam. Kloroplas merupakan plastida yang mengandung pigmen hijau daun yang disebut klorofil, yang hanya terdapat dalam sel – sel tumbuhan. Klorofil pada umumnya hanya terdapat pada sel – sel batang muda, buah – buahan yang belum matang dan pada daun. Irisan melintang dari daun yang khas menyingkap beberapa lapisan jaringan yang berbeda. Sel – sel ini memiliki sedikit kloroplas oleh karena itu agak transparan sehingga agak melewatkan sebagian besar cahaya mengenainya kemudian menembus sel – sel pada lapisan berikutnya. Di bawah lapisan sel epidermis tersusun sedemikian rupa sehingga sel terbuka terhadap sinar matahari. Matahari matahari adalah sumber energi dasar untuk proses fotosintesis. Cahaya ditangkap oleh klorofil pada daun tanaman. Energi cahaya menggiatkan beberapa proses sistem enzim yang terlibat dalam rangkaian fotosintesis (Kimball 1992).
6
Gambar 1. Struktur kloroplas sel tanaman (Campbell et al 2002) Kloroplas terbungkus oleh membran ganda yang tidak berlipat seperti mitokondria. Ukuran kloroplas berbeda pada berbagai tanaman (Salisbury dan Ross 1995). Seluruh jenis plastida termasuk kloroplas diperkirakan berasal dari proplastida, yakni suatu organel yang tidak berwarna yang terdapat pada tumbuhan yang hidup pada tempat yang gelap maupun terang. Proplastida berukuran lebih kecil dari pada kloroplas dengan atau tanpa membran internal. Proplastida membelah pada saat embrio berkembang menjadi kloroplas ketika daun dan batang terbentuk. Kloroplas muda aktif membelah, khususnya bila terpajan pada cahaya.
7
Membran ganda kloroplas dapat terlihat jelas di bawah mikroskop dan berfungsi untuk mengatur keluar masuknya ion atau senyawa dari dan ke kloroplas. Pada membran internal kloroplas terdapat pigmen fotosintesis, yang banyak pula terdapat di permukaan luar membran ineternal yang disebut thilakoid, yang berbentuk bulat pipih seperti kantong. Pada posisi tertentu thilakoid akan menumpuk rapi membentuk struktur yang disebut granum (jamak : grana). Thilakoid yang memanjang menghubungkan granum satu dengan yang lain di dalam matriks kloroplas yang disebut stroma (Lakitan 2000). Pigmen utama yang terdapat di dalam membran thilakoid adalah klorofil a dan klorofil b. Selain itu, terdapat pigmen – pigmen lain seperti karotenoid dan xantofil. Membran tilakoid bersifat cair sehingga senyawa – senyawa yang ada di dalamnya relatif mobile termasuk molekul – molekul protein yang ada. Adapun fungsi yang vital dari kloroplas adalah sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis. Pigmen – pigmen di dalam membran tilakoid akan menyerap cahaya yang berasal dari matahari atau sumber – sumber cahaya lainnya, kemudian mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP melalui serangkaian proses yang melibatkan eksitasi elektron Gardner et al (1991). Kloroplas adalah tempat dimana sebagian besar proses utama tumbuhan terjadi. Organel kloroplas berbentuk lensa yang berukuran 1 – 10 μm menunjukkan dua bagian pokok yaitu : (1) Lamela (membran) terdiri dari lamela stroma (lamela ganda) dan lamela grana (lamela bertumpuk) yang keduanya merupakan bagian pekat berisi pigmen – pigmen fotosintesis, (2) Stroma, bagian cair yang kurang padat merupakan tempat terjadinya reduksi CO2. Menurut Hopkins & Huner (2004) terdapat empat kompartemen utama kloroplas yaitu : (1) sepasang membran pembatas bagian luar, yang secara kolektif disebut selubung; (2) matriks tan bentuk yang disebut stroma; (3) struktur membrane internal yaitu tilakoid; dan (4) ruang intra tilakoid, atau lumen. Lambers (2000) menyatakan bahwa kloroplas terdapat pada sel – sel mesofil daun. Tiga proses utama yang terjadi adalah : (1) Penyerapan foton oleh pigmen, terutama klorofil, berasosiasi pada dua peristiwa fotosistem. Transfer eksitasi energi ke pusat reaksi fotosistem merupakan permulaan dari proses yang kedua; (2) Elektron dihasilkan dari reaksi air melalui produksi oksigen yang
8
secara terus – menerus diangkut melalui rantai transpor elektron di dalam membran tilakoid. Pada proses ini dihasilkan NADPH dan ATP yang digunakan pada proses yang ketiga. Kedua reaksi tersebut bergantung kepada enegri cahaya sehingga reaksi ini disebut reaksi terang fotosintesis; (3) NADPH dan ATP digunakan dalam siklus Calvin, dimana di dalamnya terjadi asimilasi CO2. Proses ini dapat terjadi pada kondisi tanpa cahaya sehingga dikatakan reaksi gelap fotosintesis.
