Cahaya, CO₂, dan suhu
Pada September 2026, udara di Mauna Loa mengandung karbon dioksida sebanyak 426.07 ppm (bagian per juta), sekitar 52 persen lebih tinggi daripada udara sebelum Revolusi Industri yang berkisar 280 ppm.
Tahap paling lambat menentukan laju
Bayangkan kedai roti lapis dengan satu orang mengiris roti dan satu orang mengisinya. Jika pengiris dapat menyiapkan 30 per menit dan pengisi hanya 10, kedai menghasilkan 10 roti lapis per menit. Mempekerjakan pengiris yang lebih cepat tidak mengubah apa pun. Pada 1905, ahli botani Cambridge Frederick Blackman menerbitkan makalah singkat, "Optima and limiting factors", yang menerapkan gagasan serupa pada fisiologi tumbuhan. Jika suatu proses bergantung pada beberapa faktor, lajunya dibatasi oleh faktor yang ketersediaannya paling kurang.
Untuk fotosintesis, tiga faktor klasiknya adalah cahaya, karbon dioksida, dan suhu. Cahaya memberi energi bagi reaksi terang. Karbon dioksida merupakan bahan baku yang difiksasi RuBisCO dalam siklus Calvin. Suhu menentukan kecepatan kerja enzim. Pada simulasi di bawah, laju dihitung dari faktor suhu dikalikan nilai yang lebih kecil antara faktor cahaya dan faktor CO₂. Ini merupakan model pembelajaran sederhana berdasarkan gagasan Blackman, sehingga angkanya untuk latihan, bukan hasil pengukuran.
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
Cahaya
Dalam cahaya redup, penambahan cahaya meningkatkan fotosintesis hampir secara sebanding. Saat cahaya semakin terang, kurva melengkung lalu mendatar: klorofil menangkap lebih banyak energi daripada yang dapat digunakan siklus Calvin. Pada model, dengan CO₂ 420 ppm dan suhu 25 °C, lajunya 35.7 pada 10 persen sinar matahari penuh, 55.6 pada 20 persen, dan 61.8 pada 60 persen. Dari 60 persen hingga 100 persen tidak ada perubahan karena CO₂ menjadi pembatas.
Karbon dioksida
Karbon dioksida hanya menyusun bagian kecil udara. Global Monitoring Laboratory NOAA melaporkan rata-rata bulanan 426.07 ppm di Mauna Loa, Hawaii, pada September 2026, dibandingkan sekitar 280 ppm sebelum era industri, berdasarkan inti es. Pada model dengan cahaya 60 persen, peningkatan CO₂ dari 420 menjadi 1000 ppm menaikkan laju dari 61.8 menjadi 88.2, lalu cahaya kembali menjadi pembatas. Banyak tumbuhan dalam cahaya terang kekurangan CO₂, bukan cahaya.
Suhu
Suhu bekerja dengan cara berbeda. Suhu tidak memasok energi atau karbon, melainkan mengubah kecepatan kerja enzim seperti RuBisCO. Dalam keadaan dingin, semuanya lambat. Saat suhu naik, laju meningkat hingga suhu terbaik (25 °C pada model), lalu menurun lebih tajam karena enzim mulai kehilangan bentuknya. Pada hari panas dan kering, ada masalah kedua: sel penjaga menutup stomata untuk menghemat air, sehingga lebih sedikit CO₂ dapat masuk. Dalam bab fotosintesis OpenStax, hal ini diajukan sebagai pertanyaan. Selanjutnya kamu akan melihatnya dari sisi daun.
| Pengaturan (model) | Laju | Faktor pembatas |
|---|---|---|
| Cahaya 60%, 420 ppm, 25 °C | 61.8 | CO₂ |
| Cahaya 60%, 1000 ppm, 25 °C | 88.2 | cahaya |
| Cahaya 20%, 1000 ppm, 25 °C | 55.6 | cahaya |
| Cahaya 60%, 280 ppm, 25 °C | 47.7 | CO₂ |
| Cahaya 60%, 420 ppm, 35 °C | 18.0 | suhu |
| Cahaya 60%, 420 ppm, 15 °C | 30.8 | suhu |
Tumbuhan sebenarnya lebih rumit. Cahaya dan CO₂ sering membatasi secara bersamaan, bukan bergantian. Tumbuhan menyesuaikan diri dengan cahaya di tempat tumbuhnya, dan tumbuhan naungan mengubah keseimbangan klorofilnya. Gagasan Blackman tetap berguna sebagai pertanyaan awal: dari semua kebutuhan tumbuhan ini sekarang, mana yang paling kurang tersedia?
Seret untuk memutar. Gulir atau rapatkan dan renggangkan dua jari untuk mengatur zoom.
- Blackman (1905): faktor yang paling kurang tersedia membatasi laju.
- Kurva cahaya: curam dalam cahaya redup, datar dalam cahaya terang.
- Udara saat ini: sekitar 426 ppm CO₂ (NOAA, September 2026); sekitar 280 ppm sebelum era industri.
- Suhu mengubah kecepatan enzim; terlalu panas berdampak lebih buruk daripada terlalu dingin.
- Apa yang dijelaskan makalah Blackman pada 1905?
