Light control of plant
development : Seed
germination and de-
etiolation
1
Light in plant’s life
Light – major
environmental factor
influencing the course
of seedling
development
2
Iriawati, SITH - ITB 3
Iriawati, SITH - ITB 4
Seed germination
• vulnerable / susceptible life stage in
plant development
• sensor & mechanism respond to
environmental condition (ex. light, water
condition, gravity etc)
• transition between embryonic and
postembryonic development
• Post embryonic shoot development
Activation of SAM first true leaf
5
6
7
Barley Seed
Germination ys
ol starch Fruit+Seed Coat
d r
maltose hy s Endosperm
i exocytos
sugar Aleurone Layer
cotyledo is
n monocot - Storage Protein
Storage
t
amylase Protein
ion nsla
lys
tra
hydro
shoot RNA
apex
is
growth
Amino
Amino Acids
Acids
Embryo
i
DNA
io cr
GA
pt ans
n
tr
radicle
apex water
imbibiti
on Iriawati, SITH - ITB 8
9
Iriawati, SITH - ITB 10
Iriawati, SITH - ITB 11
12
Iriawati, SITH - ITB 13
Iriawati, SITH - ITB 14
Iriawati, SITH - ITB 15
Iriawati, SITH - ITB 16
Cahaya pada perkecambahan
biji
• Hanya terjadi pada beberapa biji
• Pada umumnya biji yang berukuran besar dan
memiliki cadangan makanan yang banyak,
yang cukup menunjang proses
perkecambahan di dalam tanah tidak
memerlukan cahaya dalam proses
perkecambahannya.
• Sedangkan biji yang kecil dari tanaman
herbaseus dan rumput rumputan, atau biji yang
tetap dorman meski sudah mendapatkan
cukup air, maka perkecambahan biji
memerlukan cahaya merah.
• Perkecambahan akan dihambat oleh cahaya
merah jauh.
• Contoh : Lettuce, Cecropia obtusifolia (trumpet
tree), Piper auritum (Veracruz pepper)
18
Lettuce Seed
Germination
shoot
apex lys
dro star
hy ch Seed Coat
is
sugar
cotyledo
-
dicot ns
amylase
at
io ansl
RNA
tr
n
th
grow
i
io cr
Embryo
pt ans
DNA
n
radicle tr phytochrome
apex
photoreversib red and
ility660 nm white
water photoactiva Pfr Pr
light
tion 730 nm
Iriawati, SITH - ITB stimulat
19
imbibiti dark e
20
Phytochrome
• Pigments that absorb
red (665 nm) and far-
red (730 nm) light.
• Ubiquitous in plants,
role in most all plant
development.
• Phytochrome can
interconvert between
Pr and Pfr
21
Iriawati, SITH - ITB 22
Iriawati, SITH - ITB 23
Apa yang membedakan ?
24
Etiolation
Iriawati, SITH - ITB 25
Seedling development
• In the dark : etiolation -
skotomorphogenesis
– No chlorophyll production
– Limited and/or abnormal organ
(root, stem, leaf) development
• When exposed to light : de-
etiolation - photomorphogenesis
– Chlorophyll synthesis
– Proper development begins
• Why the difference?
– Limited seed reserves
– Efficient use of resources until
capable of Ps (i.e., chorophyll
production).
Iriawati, SITH - ITB 26
De-etiolasi
• Transformasi dari kondisi etiolasi ke kondisi
dengan pertumbuhan normal (green state)
• Bisa terjadi beberapa saat setelah kecambah
yang mengalami etiolasi terpapar oleh cahaya.
• Cahaya akan menginduksi pengurangan
kecepatan elongasi sel batang, pelurusan apical
hook, inisiasi pembentukan atau perkembangan
pigmen fotosintetik , energi bagi proses
fotosintesis
• Sehingga fotosintesis bukanlah yang
menginduksi de-etiolasi karena klorofil tidak
terbentuk, akan tetapi cahaya 27
Photomorphogenesis
• Sejumlah perubahan yang terjadi saat de-
etiolasi terjadi karena tanaman melakukan
respon terhadap cahaya
• Photomorphogenesis ‘light form begins’
• Pertumbuhan tanaman merupakan respon
terhadap cahaya yaitu terhadap perubahan
jumlah, tipe, durasi dan arah datangnya cahaya.
• Membutuhkan Photoreceptors, yang membuat
tanaman dapat mengintepretasikan cahaya
• Photoreceptor : phytochrome menyerap cahaya
merah dan merah jauh (far red), serta reseptor 28
cahaya biru
Iriawati, SITH - ITB 29
De-etiolasi
Iriawati, SITH - ITB 30
Apical hook pada kecambah yang etiolasi
dipengaruhi oleh etilen
• Kecambah tanaman dikotil yang mengalami etiolasi dicirikan
dengan munculnya hook (kait) yang jelas yang terletak
dekat dengan apical tunas.
• Bentuk kait ini memfasilitasi penetrasi bibit melalui tanah,
melindungi meristem apikal yang rapuh.
• Terjadinya hook ini dilakukan oleh pertumbuhan asimetri
yang diinduksi oleh hormon etilen.
• Bentuk hook tersebut sebagai konsekuensi dari pemanjangan
sisi luar batang yang lebih cepat dibandingkan dengan sisi
dalam.
• Ketika hook terkena cahaya putih, hook akan terbuka karena
tingkat perpanjangan sisi dalam meningkat, menyamakan
tingkat pertumbuhan di kedua sisi
• Cahaya merah menginduksi pembukaan hook, dan cahaya
merah jauh memiliki efek berkebalikan, menunjukkan bahwa
phytochrome adalah fotoreseptor yang terlibat dalam proses
ini.
• Selama etilena diproduksi oleh jaringan hook di tempat gelap,
pemanjangan sel di sisi dalam terhambat. Cahaya merah
menghambat pembentukan etilen, mendorong pertumbuhan
di bagian dalam, sehingga menyebabkan hook terbuka.
• The auxin-insensitive mutation axr1
and treatment of wild-type seedlings
with NPA (1-N-naphthylphthalamic
acid), an inhibitor of polar auxin
transport, both block the formation of
the apical hook in Arabidopsis. These
and other results indicate a role for
auxin in maintaining hook structure.
• The more rapid growth rate of the
outer tissues relative to the inner
tissues could reflect an ethylene-
dependent auxin gradient, analogous
to the lateral auxin gradient that
develops during phototropic curvature
• A gene required for formation of the apical hook,
HOOKLESS1 (so called because mutations in
this gene result in seedlings lacking an apical
hook), was identified in Arabidopsis (Lehman et
al. 1996).
• Disruption of this gene severely alters the pattern
of expression of auxin-responsive genes.
• When the gene is overexpressed in Arabidopsis,
it causes constitutive hook formation even in the
light.
• HOOKLESS1 encodes a putative N-
acetyltransferase that is hypothesized to regulate
—by an unknown mechanism—differential auxin
distribution in the apical hook induced by
ethylene.
Iriawati, SITH - ITB 35
Etilen mendorong pemecahan dormansi
biji dan dormansi tunas pada beberapa
spesies
• Seeds that fail to germinate under normal
conditions (water, oxygen, temperature
suitable for growth) are said to be dormant.
• Ethylene has the ability to break dormancy
and initiate germination in certain seeds,
such as cereals.
• In addition to its effect on dormancy,
ethylene increases the rate of seed
germination of several species. In peanuts
(Arachis hypogaea), ethylene production
and seed germination are closely
correlated. Ethylene can also break bud
dormancy, and ethylene treatment is
sometimes used to promote bud sprouting
in potato and other tubers.