2.4.
Biosintesis Klorofil Dua jenis klorofil yang terdapat sebagai butir – butir hijau dalam kloroplas
masing – masing berwarna hijau tua untuk klorofil a dengan rumus kimia C55H72O5N4Mg (Gambar 2) dan berwarna hijau muda untuk klorofil b dengan rumus molekul C55H70O6N4Mg (Dwidjoseputro 1981). Molekul klorofil terdiri dari dua bagian (Gambar 2) yaitu kepala porfirin dan rantai hidrokarbon yang panjang, atau ekor fitol. Porfirin adalah tetrapirol siklik, yang terdiri dari empat nitrogen yang mengikat cincin pirol yang dihubungkan dengan empat rantai metana disebut porfin (Hopkins 2004).
Gambar 2. Rumus molekul klorofil a dan klorofil b
9
Ion magnesium (Mg2+) adalah mengkhelat empat atom nitrogen di bagian tengah cincin. Ketika beberapa porfin bergabung akan membentuk porfirin yang dikatakan sebagai Protoporfirin IX. Bentuk ini merupakan dasar dari pembentukan hemoprotein vitamin B12 dan sitokrom seperti klorofil. Dailey (1990) menyatakan bahwa jalur biosintesis tetrapirol pada organisme fotosintetik berawal dari prekursor 5-asam amino levulinat (ALA) diikuti oleh protoporfirin IX yang kemudian dibagi menjadi 2 cabang yaitu heme yaitu sitokrom, dan klorofil.
Gambar 3. Tahapan biosintesis klorofil Biosintetik protoporfirin IX hampir identik pada jaringan tanaman. 5 – asam amino levulinat (ALA) terbentuk dari suksinil KoA dan glisin oleh enzim ALA sintetase. ALA dehidratase kemudian menghidrogenasi 2 molekul ALA untuk membentuk porfobilinogen (PBG) yang mengandung gugus pirol. Empat molekul PBG kemudian digunakan untuk membuat porfirin, urogen III. ALA disintesis di dalam mitokondria dan ditransformasikan ke kloroplas. Pembentukan ALA akan terhenti dalam gelap. Tanaman menjadi pucat dalam keadaan gelap dan
10
ketika dkembalikan ke cahaya ALA terakumulasi dan ini akan menghambat kerja enzim – enzim hidratase (Danks et al 1983). Warna kuning pada tanaman yang berada di tempat gelap disebabkan karena karotenoid. Kondisi ini adalah kondisi dimana protoklorofil a tertimbun dalam jumlah besar. Protoklorofil a adalah precursor klorofil a. Hanya dalam cahaya, ini menjadi kloroplas dan protoklorofil a dikonversikan menjadi klorofil a. Hopkins (2004) menambahkan bahwa struktur kimia protoklorofil berbeda dari klorofil karena adanya ikatan rangkap antara karbon ke – 7 dan k – 8 pada cincin IV. Reduksi ikatan ini dikatalisis oleh enzim NADPH : protoklorofil oksidoreduktase.
2.5.
