ISBN 978-602-95471-0-8 Morfologi kristal kalsium oksalat pada Amorphophallus campanulatus. Nunung Harijati, Nurul Chairiyah, Sinta Duwi Kartika, Rian Handayani)* *) Jurusan Biologi, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya Jl Veteran Malang 65145. email :
[email protected] atau
[email protected] ABSRACT Calcium oxalate crystal is known to regulate absorbed calcium, plant protection, detoxification , supporting tissue, also collecting and reflexing of light. Principally morphology of Calcium oxalate crystal is divide into 5 forms, i.e. druses, raphides , sand, styloids, and prism. The objective of this research is to know whether or not five forms crystals are found in Amophophallus campanulatus. By using whole mount methods for leaves, „stem‟ and tuber of Amophophallus campanulatus. the aims of research is obtained. The result showed two types of druse are found, compact and loose. More than 14 forms of raphides also are discovered. Key word : druse, raphide, Amorphophallus campanulatus.
Pendahuluan Suweg (Amorphophallus campanulatus.) merupakan salah satu tanaman penghasil umbi yang termasuk dalam genus Amorphophallus familia Araceae. Sebagai anggota famili Araceae, Suweg diduga kuat mengandung asam oksalat yang didepositkan sebagai kristal kalsium oksalat. Senyawa ini disamping dapat menimbulkan ganguan ginjal juga potensial dapat menyebabkan iritasi karena adanya abrasi mekanik (Korth dkk., 2006). Berdasarkan pada diversitas dari ukuran dan bentuk kristal dan juga distribusinya, ada banyak hipotesis berkenaan dengan fungsi kristal kalsium oksalat pada tumbuhan. Fungsi-fungsi itu meliputi regulasi kalsium, perlindungan tumbuhan, detoksifikasi logam dan asam oksalat, keseimbangan ion, pendukung jaringan atau penguat tumbuhan, dan pengumpulan serta pemantulan cahaya (Franceschi dan Nakata, 2005) serta sebagai mekanisme pertahanan tumbuhan terhadap herbivora (Molano-Flores, 2001). Bentuk dari kristal kalsium oksalat bervariasi dan umumnya dideskripsikan dalam bentuk rafida, druse, stiloid, prisma, dan kristal pasir (Ilarslan dkk., 1997). Bentuk rafida biasanya terhimpun dalam berkas ( Hidayat, 1995; Pandey,1982; Essau, 1977). Kristal oksalat kadang dibentuk di sel khusus yang hanya berfungsi untuk membentuk kristal, sel tersebut dinamakan idioblas kristal (Franceschi dan Nakata, 2005). Bentuk morfologi dari kristal kalsium oksalat yang dihasilkan oleh tumbuhan dapat terdiri dari satu bentuk maupun bervariasi pada organ-organ tertentu dan distribusinya terdapat dijaringan tertentu, misalnya hipodermis (Hidayat 1995). Distribusi dari kristal kalsium oksalat juga bervariasi pada berbagai spesies. Kristal-kristal tersebut dapat ditemukan pada organ vegetatif, reproduktif, penyimpan dan organ-organ yang masih berkembang, serta pada jaringan fotosintetik dan non fotosintetik (Franceschi dan Nakata, 2005). Distribusi dan bentuk dari kristal-kristal kalsium oksalat sering digunakan sebagai karakter taksonomi familia tanaman (Molano-Flores, 2001; Hidayat, 1995; Essau, 1977). Dalam pembentukan kristal oksalat, diperlukan asam oksalat yang disintesis tanaman secara endogen dan kalsium yang diperoleh secara eksogen (Franceschi dan Nakata, 2005). Kombinasi antara faktor genetik dan lingkungan mempengaruhi jumlah, bentuk dan ukuran kristal oksalat. Dalam penelitian ingin diketahui bentuk-bentuk dari
