BENTUK DAN FUNGSI UNSUR HARA

Paper kesuburan tanah dan nutrisi tanaman

BENTUK DAN FUNGSI UNSUR HARA MAKRO DAN MIKRO SERTA GEJALA DIFESIENSINYA

Oleh :

ARIANTO

1205101050062

FAKULTAS PERTANIAN JURUSAN AGROTEKNOLOGI

UNIVERSITAS SYIAH KUALA

DARUSSALAM BANDA ACEH

2013

BENTUK DAN FUNGSI UNSUR HARA MAKRO DAN MIKRO SERTA GEJALA DIFESIENSINYA

Berdasarkan jumlah kebutuhannya bagi tanaman, unsur hara dikelompokkan menjadi dua, yaitu:

1.      Unsur Hara Makro : Unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah besar.

            Seperti: C,H,O,N,P,K,Ca,Mg,S.

2.      Unsur Hara Mikro : Unsur hara yang diperlukan tanaman dalam jumlah kecil.

            Seperti: Mn,Cu,Zn,Mo,B,Cl,Fe.

UNSUR HARA MAKRO

          Nitrogen (N)

               Berfungsi

1.      Merangsang pertumbuhan tanaman secara keseluruhan.

2.      Merupakan bagian dari sel ( organ ) tanaman itu sendiri.

3.      Berfungsi untuk sintesa asam amino dan protein dalam tanaman.

4.      Merangsang pertumbuhan vegetatif ( warna hijau ) seperti daun.

Gejala difesiensi

1.      Warna daun hijau agak kekuning-kuningan dan pada tanaman padi warna ini mulai dari ujung daun menjalar ke tulang daun selanjutnya berubah menjadi kuning lengkap, sehingga seluruh tanaman berwarna pucat kekuning-kuningan. Jaringan daun mati dan inilah yang menyebabkan daun selanjutnya menjadi kering dan berwarna merah kecoklatan.

2.      Pertumbuhan tanaman lambat dan kerdil.

3.      Perkembangan buah tidak sempurna atau tidak baik, seringkali masak sebelum waktunya.

4.      Dapat menimbulkan daun penuh dengan serat, hal ini dikarenakan menebalnya membran sel daun sedangkan selnya sendiri berukuran kecil-kecil.

5.      Dalam keadaan kekurangan yang parah, daun menjadi kering, dimulai dari bagian bawah terus ke bagian atas.

Pospor (P)

               Berfungsi

1.      Mengangkutan energi hasil metabolisme dalam tanaman.

2.      Merangsang pembungaan dan pembuahan.

3.      Merangsang pertumbuhan akar.

4.      Merangsang pembentukan biji.

5.      Merangsang pembelahan sel tanaman dan memperbesar jaringan sel.

Gejala difesiensi

1.      Terhambatnya pertumbuhan sistem perakaran, batang dan daun

2.      Warna daun seluruhnya berubah menjadi hijau tua/keabu-abuan, mengkilap, sering pula terdapat pigmen merah pada daun bagian bawah, selanjutnya mati. Pada tepi daun, cabang dan batang terdapat warna merah ungu yang lambat laun berubah menjadi kuning.

3.      Hasil tanaman yang berupa bunga, buah dan biji merosot. Buahnya kerdil-kerdil, nampak jelek dan lekas matang

Kalium (K)

Berfungsi

1.      Dalam proses fotosintesa, pengangkutan hasil asimilasi, enzim dan mineral termasuk air.

2.      Meningkatkan daya tahan/kekebalan tanaman terhadap penyakit.

3.      Tanaman yang kekurangan unsur K gejalanya : batang dan daun menjadi lemas/rebah, daun berwarna hijau gelap kebiruan tidak hijau segar dan sehat, ujung daun menguning dan kering, timbul bercak coklat pada pucuk daun.

 Gejala difesiensi

1.      Daun-daun berubah jadi mengerut alias keriting (untuk tanaman kentang akan menggulung) dan kadang-kadang mengkilap terutama pada daun tua, tetapi tidak merata. Selanjutnya sejak ujung dan tepi daun tampak menguning, warna seperti ini tampak pula di antara tulang-tulang daun pada akhirnya daun tampak bercak-bercak kotor (merah coklat), sering pula bagian yang berbercak ini jatuh sehingga daun tampak bergerigi dan kemudian mati.

2.      Batangnya lemah dan pendek-pendek, sehingga tanaman tampak kerdil.

3.      Buah tumbuh tidak sempurna, kecil, mutunya jelek, hasilnya rendah dan tidak tahan disimpan.

4.      Pada tanaman kelapa dan jeruk, buah mudah gugur.

5.      Bagi tanaman berumbi, hasil umbinya sangat kurang dan kadar hidrat arangnya demikian rendah.



Calsium (Ca)

Berfungsi

1.      Merupakan bagian penting dari dinding sel dan sangat penting untuk menunjang proses pertumbuhan.

2.      Kalsium adalah untuk menyusun klorofil.

3.      Dibutuhkan enzim untuk metabolis karbohidrat, serta mempergiat sel meristem.

4.      Kekurangan kalsium mengakibatkan terjadinya disintegrasi padaujung-ujung tanaman (ujung batang, akar, dan buah)  sehingga ujungnya menjadi mengering atau mati, tunas daun yang masih muda akan tumbuh abnormal.

Gejala difesiensi

1.      Daun-daun muda selain berkeriput mengalami perubahan warna, pada ujung dan tepi-tepinya.

2.      klorosis (berubah menjadi kuning) dan warna ini menjalar di antara tulang-tulang daun, jaringan-jaringan daun pada beberapa tempat mati
Kuncup-kuncup muda yang telah tumbuh akan mati.

3.      Pertumbuhan sistem perakarannya terhambat, kurang sempurna malah sering salah bentuk.

4.      Pertumbuhan tanaman demikian lemah dan menderita

Magnesium (Mg)

Berfungsi

1.      Merupakan penyusun utama khlorofil yang menentukan laju fotosintesa / pembentukan karbohidrat.

2.      Berfungsi untuk transportasi fosfat.

3.      menciptakan warna hijau pada daun.

4.      Kekurangan magnesium yaitu menguningnya daun yang dimulai dariujung da bagian bawah daun.

 Gejala difesiensi

1.      Daun-daun tua mengalami klorosis (berubah menjadi kuning) dan tampak di antara tulang-tulang daun, sedang tulang-tulang daun itu sendiri tetap berwarna hijau. Bagian di antara tulang-tulang daun itu secara teratur berubah menjadi kuning dengan bercak-bercak merah kecoklatan.

2.      Daun-daun mudah terbakar oleh teriknya sinar matahari karena tidak mempunyai lapisan lilin, karena itu banyak yang berubah warna menjadi coklat tua/kehitaman dan mengkerut.

3.      Pada tanaman biji-bijian, daya tumbuh biji kurang/lemah, malah kalau toh ia tetap tumbuh maka ia akan nampak lemah sekali.

           Belerang/ Sulfur (S)

             Berfungsi

1.      Pembentukan asam amino dan pertumbuhan tunas serta membantu pembentukan bintil akar tanaman.

2.      Pertumbuhan anakan pada tanaman.

3.      Berperan dalam pembentukan klorofil serta meningkatkan ketahanan terhadap jamur.

4.      Pada beberapa jenis tanaman antara lain berfungsi membentuk senyawa minyak yang menghasilkan aroma dan juga aktifator enzim membentuk papain.

Gejala difesiensi

1.      Daun-daun muda mengalami klorosis (berubah menjadi kuning), perubahan warna umumnya terjadi pada seluruh daun muda, kadang mengkilap keputih-putihan dan kadang-kadang perubahannya tidak merata tetapi berlangsung pada bagian daun selengkapnya.

