Berita Baru, Amerika Serikat - Pembukaan dan penutupan mulut stomata dari daun yang hijau adalah respons tanaman terhadap perubahan karbon dioksida dan tingkat kelembapan.

Dilansir dari Dailymail.co.uk pada 4 Januari, Para peneliti di University of California San Diego menangkap tampilan close-up atau dekat pada satu stomata, pori yang ditemukan di epidermis daun, membuka dan menutup dalam gerakan yang terlihat seperti bernapas. 

Mengetahui bahwa tanaman dapat memberi sinyal 'mulut' mereka untuk menanggapi tingkat perubahan akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengedit sinyal tersebut dan menghasilkan tanaman yang tahan terhadap efek perubahan iklim , kata Jared Dashoff, juru bicara National Science Foundation (NSF) yang mendanai pekerjaan tersebut. .

"Respon terhadap perubahan sangat penting untuk pertumbuhan tanaman dan mengatur seberapa efisien tanaman dalam menggunakan air, yang penting karena kita melihat peningkatan kekeringan dan kenaikan suhu," kata Julian Schroeder, yang memimpin penelitian baru tersebut. 

Iklim yang berubah dapat memengaruhi keseimbangan antara masuknya karbon dioksida dan hilangnya uap air melalui stomata. 

Jika tanaman, terutama tanaman yang ditanam untuk makanan, tidak dapat menemukan keseimbangan, mereka menjadi kering dan tidak berguna.

Sebuah studi pada tahun 2021, juga didanai oleh NSF, menemukan bahwa produktivitas pertanian global selama 60 tahun terakhir masih 21 persen lebih rendah daripada tanpa perubahan iklim.

Di bagian bawah daun dan di tempat lain, tergantung tanamannya, terdapat bukaan kecil yang disebut stomata ribuan per daun dengan variasi berdasarkan spesies tanaman.  

'Seperti gerbang kastil kecil, pasangan sel di sisi pori stomata dikenal sebagai sel penjaga - membuka pori tengahnya untuk menyerap karbon dioksida,' kata Dashoff dalam sebuah pernyataan .

Protein ini memberi sinyal sel untuk rileks dan menutup stomata. 

Ketika tanaman merasakan peningkatan kadar karbon dioksida, protein kedua menghalangi yang pertama menjaga stomata tetap terbuka dan tertutup. 

" Kami menemukan bahwa sensor CO2 pada tanaman terdiri dari dua protein mencerahkan dan mungkin alasan mekanisme tersebut belum teridentifikasi sampai sekarang," kata Schroeder. 

Dalam lingkungan rendah karbon dioksida di mana tanaman perlu menjaga stomata terbuka lebih lama untuk mendapatkan jumlah yang dibutuhkan untuk fotosintesis, protein yang dikenal sebagai HT1 mengaktifkan enzim yang memaksa sel pelindung membengkak, menjaga stoma tetap terbuka. 

"Namun, ketika stomata terbuka, bagian dalam tanaman terkena elemen dan air dari tanaman hilang ke udara sekitar, yang dapat mengeringkan tanaman," kata Dashoff.

"Oleh karena itu, tanaman harus menyeimbangkan asupan karbon dioksida dengan kehilangan uap air dengan mengontrol berapa lama stomata tetap terbuka."

Richard Cyr, seorang direktur program NSF, berkata: "Menentukan bagaimana tumbuhan mengendalikan stomata mereka di bawah tingkat CO2 yang berubah menciptakan jenis pembukaan yang berbeda satu jalan penelitian baru dan kemungkinan untuk mengatasi tantangan masyarakat."

Dashoff mengatakan kepada SWS bahwa para ilmuwan telah mengajukan paten dan sedang memeriksa cara untuk menerjemahkan temuan mereka menjadi alat untuk pemulia tanaman dan petani.

Tumbuhan dikenal sebagai pemakan karbon dioksida, tetapi sebuah studi pada tahun 2018 menemukan bahwa mereka menyerap lebih dari yang diperkirakan sebelumnya.

Dalam studi tersebut, para peneliti dari Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley Departemen Energi mengembangkan model baru untuk menjelaskan apa yang dilakukan tanaman selama periode tidak aktif fotosintesis.

Menurut tim, model sebelumnya gagal mempertimbangkan bahwa tanaman terus bersaing untuk mendapatkan unsur hara di dalam tanah bahkan di malam hari.

Dengan memasukkan ini, para peneliti menemukan bahwa tanaman dapat menghasilkan lebih banyak karbon dioksida daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Dan tanah kehilangan oksida nitrat jauh lebih sedikit. Studi baru menemukan model telah melebih-lebihkan pelepasan tanah sekitar 2,4 gigaton setara CO2 per tahun.

Berita Baru, Amerika Serikat - Sebuah penelitian menemukan, kemampuan hutan untuk menarik karbon dioksida dari atmosfer akan terganggu karena planet ini semakin panas karena perubahan iklim.

Dilansir dari Dailymail.co.uk pada 18 September, Fotosintesis adalah proses di mana daun mengubah sinar matahari dan karbon dioksida menjadi oksigen dan energi dalam bentuk gula, yang terjadi paling baik antara suhu 59°F dan 86°F (15°C dan 30°C).

Daun kanopi diterima secara luas karena mampu mempertahankan suhu ideal untuk fotosintesis, bahkan ketika udara di sekitarnya memanas.

