FISIOLOGI TUMBUHAN
Pengangkutan Air dan Mineral pada
Tumbuhan
1. Absorpsi dan
Transpor Air pada Tumbuhan
Air merupakan bagian terbesar dari tubuh makhluk hidup.
Pada tumbuhan 70% lebih berat tubuhnya terdiri dari air. Air tersebut dipertahankan
supaya tumbuhan tetap hidup. Air dalam jaringan tubu tumbuhan berada dalam
keseimbangan antara air yang hilang dengan air yang diperoleh dari tanah.
Beberapa fungsi air pada tumbuhan:
a.
Air
merupakan bagian protoplasma, kekurangan air protoplasma tumbuhan menjadi
viaktif atau dapat mati.
b.
Sebagai
pelarut dan sebagai ”carrier” untuk berbagai bahan.
c.
Berfungsi
dalam proses metabolisme
d.
Sebagai
sumber atom hidrogen untuk reduksi dari CO2 dalam reaksi
fotosintesis
e.
Berperan
dalam proses gerakan dan masuknya bahan-bahan.
f.
Membantu
pengangkutan bahan-bahan pada tumbuhan.
g.
Berperan
dalam regulasi suhu.
Air Tanah
Tumbuhan mengabsorpsi air tanah dengan akarnya. Air yang
ada di dalam tanah terdapat berbagai bentuk. Sumber air tanah ialah air hujan.
Tidak semua air hujan dapat masuk ke dalam tanah. Air dapat masuk ke dalam
tanah melalui pori-pori di antara partikel-partikel tanah yang dipengaruhi oleh
gravitasi. Air tanah semacam ini disebut air gravitasi (gravitational water).
Jumlah air tanah maksimum yang tertinggal sehabis air keluar dari tanah akibat
gravitasi disebut kapasitas lapangan. Air di dalam tanah ini terdapat dalam 3
bentuk air kapiler, air higroskopik dan air yang terikat secara kimia. Air
kapiler dapat diambil oleh tumbuhan, sedangkan air higroskopik tidak dapat
diambil oleh tumbuhan dan tumbuhan akan layu
Akar
Bagian akar yang dapat menyerap air adalah di daerah
ujung akar. Daerah ujunng akar dibedakan menjadi 3 zona yaitu zona sel meristimatik, zona perpanjangan dan zona
penyerapan (absorpsi). Zona absorpi terdiri atas 3 macam sistem jaringan yaitu
: dermal (epidermis), korteks dan stele. Epidermis banyak yang membentuk
bulu-bulu akar. Korteks berupa sel-sel endodermis, perisekel, xilem dan floeem.
Bagian-bagian akar terdiri dari:
- Bulu Akar’
Bulu akar merupakan modifikasi dari sel epidermis yang
mempunyai fungsi untuk penyerapan air. Dinding bulu akar terdiri atas selulosa
dan pektin yang kedua-duanya bersifat hidrofilik dan mempunyai daya serap yang
besar terhadap air.
- Endodermis
Disebelah luar Stele dikelilingi oleh selapisan sel
khusus disebut Endodermis. Endodermis
mengalami penebalan dinding sel yang disebut Strip Caspari, air dapat masuk stele melalui sel peresap (Passage Cells). Pada beberapa jenis
monokotil tidak ditemukan sel peresap tetapi penyerapan air tidak terganggu.
- Xilem
Xilem terdiri dari trakeid, pembuluh kayu dan parenkim.
Noktah terdapat pada dinding radial dari trakeid dan trakea sehingga memudahkan
gerakan air masuk ke dalamnya. Penebalan sel ini juga tidak mengganggu jalannya
air karena lignin sifatnya hdrofilik dan mudah dilalui air.
Pengambilan Air Oleh Akar
Air masuk dari luar berupa air tanah harus melalui bulu
akar (epidermis), korteks, endodermis dan perisikel. Dinding radial sel
endodermis mempunyai penebalan dari suberin atau lignin yang kedap air. Air
tanah akan masuk akar jika potensial air pada akar lebih rendah dari potensial
air di tanah. Rendahnya potensial air pada xilem disebabkan hilangnya air oleh
proses transpirasi pada daun tumbuhan. Potensial air pada tanah disebabkan
adanya potensial osmotik dan potensial matriks. Pada tanah yang kering
potensial airnya turun karena tumbuhan tidak mampu untuk mengambil air dari
tanah. Batas terendah kandungan air tanah dapat dilihat dari kelayuan pada daun
tumbuhan, mulut daun menutup dan pengambilan air sangat kurang.
Pengangkutan Air
Air bergerak dari akar sampai ke daun melalui xilem,
yaitu melalui pembuluh kayu (trakea) dan trakeid. Parenkim xilem mempunyai
fungsi untuk transpor ke arah lateral. Pengangkutan air melalui xilem dapat
terus berlangsung meskipun xilem mati. Ini membuktikan bahwa tenaga untuk
mendorong air bukan berasal dari xilem itu sendiri. Pembuluh kayu sebagai
kapiler hanya dapat menaikkan air sedikit saja. Teori tekanan akar menyatakan
bahwa adanya tekanan akar menyebabkan absorpsi secara aktif oleh akar.