2.      Perubahan warna daun dapat pula menjadi kuning sama sekali, sehingga tanaman tampak berdaun kuning dan hijau, seperti misalnya gejala-gejala yang tampak pada daun tanaman teh di beberapa tempat di Kenya yang terkenal dengan sebutan,Tea Yellow, atau,yellow Disease.

3.      Tanaman tumbuh terlambat, kerdil, berbatang pendek dan kurus, batang tanaman berserat, berkayu dan berdiameter kecil.

4.      Pada tanaman tebu yang menyebabkan rendemen gula rendah.

5.      Jumlah anakan terbatas.

 UNSUR HARA MIKRO 

Ferrit/besi (Fe)

Berfungsi

1.      untuk pembentukan klorofil.

2.      berperan pada proses-proses fisiologis tanaman seperti proses pernapasan, selain itu besi berfungsi sebagai aktifator dalam proses biokimia didalam tanaman, dan pembentuk beberapa enzim.
Gejala kekurangan besi pada tanaman dapat menimbulkan korosi, lembaran daun menjadi kuning/pucat. Dalam jumlah tertentu besi menjadi racun bagi tanaman. Besi tersedia dalam tanah berkisar 2-150ppm. Dan kebutuhan normal tanaman berkisar 40-250ppm.
 
Gejala difesiensi

1.      Defisiensi (kekurangan) zat besi sesungguhnya jarang terjadi. Terjadinya gejala-gejala pada bagian tanaman (terutama daun) kemudian dinyatakan sebagai kekurangan tersedianya zat besi adalah karena tidak seimbang tersedianya zat Fe dengan zat kapur (Ca) pada tanah yang berlebihan kapur dan yang bersifat alkalis. Jadi masalah ini merupakan masalah pada daerah-daerah yang tanahnya banyak mengandung kapur.

2.       Gejala-gejala yang tampak pada daun muda, mula-mula secara setempat-setempat berwarna hijau pucat atau hijau kekuning-kuningan, sedangkan tulang daun tetap berwarna hijau serta jaringan-jaringannya tidak mati

3.      Selanjutnya pada tulang daun terjadi klorosis, yang tadinya berwarna hijau berubah menjadi kuning dan ada pula yang menjadi putih.

4.      Gejala selanjutnya yang lebih hebat terjadi pada musim kemarau, daun-daun muda banyak yang menjadi kering dan berjatuhan.

5.      Pertumbuhan tanaman seolah terhenti akibatnya daun berguguran dan akhirnya mati mulai dari pucuk.



Mangan (Mn)

Berfungsi

1.      Untuk penyusunan klorofil, perkecambahan, dan pemasakan buah.

2.      Berfungsi dalam pembelahan sel, di gunakan dalam proses pernapasan dan fotosintesis. Ciri kekurangan Mn biji yang terbentuk akan sangat jelek, daun menguning dan beberapa jaringan akan mati.
Gejala Kekurangan berupa daun akan tampak berwarna gelap dan muda, perkembangan kuncup akan mengalami kegagalan, dan pertumbuhan tanaman terhambat.

Gejala difesiensi
Gejala kekurangan Mangan (Mn) hampir sama dengan gejala kekurangan Besi (Fe) pada tanaman, yaitu:

1.      Pada daun-daun muda di antara tulang-tulang dan secara setempat-setempat terjadi klorosis dari warna hijau menjadi warna kuning yang selanjutnya menjadi putih.

2.      Tulang-tulang daunnya tetap berwarna hijau, ada yang sampai kebagian sisi-sisi dari tulang.

3.      Jaringan-jaringan pada bagian daun yang klorosis mati sehingga praktis bagian-bagian tersebut mati, mengering, ada kalanya yang terus mengeriput dan ada pula yang jatuh sehingga daun tampak menggerigi.

4.      Pertumbuhan tanaman menjadi kerdil, terutama pada tanaman sayuran tomat, seledri, kentang dan lain-lain, begitu juga pada tanaman jeruk, tembakau dan kedelai.

5.      Pada tanaman gandum, bagian tengah helai daun berwarna coklat, kemudian patah.

6.      Pembentukan biji-bijian kurang baik (jelek).

Tembaga/Cupprum (Cu)

Berfungsi
Belum banyak diketahui, namun tembaga berfungsi untuk pembentukan klorofil.
Ciri kekurangan  tembaga daun tidak merata dan daun sering layu, malah terkadang klorosis.

Gejala difesiensi
Kekurangan unsur hara Tembaga (Cu) acapkali ditemukan pada tanah-tanah organik yang agak asam, tanda-tandanya dapat dilihat sebagai berikut:

1.      Pada bagian daun, terutama daun-daun yang masih muda tampak layu dan kemudian mati (die back), sedang ranting-rantingnya berubah warna pula menjadi coklat dan mati pula.

2.      Ujung daun secara tidak merata sering ditemukan layu, malah kadang-kadang klorosis, sekalipun jaringan-jaringannya tidak ada yang mati.

3.      Pada tanaman jeruk kekurangan unsur hara tembaga ini menyebabkan daun berwarna hijau gelap dan berukuran besar, ranting berwarna coklat dan mati, buah kecil dan berwarna coklat.

4.      Pada bagian buah, buah-buahan tanaman pada umumnya kecil-kecil warna coklat dan bagian dalamnya didapatkan sejenis perekat (gum).

Seng/zink (Zn)

Berfungsi

Memberi dorongan terhadap pertumbuhan tanaman karena diduga Zn dapat berfungsi untuk membebtuk hormon tumbuh.  Unsur seng didalam tanaman tidak dapat dipindahkan dari jaringan tua ke jaringan yang muda sehingga gejala defisiensi akan terlihat lebih awal pada daun muda. 

Gejala difesiensi

1.      Terjadi penyimpangan pertumbuhan pada bagian daun-daun yang tua, yaitu:

·         Bentuknya lebih kecil dan sempit daripada bentuk umumnya

·         Klorosis terjadi di antara tulang-tulang daun

·         Daun mati sebelum waktunya, kemudian berguguran dimulai dari daun-daun yang ada di bagian bawah menuju ke puncak

2.      Pada padi sawah gejala terlihat 2 - 4 minggu setelah tanam, yaitu adanya pemutihan di bagian tengah daun. Kekurangan yang parah menyebabkan daun tidak mau terbuka.

3.      Pada tanaman jagung gejala terlihat 1 - 2 minggu setelah bibit muncul di permukaan tanah, daun-daun muda menunjukkan garis-garis kuning dan terus menguning sampai ke dasar daun, sedang tepi daun tetap hijau.

4.      Pada kacang tanah gejala terlihat setelah tanaman berumur 1 bulan, mula-mula jaringan di antara urat-urat dan nampak menguning dan akhirnya hanya pada urat-urat daun saja akan tetap hijau. Tanaman kerdil dan polong sedikit.

Boron (B)

Berfungsi

1.      Unsur ini berfungsi menangkut karbohidrat kedalam tubuh tanaman dan   menghisap unsur kalsium.

2.      Berfungsi dalam perkembangan bagian-bagian tanaman untuk tumbuh aktif.

3.      Pada tanaman penghasil  biji unsur ini berpengaruh terhadap pembagian sel.

4.      Menaikkan mutu tanaman sayuran dan tanaman buah.
 
Gejala difesiensi

Kekurangan unsur boron paling nyata tampak pada tepi-tepi daun yaitu gejala klorosis, mulai dari bagian bawah daun.  daun yang baru muncul terlihat kecil dan tanaman agak kerdil cabang tumbuh sejajar. kuncup-kuncup mati dan berwarna hitam.  Kekurangan unsur ini menimbulkan penyakit fisiologis , khususnya pada atanaman sayur dan buah, pada tanaman semangka biasanya ditandai dengan pertumbuhan batang muda yang tegak berdiri, ruas pendek, daun mengecil, dan bila terkena angin batang muda tersebut mudah patah dan mengeluarkan cairan berwarna kecoklatan, pada tanaman sayur  dan buah kekurangan unsur bini agak sulit dibedakan dengan tanaman yang terkena serangan virus. Dan pada tanaman jagung kekurangan unsur ini bisa mengakibaatkan tongkol tanpa biji sama sekali ( mirip jagung yang tidak terbuahi).