Namun, para peneliti di Oregon State University telah menemukan bahwa daun sebenarnya berjuang untuk mengatur suhunya ketika terlalu panas.

Mereka memperkirakan bahwa pemanasan global dapat mengganggu kemampuan daun untuk tetap dingin dan dengan demikian melakukan fotosintesis, terutama di iklim hangat.

Penulis utama Dr Chris Still mengatakan: "Suhu daun telah lama diakui penting untuk fungsi tanaman karena pengaruhnya terhadap metabolisme karbon dan pertukaran air dan energi."

"Jika fotosintesis kanopi menurun dengan meningkatnya suhu, kemampuan hutan untuk bertindak sebagai penyerap karbon akan berkurang."

Fotosintesis sangat penting untuk kelangsungan hidup tanaman hijau dan melepaskan oksigen sebagai produk sampingan, yang dihirup oleh hewan darat untuk bertahan hidup.

Laju pengambilan karbon oleh tanaman harus melebihi laju karbon dioksida yang hilang selama respirasi agar tanaman memiliki 'fotosintesis bersih positif'.

Daun dianggap memiliki berbagai mekanisme yang memungkinkan mereka tetap dingin bahkan saat suhu udara di sekitarnya meningkat, yang dikenal sebagai 'homeotermi daun'.

Ini termasuk mengubah sudut daun relatif terhadap matahari, dan mengorbankan air sebagai 'keringat' yang mengembun dari permukaannya dan menurunkan suhunya.

Kemampuan daun untuk melakukan ini diperlukan untuk mempertahankan suhu optimal untuk fotosintesis, memungkinkan proses terjadi lebih cepat daripada respirasi.

Mekanisme tersebut juga mengurangi risiko stres termal dan nekrosis daun, atau kematian jaringan akibat aliran air yang terbatas.

Dr Still berkata: "Sebuah hipotesis yang dikenal sebagai homeotermi daun terbatas berpendapat bahwa melalui kombinasi sifat fungsional dan respons fisiologis, daun dapat menjaga suhu siang hari mendekati suhu terbaik untuk fotosintesis dan di bawah apa yang merusak bagi mereka."

Secara khusus, daun harus mendingin di bawah suhu udara pada suhu yang lebih tinggi, biasanya lebih besar dari 25 atau 30 derajat Celcius.

"Teori itu juga menyiratkan bahwa dampak pemanasan iklim pada hutan akan dikurangi sebagian oleh respons pendinginan daun."

Tapi studinya, yang diterbitkan hari ini di Proceedings of the National Academy of Sciences, menunjukkan bahwa daun di kanopi hutan tidak mampu melakukan ini.

Para peneliti menggunakan pencitraan termal untuk melihat suhu kanopi-daun di banyak situs dengan instrumen yang baik di Amerika Utara dan Amerika Tengah selama beberapa musim.

Ini termasuk hutan hujan Panama dan garis pohon dataran tinggi Colorado.

Kamera termal dipasang di menara yang dilengkapi dengan sistem yang mengukur 'fluks' karbon, air dan energi, sebagai pertukaran antara hutan dan atmosfer, serta sejumlah variabel lingkungan.

Ditemukan bahwa daun kanopi tidak secara konsisten mendinginkan diri di bawah suhu udara siang hari atau tetap dalam kisaran suhu yang sempit.

Faktanya, daun kanopi menghangat lebih cepat daripada udara, bertentangan dengan apa yang diprediksi oleh teori homeotermi daun terbatas.

Suhu mereka sebenarnya tetap lebih tinggi dari lingkungan sekitar hampir sepanjang hari, hanya untuk mendinginkan di bawah suhu udara pada pertengahan hingga sore hari.

Karena pemanasan iklim di masa depan kemungkinan akan menyebabkan suhu daun kanopi yang lebih besar, ketidakmampuan yang diamati untuk mengatur diri sendiri dapat menyebabkan masalah serius bagi pohon hutan.

Panas bisa membuat daun melebihi batas termal, di mana fotosintesis bersih negatif dimulai dan risiko kematian hutan meningkat.

"Jika daun umumnya lebih hangat daripada udara di sekitarnya, seperti yang disarankan oleh temuan kami, pohon mungkin mendekati ambang kritis tekanan suhu lebih cepat dari yang kami harapkan," kata rekan penulis studi Andrew Richardson, seorang profesor di Northern Arizona University.

Para ilmuwan mengatakan bahwa suhu daun juga dipengaruhi oleh ukurannya, yang bervariasi menurut iklim, dan habitat, seperti garis lintang atau struktur kanopi.

Tanaman yang tumbuh di daerah yang panas dan kering biasanya berukuran lebih kecil dan memiliki kemampuan yang lebih besar untuk memantulkan sinar matahari, memungkinkan mereka untuk melepaskan lebih banyak panas.

Namun, mereka yang tumbuh di iklim hangat dan basah memiliki daun yang lebih besar, dan karena itu mungkin sudah mendekati atau melampaui ambang batas fotosintesis bersih yang positif.

Dr Still berkata: "Hasil kami memiliki implikasi besar untuk mengecilkan bagaimana tanaman menyesuaikan diri dengan pemanasan, dan mereka menyarankan kemampuan terbatas daun kanopi untuk mengatur suhu mereka."

"Data dan analisis kami menunjukkan bahwa iklim yang memanas akan menghasilkan suhu daun kanopi yang lebih tinggi, kemungkinan mengarah pada pengurangan kapasitas asimilasi karbon dan akhirnya kerusakan akibat panas."