Karakterisasi sifat biolistrik lengkeng diamond river (dimocarpus longan) tabulampot terhadap perbedaan cuaca hujan dan tidak hujan. Hamdan Akbar Notonegoro1), Rina Lusiani1), Najmi Firdaus2) 1) Jurusan Teknik Mesin, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Banten-Indonesia Jurusan PMIPA-Pend. Biologi, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Banten-Indonesia
2)
[email protected]
Abstract Telah dilakukan karakterisasi sifat biolistrik pada tanaman lengkeng diamond river (Dimocarpus longan) tabulampot. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui perbandingan sifat kelistrikan yang dimiliki oleh tanaman tersebut saat cuaca hujan dengan cuaca tidak hujan. Sifat kelistrikan berhubungan dengan banyaknya ion-ion yang diserap untuk mencukupi kebutuhan nutrisi pada tanaman. Karakterisasi dilakukan dengan mengukur beda potensial kelistrikan atau Electric potential differences (EPD), antar elektroda yang berjarak 15 cm antar titik tancap. Pengukuran dilakukan selama 24 jam dengan pencuplikan data dilakukan setiap satu jam. Kemudian dilakukan pembandingan antara cuaca hujan dan cuaca tidak hujan. Ditemukan bahwa EPD pada saat cuaca hujan menghasilkan beda potensial antara 6,2 mV sampai 21 mV, sedangkan pada cuaca tidak hujan beda potensial yang dihasilkan antara 14,5 mV hingga 19,8 mV. Tegangan terendah terjadi pada jam 12 siang atau pada saat turun hujan dan tegangan tertinggi terjadi pada jam 6 pagi. Proses transportasi nutrisi yang mengandung ion-ion mineral lebih optimal terjadi pada saat cuaca tidak hujan dibandingkan dengan saat cuaca hujan. Besarnya nilai EPD tidak ditentukan oleh perubahan tekanan osmotik pada akar tanaman, melainkan menyesuaikan diri dengan kondisi lingkungannya. Kata kunci: biolistrik, lengkeng diamond river, cuaca hujan, tekanan osmotik.
1. Pendahuluan Tanaman dalam hidupnya membutuhkan suplai nutrisi untuk tumbuh dan berkembang. Nutrisi ini diabsorpsi oleh akar lalu diangkut ke batang melalui xylem dan terus menuju ke daun selama terjadinya proses respirasi dan fotosintesis. Kombinasi proses dari gaya dorong terhadap suplai nutrisi tersebut menuju daun dikenal dengan + + + istilah transpirasi. Diantara nutrisi yang diserap tersebut terdapat dalam bentuk ion-ion seperti Na , K , dan NH4 . + + Dimana dalam beberapa kondisi sebagian ion Na dapat menggantikan ion K yang merupakan makronutrisi esensial bagi tanaman. Berbagai ion tersebut diabsorpsi melalui mekanisme pengangkutan pasif (osmosis) melalui membran yang terdapat di akar. Membran tersebut memiliki beda potensial pada kedua sisinya dan tumbuhan tanaman berfungsi mengatur besarnya kadar ion-ion tersebut yang masuk kedalam tanaman. Selanjutnya ion-ion mineral tersebut dikontrol melalui mekanisme osmoregulasi dalam sitosol sel-sel akar. [1][2] Telah diketahui pula bahwa tidak ada hubungan negatif antara tingkat konsentrasi ion-ion mineral pada media tanam dengan pertumbuhan tanaman.[3][4] Adanya beda potensial listrik atau Electric potential differences (EPD) pada tanaman telah diketahui dalam penelitian terdahulu. Pengukuran dilakukan terhadap tanaman turkey oaks (Quercus cerris L.) selama empat tahun, yang dilakukan dengan mengukur aliran getah pembuluh menggunakan teknik granier radial flowmeter dan parameter lingkungan sekitar seperti suhu, kelembapan udara, kelistrikan atmosfer, geomagnetic serta medan listrik bumi.[5] Telah dilakukan pula pengukuran terhadap potensial biolistrik pada tanaman pothos (Epipremnum aureum) untuk mengetahui hubungan antara potensial biolistriknya dan frekuensi cahaya yang diterima oleh tanaman tersebut. Dari penelitian tersebut diketahui bahwa fotosintesis pada tanaman sangat dipengaruhi oleh frekuensi cahaya yang diterimanya.[6] EPD pada tanaman berhubungan erat pergerakan muatan dari satu titik ke titik yang lain yang berbeda ketinggiannya. Muatan ini berasal dari ion-ion mineral, molekul polar dan air. Aliran tersebut membentuk beda potensial kelistrikan antar titik pada ketinggian yang berbeda. Secara teoritis, hubungan antara perpindahan muatan dan EPD adalah sebagai berikut:[6] (1) (2) (3) (4) (5)
Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013
123
Dimana adalah EPD (Volt), adalah posisi titik bawah dan adalah posisi titik atas (meter), Q adalah besarnya muatan (Coulomb), adalah arus biolistrik (Ampere), dan t adalah waktu (detik). Dari persamaan tersebut tampak hubungan antara perubahan EPD dengan perpindahan muatan. Makin besar EPD sebanding dengan makin besarnya muatan yang berpindah. Secara tidak langsung hal ini menginformasikan besarnya nutrisi yang diserap oleh tanaman untuk tumbuh dan berkembang.[2][3][6] Sejauh ini penelitian terkait dengan EPD menarik untuk dikaji lebih mendalam. Diantaranya adalah hubungan antara EPD dengan respon tanaman terhadap hujan. Terutama bila tanaman tersebut tumbuh pada kondisi yang sudah dimodifikasi, dalam hal ini hidup pada media dalam pot. Dimana media dan lingkungan tumbuhnya dikontrol dan diatur dengan ruang tumbuhnya yang terbatas. Untuk itu, dalam penelitian ini dilakukan karakterisasi EPD biolistrik pada tanaman buah dalam pot atau tabulampot dari lengkeng diamond river (Dimocarpus longan) dan responnya terhadap perubahan cuaca, yakni hujan dan tidak hujan. Lengkeng diamond river dipilih dalam penelitian ini karena tanaman ini banyak dipelihara dan dibudidayakan sebagai tabulampot oleh masyarakat. Hal ini dikarenakan tanaman ini dapat tumbuh rimbun dan buahnya banyak disukai orang serta memiliki nilai ekonomi yang cukup tinggi.[5] 2. Prosedur eksperimen Dalam percobaan ini dilakukan karakterisasi EPD antara cuaca hujan (Vα) dengan cuaca tidak hujan (Vβ) terhadap tanaman lengkeng diamond river tabulampot yang diletakkan pada tempat terbuka. Tanaman berada dalam pot dengan media tanam yang lembab, memiliki ketinggian + 1,5 m dan berdiameter 16,45 mm pada batang utama. Pada batang tersebut ditancapkan elektroda berbahan logam dan berdiameter 0,6 mm sedalam + 3 mm. Elektroda pertama berjarak 10 cm dari permukaan media tanam. Selanjutnya ditancapkan lagi elektroda kedua yang berjarak 15 cm diatas elektroda pertama. Dari kedua elektroda ini dipasangkan kabel sepanjang 1 m dan dihubungkan pada voltmeter Krisbow tipe KW06-27. Voltmeter di set pada skala miliVolt karena EPD yang dihasilkan masih cukup kecil. Yakni dalam skala miliVolt. Dari voltmeter ini data analog diubah menjadi data digital dan ditampilkan dalam bentuk angka. Skema diagram dari percobaan ini dapat dilihat pada gambar 1.
Pengukuran dilakukan selama 24 jam dengan pencuplikan data dilakukan setiap satu jam. Pencuplikan data dimulai dari jam 00.00 WIB sampai jam 24.00 WIB. Pencuplikan data pada cuaca hujan harus diulang beberapa kali karena untuk menemukan kondisi hujan secara alami dengan interval lebih dari 3 jam dalam satu hari penuh ternyata tidak mudah. Posisi waktu pada saat-saat terjadinya hujan dalam satu hari ditandai untuk identifikasi lebih lanjut. Sedangkan pencuplikan data pada cuaca tidak hujan lebih mudah dilakukan, karena kecenderungan kondisi cuaca harian pada saat pengukuran tidak dalam musim penghujan. Adapun laju perubahan EPD setiap waktu pada masing-masing kondisi diidentifikasi dengan persamaan: (6) Dimana Δ adalah laju perubahan EPD setiap jam, 1 jam berikutnya.