- Faktor paling lambat membatasi laju suatu proses
- Struktur kloroplas
- Siklus Calvin
- Cara stomata terbuka
- NOAA: 426.07 ppm pada September 2026, sekitar 280 ppm sebelum era industri. Berapa persen nilai saat ini lebih tinggi? (bulatkan ke bilangan bulat terdekat)
- Pada model dengan cahaya 60% dan 420 ppm, lajunya 61.8. Menaikkan cahaya menjadi 100% menghasilkan…
- tetap 61.8 karena CO₂ menjadi pembatas
- sekitar 100
- sekitar 80
- nol
- Pada model, cahaya 60% dan CO₂ 1000 ppm pada 25 °C menghasilkan laju 88.2. Sebelumnya, pada 420 ppm, lajunya 61.8. Berapa kenaikan lajunya?
- Pada cahaya 20%, lajunya 55.6 baik pada 420 maupun 1000 ppm. Mengapa?
- Cahaya merupakan faktor pembatas
- CO₂ merupakan faktor pembatas
- Suhu terlalu tinggi
- Stomata tertutup
- Mengapa laju turun cepat di atas suhu terbaik?
- Enzim seperti RuBisCO mulai kehilangan bentuknya
- Cahaya lebih sedikit
- Klorofil menjadi merah
- Air berhenti dipecah
- Pada hari panas dan kering, sel penjaga menutup stomata. Apa yang terjadi pada fotosintesis?
- Melambat karena lebih sedikit CO₂ masuk ke daun
- Berlangsung lebih cepat karena air dihemat
- Tidak ada perubahan
- Berhenti menghasilkan oksigen tetapi tetap membuat gula
- Faktor mana yang menyediakan bahan baku yang difiksasi RuBisCO?
- Karbon dioksida
- Cahaya
- Suhu
- Oksigen
- Dalam cahaya redup, menggandakan cahaya kira-kira…
- banyak meningkatkan fotosintesis
- tidak berpengaruh
- menurunkan fotosintesis
- menghentikan fotosintesis
- Pada model dengan cahaya 60%, 420 ppm, dan 15 °C, faktor suhu adalah 49.9% dan faktor CO₂ 61.8%. Laju = 100 × 0.499 × 0.618. Hitung hingga satu angka desimal.
Sumber kursus ini (16)
- -fix5: gravity calculation corrected using rho*g*h = 1000*9.8*h Pa
- the cited textbook has a tenfold coefficient error. Sources (checked 2026-10-17): OpenStax Biology 2e 8.1 Overview of Photosynthesis (photoautotrophs, mesophyll, stomata on the underside, guard cells, chloroplast, thylakoid, granum, stroma, two stages; openstax.org/books/biology-2e/pages/8-1-overview-of-photosynthesis)
- 8.2 The Light-Dependent Reactions (400 to 700 nm, chlorophyll a absorbs blue and red, carotenoids, 300 to 400 chlorophylls per antenna, water split at PSII, about 10 percent of the oxygen used by the leaf's mitochondria; .../8-2-the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis)
- 8.3 Using Light Energy to Make Organic Molecules (RuBisCO, 3-PGA, G3P, three turns per G3P and six per glucose, "dark reaction" outdated, cacti fix CO2 at night; .../8-3-using-light-energy-to-make-organic-molecules)
- 30.3 Roots (tap and fibrous roots, root cap, three zones in the first centimetre, root hairs, endodermis and Casparian strip; .../30-3-roots)
- 30.4 Leaves (lamina, petiole, midrib, parallel and reticulate venation, Ginkgo, cuticle, trichomes, palisade in one to three layers, spongy mesophyll, guard cells the only epidermal cells with chloroplasts, xylem and phloem, needles and spines; .../30-4-leaves)
- 30.5 Transport of Water and Solutes (redwoods near 116 m, turgor 0.6 to 0.8 MPa and up to 1.5 MPa = 210 psi vs tyres 30 to 34 psi, gravity -0.1 MPa per metre, -2 MPa at the leaf surface, cohesion-tension, up to 90 percent of the water lost, sources and sinks, phloem sap up to 30 percent sugar; .../30-5-transport-of-water-and-solutes-in-plants)
- 31.3 Nutritional Adaptations (rhizobia, nodules, nitrogenase, biological fixation 65 percent of nitrogen used in agriculture, mycorrhizae in more than 80 percent of land plants, up to 20 percent of the carbon; .../31-3-nutritional-adaptations-of-plants)
- 32.2 Pollination and Fertilization (self and cross pollination, bees cannot see red, nectar guides, bats, birds, wind, water, at least 25,000 orchid species, double fertilization 2n zygote and 3n endosperm, seed parts, scutellum, fruit types, dispersal, dormancy; .../32-2-pollination-and-fertilization)
- Britannica, Photosynthesis: history (Priestley 1771, Ingenhousz 1779, 1782: oxygen formed at the expense of fixed air, identified the year before as carbon dioxide) (britannica.com/science/photosynthesis/History-of-the-study-of-photosynthesis)
- Smithsonian Libraries, Ingenhousz, Experiments upon Vegetables, 1779 (library.si.edu/digital-library/book/experimentsuponv00inge)
- van Helmont's account (200 pounds of earth, 5 pound willow, 169 pounds and about 3 ounces after five years, soil short by about 2 ounces)
- quoted from Howe 1965 by S. G. Saupe, College of St. Benedict and St. John's University (employees.csbsju.edu/ssaupe/biol115/van_helmont.htm)
- F. F. Blackman, Optima and Limiting Factors, Annals of Botany 19:281-296, April 1905 (doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a089000)
- NOAA Global Monitoring Laboratory, Trends in CO2 (gml.noaa.gov/ccgg/trends/: Mauna Loa September 2026 monthly mean 426.07 ppm)
- NOAA Climate.gov, Climate change: atmospheric carbon dioxide (280 ppm or less before the Industrial Revolution of the mid-1700s, from ice cores; climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide).
Diperiksa: 2026-10-17