Pengangkutan Mineral
Mineral diangkut malalui xilem dari akar ke daun. Mineral
dipergunakan tumbuhan untuk menyusun bahan organik, misalnya fosfor dan nitrogen. Tidak semua unsur yang
dipindahkan pada daun tetap disimpan pada daun. Pemindahan mineral terjadi
terutama sebelum daun gugur melalui floem. Pada batang mineral dapat diangkut
ke atas atau ke bawah pada floem menuju daun muda dan juga ke ujung batang atau
akar. Mineral yang masih ada pada daun jika daun gugur akan kembali
dipergunakan oleh tumbuhan setelah terjadi penguraian. Karena itu mineral cukup
tersedia untuk tumbuhan.
Pengangkutan Bahan Organik
Bahan organik seperti gula, asam amino dan hormon
diangkut melalui floem. Bahan organik dapat bergerak ke atas dari ujung batang
yang sedang tumbuh bergerak ke bawah yaitu ke tempat penimbunan di akar
diangkut melalui floem. Pengangkutan bahan organik pada floem disebut Translokasi. Kecepatan translokasi
beberapa kali kecepatan difusi.
2.
Osmoregulasi Pada Tumbuhan
Pada tumbuhan darat kehilangan air merupakan
masalah yang sama dengan hewan. Tumbuhan banyak kehilangan air melalui
transpirasi dan penguapan melalui daun. Untuk tumbuhan yang hidup pada tanah
yang cukup air kehilangan air akan segera diganti dengan pengambilan air dari
tanah. tunbuhan yang tidak mempunyai masalah mengenai penggantian air yang
hilang karena transpirasi dan penguapan disebut tuinbuhan mesofil (mesophyle).
Berbagai jenis tumbuhan di daerah yang kering dan harus menyesuaikan diri agar
tidak mengalami kekeringan dengan berbagai cara. Tumbuhan tersebut temasuk
tumbuhan serofit (xerophyte).
Beberapa jenis tumbuhan mempunyai jaringan
yang toleran terhadap kekeringan. Pada umumnya tumbuhan ini dapat
mempertahankan diri terhadap perubahan kandungan air pada tubuhnya lebih
daripada hewan. Di antaranya ada yang mempunyai penyesuaian tinggi, sehingga
jaringannya kering, jaringannya akan kembali normal jika mendapat cukup air.
Hal seperti ini terdapat pada beberapa jenis tumbuhan gurun dan juga pada
berbagai jenis lumut dan paku-pakuan.
Banyak tumbuhan dapat mempertahankan hidupnya
pada masa kering dengan spora dan bijinya. Protoplasma spora dan biji sangat
menjadi kering dan dilindungi oleh selaput yang keras. Pada kondisi ini spora
dan biji tetap hidup untuk periode yang panjang dan dapat tumbuh menjadi
tumbuhan baru jika air cukup dan kondisi yang baik. Biasanya tumbuhan gurun
semacam ini tumbuh dan dewasa pada yang singkat. Setelah biji dihasilkan dan
tersebar, tumbuhan mati, biji tetap dalam keadaan dorman sampai turun hujan
tahun berikutnya.
Beberapa jenis tumbuhan gurun memiliki akar
yang sangat dalam menembus tanah gurun untuk memperoleh air. Tumbuhan lain
mempunyai akar superfisial yang tumbuh ke arah horizontal dekat permukaan
tanah. Dengan demikian tumbuhan tadi dapat mengambil air sebanyak-banyaknya
jika terjadi hujan gerimis singkat.
Adapula adaptasi lain bagi tumbuhan yang
hidup di daerah kering ialah dnegan cara menyimpan air pada sel-sel perenkim
yang besar baik pada batang maupun pada daun. Dengan demikian jaringan batang
dan daun menjadi berair dan tumbuhan demikian disebut sukule. Banyak tumbuhan
gurun yang mempunyai batang sukulen, daun pada tumbuhan tersebut biasanya
mengalami reduksi.
Berbagai cara tumbuhan sukulen mempertahankan
air yang dikandungnya, yaitu dengan:
a. Mengurangi
jumlah stoma. Stoma berada pada satu lekukan yang mungkin rnempunyai
rambut-rambut halus sehingga penguapan diperkecil. Beberapa jenis tumbuhan
dalam keadaan kering daunnya menggulung, sehingga penguapan makin diperkecil.
b. Adaptasi
secara fisiologis dengan cara stoma menutup pada siang hari dan membuka pada
malam hari. Misalnya, tumbuhan crassulaceae pada malam hari stoma membuka dan
terjadi proses pengambilan CO2. Fotosintesis mirip tumbuhan C4,
tetapi OO2 diambil pada malam hari untuk memproduksi asam malat.
