Perbedaan Fotosintesis Tanaman C3 C4 dan CAM di Pertanian

Tanaman budidaya punya tiga jalur fotosintesis yang berbeda, yaitu C3, C4, dan CAM (Crassulacean Acid Metabolism). Ketiganya sama-sama mengubah karbondioksida ($CO_2$) dan air menjadi karbohidrat glukosa, tetapi cara menangkap karbonnya berbeda. Perbedaan ini menentukan cara menata tumpang sari, mengatur jarak tanam, memupuk, dan mengatur irigasi di daerah tropis.

Perbedaan utamanya ada pada enzim penangkap karbon pertama dan ada tidaknya energi yang terbuang lewat fotorespirasi saat suhu tinggi.

1. Tanaman C3: Rentan Fotorespirasi

Sebagian besar tanaman pangan dan hortikultura penting di Indonesia tergolong C3, misalnya padi (Oryza sativa), kedelai, tomat, cabai, kentang, dan gandum:

1. Penangkapan karbon oleh enzim RuBisCO: Tanaman C3 mengikat $CO_2$ langsung dari udara dengan enzim Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase (RuBisCO). Hasilnya molekul berkarbon tiga, yaitu 3-fosfogliserat (3-PGA).
2. Fotorespirasi pada suhu panas: Selain mengikat $CO_2$, RuBisCO juga bisa mengikat oksigen ($O_2$). Saat suhu udara di atas 30 derajat Celsius, enzim ini lebih sering mengikat oksigen sehingga terjadi fotorespirasi. Proses ini membuang kembali 25 hingga 40 persen energi karbohidrat yang sudah dibuat tanaman, sehingga hasil panen tanaman C3 turun di dataran rendah yang panas.

2. Tanaman C4: Tidak Terganggu Fotorespirasi

Tanaman rumput tropis seperti jagung (Zea mays), tebu (Saccharum officinarum), sorgum, dan gulma ilalang memakai jalur penangkapan karbon yang lebih rumit:

• Pemisahan ruang dan anatomi Kranz: Selubung pembuluh pada daun C4 dikelilingi sel mesofil yang tersusun melingkar seperti karangan bunga (Kranz anatomy).
• Penangkapan karbon oleh PEP karboksilase: Di sel mesofil luar, $CO_2$ ditangkap enzim Fosfoenolpiruvat (PEP) Karboksilase yang sangat mudah mengikat karbon dan tidak mengikat oksigen. Karbon disimpan sebagai asam berkarbon empat (asam malat atau oksaloasetat), lalu dipindahkan ke sel selubung pembuluh.
• Karbon terkonsentrasi di ruang tertutup: Di selubung pembuluh, asam malat dipecah dan melepaskan $CO_2$ dalam konsentrasi tinggi tepat di dekat RuBisCO. Dengan begitu fotorespirasi praktis tidak terjadi. Itu sebabnya jagung dan tebu tumbuh cepat, menghasilkan biomassa besar di bawah terik matahari tropis, dan hemat air.

3. Tanaman CAM: Hemat Air Paling Ekstrem

Tanaman sukulen dan bromeliad seperti nanas (Ananas comosus), buah naga, vanili, dan lidah buaya beradaptasi dengan lingkungan kering lewat pembagian waktu:

• Stomata membuka hanya di malam hari: Stomata ditutup rapat di siang hari yang panas untuk menahan penguapan, lalu dibuka pada malam hari saat udara sejuk dan lembap.
• Asam malat disimpan di vakuola: Pada malam hari $CO_2$ diserap dan disimpan di vakuola sel sebagai asam malat. Pada siang hari, saat stomata tertutup, asam malat dipecah untuk melepaskan $CO_2$ bagi fotosintesis. Efisiensi penggunaan air (Water Use Efficiency / WUE) tanaman CAM paling tinggi di antara ketiga jalur, sehingga cocok untuk lahan kering yang kurang subur.