ANALISA PENGARUH PANJANG GELOMBANG SUMBER CAHAYA PENGINDUKSI FLUORESENSI TERHADAP FLUORESENSI KLOROFIL PADA DAUN BAYAM YANG DIPENGARUHI VARIASI SINAR MATAHARI Minarni, Fitria Asriani* Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau *e-mail:
[email protected] ABSTRACT Chlorophyll fluorescence imaging and spectroscopy can be used to detect early abnormalities on plants, which are caused by plant diseases, harsh environments, and intentional treatments. Development in chlorophyll imaging and spectroscopy which is economical, low cost, and portable are needed in attempts to explore fluorescence spectrum as markers for diseases and environmental stresses on plants. In this research, a fluorescence imaging system was built using LEDs with three variations in wavelengths i.e. 450 nm; 525 nm; and 680 nm, and a 3 Mega Pixel CMOS camera. The LED light was used as an excitation beam to induce chlorophyll fluorescence of spinach leaves. Relation between the LED wavelengths and the fluorescence intensities of the spinach leaves were investigated. The samples were Spinach leaves from Amaranthus tricolor Spinach plants grown under two variations of sunlight intensities. Two variations of the intensities were about 90% using plastic as the cover and 40% using plastic plus paranet. Relation between the sunlight intensity and fluorescence intensity was also investigated. The fluorescence intensity of the leaves were measured from RGB plot using Image-J software. The research results show that fluorescence intensity of the samples without paranet were higher than those using paranet. This is possibly caused by chlorophyll contents which is higher on plants without paranet. The excitation wavelength that showed the highest different fluorescence intensity was 680 nm, which showed 6,3% the difference in fluorescence intensity using and without paranet while for other excitation wavelength were 0,4% and 1,7% for 450 nm and 525 nm respectively. Keywords: Amaranthus tricolor spinach, chlorophyll fluorescence, fluorescence imaging, Image-J, wavelength dependent fluorescence.
629
PENDAHULUAN Teknik spektroskopi telah banyak dikembangkan
mendeteksi
dikenai
tumbuhan.
fluoresensi yang mengunakan Kamera
Kelainan tersebut dapat disebabkan oleh
CCD (Charged Couples Devices) atau
penyakit, pengaruh lingkungan maupun
CMOS (Complementary Metallic Oxide
perlakuan
Semiconductor)
berbagai
untuk
fluoresensi sinar pada suatu zat yang
kelainan
yang
spektroskopi
pada
disengaja.
berdasarkan
gelombang
sumber
Teknik panjang
cahaya
cahaya.
Spektroskopi
sering
disebut
Pencitraan Fluoresensi (Fluorescence Imaging).
yang
Metode
ini
biasanya
digunakan dapat dibagi dalam empat
digunakan dalam biologi, kedokteran,
jenis,
UV,
bidang penelitian fisika dan kimia untuk
spektroskopi Visible, spektroskopi UV-
berbagai tujuan. Fluoresensi merupakan
Vis,
Jenis
salah satu proses yang terjadi ketika
spektroskopi menurut interaksi antara
cahaya berinteraksi dengan suatu materi,
cahaya
dimana
yaitu dan
spektroskopi
dan
spektroskopi
spektroskopi
materi absorpsi,
IR.
terbagi
atas
spektroskopi
ketika
menyerap
atom
cahaya
atau pada
partikel panjang
emisi dan spektroskopi fluoresensi.
gelombang tertentu akan memancarkan
Beberapa
kembali
penelitian
menggunakan
cahaya
dengan
panjang
metode spektroskopi telah digunakan
gelombang
untuk tanaman, yaitu untuk mendeteksi
(Lemboumba, 2006). Fluoresensi terjadi
penyakit dan tekanan mekanik pada
karena adanya sifat dari partikel yang
tanaman jeruk (Belasque et al, 2008),
akan langsung memancarkan cahaya
dan Sankaran et al (2010) menggunakan
ketika memperoleh rangsangan cahaya
spektroskopi mendeteksi
mid-infrared penyakit
yang
lebih
besar
dalam
dari luar, namun pancaran tersebut akan
Huanglongbin
hilang ketika rangsangan cahaya dari
pada daun jeruk sehingga diperoleh
luar
perbedaan spektrum daun sehat dan
fluoresensi
daun yang terinfeksi Huanglongbin.