Seminar Nasional Biologi XX dan Kongres PBI XIV UIN Maliki Malang 24-25 Juli 2009
517
ISBN 978-602-95471-0-8 kristal, distribusi serta kerapatannnya dari Amorphophallus campanulatus pada organ daun, tangkai daun dan umbi. Materi dan metode Tanaman suweg (Amorphophallus campanulatus) diperoleh dari Selopuro, Blitar. Sampel yang digunakan untuk pembuatan preparat mikroskop diambil dari dari daun, tangkai daun dan umbi di lima lokasi pencupilkan (daun), dua lokasi (tangkai daun), dua lokasi (umbi). Dari masing-masing tempat pencuplikan dibuat lima slide mikroskop dan dari masing slide diamati lima titik bidang pandang. Hasil pengamatan lima titik bidang pandang dirata-rata. Untuk masing-masing slide kemudian dihitung kerapatan kristalnya. Hasil penghitungan satu lokasi cuplikan merupakan rata-rata dari lima slide. Oleh karena itu rumusan kerapatan kristal per slide, per-cuplikan, per organ adalah sebagai berikut : Kerapatan kristal Ca- oksalat = rata-rata jml kristal dr 5 bid. pandang Luas bidang pandang (mm2)
Kerapatan per-cuplikan = (S1+S2+S3+S4+S5)/5 S = slide
Kerapatan per organ = (C1+C2+---------- + Cn)/n C = cuplikan
Persentase kelimpahan kristal X (rafida atau druse atau jarum) dihitung berdasarkan rata jumlah jenis kristal X per-organ dibagi jumlah total dari semua organ dikalikan 100% Kelimpahan kristal ‘X”
= [(Jml kristal X S1)+ (Jml kristal X S2)+------- (Jml kristal XSn)]/n Jumlah semua kristal dari 3 organ
* 100%
S = slide
X = jenis kristal
Pembuatan preparat: Sampel selain daun dipotong setipis mungkin menggunakan microtome portable, kemudian direndam dalam NaOH 5% dan di inkubasi pada suhu 37oC selama 24 jam. Selanjutnya dilakukan penjernihan dengan menggunakan pemutih komersial sebagai clearing agent dengan konsentrasi sebesar 50%. Perendaman dalam clearing agent ini dilakukan selama 1 jam dengan tujuan agar sampel daun dan tangkai menjadi jernih (transparan). Proses selanjutnya adalah dehidrasi bertingkat dengan menggunakan alkohol mulai dari konsentrasi rendah hingga konsentrasi tinggi. Potongan sampel direndam dalam alkohol 30%, 50%, 70%, 80%, masing-masing selama 10 menit. Kemudian dimasukkan kedalam alkohol 96% selama 5 menit. Perendaman didalam alkohol untuk mengeraskan kembali bagian yang telah di clearing. Setelah proses clearing selesai, sampel diletakkan di atas object glass yang telah ditetesi Hoyer, selanjutnya ditutup dengan cover glass, dan dilakukan pengamatan dengan menggunakan mikroskop cahaya.
518
Prosiding Bioteknologi