Klorin (Cl)

Berfungsi
Klorin diperlukan untuk osmosis dan keseimbangan ionik sel bagian dari regulasi energi, juga memainkan peran dalam fotosintesis. Unsur ini diserap tanaman dalam bentuk ion Cl- keberadaannya tidak dihasilkan dari metabolisme tanaman,dan fungsi lain berkaitan dengan pengaturan tekanan osmosis didalam sel tanaman.

Gejala difesiensi

1.      Dapat menimbulkan gejala pertumbuhan daun yang kurang normal terutama pada tanaman sayur-sayuran, daun tampak kurang sehat dan berwarna tembaga.

2.      Kadang-kadang pertumbuhan tanaman tomat, gandum dan kapas menunjukkan gejala seperti di atas.

Cobalt (Co)

Berfungsi

Untuk Fiksasi nitrogen dalam penyerapan unsur N (Nitrogen), Cobalt dapat digantikan perannya dengan Natrium (Na), dan Molibdenum (Mo).

Gejala difesiensi
Mengurangi pembentukan hemoglobin dan fiksasi nitrogen

Molibdenum (Mo)

Berfungsi
Sebagai kofaktor pada beberapa enzim penting untuk membangun asam amino. berperan sebagai pengikat nitrogen  yang bebas diudara untuk pembentukan protein dan menjadi komponen pembentuk enzim pada bakteri bintil akar tanaman. 

Gejala difesiensi  

yakni daun berubah warna keriput dan melengkung seperti mangkok, muncul bintil-bintil kuning disetiap lembaran daun dan akhirnya mati sehingga  pertumbuhan tanaman terhenti. Ketersediaan Mo dalam tanah antara 0,05-0,5 ppm sedang kebutuhan normal pada tanaman 0,2-1 ppm. Bayam dan bawang adalah jenis tanaman yang sangat peka kekurangan Mo.

Natrium (Na)

Berfungsi
Sebagai keseimbangan ion pada regulasi energi untuk membuka dan menutupnya stomata.

Gejala difesiensi
Daun-daun tenaman bisa menjadi hijau tua dan tipis. Tanaman cepat menjadi layu.

Silicon (Si)

Berfungsi
Tersimpan dalam dinding sel yang mengakibatkan sifat mekanis sel yaitu kaku atau elastis.
 
Gejala difesiensi

Dapat mengakibatkan tanaman mudah terserang penyakit.

Nikel (Ni)

Berfungsi

Pada tanaman Keras/tumbuhan tingkat tinggi sebagai aktivasi urease (enzim yang berperan dalam metabolisme Nitrogen untuk proses perombakan urea). Pada tanaman tingkat rendah, sebagai kofaktor beberapa enzim. Perannya dapat digantikan dengan  Seng (Zn) dan Besi (Fe).

Gejala difesiensi
Gagal untuk menghasilkan benih yang layak

GENETIKA DASAR Dasar fisik hereditas

Dasar fisik hereditas

Ganetika

Genetika adalah cabang biologi yang berurusan dengan hereditas dan variasi. Unit-unit hereditas yang ditransmisikan dari satu generasi ke generasi berikutnya (dengan kata lain, diwariskan) disebut gen. Gen terletak dalam molekul-molekul panjang asam deoksiribonukleat (deoxyribonucleic acid, DNA) yang ada dalam semua sel. DNA, bersama dengan suatu matriks protein, membentuk nukleoprotein dan teroganisasi menjadi struktur yang disebut kromosom yang ditemukan dalam nukleus atau daerah inti sel. Sebuah gen mengandung kode informasi bagi produksi protein. Normalnya, DNA adalah molekul yang stabil dengan kapasitas untuk bereplikasi sendiri. Terkadang bisa terjadi perubahan spontan pada suatu bagian DNA. Perubahan itu disebut mutasi, dapat menyebabkan kode DNA yang mengakibatkan produksi protein yang salah atau tidak lengkap. Hasil netto sebuah mutasi sering kali terlihat sebagai perubahanpada tampilan fisik suatu individu ataupun perubahan pada hal-hal lain yang dapat terukur pada organisme itu, disebut karakter atau sifat. Melalui proses mutasi, sebuah gen dapat berubah menjadi dua atau lebih bentuk alternatif yang disebut alel.

CONTOH 1.1

Orang yang sehat memiliki gen yang menspesifikasi struktur protein normal pigmen sel darah merah yang disebut hemoglobin. Sejumlah penyandang anemia memiliki gen tersebut yang bentuknya mengalami perubahan, dengan kata lain alel, yang membuat protein hemaglobin tang salah. Protein itu tak mampu menyangkut oksigen dalam jumlah normal ke sel-sel tubuh ketika kadar oksigen rendah.

Masing-masing gen menempati posisi spesifik dikromosom. Disebut lokus (jamak loki) gen. Karenanya, sebuah bentuk alelik sebuah gen dapat ditemukan di posisi yang sama pada kromosom-kromosom yang berbeda yang mirip secara genetis (homolog). Kata lokus terkadang saling dipertukarkan dengan kata gen dalam penggunaannya. Pada awal perkembangan genetika, gen diduga perilaku sebagai sebuah partikel unit. Partikel-partikel itu dipercaya tersusun di kromosom seperti manik-manik yang terronce pada seutas benang. Konsep itu masih berguna untuk membantu pemahaman mahasiswa tingkat awal, tapi perlu dimodifikasi cukup banyak saat kita mempelajari dasar biokimiawi hereditas di Bab 3. Semua gen dalam sebuah kromosom dikatakan bertaut satu sama lain dan merupakan anggota kelompok pertautan (linkage group) yang sama. Kemana pun kromosom pergi, kromosom mengangkut semua gen yang berasosiasi dengannya. Seperti nanti yang akan kita lihat dalam bab ini(dan juga di bab 6), gen-gen yang bertautan tidaklah ditransmisikan secara bebas satu sama lain, namun gen-gen dalam kelompok-kelompok pertautan yang berbeda (pada kromosom-kromosom yang berbeda) ditransmisikan secara bebas satu sama lain.

Sel

Unit kehidupan terkecil adalah sel. Semua makhluk hidup tersusun atas satu atau lebih sel. Sel-sel paling primitif yang masih hidup saat ini adalah bakteri. Bakteri secara umum adalah organisme-organisme bersel tunggal yang tidak memiliki nukleus. Karenanya, bakteri digolongkan  kedalam organisme yang disebut prokariota(secara harfiah yang berarti sebelum nukleus berevolusi). Akan tetapi, kebanyakkan makhluk hidup lain (termasuk alga, fungi, tumbuhan dan hewan) dicirikan oleh keberadaan sebuah nukleus dan disebut sebagai eukariota (secara harfiah berartibenar-benar bernukleus). Nukleus adalah sebuah kompartemen terbungkus membran yang mengisolasi materi genetik dari seluruh bagian lain sel (sitoplasma). Sebagian besar isi buku ini adalah mengenai genetika eukariota.bakteri akan dibahas di bab 10.