berbagai jenis sampel baik dalam
Spektroskopi
fluoresensi
bentuk
dihilangkan. dapat
larutan
Spektroskopi diaplikasikan
maupun
ke
padatan.
merupakan metode spektroskopi yang
Spektroskopi fluoresensi juga dapat
mengamati intensitas atau spektrum
langsung diaplikasikan ke daun untuk 630
menganalisa konsentrasi klorofil pada
yang dapat memberikan penanda yang
daun.
lebih baik.
Daun merupakan hal terpenting
Penelitian
ini
bertujuan
untuk
sistem
optik
yang harus ada pada tumbuhan. Warna
membangun
hijau pada daun disebabkan karena
pencitraan fluoresensi yang digunakan
adanya kandungan kloroplas di dalam
untuk mendeteksi intensitas fluoresensi
sel-sel daun.
Kloroplas mengandung
pada daun yang diinduksi oleh sumber
suatu pigmen yang berwarna hijau yang
cahaya LED. Daun yang digunakan
disebut
adalah daun dari tanaman bayam yang
klorofil.
menyerap
energi
Klorofil
sinar
diberi perlakuan untuk memvariasikan
matahari. Klorofil menyimpan energi
intensitas cahaya matahari yaitu 40%
matahari dalam bentuk makanan dan
dengan menggunakan naungan paranet
bahan
dan
bakar
foton
berfungsi
yang
dari
sebuah
nantinya
akan
plastik
dan
90%
dengan
digunakan dalam proses pembakaran
menggunakan plastik tanpa paranet.
atau fotosintesis (Santoso, 2004).
Hasil pengamatan digunakan untuk
Sistem deteksi dini pada daun dapat
menganalisa hubungan antara panjang
dilakukan dengan menggunakan teknik
gelombang
spektroskopi fluoresensi atau pencitraan
fluoresensi yang digunakan dengan
fluoresensi.
daun
intensitas fluoresensi pada daun yang
dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor
dipengaruhi variasi cahaya matahari.
seperti penyakit atau gangguan pada
Analisa dilakukan pada gambar daun
daun
yang
yang disinari dan telah direkam oleh
sistem
kamera CMOS dengan menggunakan
dan
digunakan.
Hasil
fluoresensi
sumber
cahaya
Pengembangan
deteksi fluoresensi pada daun yang low
program Image-J.
cost dan efektif sangat diperlukan dalam usaha untuk mengeksplorasi penanda berupa
spektrum
karena
cahaya
pengaruh
berbagai penyakit dan lingkungan pada tanaman. Penelitian lebih lanjut juga dibutuhkan untuk mengetahui panjang gelombang sumber cahaya yang efisien 631
penginduksi
dari RGB dan posisi pixel dari daun
METODE PENELITIAN LED
30
yang disinari cahaya LED.
Sampel (Daun)
0
Penelitian
dimulai
dengan
pencarian benih bayam. Benih bayam yang digunakan adalah bayam hijau
Kamera CCD
jenis Amaranthus tricolar. Pembenihan dilakukan pada polybag berdiameter 15
Gambar 1. Skema Rancangan Sistem Penelitian (Lemboumba, 2006)
cm yang telah diisi dengan campuran tanah dan kompos dengan perbandingan
Penelitian ini menggunakan LED
1:1. Ini dilakukan tiga hari sebelum
dengan 3 variasi panjang gelombang,
bayam disebar. Penyiraman dilakukan
yaitu 450 nm (biru), 525 nm (hijau) dan
maksimal 2 kali sehari yaitu pagi dan
680 nm (merah). Sistem pencitraan fluoresensi
yang
dibangun
sore dengan ukuran 125 mL/polybag.
disusun
Setelah berumur 10 hari bayam
seperti Gambar 1. Sistem dibangun dalam
sebuah
kotak
hitam
diberi
untuk
cahaya
menggunakan naungan paranet (plastik
mengenai
dan paranet) dan tanpa paranet (plastik).
seluruh permukaan daun. Pengamatan fluoresensi
direkam
menggunakan dihubungkan
Naungan
dengan
kamera dengan
Program Image-J
perekam
hari pengamatan.