ISBN 978-602-95471-0-8 Hasil dan pembahasan Dari tiga organ yang diamati menggunakan mikroskop cahaya, kristal yang didapatkan berbentuk druse, rafida dalam bentuk berkas dan rafida tunggal yang distribusinya tampak pada tabel berikut Tabel 1. Tabel distribusi (%) bentuk –bentuk kristal dari Amorphophallus campanulatus Organ druse Rafida bentuk Rafida bentuk berkas tunggal Daun 13.40 0.06 17.87 Tangkai (‟batang‟) 9.09 9.94 24.47 Umbi 1.07 0.71 23.39 Berdasarkan kelimpahan tersebut tampak bahwa tangkai daun atau umumnya dikenal orang sebagai ‟ batang‟ mempunyai kelimpakan tertinggi. Hal tersebut diduga kuat berkaitan dengan salah satu fungsi kristal yaitu sebagai penguat jaringan, mengingat fungsi tangkai disini sebagai penyangga dari daun tunggal suweg yang cukup lebar. Kristal druse mempunyai dua bentuk yaitu tersusun rapat dan tersusun longgar (Gamb.1A, B, C), sedangkan kristal rafida mempunyai lebih 14 bentuk termasuk yang berbentuk jarum
A
B
C
D
E
G
H
F
I
Seminar Nasional Biologi XX dan Kongres PBI XIV UIN Maliki Malang 24-25 Juli 2009
519
ISBN 978-602-95471-0-8
J
M
P
S
T
K
L
N
O
Q
R
U
Gambar 1. Berbagai bentuk kristal kalsium oksalat yang ditemukan pada Amorphophallus campanulatus
Berbagai bentuk rafida yang ditemukan terbagi dalam bentuk rafida tunggal dengan ujung lancip (Gamb.1U) dan dalam bentuk berkas. Dalam bentuk berkas dibedakan menjadi berkas tersusun rapi sejajar tepi lurus rata (seperti segi empat) (Gamb. 1D,E) dan berkas yang tersusun rapi tepi miring rata (seperti jajaran genjang) (Gambar F,G). Berkas tersusun tidak rapi datar (Gamb. 1J-O), tidak rapi saling tusuk (Gamb.1 H,I,P-S). Lainnya adalah berkas tersusun longgar (Gamb. 1T) dan sisanya merupakan individual rafida yang berbentuk jarum (Gamb. 1 U). Pengamatan yang lebih seksama dari masing–masing kristal menghasilkan suatu pengenalan adanya struktur yang melingkupi sebagian kristal serti yang terlihat pada gambar 1 A,B.E.F. Disini tampak jelas kristal tersebut seperti ada disebuah kantong atau lokasi tertentu. Menurut Pandey (1982), struktur yang berisi kristal tersebut dinamakan idioblast kristal. Jadi disini idioblas kristal merupakan sel yang terspesialisasi membentuk kristal kalsium oksalat
520
Prosiding Bioteknologi
ISBN 978-602-95471-0-8 (Franceschi dan Nakata „2005). Dibeberapa sumber sering ditunjukkan, seolah-olah hanya rafida saja yang mempunyai idioblas kristal. Akan tetapi dari penelitian ini dapat ditunjukkani tidak hanya rafida yang mempunyai idioblas kristal, drusepun juga mempunyai idioblas kristal. Dari penelitian ini didapatkan juga fakta bahwa sebagian kristal terletak diidioblas kristal dan sebagian lainnya terletak di non-idioblas kristal. Berdasarkan kerapatan ditiap organ maka batang memiliki kerapatan tertinggi untuk druse dan rafida jarum (Gamb.2).
jumlah/mm2
Kerapatan kristal ditiga organ 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Rap-berkas Rap-jar druse
daun
Umbi
Batang
organ
Gambar 2. Kerapatan kristal rafida berkas. Jarum dan druse pada daun , „batang‟ dan umbi Amorphophallus campanulatus Ketika dilihat distribusi kerapatan pada „batang‟, maka bagian tepi yaitu bagian yang mendekati kulit memiliki kerapatan kristal tertinggi (Gamb.3). Hal ini sesuai dengan karakter penampilan visual dan kekersana jaringan ketika diraba. Bagian mendekati kulit terasa kaku dan bagian lebih ketengah terasa lebih lunak.
