FISIOLOGI TUMBUHAN 1 Transportasi pada Tumbuhan
Delayota Science Club April 2011
Transportasi pada Tanaman CO2
O2 Light
H2O
Sugar
O2 H2O Minerals
CO2
Transport of water and solutes by individual cells, such as root hairs Short-distance transport of substances from cell to cell at the levels of tissues and organs Long-distance transport within xylem and phloem at the level of the whole plant
Teori Kinetika Setiap molekul suatu larutan atau gas pada suhu > 0 K selalu bergerak sehingga memiliki energi gerak potensial kimia. Air bergerak karena adanya potensial air, zat terlarut bergerak karena adanya potensial kimia zat terlarut. Potensial kimia air dipengaruhi oleh: Konsentrasi zat terlarut Suhu Tekanan Bahan-bahan yang mudah ditempeli air (adsorptif)
Potensial Kimia Air Potensial kimia air menyatakan besarnya energi potensial yang dimiliki air. Potensial kimia air dirumuskan sebagai: ψ =ψ +ψ +ψ w
p
s
g
Keterangan: Ψw = potensial air (water) Ψs = potensial zat terlarut (solute) = tekanan osmotik Ψt = potensial tekanan (pressure) = tekanan turgor Ψg = potensial gravitasi (gravity)
Dalam sel, umumnya potensial kimia air hanya dinyatakan sebagai: ψ =ψ +ψ w
p
s
Tekanan osmotik ψp dapat dihitung dengan rumus Van’t Hoff, sebagai:
ψ p = π = −iMRT
Keterangan: i = konstanta ionisasi yang bergantung pada jenis zat terlarut. M = molaritas (banyak mol zat terlarut per satu liter larutan). R = tetapan gas (0,0831 L.MPa/MK T = suhu mutlak (kelvin)
Nilai tekanan osmotik beberapa larutan:
Gerakan air dari potensial air tinggi ke potensial air yang lebih rendah.
Negative pressure
Applying physical pressure
H2O
ψ = 0 MPa
ψP = 0.30 ψS = –0.23 ψw = –0.07 MPa
H2O ψP = –0.30 ψP = 0.30 ψS = –0.23 ψS = –0.23 ψw = –0.30 MPa ψw = –0.23 MPa
Difusi Difusi merupakan gerakan penyebaran molekul dari daerah yang konsentrasinya lebih tinggi menuju daerah yang konsentrasinya lebih rendah.
Pengangkutan Ekstravaskuler Pengangkutan Ekstravaskuler merupakan pengangkutan yang terjadi di luar jaringan pembuluh (xylem atau floem). Termasuk dalam pengangkutan ekstravaskular adalah pengangkutan air dan mineral dari daram tanah ke xylem akar. Pengangkutan air di akar dapat berlangsung dengan dua cara: Lintasan Simplas: lintasan keluar masuk sel melalui plasmodesmata masing-masing sel Lintasan Apoplas: melalui ruang-ruang antar sel
Casparian strip Pathway along apoplast
Endodermal cell
Pathway through symplast
Casparian strip Plasma membrane Apoplastic route
Symplastic route
Vessels (xylem)
Root hair
Epidermis
Endodermis Cortex
Vascular cylinder
Pengangkutan air dan mineral dari tanah ke dalam akar dijelaskan oleh Adolf Fick sebagai hukum Fick I:
∆cs − ∆cs J s = − Ds = ∆x r∆x
Keterangan:
J = laju difusi (densitas fluks) D = koefisien difusi, menyatakan tingkat kesulitan terjadinya difusi suatu zat terlarut. ∆x = perbedaan jarak ∆cs = perbedaan konsentrasi zat terlarut s
Faktor yang mempengaruhi penyerapan air dan mineral dari tanah: Akar (muda/tua): penebalan dalam akar Kondisi tanah: jenis tanah, pH, suhu, pertukaran udara tanah. Daya tukar ion
Ada empat macam air tanah: Air tak bebas: terikat secara kimia dengan molekul lain Air higroskopis: air yang menempel pada partikel tanah Air kapiler: air yang mengisi sela-sela (ruang antarpartikel tanah) membentuk film air Air gravitasi: air yang bebas yang terus bergerak karena pengaruh gravitasi
Penyerapan air dari tanah seringkali dibantu oleh mikoriza: jamur-jamur yang bersimbiosis dengan akar. Macam-macam mikoriza: Endomikoriza: dibentuk oleh jamur anggota Ascomycota Ectomikoriza: dibentuk oleh jamur anggota Basidiomycota Bacteroids within vesicle
Bacteroids in a soybean root nodule. In this TEM, a cell from a root nodule of soybean is filled with bacteroids in vesicles. The cells on the left are uninfected.
5
m
Pengangkutan Air Pada Pembuluh Kayu Pengangkutan air dilakukan melalui sel-sel trakea dengan ciri-ciri: Bagian ujung terbuka (perforasi) Merupakan sel-sel mati (tanpa sitoplasma)
Pengangkutan air melalui pembuluh kayu dipengaruhi faktor: Daya kapilaritas Tekanan akar Daya hisap daun
Potensial air di bagian-bagian tubuh tumbuhan
Tekanan akar memompa ion-ion dan air ke atas pada malam hari. Besarnya tekanan akar tiap tumbuhan berbeda-beda. Tekanan akar nampak jelas dalam peristiwa gutasi, yakni pengeluaran air sebagai tetes-tetes melalui hidatoda / gutatoda / emisarium.
Daya kapilaritas batang timbul karena adanya daya dorong, hidrasi pada dinding xilem, dan daya kohesi air. Daya isap daun timbul dari peristiwa transpirasi, yakni proses hilangnya air dalam bentuk uap air dari jaringan tumbuhan melalui stomata, lubang kutikula, dan lentisel. Transpirasi berperan dalam pengangkutan air/zat hara, membuang kelebihan air, dan menjaga suhu daun. Transpirasi ditentukan oleh beberapa faktor: Lingkungan: suhu, kelembaban, cahaya, kecepatan angin, tekanan udara, debu, dll. Stomata: bentuk, jumlah tiap satuan luas, letak, waktu bukaan. Tanaman: berbulu/tidak, warna dan ukuran daun, posisi daun, jumlah daun.
Stomata berperan besar dalam mempengaruhi laju transpirasi suatu tumbuhan. Membukamenutupnya stomata dijelaskan oleh beberapa teori: Teori perubahan pati menjadi gula Teori pengangkutan proton
Cells turgid/Stoma open
H 2O
Cells flaccid/Stoma closed H 2O
H 2O H 2O
K+
H 2O
H 2O
H 2O H 2O
H 2O
Role of potassium in stomatal opening and closing
H 2O
Transportasi Lewat Pembuluh Tapis Beberapa teori tentang pengangkutan zat hasil fotosintesis: Teori aliran massa Teori pemompaan sitoplasma Teori elektro-osmosis Teori difusi teraktivasi
Menurut teori aliran massa (hipotesis Ernst Munch): Peningkatan kadar gula dalam pembuluh tapis meningkatkan tekanan osmotik daun larutan mengalir dari daun menuju akar.
Sugar must be loaded into sieve-tube members before being exposed to sinks In many plant species, sugar moves by symplastic and apoplastic pathways
High sugar concentration High water pressure Sugar source
Phloem
Xylem
Sugar Water
Source cell Sieve plate
Sugar sink
Sink cell
Sugar
Water Low sugar concentration Low water pressure
Transportasi hasil fotosintesis dilakukan dari tempat fotosintesis (daun) ke seluruh tubuh tumbuhan dan tempat penyimpanan hasil fotosintesis