Intensitas cahaya
matahari rata-rata pada sampel tanpa
gambar.
paranet
digunakan untuk
Image-J
untuk
pukul 12.00 WIB setiap hari selama 10
sedangkan
menganalisa spektrum fluoresensi yang dihasilkan.
berfungsi
intensitas cahaya matahari diukur pada
komputer.
CMOS 3 MP yang telah dilengkapi software
plastik
melindungi tanaman dari hujan. Nilai
yang
Kamera yang digunakan adalah kamera dengan
perbedaan
cahaya matahari divariasikan dengan
diarahkan ke daun pada jarak 28 cm berkas
yaitu
intensitas cahaya matahari. Intensitas
meminimalkan cahaya ruang. Cahaya sehingga
perlakuan,
adalah pada
464.190
W/m2,
sampel
dengan
menggunakan paranet adalah 208.156
menampilkan
W/m2. Sebanyak 10 daun diambil
hubungan antara intensitas sebagai nilai
sebagai sampel untuk diteliti. Pengujian spektrum fluoresensi dilakukan setelah 632
bayam berumur 25 hari. Daun yang
semakin besar intensitas fluoresensi.
dijadikan
Hal
sampel
terlebih
dahulu
ini
dimungkinkan
adanya
didiamkan ditempat yang gelap selama
perbedaan jumlah kandungan klorofil
30 menit sebelum diuji.
pada daun karena pengaruh intensitas cahaya
matahari.
Pengukuran
kandungan pada daun perlu dilakukan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Penelitian ini menggunakan dua jenis
sampel,
yaitu
daun
yang
menggunakan paranet dan plastik dan daun
yang
naungan
hanya
plastik
menggunakan tanpa
paranet.
Perbedaan perlakuan tersebut mempengaruhi
besarnya
akan
intensitas
cahaya matahari yang mengenai daun. Perbedaan
ini
dapat
dilihat
pada
Gambar 1. Penggunaan naungan baik plastik
Gambar 2. Grafik intensitas cahaya matahari rata-rata pada sampel tanpa paranet dan menggunakan paranet
maupun paranet mengurangi intensitas cahaya matahari yang mengenai daun. Plastik bening yang bertujuan untuk
Intensitas
fluoresensi
juga
melindungi tanaman dari hujan hanya
dipengaruhi oleh panjang gelombang
meneruskan intensitas cahaya matahari
sumber cahaya penginduksi fluoresensi
sebesar 90% dari intensitas cahaya
yang digunakan. Sumber cahaya yang
matahari luar. Besar intensitas cahaya
digunakan adalah LED biru, hijau dan
matahari yang mengenai daun dengan
merah
menggunakan paranet hanya 40% dari
masing-masing LED adalah 450 nm,
intensitas cahaya matahari luar.
525 nm dan 680 nm. Perbedaan
Perbedaan
intensitas
cahaya
dengan
intensitas
panjang
fluoresensi
gelombang
klorofil
daun
matahari dapat mempengaruhi intensitas
karena pengaruh panjang gelombang
fluoresensi pada daun. Semakin besar
eksitasi yang berbeda dapat dilihat pada
intensitas cahaya matahari maka akan
Gambar 3 dan Gambar 4. 633
intensitas fluoresensi klorofil minimum diperoleh pada panjang gelombang eksitasi 680 nm (merah). Intensitas fluoresensi daun tanpa menggunakan
paranet
lebih
tinggi
dibandingkan daun yang menggunakan paranet. Perbedaan ini dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 3, Grafik intensitas fluorensensi daun bayam tanpa menggunakan paranet
Gambar 5. Grafik pengaruh panjang gelombang terhadap intesitas fluoresensi
Gambar 4. Grafik intensitas fluoresensi daun bayam yang menggunakan paranet Panjang mempengaruhi
gelombang intensitas
Pada Gambar 5 terlihat adanya
eksitasi
penurunan
yang
signifikan
dari
fluoresensi
intensitas LED mula-mula ke intensitas
klorofil pada daun yang digunakan. Hal
fluoresensi pada panjang gelombang
ini terjadi pada semua perlakuan baik
eksitasi
yang menggunakan paranet maupun
panjang gelombang eksitasi 450 nm dan
tanpa menggunakan paranet. Intensitas
525 nm tidak terlalu terlihat adanya
fluoresensi klorofil daun maksimum
perbedaan yang signifikan. Intensitas
diperoleh pada panjang gelombang
fluoresensi
eksitasi 450 nm (biru), sedangkan
peningkatan 634
680
nm,
sedangkan
menurun panjang
pada
seiring gelombang
eksitasi. Hal ini disebabkan klorofil
menganalisa
lebih efektif menyerap cahaya pada
klorofil pada daun yang mengalami
panjang gelombang merah, sehingga
perlakuan perbedaan intensitas cahaya
intensitas
matahari
fluoresensi pada panjang
gelombang
tersebut
dengan
fluoresensi
variasi
panjang
kecil.