adalah EPD pada jam i dan
Prosiding KNEP IV 2013
•
adalah EPD pada
ISSN 2338 - 414X
124
Hasil dan analisa Hasil pengukuran terhadap Vα dan Vβ ditampilkan pada Tabel 1 berikut ini:
Perbandingan data antara Vα dan Vβ pada Tabel 1 dapat pula diproyeksikan dalam bentuk kurva sebagai mana ditampilkan pada Gambar 2. Kurva perbandingan pada gambar tersebut menunjukkan bahwa pada saat hujan, pengangkutan atau pergerakan muatan pada tanaman cenderung tidak teratur dibandingkan pada saat tidak hujan. Selanjutnya tampak bahwa transportasi nutrisi terjadi secara optimal antara jam 2 – jam 7 pagi dan secara minimal transportasi nutrisi terjadi antara jam 11 – jam 16 siang. Nilai Vα selain karena siklus harian, polanya terbagi dalam tiga bagian yaitu pra hujan, hujan, dan pasca hujan. Hal ini didasari pada pola respon EPD tanaman terhadap hujan. Pola pra hujan terjadi antara jam 4 sampai jam 7 pagi dengan nilai Vα adalah 19,9 mV – 20,5 mV – 21,6 mV – 20 mV. Hal ini berhubungan dengan kondisi lingkungan seperti hembusan angin, perubahan temperatur, dan perubahan intensitas cahaya matahari. Pada waktu itu pergerakan muatan yang berkaitan dengan proses transportasi nutrisi melewati batang berlangsung maksimal. Pola hujan terjadi antara jam 8 sampai jam 9 dengan nilai Vα adalah 8,2 mV – 6,2 mV, dan jam 11 sampai jam 15 siang dengan nilai Vα adalah 8,2 mV – 9,5 mV – 10,2 mV – 9,8 mV – 10,4 mV. Hal ini berhubungan dengan intensitas curah hujan yang diterima oleh tanaman. Pada waktu hujan yang singkat, curah hujan cenderung memiliki intensitas yang tinggi. Pada waktu hujan dengan interval yang cukup panjang, curah hujan cenderung memiliki intensitas yang rendah tetapi konstan. Pada kondisi ini proses transpirasi mengalami penurunan. Air yang mengenai dan menempel di daun menyebabkan tanaman tidak perlu lagi menyerap air dari akar, karena air hujan tersebut dapat diserap oleh tanaman melalui stomata yang terdapat di daun. Selama hujan berlangsung tanaman beristirahat dari proses pengangkutan nutrisi pada batang. Tekanan osmosis pun berubah karena air hujan mengubah kepekatan konsentrasi nutrisi dalam tanah. Pola pasca hujan terjadi pada jam 10 dan jam 16 sampai jam 19 dengan besarnya Vα adalah 13,1 mV dan 13,3 mV – 13,7 mV – 14,7 mV – 15,4 mV. Yang menarik adalah besarnya nilai 13 mV yang dua kali muncul setiap habis hujan. Hal ini berhubungan dengan kemampuan respon tanaman tersebut terhadap kondisi lingkungannya. Dengan kata lain nilai 13-an mV mengindikasi kembali aktifnya tanaman setelah beristirahat selama hujan. Dari informasi ini tampak pula bahwa banyaknya nutrisi yang diangkut oleh tanaman batang tidak ditentukan oleh perubahan kepekatan konsentrasi kandungan nutrisi dalam tanah dan perubahan tekanan osmotik pada akar melainkan berdasarkan kebutuhan nutrisi yang diperlukan oleh tanaman. Perubahan tekanan osmosis merupakan bentuk respon terhadap perubahan kepekatan kandungan nutrisi pada media tanam akibat air hujan. Pada cuaca tidak hujan, nilai Vβ mengalami kenaikan dan penurunan yang cenderung stabil dengan nilai tertinggi terjadi pada jam 6 sebesar 19,8 mV dan terendah terjadi pada jam 14 – jam 15 dengan nilai sebesar 14,5 mV. Pola mirip pelana kuda pada Gambar 2 terbentuk mengikuti siklus harian siang dan malam yang dialami oleh tanaman. Proses transportasi nutrisi berlangsung secara optimal antara jam 1 sampai jam 7 pagi.
Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013
125
Pada kondisi hujan, tanaman jauh lebih responsif dibandingkan tidak dalam kondisi hujan. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2, dimana laju perubahan EPD pada cuaca hujan (Δα) lebih fluktuatif dibandingkan laju perubahan EPD pada cuaca tidak hujan (Δβ). Pada Δα, perubahan tertinggi terjadi antara jam 7 dan jam 8 dengan nilai sebesar 11,7 mV dan perubahan terendah terjadi dengan nilai sebesar -6,9 mV. Sementara pada Δβ, perubahan tertinggi terjadi antara jam 7 dan jam 8 dengan nilai sebesar 2,3 mV dan perubahan terendah terjadi antara jam 22 dan jam 23 dengan nilai sebesar -1,5 mV. Namun demikian, dari tabel 3, diketahui bahwa nilai rata-rata Δβ sebesar 0,08 mV berbanding terbalik dengan nilai rata-rata Δα yakni sebesar -0,08 mV.
Secara keseluruhan, dari tabel 3 terlihat bahwa nilai rata-rata Vβ sebesar 16,89 mV lebih tinggi dibandingkan nilai rata-rata Vα sebesar 14,91 mV. Banyaknya mineral ionik yang mengalir pada saat tidak hujan cenderung 13 % lebih banyak daripada saat hujan.
Prosiding KNEP IV 2013
•
ISSN 2338 - 414X
126
3. Kesimpulan Cuaca hujan mempengaruhi besarnya nilai EPD pada tanaman. Tegangan terendah terjadi pada jam 12 siang atau pada saat turun hujan dan tegangan tertinggi terjadi pada jam 6 pagi. Besarnya nilai EPD secara keseluruhan pada cuaca tidak hujan lebih tinggi dibandingkan pada cuaca hujan. Hal ini terjadi karena adanya penurunan jumlah ion-ion mineral yang diangkut oleh tanaman melewati batang. Perubahan tersebut terjadi berdasarkan kebutuhan nutrisi yang diperlukan oleh tanaman dan bukan karena adanya perubahan konsentrasi kandungan nutrisi dalam media tanam akibat hujan dan bukan pula karena adanya perubahan osmosis pada permukaan membran di akar.
4. Penghargaan Penghargaan yang tulus kami sampaikan kepada Prof. Dr. Bambang Soegijono (Program PascaSarjana Material Science UI) yang telah banyak memberi masukan dan saran bagi kami untuk semangat dan giat dalam meneliti.
Daftar Pustaka. [1] Dev T. Britto, Herbert J. Kronzucker, Cellular mechanisms of potassium transport in plants, Physiol. Plant, 133(4):637-50. doi: 10.1111/j.1399-3054.2008.01067.x, 2008. [2] Maris P. Apse, Eduardo Blumwald, Na+ transport in plants, FEBS Letters 581:2247–2254, 2007. [3] Praveen Kumar Sharma, S. K. Sharma, I. Y. Choi, Individual and combined effects of waterlogging and alkalinity on yield of wheat (Triticum aestivum L.) imposed at three critical stages, Physiol Mol Biol Plants (July–September) 16(3):317–320, 2010. [4] Devrim Coskun, Dev T. Britto, Yuel-Kai Jean, Imtiaz Kabir, Inci Tolay, Ayfer A. Torun, Herbert J. Kronzucker, K+ Efflux and Retention in Response to NaCl Stress Do Not Predict Salt Tolerance in Contrasting Genotypes of Rice (Oryza sativa L.), PLOS ONE, vol. 8: issue 2, Februari, 2013. [5] András Koppán, László Szarka, Viktor Westergom, Local variability of electric potential differences on the Trunk of Quercus cerris L., Acta Silv. Lign. Hung., Vol. 1:73-81, 2005. [6] Shin-ichi Shibata, Haruhiko Kimura and Takashi Oyabu, Relation Between Characteristics of Plant Bioelectric Potential and Purification Function Under LED Light, Applied Photosynthesis, Dr Mohammad Najafpour (Ed.), ISBN: 978-953-51-0061-4, InTech, 2012. th [7] Giancoli, Douglas C., Physic for SCIENTISTS & ENGINEERS-with Modern Physics, 4 ed., Pearson Prentice Hall, 2009. [8] Herlambang,Kelengkeng Diamond River, 2012, [http://myforesthouse. blogspot.com/2012/10/kelengkeng-diamond-river.html] (Diakses tanggal: 30 Mei 2013). [9] Marisa M. Wall, Vitamin C and Mineral Content of Longan, Lychee, and Rambutan Cultivars, “Growing together”, Fifteenth Annual International Tropical Fruit Conference Proceedings: 30-35, County of Hawaii Department of Research and Development, 2005.
Prosiding Konferensi Nasional Engineering Hotel IV, Universitas Udayana, Bali, 27-28 Juni 2013
127