            Sel dibatasi oleh membran plasma, serta mengandung semua zat-zat kimiawi dan struktur yang diperlukan bagi keberlangsungan hidup tipe sel tertentu. Sel-sel suatu organisme multiseluler kerap kali terdiferesiensi untuk melakukan fungsi-fungsi spesifik (terkadang disebut sebagai pembagian kerja). Contohnya, sebuah neuron terspesialisasi untuk menghantarkan inplus-inplus saraf ,sebuah otot berkontraksi, sebuah sel darah mengangkut oksigen, dan lain-lain. Dengan demikian, tidak ada yang namanyatype sel umum(typical). Gambar 1-1 adalah diagram campurandari sebuah sel hewan. Gambar itu menunjukan strukter-struktur subselular yang sering ditemukan. Struktur-struktur subselular yang dikelilingi oleh membren disebut dengan organel. Kebanyakan organel dan struktur-struktur sel lainnya terlalu kecil untuk dilihat dengan mikrosop cahaya, namun dapat dipelajari dengan mikrosop elektron. Ciri-ciri organel-organel dan bagian-bagian lain sel eukariotik dijabarkan dalam Tabel  1-1.

Kromosom

1.      JUMLAH KROMOSOM

Pada organisme – organisme yang lebih kompleks, misalnya tumbuhan dan hewan, setiap sel somatik ( sel apapun selain sel-sel kelamin ) mengandung satu sel kromosom yang diwarisi dari induk maternal ( betina ) dan satu sel kromosom yang

Gambar. Diagram sebuah sel hewan

Tabel 1.1 Ciri-ciri struktur selular Eukariotik

Struktur sel	Ciri-ciri fisik	Fungsi
Struktur-struktur Ekstraselular	Sebuah dinding sel yang mengelilingi membran plasma; terutama tersusun atas  selulosa pada tumbuhan, peptidoglikan pada bakteri, kitin pada fungi. Sel-sel hewan tidak dikelilingi oleh dinding sel. Sejumlah bakteri memproduksi kapsul-kapsul ekstra selular yang tersusun dari polisakarida atau glikoprotein.	Memberika kekuatan dan kekakuan (rigidity) pada sel
Membran plasma	Fosfolipid lapis ganda (phospolipid bilayer) yang juga mengandung protein-protein dan sterol-sterol(pada sel hewan)	mengatur lalu lintas molekular ke dalam dan keluar sel : zat-zat ekstraselular ( misalnya nutrien, air ) memasuki sel dan zat-zat buangan atau sekresi meninggalkan sel : lalu lalang zat-zat mungkin memerlukan energi ( transpor aktif ) atau mungkin pasif (difusi)
Nukleus	Dikelilingi oleh sebuah membran ganda ( membran nukleus ) yang mengatur pergerakan materi diantara nukleus dan sitoplasma : pada membran itu terdapat pori-pori yang berkomunikasi dengan retikulum endoplasma. Mengandung kromatin, yang merupakan komponen nukleoprotein kromosom . hanya bagian DNA pada kromosom yang mengandung materi herediler.	Memegang kontrol utama fungsi-fungsi selular melalui materi genetiknya ( DNA )
Nukleolus	Tempat-tempat sintesis RNA ribosom (rRNA) pada kromatin: menghilang dari pandangan jika dilihat dengan mikroskop cahaya saat replikasi selular	Sintesis RNA ribosom
Nukleoplasma	Komponen-komponen nonkromatin dari nukleus yang mengandung materi-materi untuk membangun DNA dan RNA messenger (molekul-molekul mRNA berperan sebagai perantara antara nukleus dan sitoplasma)	Terlibat dalam replikasi DNA dan ekspresi gen
Sitoplasma	Mengandung berbagai struktur (lihat bawah) dan sistem enzimatik (misalnya glikolisis dan sintesis protein)	Terlibat dalam penyediaan energi bagi sel; pelaksanaan-pelaksanaan intruksi genetik dari nukleus
Ribosom	Mengandung tiga atau empat molekul RNA ribosom dan lebih lebih dari 50 macam protein	Tempat sisntesis protein
Retikulum endoplasma	Sistem membran internal; retikulum endoplasma kasar (rough endoplasmic reticulum, RER) mengandung ribosom; retikulum indoplasma halus (smooth endoplasmic retikulum,SER) tidak mengandung ribosom	RER bertanggung jawab atas modifikasi rantai-rantai polipeptida menjadi protein matang (misalnya melalui glikosilasi) dan SER adalah tempat sintesis lipid
Mitokondria	Dikelilingi oleh 2 membran fosfolipid lapis ganda; mengandung enzim-enzim yang diperlukan untuk produksi ATP, mengandung kumpulan gen yang terpisah dari gen-gen nukleus. Gen-gen mitokondria terdapat pada sebuah sebuah kromosom sirkular yang terlibat dalam fungsi mitokondria	Produksi adenosin trifosfat (ATP) melalui siklus krebs dan rantai trasnpor elektron; beta oksidasi asam-asam lemak brantai panjang; ATP adalah sumber utama energi bagi reaksi-reaksi biokimiawi
Plastida	Struktur pada sel tumbuhan yang dikelilingi oleh membran ganda; mengandung pigmen-pigmen semisal klorofil dan karotinoid. Misalnya kloroplas pada tumbuhan	Tempat penyimpanan dan dan sintesis makanan (misalnya pati); fotosintesis terjadi di kloroplas
Badan (aparatus) golgi	Organel yang tersusun dari sisterna seperti kantung yang pipih, terletak sangat dekat dengan ER dan banyak melakukan komunikasi dengan struktur tersebut. Sisterna yang tidak begitu berkembang terkadang disebut diktiosom pada sebagian fungsi, protozoa dan tumbuhan	Tempat ditambahkannya gula, fosfat, sulfat atau asam-asam lemak pada protein-protein tertentu; saat membran-membran melepaskan diri dari sisterm golgi, membran itu akan dikirim dalamvesikula-vesikula transfor agar mencapai tempat-tempat spesifik (misalnya membran plasma untuk sekresi keluar sel, lisosom)
Lisosom	Kantung yang dikelilingi oleh membran, berisikan enzim-enzim digestif pada semua sel eukariotik	Membantu mencerna (mendigesti) bakteri dan partikel-partikel asing lainnya secara intraselular; dapat menyebabkan kehancuran pada sel jika pecah
Vakuola	Organel penyimpanan yang dikelilingi membran	Tempat penyimpanan air dan produk-produk metabolik (misalnya asam amino, gula); sel-sel tumbuhan sering kali memilki vakuola pusat berukuran besar yang (ketika terisi cairan yang menghasilkan tekanan turgor) membuat sel menjadi kaku
Sentriol	Tersusun dari mitrokobulus; mampu direplikasi setelah setiap pembelahan sel; jarang ada pada tumbuhan	Membentuk kutub-kutub aparatus gelendong selama pembelahan sel
Sitoskleton	Tersusun atas mikrotobulus dariprotein tubulin (seperti pada serabut gelendong yang bertanggung jawab atas pergerakan kromosom selama pembelahan nukleus atau pada flagela dan silia), mikrofelamen aktin dan miosin (seperti pada sel-sel otot), dan pada filament-filament intermediet (yang masing-masing memiliki protein tersendiri misalnya keratin)	Berkonstribusi bagi bentuk, pembelahan dan motilitas sel, serta kemampuan untuk menggerakkan dan menyusun komponen-komponennya
Sitosol	Bagian cair sitoplasma selain unsur-unsur bentukkan yang disebutkan diatas; mengandung air, ion, mineral, gula, asam amino dan nutrien-nutrien lain	Komponennya terlibat dalam pembentukkan biopolimer makromolekular (asam-asam nukelat, protein, lipid dan karbohidrat berukuran besar semacam pati dan selulosa) dan aspek-aspek lain metabolisme selular