gelombang eksitasi. Berdasarkan hasil
penyerapan
penelitian diketahui bahwa intensitas
mengakibatkan
fluoresensi sampel daun tanpa paranet
penurunan efisiensi fluoresensi klorofil
lebih tinggi dibandingkan sampel daun
pada daun tersebut.
dengan
Peningkatan cahaya
lebih
intensitas
efisiensi
pada
daun
Intensitas fluoresensi klorofil rata-
menggunakan
paranet.
Perbedaan intensitas fluoresensi antara
rata daun tanpa menggunakan paranet
kedua
lebih
dengan
dieksitasi dengan panjang gelombang
Perbedaan
450 nm, 525 nm dan 680 nm adalah
tinggi
dibandingkan
menggunakan
paranet.
perlakuan
tersebut
ketika
intensitas fluoresensi antara perlakuan
0,4%;
tanpa menggunakan paranet dan dengan
gelombang yang lebih efektif untuk
menggunakan paranet
mendeteksi
adalah 6,3%
1,7%
dan
6,3%.
perbedaan
Panjang intensitas
untuk panjang gelombang eksitasi 680
fluoresensi tersebut adalah sinar merah
nm,
dengan panjang gelombang 680 nm.
sedangkan
untuk
panjang
gelombang 450 nm dan 525 nm berturut-turut adalah 0,4% dan 1,7%.
DAFTAR PUSTAKA
Hal ini menunjukkan bahwa panjang
Arrohmah. 2007. Studi Karakteristik
gelombang sumber cahaya penginduksi
Klorofil Pada Daun Sebagai
dan
Material Photodetector Organic.
intensitas
mempengaruhi
cahaya intensitas
matahari fluoresensi
Skripsi.
pada daun.
Universitas
ebelas
Maret. Surakarta. Belasque, Jr. J., Gasparoto, M. C. G., Marcassa, L. G. 2008. Detection
KESIMPULAN DAN SARAN Suatu sistem pencitraan fluoresensi
of
mechanical
and
disease
yang terdiri dari sumber cahaya LED
stresses in citrus plants by
dan kamera CMOS telah berhasil
fluorescence
dibangun
dan
digunakan
untuk 635
spectroscopy.
Prasad, Paras N. 2003. Introduction To
Apllied Optics, 47 (11): 1922-
Biophotonic. A John Wiley &
1926. Dwidjosoeputro.
Pengantar
1991.
Sons, Inc., Publication. New
Fisiologi Tumbuhan. Gramedia.
Jersey. Sankaran, S., Ehsani, R., Etxeberria.
Jakarta. Lemboumba, S. O. 2006. Laser Induced Chlorophyll Plant
Fluorescence
Material.
University
of
2010. Mid-infrared spectroscopy
of
for detection of huanglongbing (greening)
Thesis.
2000.
citrus
leaves.
Talanta, 83 (2): 574-581.
Stellenbosch.
Afrika Selatan. Maxwell, G. L., Johnson.
in
Tai, S. Y., Shih, S. T. 2006. A Low
Chlorophyll
Cost LED Based Spectrometer.
Fluorescence A Partical Guide.
Journal of the Chinese Chemical
Journal of Experiment Botany
Society,
51:659-669.
636
53:
1067-1072.