Peran Klorofil Dalam Fotosintesis Fotosintesis merupakan suatu proses metabolisme dalam tanaman untuk
membentuk karbohidrat yang menggunakan CO2 dari udara bebas dan air dari dalam tanah dengan bantuan cahaya matahari dan klorofil (Jumin 1989). Fotosintesis adalah suatu proses penyusunan senyawa kimia dengan menggunakan energi cahaya. Proses fotosintesis akan terjadi jika ada cahaya dan pigmen perantara yaitu klorofil. Proses reaksi fotosintesis dalam tumbuhan tingkat tinggi terdapat dua tahapan : (1) Reaksi terang, dan (2) Reaksi gelap. Peran klorofil pada tahap reaksi terang yaitu fotosistem I dan fotosistem II yang menyangkut penyerapan energi matahari oleh klorofil pada panjang gelombang 700 nm, penyerapan energi matahari di fotosistem II pada panjang gelombang sekitar 680 nm. Fotosistem II mengandung lebih banyak klorofil b dari pada fotosistem I, pusat reaksi klorofil pada fotosistem II disebut P680. Fotosistem I merupakan suatu partikel yang disusun oleh sekitar 200 molekul klorofil a, 50 klorofil b sampai 200 pigmen karotenoid dan satu molekul klorofil matahari disebut P700 (Salisbury dan Ross, 1995). Proses fotosintesis yang tidak lengkap tidak akan terjadi pada kondisi yang gelap namun jka hal itu terjadi, disebabkan oleh enzim. Enzim ini tidak sensitif terhadap cahaya tetapi sensitif terhadap suhu. Proses reduksi karbondioksida pada karbohidrat melibatkan banyak reaksi enzim. Enzim – enzim yang berperan dalam
11
fotosintesis yang terjadi di dalam kloroplas berhubungan dengan siklus karbon, air terlarut dan pada stroma kloroplas. Salah satu enzim yang terdapat dalam daun dengan konsentrasi tinggi yaitu ribulosa bifosfat kaboksilase atau disingkat rubisco.
2.6.
Fungsi dan Struktur Anatomi Daun Organ – organ tumbuhan seperti akar, batang dan daun mempunyai peran
dan fungsi tersendiri. Fungsi daun yang utama adalah menyusun bahan organik (karbohidrat) dan senyawa anorganik (karbon dioksida) dan air dengan bantuan cahaya matahari melalui suatu proses yang dikenal dengan fotosintesis (Salisbury dan Ross 1995; Lakitan 2000). Fotosintesis merupakan suatu proses yang sangat penting bagi kelangsungan hidup tanaman. Selain fungsi utama tersebut, dan juga memiliki fungsi penyehatan lingkungan, yakni sebagai penjerap (adsorpsi) dan penyerap (absorpsi) gas beracun, aerosol dan partikel padat.
Gambar 4. Struktur anatomi daun (Mauseth 1988) Struktur anatomi daun jika dilihat secara melintang akan menampakkan bagian – bagian seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Struktur daun angsana berbentuk pipih mempunyai epidermis atas dan epidermis bawah. Permukaan atas daun disebut adaksial sedangkan bagian bawah daun disebut permukaan abaksial.