Pada siang hari asam malat diubah menjadi CO2 dan asam piruvat dan
CO2. CO2 masuk daur Calvin. Dan yang terpenting
menutupnya stonia pada siang hari ialah untuk mengurangi penguapan.
Transpirasi tidak terbatas pada stoma tapi
juga melaiui kutikula. Transpirasi kutikula pada tumbuhan serofit sangat kecil
karena kutikula menjadi tebal dan mempunyai lapisan lilin yang inpermeabel. Tumbuhan
di daerah bermusim pada musim dingin kekurangan air karena air menjadi beku,
untuk mengatasi masalah ini tumbuhan tertentu meluruhkan daunnya sebelum
terjadi musim dingin (meranggas). Demikian pula pohon jati akan meranggas pada
musim kering untuk mengurangi kehilangan air.
Tumbuhan yang hidup di pantai rnempunyai
masalah untuk mengambil air yang mempunyai tekanan osmotik tinggi dibandingkan
dengan tekanan osmotik air tanah biasa. Tumbuhan tersebut biasa disebut.
tumbuhan halofit. Untuk mengatasi hal ini dilakukan dengan dua cara yaitu
1. Sel-sel
akar mempunyai tekanan osmotik yang lebih besar dibandingkan akar tumbuhan
biasa sehingga dapat mengambil air dengan cara osmosis.
2. Berbagai
tumbuhan dapat menyimpan air yang menyebabkan tidak terjadi kekurangan air pada
waktu air di sekeliling akarnya mempunyai tekanan osmotik tinggi. Hal ini
terjadi pada daerah pasang surut pantai yang berlumpur. Selain itu tumbuhan
mempunyai cara uncuk membuang kelebihan air.
Hal
ini terjadi pada waktu kelembaban tinggi dan suhu tidak begitu tinggi. Caranya
ialah dengan gutasi. Gutasi terjadi jika air yang berlebih tidak habis dengan
transpirasi. Air dikeluarkan melaiui struktur khusus di ujung tulang daun yang
letaknya di ujung atau di tepi daun yang disebut hidotoda.
Latihan
1.
Mengapa air sangat penting dan diperlukan oleh makhluk hidup dalam hal ini
tumbuhan? Jelaskan!
2.
Bagaimana mekanisme pengambilan air oleh akar? Jelaskan!
3.
Sebutkan 3 bagian akar dan fungsinya masing-masing!
4.
Pengangkutan mineral dan pengangkutan bahan organik melalui cara yang
berbeda. Jelaskan!
5.
Tumbuhan sukulen dapat mempertahankan airnya dalam jangka waktu lama.
Jelaskan bagaimana caranya!
6.
Tumbuhan pantai atau tumbuhan halofit mempunyai cara tersendiri dalam
pengambilan air. Jelaskan!
Rangkuman
Metabolisme berasal dari bahasa Yunani metabole = berubah. Pada makhluk hidup
banyak reaksi kimia yang terjadi secara simultan. Jika kita melihat reaksi
kimia satu persatu, akan sulit memahami aliran energi yang terjadi di dalam
sel. Untuk memahami metabolisme sel ada beberapa hal penting, yaitu:
a.
Semua reaksi kimia yang terjadi di dalam sel melibatkan enzim.
b.
Reaksi-reaksi tersebut dapat dikelompokkan ke dalam suatu lintasan. Dalam
satu lintasan bisa terdiri dari 12 atau lebih reaksi (tahap). Setiap lintasan
mempunyai fungsi tersendiri bagi sel atau organisme yang bersangkutan.
Seluruh reaksi-reaksi yang terjadi di dalam tubuh dibantu
oleh enzim atau biokatalisator. Molekul selalu
bergerak dan bertumbukan satu sama lain. Jika suatu molekul substrat menumbuk
molekul enzim yang tepat, maka akan menempel pada enzim. Tempat menempelnya
molekul substrat pada enzim disebut sisi aktif. Kemudian terjadi reaksi
dan molekul produk ini dapat menjadi substrat bagi molekul lain. Ada 2 teori
mengenai kena enzim, yaitu teori gembok-anak kunci dan induced fid.
Katabolisme adalah reaksi penguraian
senyawa yang kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Penguraian suatu
senyawa dapat menghasilkan energi. Energi itu berasal dari terlepasnya
ikatan-ikatan kimia yang menyusun suatu persenyawaan. Semakin kompleks
persenyawaan kimia itu, semakin banyak ikatan kimia yang menyusunnya, dan akan
semakin besar energi yang dilepaskannya. Akan tetapi energi itu tidak dapat
digunakan secara langsung oleh sel. Energi itu diubah terlebih dahulu menjadi
persenyawaan adenosin trifosfat
(ATP) yang dapat digunakan oleh sel sebagai sumber energi terpakai.