Mekanisme Serapan Hara oleh Akar: Transport Jarak Dekat
AGH 322
Penyerapan Hara Dalam beberapa hari, dalam media: - Volume air berkurang Æ diabsorpsi - K, P, NO3-, konsentrasinya menurun Æ diabsorpsi - Na+ konsentrasinya tetap/ sedikit meningkat Æ kurang diabsorpsi
Æ Penyerapan hara bersifat selektif
Jalur Penyerapan Hara oleh Tanaman 1. Jalur Hara dari Larutan Tanah ke dalam Akar Larutan Hara
Permukaan Akar
Hara dari larutan tanah bergerak menuju permukaan akar secara pergerakan bebas, melalui: − difusi (K, P) − aliran massa (Ca, Mg, S, BO3⎯)
Transport pasif (difusi): pergerakan zat terlarut (solut) dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah A
B
2. Pergerakan Hara di dalam Akar En do Ko de rte rm ks is
St
Simplastik
el e
Xyl em
Apoplastik
Phl C as
E
is m r e d i p
par ia
oem
nS
trip
Transport jarak dekat: rambut akar Æ epidermis Æ korteks Æ endodermis
2. Pergerakan Hara di dalam Akar ¾ Apoplastik : 9 Pergerakan hara melalui daerah bebas (DB) 9 Transport Pasif 9 Hanya dapat mencapai endodermis karena ada casparian strip ¾ Simplastik : 9 Pergerakan hara melalui membran sitoplasma dan plasmodesmata 9 Bisa pasif atau aktif (karena melalui membran)
2. Pergerakan Hara di dalam Akar: APOPLAS Daerah Bebas: Ruang kosong (bebas) pada jaringan akar seperti ruang antar sel dan jaringan mati (dinding sel, xylem); + 10% sel akar Membran sel
Dinding sel primer
BM rendah:leluasa BM tinggi: dihambat
Selulosa: 3-5 nm Ca2+ 0.82 nm K+ 0.66 nm
2. Pergerakan Hara di dalam Akar: SIMPLAS ¾ Pergerakan sel melalui membran sel ¾ Pergerakan dapat berupa transport pasif (difusi) maupun transport aktif ¾ Transport aktif: pergerakan zat terlarut (solut) dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi A
B
3. Membran Sel ¾ Membran tersusun atas: – Fosfolipid – Protein – Karbohidrat (glycoprotein)
3. Membran Sel ¾ Pengaruh membran:
unsur
hara
terhadap
Kahat P → permeabilitas meningkat (fosfolipid menurun). Kahat Zn → permeabilitas meningkat (Zn berperanan dalam oksidasi lemak tak jenuh) Ca → memelihara integritas membran
permeabilitas
4. Pergerakan Hara Melalui Membran Sel ¾
Hara bergerak melalui membran melalui protein membran: a. Channel: saluran yang selektif berdasarkan karakter biofisik (misalnya ukuran pori dan ion, muatan permukaan membran dan ion) b. Carrier: protein yang secara selektif mengikat molekul atau ion dan mengangkutnya
¾
Pergerakan hara secara pasif (difusi): channel
¾
Pergerakan hara secara aktif: channel dan carrier
Carrier
4. Pergerakan Hara Melalui Membran Sel
ION
Specific binding capacity
Enzim Makromolekul Protein (Struktur yang cukup besar)
Kinetika dari Angkutan Ion Menembus Membran Æ Analog hubungan enzim - substrat (Carrier = Enzim; Ion = Substrat)
4. Pergerakan Hara Melalui Membran Sel ¾Pergerakan hara secara aktif: ¾ Menggunakan energi (ATP) secara langsung ¾ Menggunakan energi ATP secara tidak langsung
Luar
~P C ~P C
Mitokondria
Dalam
Membran
ADP C
ATP C
Membran Sel
Pi
ATP-ase
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar a. Konsentrasi hara pada larutan eksternal b. Status hara di dalam tanaman c. Metabolisme akar d. Struktur akar e. Sifat fisikokimia ion: - interaksi antar ion - hubungan antara kation - anion
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar a. Konsentrasi Hara pada Larutan Eksternal ¾ Prinsip difusi ¾ Secara umum, semakin tinggi konsentrasi hara pada larutan eksternal, penyerapan hara juga semakin tinggi (walaupun laju serapan menurun). →Contoh: [K+]Ext eksternal ↑ → penyerapan K+ juga↑.
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar b. Status Hara di dalam Tanaman ¾ Prinsip difusi ¾ Secara umum, semakin tinggi konsentrasi hara di dalam sel akar, penyerapan hara akan semakin menurun.