jumlah kristal /mm2
Kerapatan krirtal oksalat pada tangkai daun ('batang') 200 150
Rap-berkas
100
Rap-jar druse
50 0 batang tepi
batang antara
batang tengah
Bagian 'batang'
Gambar 3. Kerapatan kristal rafida berkas. Jarum dan druse pada, „batang‟ Amorphophallus campanulatus
Seminar Nasional Biologi XX dan Kongres PBI XIV UIN Maliki Malang 24-25 Juli 2009
521
ISBN 978-602-95471-0-8 Apabila dicermati lebih seksama pada gambar 2, tampak bahwa kristal druse lebih rapat dibandingkan kristal rafida bentuk berkas. Mengingat bentuk kristal druse yang permukaannya banyak mempunyai bidang pantul, diduga kristal tersebut mempunyai peranan dalam mengintensifkan fotosintesis dari segi fisik. Menurut KuoHuang dkk. (2007), dimana kristal kalsium oksalat dapat berperan untuk meneruskan cahaya yang memasuki sel-sel palisade menuju kloroplas di sepanjang dinding dari sel. Kristal-kristal berbentuk druse merupakan kumpulan kristal bentuk seperti bola dengan banyak segi. Kristal ini memiliki struktur yang ideal untuk difraksi atau pemantulan cahaya di sekitar sel, dan di bawah kondisi intensitas cahaya tinggi, kristal ini dapat menyebarkan cahaya tersebut kembali ke sel-sel penutup untuk menghindari kerusakan oleh cahaya pada palisade kloroplas yang beradaptasi dengan cahaya rendah. Kristalkristal pada sel palisade memiliki bentuk struktural yang menarik yang ditunjukkan dengan perbedaan posisinya pada perubahan intensitas cahaya yang diberikan, dan kemungkinan melakukan peranan yang unik, melalui peran yang secara tidak langsung pada fotosintesis. Dimungkinkan fungsi primer dari kristal adalah untuk menyebarkan cahaya yang datang menuju bagian atas dari sel, sehingga semua kloroplas dari sel, yang umumnya berada pada bagian atas, terkena cahaya dalam jumlah yang cukup. Pemantulan cahaya oleh permukaan-permukaan kristal menuju kumpulan-kumpulan grana akan membantu memaksimalkan penangkapan cahaya, khususnya pada saat intensitas cahaya rendah. Hal tersebut sesuai dengan kondisi penanaman tanaman Porang, dimana pada umumnya tanaman ini tumbuh di bawah naungan, sehingga kemungkinan akan terjadi suatu mekanisme adaptasi sebagai suatu penyesuaian dengan pembentukan kristal kalsium oksalat untuk memaksimalkan proses penangkapan dan pemantulan cahaya oleh tanaman tersebut untuk proses fotosintesis. Kesimpulan Kristal druse pada Amorphophallus campanulatus bermorfologi rapat dan longgar, sedangkan kristal rafida bermorfologi tunggal seperti jarum dan berkas. Dalam bentuk berkas dikenali lebih dari 14 macam morfologi. Brdasarkan keberrdaan kantung yang melingkupi kristal, kristal yang ditemukan dikatagorikan sebagai idioblas kristal dan non-idioblas kristal, baik pada rafida berkas maupun druse. “Batang” mempunyai prosentase kelimpahan kristal tertinggi dibandingkan daun dan umbi. Bagian batang yang mendekati kulit memiliki kerapatan kristal relatif lebih tinggi dibandingkan bagian antara dan tengah. Pustaka Essau, K. 1977. Anatomy of seed plant. John Wiley and Sons, New York Franceschi, V.R. dan Nakata, P.A. 2005. Calcium Oxalate in Plants: Formation and Function. Annual Review of Plant Biology 56: 41-71. Hidayat, E.B. 1995. Anatomi Tumbuhan berbiji. Penerbit ITB, Bandung Ilarslan H., Palmer, R.G. Imsande, J. dan Horner, H.T. 1997. Quantitative Determination of Calcium Oxalate and Oxalate in Developing Seeds of Soybean (Leguminosae). American Journal of Botany. 84: 1042-1046 Korth, K.L., Doege, S.J., Park, S., Fiona, L.G., Wang, Q., Gomez, S. K., Liu, G., Jia, L. dan Nakata, P.A. 2006. Medicago truncatula Mutants Demonstrate the Role of Plant Calcium Oxalate Crystals as an Effective Defense Against Chewing Insects. Plant Physiology. 141:188-195 Kuo-Huang, L-L., Maurice, S.B. dan Franceschi, V.R. 2007. Correlations Between Calcium Oxalate Crystals and Photosynthetic Activities in Palisade Cells of Shade Adapted Peperomia glabella. Botanical Studies. 48: 155-164.
522
Prosiding Bioteknologi
ISBN 978-602-95471-0-8 Molano-Flores, B. 2001. Herbivory and Calcium Concentrations Affect Calcium Oxalate Crystal Formation in Leaves of Sida (Malvaceae). Annals of Botany. 88: 387-391 Pandey, B.P. 1982. Plant anatomy. S.Chand and Company.ltd, New Delhi.
Seminar Nasional Biologi XX dan Kongres PBI XIV UIN Maliki Malang 24-25 Juli 2009
523