12
Mesofil terdiri dari jaringan parenkim yang terdapat di sebelah dalam jaringan epidermis. Mesofil mengalami diferensiasi membentuk jaringan fotosintetik yang berisi kloroplas. Angsana memiliki dua tipe parenkim di dalam mesofil yaitu parenkim palisade dan parenkim spons (Mulyani 2006). Sel parenkim palisade memanjang dan pada penampang melintangnya tampak berbentuk batang yang tersusun dalam deretan. Sel parenkim palisade tersusun atas satu atau beberapa lapisan. Angsana tergolong daun dorsiventral atau bifasial dimana parenkim palisade hanya terdapat pada salah satu sisi, dan sisi yang lainnya terdapat parenkim spons (Mulyani 2006). Sel parenkim spons bermacam – macam dan memiliki kekhususan yaitu adanya lobus (rongga) yang terdapat antara sel satu dengan yang lainnya. Jika sel palisade terdiri dari beberapa lapisan biasanya lapisan paling dalam sangat mirip dengan parenkim spons yang ada di dekatnya. Menurut Mulyani (2006), jika pada mesofil daun yang terdiri dari parenkim palisade dan parenkim spons, sebagian besar kloroplas terdapat pada jaringan palisade. Susunan sel di dalam mesofil memungkinkan daerah permukaan yang terkena sinar matahari dan berhubungan dengan udara secara langsung menjadi lebih luas. Seluruh daerah permukaan ini disebut daerah permukaan dalam daun. Tumbuhan yang hidup di daerah tercemar polutan akan menyerap gas – gas tersebut ke dalam jaringan mesofil daun pada saat proses asimilasi CO2. Pada kecepatan angin yang lebih tinggi, umumnya terjadi penambahan yang cukup besar dalam pengambilan senyawa gas yang lain misalnya SO2 yang disertai dengan membukanya stomata. Absorpsi SO2 secara normal akan dibatasi oleh lubang/celah stomata (Lambers et al. 2000). Sedangkan partikel yang terserap oleh daun adalah partikel yang masuk ke dalam celah stomata daun yang terperangkap dan terserap masuk ke dalam jaringan pagar dan jaringan bunga karang yang ada di dalam jaringan endodermis daun. Daun dengan stomata yang lebih banyak dan berukuran lebar memiliki kemampuan menyerap partikel lebih banyak dari pada daun dengan jumlah stomata yang sedikit dan berukuran kecil (Lambers et al. 2000).
13
2.7.
Karakteristik Amonia Molekul amonia tersusun dari atom nitrogen dengan rumus molekul NH3.
Pada suhu dan tekanan standar amonia berbentuk gas, bersifat toksik dan korosif terhadap beberapa bahan. Amonia bersifat polar sehingga sangat mudah larut dalam air. Sifat lain amonia adalah merupakan gas dengan karakter bau yang khas yang sangat tajam menyengat, lebih ringan dari udara, kerapatannya sebesar 0,68 g/l (dalam fase gas) dan kelarutannya dalam air adalah 540 g/l. pada suhu – 33,7 o
C amonia mulai mencair dan pada suhu – 75 oC memadat menjadi kristal
berwarna putih. Amonia yang dilepaskan dari sumbernya akan terdispersi (menyebar) di dalam atmosfer, kemudian bergerak menjauhi sumber searah dengan arah angin. Sebagian gas amonia terdeposisi kering pada permukaan tanah dan vegetasi, dan sebagian lainnya bereaksi dengan substansi lainnya di atmosfer menjadi partikel – partikel halus yang mengandung amonium (aerosol) (Treshow & Anderson 1991). Amonia bereaksi secara cepat dengan substansi asam di atmosfer seperti asam sulfat (H2SO4) dan asam nitrat (HNO3) atau asam klorida (HCl) menjadi garam amonium dalam bentuk partikel halus (berukuran < 2,5 μm). Sebagian dari partikel halus tersebut terdeposisi kering pada permukaan tanah dan vegetasi seperti halnya gas NH3, sedangkan sebagian partikel lainnya bergerak ke tempat yang cukup jauh dari sumber emisi hingga naik ke perbukitan. Jika pada tempatnya yang baru terjadi hujan, maka partikel halus tersebut akan terdeposisi basah pada permukaan tanah (Treshow & Anderson 1991). Selama proses pergerakan NH3 di atmosfer, terjadi pengenceran (penurunan) konsentrasi pada profil horizontal yang jelas dengan bertambahnya jarak dari sumber. Pada jarak 600 m dari sumber terjadi penurunan konsentrasi sebesar 50 % dan terjadi penurunan konsentrasi sampai dengan 70 % pada jarak 4 km dari sumber
2.8.