2.      MORFOLOGI KROMOSOM

Kromosom tersusun dari DNA yang berasosiasi dengan berbagai protein. Kompleks DNA dan protein tersebut sering kali dapat terlihat dalam sel sebagai kromatin  ( yang dinamai demikian karena kompleks tersebut mudah diwarnai dengan pewarna-pewarna tertentu ). Anggota-anggota sebuah kelompok protein, disebut histon, membantu mengorganisasi untai-untai panjang DNA menjadi sebuah struktur yang dikenal sebagai nukleosom (lihat bab 13). Struktur kromosom menjadi paling mudah terlihat pada fase-fase tertentu pembelahan nukleus ketika kromosom berada dalam keadaan sangat tergumpar (misalnya metafase). Setiap kromosom dapat dibedakan secara umum dari kromosom-kromosom lainnya berkat sejumlah kriteria, termasuk panjang relatif kromosom, letak sebuah struktur bernama “kenop” atau kromomer, ada tidaknya perpanjangan mungil dibagian ujung kromatin yang dinamakan satelit, dan lain sebagainya. Sebuah kromosom yang submetasentrik atau akrosentrik memiliki lengan-lengan yang panjangnya kira-kira sama. Setiap kromosom pada genom (dengan mengecualikan kromosom-kromosom seks) dinomori secara berurutan sesuai panjangnya, dimulai dengan kromosom yang paling panjang.

3.      AUTOSOM VS KROMOSOM SEKS

Pada organisme jantan dari sejumlah spesies, termasuk manusia, jenis kelamin diasosiasikan dengan sepasang kromosom yang berbda secara morfologis (heteromorfik). Pasangan kromosom ini disebut kromosom-kromosom seks. Pasangan kromosom semacam itu biasanya ditandai X dan Y. Faktor-faktor genetik pada kromosom Y manusia menetukan kelakian (maleness). Perempuan memiliki dua kromosom X yang identik secara morfologis. Anggota-anggota pasangan kromosom homolog mana pun tidak berbeda secra morfologis, tapi biasanya sangat berbeda dengan pasangan-pasangan lainnya.  (kromosom-kromosom nonhomolog). Semua kromosom, terkecuali kromosom-kromosom seks, disebut autosom. Gambar 1-2 menunjukan imbangan kromosomal lalat buah, drosophila melanogaster (2n=8) dengan tiga pasang autosom (2, 3, 4) dan sepasang kromosom seks.

Pembelahan dan Reproduksi sel

1.      MITOSIS

Seluruh sel somatik pada organisme multiseluler adalah keturunan dari satu sel awal, yakni telur yang terfertilisasi atau zigot, melalui pembelahan yang disebut mitosis. Fungsi mitosi yang pertama adalah membuat salinan yang persis sama dengan setiap kromosom, lalu membagikan set identik kromosom kepada masing-masing dari kedua sel keturunan, atau sel anakkan, melalui pembelahan sel awal (sel induk). Interfase adalah periode diantara dua mitosis yang berurutan dan terdiri atas tiga fase: G₁, S, dan G₂ (Gambar 1-3). Selama fase S (sintesis), molekul-molekul DNA (lihat gambar 3-1) dari masing-masing kromosom mengalami replikasi (lihat gambar 3-10) hingga menghasilkan sepasang molekul DNA identik yang disebut kromatid (terkadang disebut kromatid saudari). Masing-masing kromosom yang telah direplikasi itu lalu memasuki mitosi dengan dua molekul DNA yang identik. Untai-untai tipis kromatin umumnya tampak sebagai materi  amorfus (tidak berbentuk jelas) dan bergranula dalam nukleus sel-sel yang diwarnai saat interfase. Sebelum dan sesudah fase S, ada dua periode saat berlangsung aktifitas metabolik, pertumbuhan dan diferensiasi secara giat, yaitu fase G₁ ( Gap 1) dan G₂ (Gap 2). Selama G₁ sel-sel mempersiapkan sintesis DNA (fase S) sedangkan selama G₂,  terjadi pertumbuhan san pembesaran sel. Sel-sel dapat meninggalkan siklus sel dan memasuki tahapan istirahat, atau tahapan G₀, dari G₁. Sel-sel G₀ bersifat nonproliferatif (tidak memperbanyak diri), namun viabel (mampu bertahan hidup) dan aktif secara metabolik. Sel-sel dapat memasuki kembalisiklus sel dengan cara kembali ke G₁. Begitu sebuah sel memasuki G₁ dan siklus sel, sel itu akan menyelesaikan siklus tersebut. Fase M atau mitosis, terdiri atas 4 fase utama yang dijabarkan berikut: profase, metafase, anafase dan telofase (lihat gambar 1-4). Mitosis biasanya adalah fase terpendek dalam siklus sel, hanya berlangsung selama 1 jam dari waktu total siklus sel sepanjang 18-24 jam dalam sebuah sel hewan ideal. Lama waktu yang dihabiskan dalam fase lainnya bisa beragam, tapi umumnya fase G₁ berlangsung selama 6-12 jam, fase S 6-8 jam, dan fase G₂ 3-4 jam. Waktu yang dihabiskan pada masing-masing fase mitosis cup berbeda-beda. Profase biasanya memerlukan waktu yang jauh lama daripada fase-fase lainnya; metafase adalah yang paling singkat.

Gambar. Siklus sel

a). Profase. Pada profase, kromosom-kromosom menebal atau berkondensasi (lihat bab 7), sehingga menjadi bisa terlihat dibawah mikroskop cahaya, mula-mula sebagai benang-benang tipis, lalu secara progesif menjadi semakin pendek dan tebal karena mengumpar disekeliling protein-protein histon, kemudian mengumpar terpilin (supercoil) pada dirinya sendiri.

b). Metafase. Saat metafase, serabut-serabut  kinetor dari MTOC yang berseberangan akan mendorong dan menarik sentromer-sentromer yang menjadi satu pada kromatid-kromatid saudari. Akibatnya, masing-masing kromosom bergerak kebidang yang biasanya dekat dengan bagian tengah sel, sebuah posisi yang disebut bidang metafase ( metaphase plate). Kromosom-kromosom dijaga pada posisi itu oleh tekanan dari serabut-serabut MTOC yang berseberangan.

c). Anafase. Selama anafase. Kromatid-kromatid saudari memisah dibagian sentromer dan tertarik kekutub-kutub yang berseberangan. Seiring bergeraknya masing-masing kromatid melalui sitosol yang kental, lengannya bergerak lambat dibelakang sentromernya yang melekat diserabut gelendong melalui kinetokor, sehingga member bentuk khas pada kromatid tersebut, tergantung pada letak sentromernya.

d). Telofase. Pada telofase masing-masing set dari kromatid-kromatid yang memisah, berkumpul pada kedua kutup sel. Kromatid-kromatid (yang kini disebut lagi sebagai kromosom) mulai membuka kumparannya dan kembali ke keadaan interfase. Gelendong berdegenerasi, membrane nukeus terbentuk kembali, dan sitoplasma membelah dalam proses yang disebut sitokinesis. Pada hewan, sitokinesis berlangsung melalui pembentukkan lekukan penyibakan (cleavage furrow) yang menjadi semakin dalam dan pada akhirnya membagi sel menjadi dua seperti yang terlihat pada gambar 1-4. Kedua produk mitosis disebut sel anakkan (daughter cell) atau sel progeni, dan keduanya dapat berukuran sama ataupun tidak, bergantung pada dimana bidang sitokinesis membagi sel. Ada tiga titik pemeriksaan (checkpoint) selama siklus sel untuk memastikan adanya kemajuan yang layak sebelum meneruskan ketahapan berikutnya: pada peralihan G₁/S, pada peralihan G₂/M.

