Jurnal

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.