Sumber Amonia di Udara Pabrik pupuk PT. PUSRI merupakan salah satu pabrik pupuk dengan
kapasitas produksi yang besar. Pabrik PUSRI memproduksi pupuk urea dengan bahan baku amoniak cair. Urea termasuk pupuk anorganik yang diperlukan oleh tanaman budidaya sebagai sumber unsur hara nitrogen. Menurut Lakitan (2000)
14
fungsi unsur hara N bagi tanaman adalah sebagai komponen penyusun asam amino, protein, enzim, klorofil, hormon sitokinin dan auksin. Selain itu kelebihan unsur N pada tanaman dapat berakibat tanaman keracunan, penghambatan atau nekrosis pada mikoriza, kerentanan terhadap penyakit jamur pada akar, perubahan komposisi dalam proses nitrifikasi, denitrifikasi dan penambatan N dari udara. Di udara bebas yang terdiri dari campuran beberapa macam gas salah satunya adalah nitrogen. Nitrogen merupakan komponen udara terbanyak yaitu sekitar 76 % dari volume udara. Namun jumlah N yang melimpah ini tidak dapat digunakan secara langsung oleh manusia dan sebagian besar mahluk hidup lainnya. Sehingga dibutuhkan suatu mekanisme untuk menambat atau menangkap N tersebut dari udara (Soedomo 2001) . Keberadaan NH3 yang tinggi di udara dapat membahayakan mahluk hidup. Polutan amonia yang berasal dari aktivitas industri selama ini belum mendapatkan perhatian apalagi penanganan yang memadai karena dianggap kontribusinya terhadap pencemaran lingkungan (global) belum terlihat nyata. Walaupun dalam skala lingkungan lokal (lingkungan sekitar industri) keberadaan polutan amonia sama halnya dengan polutan – polutan lainnya seperti NO2 dan SO2 perlu mandapat perhatian serius dari semua pihak terutama pihak industri (Soedomo 2001) .
2.9.
Pengaruh Buangan Pabrik Pupuk Terhadap Tanaman Meningkatnya jumlah populasi dan industrialisasi, akan berpengaruh pada
tanaman, misalnya, pada proses pertumbuhannya melalui kontaminasi dengan substansi di tanah, air dan udara. Substansi ini termasuk di dalamnya gas, asam, partikulat dan materi radioaktif (Kramer dan Kozlowski 1979). Industri pupuk merupakan salah satu sumber polutan yang bersifat khas. Menurut Siregar (2005), pencemaran udara bergantung pada kadar lama pemaparannya, pencemaran udara dapat mengganggu dan membahayakan lingkungan hidup. Gangguan kesehatan pada manusia dan kerusakan benda – benda adalah contoh gangguan yang terjadi akibat pencemaran udara. Emisi gas – gas buangan berpengaruh secara ekologi : pada vegetasi, hujan asam dan efek rumah kaca.
15
Amonia sebagai senyawa khas yang dikeluarkan oleh pabrik pupuk berpotensi mempengaruhi sintesis klorofil. Lamanya pemaparan zat pencemar pada tumbuhan akan mengakibatkan terakumulasinya pencemar tersebut. Hal ini antara lain dapat terjadi pada sistem membran kloroplas tempat proses awal fotosintesis, yang dapat terganggu dan berubah akibat NOx, struktur kloroplas yang berubah akibat SO2 (Treshow & Anderson 1991). Amonia di atmosfer masuk ke dalam daun tanaman secara ekslusif melalui stomata dan terlarutkan menjadi bentuk amonium (NH4+) di dalam lapisan air dari sel mesofil. Laju penyerapan amonia ke dalam daun akan bertambah secara linier dengan mengikat amonia. Adanya lapisan lilin (kutikula) pada permukaan daun yang bersifat impermeabel terhadap gas NH3 menyebabkan ammonia hanya masuk melalui stomata. Banyaknya NH3 yang masuk melalui stomata tergantung dari daya hantar stomata (stomatal conductance). Oleh karena itu laju pengambilan amonia tergantung pada kondisi mikroklimat (radiasi, suhu udara, kelembaban relatif, turbulensi udara dan kadar air tanah tersedia), konsentrasi CO2 internal dan stres air tanaman. Kekuatan yang menggerakan penyerapan NH3 adalah perbedaan konsentrasi antara udara ambien dan jaringan mesofil. Sepanjang konsentrasi NH3 ambien melebihi konsentrasi mesofil (titik kompensasi) penyerapan NH3 dari udara oleh daun akan terjadi (Treshow & Anderson 1991).