Gambar. Mitosis pada sel hewan. Kromosom yang berwarna gelap berasal dari induk betina;

Kromosom yang berwarna terang berasal dari induk jantan. Sepasang kromosom homolog bersifat metasentrik, pasangan satunya lagi submetasentrik.

2.      REPRODUKSI SEKSUAL MELALUI MEIOSIS

Reproduksi seksual melibatkan pembentukkan gamet (gametogenesis), dan penyatuan gamet jantan dan gamet betina (fertilisasi) untuk menghasilkan zigot. Pada manusia gamet jantan adalah sperma. Sedangkan gamet betina adalah sel telur atau ovum (jamak ova). Gametogenesis terjadi hanya pada sel-sel terspesialisasi (lini nutfah atau germ line) dari organ-organ reproduksi (gonad). Pada hewan, testis adalah gonad jantan, sedangkan ovarium adalah gonad betina. Sel-sel gamet dihasilkan melalui proses meiosis.

            Secara spesifik meiosis melibatkan replikasi sebuah DNA tunggaldan dua pembelahan sitoplasma. Pembelahan meiosis pertama (meiosis I) adalah pembelahan reduksional yang menghasilkan dua sel haploid dari satu sel diploid tunggal. Pembelahan meiosis kedua (meiosis II)  adalah pembelahan berimbang (mirip dengan mitosis, dalam artian terjadi pemisahan kromatid-kromatid saudari dari sel-sel haploid). Masing-masing pembelahan meiosis itu (meiosis I dan II) terdiri atas empat fase utama (dirinci dibawah). Bagi meiosis I, keempat fase itu adalah profase I, metafase I, anafase I, telofase I; sedangkan bagi meiosis II, profase II, metafase II, anafase II, telofase II. DNA bereplikasi saat interfase sebelum meiosis I; DNA tidak bereplikasi diantara telofase I dan profase II.  

a). Meiosis I. diawal meiosis I, kromosom yang telah bereplikasi menebal dan berkondensasi. Profase I meiosis berbeda dari profase mitosis dalam hal tersusunnya kromosom-kromosom homolog menjadi sebelah-menyebelah dalam proses perpasangan yang disebut sinapsis. Sepasang kromomosom yang bersinapsis disebut sebuah bivalen (dua kromosom) atau tetrad (empat kromatid). Pada tahapan ini, masing-masing kromosom terdiri atas dua kromatid saudari identik (yang telah bereplikasi) sel mengandung satu set kromosom dari induk betina dan satu set lagi dari induk jantan. Peristiwa-peristiwa profase I bersifat kompleks dan dapat dibagi lima subtahap.

·         Leptonema (leptoten atau tahap benang tipis): kromosom-kromosom yang panjang dan tipis mulai berkondensasi, dan sebagai akibatnya, tanda-tanda pertama struktur serupa benang mulai muncul dalam materi kromatin yang tadinya amorfus di nucleus.

·         Zigonema (zigoten atau tahap benang tergabung): pada tahap ini, pasang-pasangan kromosom homolog bertemu dan digabungkan oleh sebuah struktur protein seperti pita yang disebut kompleks sinaptonema. Inilah awal sinapsis. Diduga sinapsis terjadi disana sini disepanjang kromosom berpasangan pada tempat-tempat dimana ada kemiripan informasi genetic pada kedua kromosom homolog.

·         Pakinema (pakiten atau tahap benang tebal): sinapsis sudah berbentuk dan nodul-nodul rekombinasi mulai muncul disepanjang kromosom-kromosom yang bersinapsis. Ditempat-tempat itu, kromatid-kromatid nonsaudari (satu dari masing-masing kromosom yang berpasangan) dari tetrad mengalami pindah silang, berpisah bertukar untaian DNA, dan bergabung kembali hingga menghasilkan pertukaran materi genetic (lihat gambar 6-1). Ketika dilihat dengan mikroskop, titip pertukaran tersebut tampak berbentuk silang dan disebut kiasma (jamak kiasmata).

·         Diplonema (diploten atau tahap benang ganda): tahap ini dimulai ketika kompleks sinaptonema mulai mulai menghilang, sehingga kromatid-kromatid dan kiasmata individu dapat dilihat dengan lebih mudah. Kiasmata juga masih terlihat.

·         Diaknesis (tahap pergerakan ganda): kromosom mencapai kondensasi maksimal pada tahapan ini, sedangkan nucleolus dan membrane nucleus menghilang, sementara apparatus gelendong mulai terbentuk. Selama metaphase I, bivalen-bivalen mengorientasikan diri secara acak dibidang ekuatorial. Pada anaphase I, sentromer-sentromer tidak memisah, melainkan terus menyatukan kromatid-kromatid saudari. Kiasmata mulai menghilang, sehingga pasangan-pasangan kromosom homolog apat berpisah dan bergerak kekutub-kutub yang berlawanan;dengan kata lain, kromosom-kromosom utuh (masing-masing terdiri atas dua kromatid saudari) bergerak memisah. Pergerakkan itu mengurangi jumlah kromosom dari diploid (2n) menjadi haploid (n).

Aberasi (penyimpangan) genetic dapat terjadi jika terjadi kesalahan-kesalahan saat kromosom-kromosom homolog berpisah pada anaphase I. jika kromosom-kromosom homolog gagal berpisah, atau disjoin, dan keduanya bermigrasi ke kutub yang sama (disebut nondisjunction), gamet-gametyang dihasilkan akan mengandung dua kromosom tersebut, dan bukannya satu. Ketika gamet semacam itu berfusi dengan gamet lain saat fertilisasi, zigot yang dihasilkan akan memiliki tiga kromosom itu. Kondisi tersebut dinamakan trisomi (lihat bab7). Kebanyakkan trisomi bersifat letal (mematikan); akan tetapi, trisomi 21 (disebut juga sindrom Down, lihat contoh 7.21), menghasilkan individu yang memiliki tiga salinan kromosom 21. Trisomi itu tidak letal, tetapi menyebabkan individu pemiliknya mengalami gangguan mental dan fisik. Trisomi kromosom seks juga terjadi tanpa letalitas, tetapi menyebabkan abnormalitas genetic.

b) Interkinesis. Periode antara pembelahan meiosis pertama dan kedua disebut interkinesis. Bergantung pada spesiesnya, interkinesis bias jadi singkat ataupun lama. Selama interkinesis yang ekstensif, kromosom-kromosom bias terbuka kumparannya dan kem kembali kesuatu kondisi serupa interfase dengan terbentuknya kembali membrane nucleus. Belakangan, kromosom-kromosom akan berkondensasi kembali dan membrane nucleus menghilang. Tek ada sesuatu yang penting secara genetika terjadi selama interkinesis. Akan tetapi, perlu diperhatikan satu perbedaan penting antara interfase mitosis dengan interkinesis meiosis; yaitu, tidak terjadi sintesis DNA selama interkinesis!