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar c. Metabolisme Akar ¾ Prinsip difusi ¾ Secara umum, semakin tinggi konsentrasi hara di dalam sel akar, penyerapan hara akan semakin menurun.
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar d. Metabolisme Akar ¾ Berkaitan dengan ketersediaan energi (ATP) untuk transport aktif pada sel akar ¾ Faktor-faktor yang mempengaruhi respirasi: Oksigen
Suhu Cahaya
→ bila O2 turun dari 20% → 5% penyerapan K+ turun dari 100 → 75 penyerapan P turun dari 100 → 56 Æ korelasi yang besar antara cahaya − fotosintesis − penyerapan hara.
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar e. Struktur Akar ¾ Secara umum, laju penyerapan hara menurun dari ujung ke pangkal akar. ¾ Ada 3 faktor yang menyebabkan hal tersebut: a. Pembetukan suberin pada rhizodermis. b. Pembentukan endodermis sekunder dan tersier. → Hambatan angkutan hara secara radial ke stele. c. Degenerasi sel-sel korteks → celah-celah dalam daerah korteks (aerenchyma).
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar f. Sifat Fisikokimia Ion Radius (jari-jari) ion → laju penyerapan berkorelasi negatif dengan jari-jari ion (pada valensi yang sama). - Li → 0,38 nm − 2 μmol/g FW/3 d - Na → 0,36 nm − 15 μmol/g Fw/3d -K
→ 0,33 nm − 26 μmol/g Fw/3d
Muatan → interaksi dengan membran (fosfolipid, sulfolipid, protein − bermuatan) meningkat dengan meningkatnya muatan. •
Molekul tak bermuatan < kation (+1) atau anion (−1) < kation (+2)/anion (−2) < kation (+3)/anion (−3)<.….dst.
•
Interaksi ↑ → laju penyerapan ↓.
Membran lebih mudah ditembus oleh molekul yang tidak bermuatan.
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar f. Sifat Fisikokimia Ion Biasanya terjadi interaksi antar ion dalam larutan tanah. Kompetisi terjadi antar ion dengan valensi dan Ø yang hampir sama. →Contoh: K+ dengan Rb+ →Kompetisi pada “binding site” pada membran • Na+ kompetisi dengan Ca+; K+ dengan NH4+ (K+ dihambat NH4+ tapi tidak sebaliknya. Karena NH4+ diserap sebagai NH3 yang tidak bermuatan). • Ca2+ dapat meningkatkan serapan K+, namun menghambat Mg2+. • Kompetisi Cl⎯ dan NO3⎯ (NO3⎯ sering dihambat Cl⎯) dan sebalikya. • Tanah salin → (+) NO3 → mengurangi toksisitas Cl⎯.
5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar f. Sifat Fisikokimia Ion Terdapat hubungan antara kation–anion dalm penyerapan hara. Bila kadar hara↓ → laju penyerapan kation tidak banyak dipengaruhi anion pasangannya. Kadar hara larutan↑ → terjadi interaksi. ⇒Contoh: ∗ SO4⎯ menghambat K+ (ion pasangnnya) ∗ Ca2+ menghambat Cl⎯ (ion pasangannya) ⇒Jadi bila diberikan hara K2SO4 akan menyebabkan penyerapan kation berlebihan (sebaliknya untuk CaCl2). Hal ini akan menyebabkan perubahan muatan dan pH pada internal dan eksternal.
⇒ Contoh (kation : anion) yang mengakibatkan perubahan pH eksternal: – Pada larutan nutrisi yang sumber N hanya dalam bentuk NO3⎯ → cenderung pH↑. – Sebaliknya bila hanya NH4+ → pH↓.
6. Mekanisme Masuknya Hara ke dalam Xylem ¾ Pembuluh xylem: – Sel-sel mati – Dinding samping penuh dengan noktah – Seperti pipa-pipa dengan pori-pori – Bagian dalam dinding pembuluh xylem bermuatan (−) → dapat menjerap kation Ca2+, Zn2+ > K+, Na+, dsb. ¾ Masuknya air dan ion dari stele → xylem merupakan perpindahan aliran simplastik ke apoplastik (pembuluh xylem → sel-sel tanpa sitoplasma). ¾ Hara selalu bergerak dalam air (pola gerakan berbeda) pada sel-sel hidup seperti sel akar, sel mesofil, sel phloem, dsb. ¾ Pada xylem, hara bergerak secara pasif ke pucuk bersama-sama dengan air (aliran transpirasi atau tekanan akar).