Tabel 1-2. Rangkuman mitosis dan meiosis

Mitosis	Meiosis
Pembelahan berimbang yang memisahkan kromatid-kromatid saudari	Tahapan pertama (meiosis I) adalah pembelahan reduksional yang memisahka kromosom-kromosom homolog; kromatid-kromatid saudari memisah saat tahapan kedua (meiosis II)
Satu pembelahan persiklus , yaitu satu pembelahan sitoplasma (sitokinesis) untuk setiap pembelahan kromosomal berimbang	Dua pembelahan per siklus, yaitu dua pembelahan kromosomal reduksional dan satu lagi setelah pembelahan kromosom berimbang
Kromosom-kromosom homolog tidak bersinapsis; tidak terbentuk kiasmata	Kromosom-kromosom bersinapsis dan membentuk kiasmata
Tidak terjadi pertukaran genetic antara kromosom-kromosom homolog	Terjadi pertukaran genetic antara kromosom-kromosom homolog
Dihasilkan dua sel anakan persiklus	Dihasilkan empat sel anakan, disebut gamet, per siklus
Kandungan genetic sel-sel anakan hasil mitosis identik dengan sel induknya	Kandungan genetic sel-sel anakan hasil meiosis berbeda satu sama lain dan berbeda pula dengan sel induk
Jumlah kromosom sel-sel anakan sama dengan jumlah kromosom sel induk	Jumlah kromosom sel-sel anakan separuh jumlah kromosom sel induk
Produk-produk mitosis biasanya mampu menjalani pembelahan mitosis lebih lanjut	Produksi-produksi meiosis mampu menjalani pembelahan meiosis lebih lanjut, meski bisa menjalani pembelahan mitosis setelah meiosis
Secara normal terjadi pada hamper semua sel somatik	Terjadi hanya pada sel-sel terspesialisai pada lini nutfah
Dimulai pada tahapan zigot dan berlanjut selama masa hidup organisme	Terjadi hanya setelah organisme tingkat tinggi menjadi dewasa; terjadi pada zigot banyakjenis alga dan fungi

     

c). Meiosis II. Dalam profase II, apparatus gelendong terbentuk kembali dan kromosom-kromosom berkondensasi. Pada metaphase II, kromosom-kromosom individual telah berjejer dibidang ekuatorial. Saat anaphase II, sentromer masing-masing kromosom memisah, sehingga kromatid-kromatid saudari dapat tertarik terpisah oleh serabut-serabut gelendong yang melekat padanya dalam suatu pembelahan seimbang (seperti mitosis). Saat telofase II, kromosom-kromosom berkumpul dikutub-kutub yang berseberangan dan membrane nucleus muncul kembali. Masing-masing sel lalu membelah melalui sitokinesis dan menghasilkan dua sel progeny. Dengan demikian, sebuah sel induk diploid membelah menjadi empat sel progenihaploid sebagai akibat siklus meiosis (meiosis I dan meiosis II). Cirri-ciri yang membedakan mitosis dan meiosis dirangkum dalam Tabel 1-2.

Hukum pewarisan sifat mendel

Gregor mendel mempublikasikan hasil penelitian genetiknya pada kacang ercis ditahun 1866, dan karenanya meletakkan dasar genetika modern. Dalam naskah kerjanya, mendel mengajukan sejumlah prinsip dasar genetika. Salah satu yang dikenal saat ini adalah hukum segregasi. Mendel¹ dinyatakan sebagai orang pertama yang mengajukan model dimana masing-masing induk mengandung dua salinan unit pewarisan (yang sekarang disebut gen) bagi masing-masing sifat; akan tetapi, hanya satu dari kedua gen (sebuah alel) yang ditransmisikan melalui gamet pada keturunanya. Sebagai contoh, tumbuhan yang memiliki dua bentuk alelik gen bagi bentuk polong, yang satu bagi polong yang bulat dan satu bagi polong yang keriput, akan mentransmisikan hanya satu dari kedua alel tersebut melalui gamet keturunannya.

Prinsip penting kedua yang dimantabkan berkat penelitian mendel adalah hukum perpasangan bebas (the law of independent assortment). Hukum tersebut menyatakan bahwa segresi (atau pemisahan) suatu pasangan gen terjadi secara independen atau lepas dari pasangan gen lainnya. Kita sekarang tahu hal itu hanya benar bagi gen-gen yang tidak tertaut atau bagi lokus-lokus pada kromosom-kromosom yang nonhomolog. Sebagai contoh, pada salah satu pasangan kromosom homolog terdapat alel-alel bagi warna polong, yaitu hijau dan kuning.  segresi alel-alel bagi bentuk polong itu terjadi secara independen dan segregasi  alel-alel bagi warna polong, sebab bagi masing-masing pasangan kromosom homolog berlaku sebagai unit-unit independent selama meiosis. Lebih lanjut, karena orientasi bivalen-bivalen pada lempeng metaphase meiosis pertama pada dasarnya acak, empat kombinasi factor dapat ditemukan pada produk-produk meiosis: (1) bulat-kuning, (2) keriput-hijau, (3) bulat hijau, (4) keriput-kuning.

Gametogenesis

Biasanya, produk-produk akhir meiosis yang baru saja terbentuk bukanlah gamet-gamet yang telah berkembang sepenuhnya. Terdapat suatu periode pematangan setelah meiosis. Pada tumbuhan, satu atau lebih pembelahan mitosis diperlukan untuk menghasilkan spora-spora yang reproduktif, sedangkan pada hewan produk-produk meiosis langsung berkembang menjadi gamet melalui pertumbuhan dan atau diferensiasi. Keseluruhan proses penghasilan gamet-gamet atau spora-spora matang, dengan pembelahan meiosis sebagai bagian terpentingnya, disebut gametogenesis. Aculah kembali kegambar 1-3 dan 1-5 untuk mengetahui detail-detail pembelahan mitosis dan meiosis jika diperlukan.

1.      GAMETOGENESIS HEWAN (SEPERTI YANG TERJADI PADA MAMALIA)

Gametogenesis pada hewan jantan disebut spermatogenesis [Gambar 1-6 (a)]. Spermatogenesis mamalia berawal diepitel germinal tubulus seminiperus gonat jantan ( testis ) dari selsel primordial diploit. Sel seltersebut mengalami pembelahan metosis berulang ulang untuk membentuk populasi spermatogonium. Melalui pertumbuhan, sebuah sprematogonium bias berdiferendiasi menjadi spermatosit primer diploid dengan kemampuan untuk mengalami meosis. Pembelahan meiosis yang pertama tejadi pada spermosit spermatositt primer tersebut, menghasilkan spermatosit spermtosit skunder yag haploid. Dari sel-sel itu, pembelahan meiosis kedua menghasilkan empat produkmeiosis yang haploid, disebut spermatid. kemudian, nyaris keseluruhan sitoplasma terdorong ke dalam ekor panjang serupa cambuk saat pematangan, dan selpu bertransformasi menjadi sebuah gamet jantan matang yang disebut sel sperma atau spermatozoan ( jamak spermatozoa ).

            Gametogenesis pada hewan betina disebut oogenesis [ gambar 1 – 6 ( b ) ]. Oogenesis mamalia berawal dievitel germinal gonat betina( ovarium ) dari sel- sel primordial diploityang disebut oogonia ( tunggal oogonium ). Melalui pertumbuhan dan penyimpanan sitoplasma atau kuning telur dalam jumblah banyak ( untuk digunakan sebagai makanan oleh embrio pada tahap awal ), oogonium bertranformasi menjadi oosit primer diploid dengan kemampuan untuk mengalami meiosis.

Gambar. Gametogenesis hewan. Jumlah kromatid masing-masing kromosom pada setiap tahapan mungkin tidak digambarkan secara akurat. Selain itu, pindah silang telah dihapuskan dari gambar gambar ini agar terlihat lebih sederhana; karenanya, jika dua sel gamet tampaknya mengandung kromosom-romosom yang identik , barang kali kromosom-kromosom itu tidak lah mirip akibat pindah silang.

2.      GAMETOGENESIS TUMBUHAN ( SEPERTI YANG TERJADI PADA ANGIOPSERMA )

Gametogenesis dalam kingdom tumbuhan sangat bervariasi tergantung pada kelompok-kelompok utama tumbuahn yang berbeda-beda. Proses yang dijabarkan dibawah ini adalah khas bagi banyak tumbuhan berbunga (angiosperma). mikrosporogenesis (gambar 1-7) adalah proses gametogenesis pada bagian jantan bunga (anter, gambar 1-8) yang menghasilkan spora-spora reproduksi yang disebut serbuk sari atau polen. Sebuah sel induk mikrospora (mikrosporosit) yang diploid pada anter mengalami pembelahan meiosis da membentuk sepasang sel haploid pada pembelahan pertama. Pembelahan meiosis kedua menghasilkan sekumpulan empat mikrospora haploid. Setelah meiosis, masing-masing spora mengalami pembelahan mitosis kromosom-kromosom tanpa disertai pembelahan sitoplasma (kariokinesis).hal tersebut mensyaratkan replikasi kromosomal yang tidak digambarkan dalam pembelahan kariokinetik pada gambar 1-7. Produk dari kariokinesis pertama adalah sebuah sel mengandung dua nucleus haploid yang identik. Polen biasanya dilepaskan pada tahapan ini. Saat perkecambahan atau germinasi tabung polen, salah satu nucleus (atau set haploid kromosom) tersebut menjadi nucleus generative dan membelah lagi melalui mitosis tanpa sitokinesis (kariokinesis II), sehingga terbentuk dua nucleus sperma. Nucleus satunya lagi, yang tidak membelah, menjadi nucleus tabung. Ketiga nucleus itu identik secara genetic.

 

Gambar. Mikrosporogenesis. Jumlah romatid masing-masing kromosom pada setiap tahapan mungkin tidak digambarkan secara akurat. Selain itu, pindah silang telah dihapuskan dari gambar gambar ini agar terlihat lebih sederhana; karenanya, jika dua sel gamet tampaknya mengandung kromosom-romosom yang identik , barang kali kromosom-kromosom itu tidak lah mirip akibat pindah silang.

            Megasporagenesis (gambar 1-9) adalah proses gametogenesis bada bagian betina bunga (ovarium, gambar 1-8) yang menghasilkan reproduktif yang disebut kantung embrio. Sebuah sel induk megaspore (megasporosit) yang diploid dalam ovarium membelah melalui meiosis dan membentuk sepasang sel haploid dalam pembelahan pertama. Pembelahan meiosis kedua menghasilkan empat megaspore haploid yang mengelompok secara linier. Setelah meiosis, tiga megaspore terdegenerasi. Megaspore yang tersisa mengalami tiga pembelhan mitosis kromosom tanpa diselingi sitokinesis (kariokinesis), menghasilkan sebuah sel besar dengan delapan nucleus haploid (kantung embrio yang belum matang). Ingatlah bahwa setiap kariokinesis harus didahului oleh replikasi kromosomal, tetapi tidak di ilustrasikan pada gambar 1-9. Kantung embrio dikelilingi oleh jaringan maternal ovarium yang disebut integumen (mikropil) yang akan dilalui oleh tabung polen yang melakukan penetrasi. Ketiga nucleus pada kantung mengorientasikan diri didekat ujung tempat mikropil berada, dan dua dari tiga nucleus itu (sinergid) mensekresikan produk-produk menarik tabumg polen. Nucleus ketiga menjadi sebuah nucleus sel telur. Sekelompok nucleus lainnya yang juga beranggotakan tiga buah nucleus bergerak keujung kantung yang berseberangan dengan mikropil dan berdegenarasi (antipodal). Kedua nucleus yang tersisa (nucleus polar) menyatu didekat kantung, membentuk sebuah nucleus fusi tunggal yang diploid. Kantung embrio yang matang (megagametofit) kini siap bagi fertilasi.

           

Gambar. Diagram sebuah bunga

Serbuk polen dari anter diangkut oleh angin atau serangga menuju stigma. Serbuk polen bergeminasi menjadi tabung polen yang tumbuh menuruni stilus, kemungkinan dibawah pengarahan nucleus tabung. Tabung volem memasuki ovarium dan melewati mikropil pada oful menuju kantung embrio (gambar 1-10). Kedua nucleus sperma dilepaskkan kedalam kantung embrio. Setelah menunaikan fungsinya, tabung polen dan nucleus tabung pun berdegenerasi. Salah satu nucleus sperma berfusi dengan nucleus sel telur dan membentuk sebuah zigot yang diploid. Zigot itu nantinya akan berkembang menjadi embrio. Nucleus sperma yang satu lagi akan menyatu dengan nuklues fusi dan membentuk sebuah nucleus triploid (3_n) yang melalui sejumlah pembelahan mitosis, akan membentuk jarigan nutrisi berpati yang disebut endosperma. Lapisan sel-sel luar endosperma disebut aleuron. Embrio, yang dikelilingi oleh jaringan endosperma, dan pada beberapa kasus (misalnya jagung dan rumput-rumputan lain) dikelilingi pula oleh selapis tipis jaringan maternal diploid di bagian luar yang disebut perikarp, akan menjadi biji yang kita kenal. Karena ada dua nucleus yang terlibat, proses tersebut dinamai fertilisasi ganda. Saat perkecambahan biji semaian muda tersebut (generasi sporofit berikutnya) memanfaatkan nutrient-nutrient yang tersimpan dalam endosperma bagi pertumbuhannya sampai semaian itu muncul dari tanah. Saat itu semaian tersebut mampu membuat sendiri makananya melalui fotosintesis.

Siklus hidup dan system model genetic

Sebagian besar tumbuhan memiliki siklus hidup dengan dua generasi yang berbeda: generasi gametofit (tumbuhan pembawa gamet) yang haploid dan generasi sporofit (tumbuhan pembawa spora) yang diploid. Gametofit menghasilkan gamet-gamet yang bergabung untuk membentuk sporofit, yang kelak menghasilkan spora yang berkembang menjadi gametofit, dan begitu seterusnya. Proses tersebut diberi nama pergiliran generasi (alternation of generations). Pada tumbuahan tingkat rendah, misalnya lumut dan lumut hati, gametofit merupakan generasi yang tampak jelas dan hidup secara mandiri, sedangkan sporofitnya kecil dan hidupnya terganutung gametofit. Pada tumbuhan tingkat tinggi (paku-pakuan, gimnosperma, dan angiosperma), keadaannya terbalik; sporofit adalah generasi yang mandiri dan tampak jelas, sedangkan gametofit lebih sulit dilihat dan pada kasus gimnosperma (tumbuhan memiliki runjung) dan angiosperma (tumbuhan berbunga), merupakan generasi yang sepenuhnya tergantung kepada sporofit.  Kita telah membahas bahwa pada angiosperma, generasi gametofit jantan tereduksi menjadi sebuah tabung polen dan tiga nucleus haploid (mikrogametofit); gametofit betina (megagamatofit) merupakan sebuah sel tunggal bernukleus banyak yang disebut kantung embrio dan dikelilingi serta diberi nutrient oleh jaringan ovarium. Arabidopsis thaliana adalah sejenis tumbuhan yang biasanya digunakan sebagai system model genetic.

            Banyak organism-organisme lain yang lebih sederhana, misalnya hewan-hewan yang ber sel tunggal (protozoa), alga, khamir (Saccharomyces cerevisiae dan Schizosacchamyces pombe), serta fungsi-fungsi lainnya, berguna dalam penelitian genetic. Organism-organisme tersebut memiliki siklus hidup yang menarik yang menunjukan variasi yang berbeda-beda. Sebagian siklus hidup tersebut, juga semua siklus hidup bakteri dan virus, dijabarkan dibab-bab lain. System-sitem model genetic lain semacam nematode Caenorhabditis elegans dan lalat buah Drosophila melanogaster akan didiskusikan di sepanjang buku ini.