Nutrisi dan Sistem Pengangkutan pada Tumbuhan

B. Nutrisi dan Sistem Pengangkutan pada Tumbuhan

Dalam bagian ini, akan dibahas jenis-jenis adaptasi yang memungkinkan tumbuhan darat berfungsi di lingkungannya. Tumbuhan secara umum adalah organisme autotrof yang berfotosintesis; mereka hanya membutuhkan sinar matahari, air, karbondioksida, dan beberapa jenis mineral. Namun, tumbuhan sebagaimana halnya manusia, tidak memiliki pasokan tak terbatas dari seluruh sumber daya yang diperlukan. Udara, misalnya, hanya mengandung satu bagian karbondioksida dari 350 juta bagian yang lain. Sebagian besar tanah biasanya kering. Disamping ini, air tanah biasanya tidak mengandung banyak mineral, kecuali tanah kebun yang banyak mendapatkan pupuk. Sebagaimana akan Anda lihat sendiri, banyak aspek dari struktur dan fungsi tumbuhan merupakan respon terhadap rendahnya konsentrasi sumber daya lingkungan.

1. Kebutuhan Nutrisi

Tidak ada satu tumbuhan pun yang dapat tumbuh dengan normal ketika tumbuhan itu kekurangan elemen esensial yang diperlukan untuk melakukan metabolisme. Secara umum, tumbuhan memerlukan enam belas elemen esensial. Tiga di antaranya adalah oksigen, karbondioksida, dan hidrogen, yang digunakan sebagai bahan utama dalam pembentukan karbohidrat, lemak, protein, dan asam nukleat.

Tumbuhan mendapatkan ketiga elemen itu dari air (H 2 O) dan dari gas oksigen (O 2 )

serta dari karbondioksida (CO 2 ) di udara.

Elemen-elemen esensial lainnya tersedia bagi tumbuhan dalam bentuk garam- garam terlarut yaitu “garam-garam mineral”. Beberapa dari garam-garam mineral ini adalah makronutrien yang menyusun tubuh tumbuhan dalam jumlah

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 31 BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 31

Tabel 2. 1 memperlihatkan enambelas unsur yang diperlukan tumbuhan. Tabel 2.2 memperlihatkan ion-ion mineral dibedakan atas makronutrien dan mikronutrien beserta fungsinya dan gejala defisiensi mineral yang dapat diamati

Tabel 2.1. Elemen Esensial Tumbuhan Darat

Unsur Simbol

Tersedia dalam

Persentase

bentuk

(dalam berat kering jaringan)

O 2 ,H 2 O, C 2 45 96% dari total berat kering

Hidrogen

Nitrogen + N NO

3 ; NH 4 1,5 Kalium + K K 1,0

Kalsium ++ Ca Ca 0,5 Magnesium ++ Mg Mg 0,2

Fosfor -- P H

2 PO 4 , HPO 4 0,2

Sulfur -- S SO

4 0,1 Klorin - Cl Cl 0,010

Besi +++ Fe Fe , Fe 0,010

Tembaga ++ Cu Cu , Cu 0,006

Boron

B H 3 BO 3 0,002 Manggan ++ Mn MN 0,0050

Seng ++ Zn Zn 0,0020

Molibdenum - Mo MoO

Tabel 2.2. Peran Mineral bagi Tumbuhan

Makronutrien

Fungsi

Gejala Defisiensi

Nitrogen Komponen protein, asam nukleat, Pertumbuhan kerdil, daun tua hormone, dan koenzim

berwarna pucat; daun tua kuning dan mati (klorosis)

Kalium Kofaktor yang berfungsi dalam Pertumbuhan terhambat; daun tua sintesis klorofil; zat terlarut utama

keriting, burik, atau bertitik-titik; yang berfungsi dalam keseimbangan pinggir daun terbakar; batang dan air; pergerakan stomata

akar layu

32 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

Makronutrien

Fungsi

Gejala Defisiensi

Kalsium Berperan dalam pembentukan dan Pembentukan daun terhambat; stabilitas dinding sel dan dalam

kuncup terminal mati; pertumbuhan pemeliharaan struktur dan

akar terhambat permeabilitas membrane; mengaktifkan beberapa enzim; mengatur banyak respons sel terhadap rangsangan

Magnesium Merupakan komponen klorofil; Klorosis; daun gugur mengaktifkan banyak enzim

Fosfor Komponen asam nukleat, fosfolipid, Tulang daun yang tua berwarna ATP, beberapa koenzim

keunguan; buah dan biji yang dihasilkan sedikit; pertumbuhan terhambat

Sulfur Komponen protein, koenzim Daun berwarna pucat atau kekuningan; pertumbuhan terhambat

Klorin Diperlukan dalam tahapan Layu; klorosis; beberapa daun mati pemecahan air pada fotosintesis; berfungsi dalam menjaga keseimbangan air

Besi Komponen sitokrom; mengaktifkan Klorosis; pada rerumputan beberapa enzim

daunnya menguning dengan garis- garis hijau

Boron Kofaktor dalam sintesis klorofil; bias Kuncup terminal, cabang lateral terlibat dalam transport karbohidrat

mati; daun menebal, mengikal, dan sitesis asam nukleat

menjadi rapuh

Manggan Aktif dalam pembentukan klorofil; Daun pucat, tulang daun utama mengaktifkan beberapa enzim;

berwarna hijau; daun memutih dan diperlukan dalam tahapan

gugur

pemutusan air dalam fotosintesis Seng

Aktif dalam pembentukan klorofil; Klorosis; daun burik atau berwarna mengaktifkan beberapa enzim

perunggu; akar abnormal Tembaga

Komponen enzim-enzim redoks dan Klorosis; pada daun terdapat bintik- biosintesis lignin

bintik daun mati; pertumbuhan terhambat; kuncup terminal mati

Molibdenum Berperan dalam fiksasi nitrogen; Memungkinkan defisiensi nitrogen; kofaktor yang berfungsi dalam

daun pirang, menggulung reduksi nitrat

a. Pengambilan Air dan Nutrisi Ketersediaan air dan garam-garam mineral terlarut sangat mempengaruhi

perkembangan akar dan ini mempengaruhi pertumbuhan keseluruhan tumbuhan. Akar pertama bercabang dan menembus tanah di sekitarnya. Kemudian, ketika kondisi tanah berubah, akar baru yang bercabang ke daerah- daerah lain, menggantikan akar yang lama. Bukan berarti akar dapat

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 33 BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 33

b. Bintil-Bintil Akar Banyak tumbuhan berbunga mendapatkan nutrisi dengan bantuan organisme-

organisme lain yang juga mendapatkan manfaat dari tumbuhan yang dibantunya. Hubungan semacam ini dikenal juga sebagai mutualisme. Dua spesies itu berinteraksi dalam cara yang saling menguntungkan secara permanen.

Coba Anda bayangkan jenis hubungan mutualistik yang membantu tumbuhan kacang-kacangan untuk mendapatkan nitrogen! Kacang-kacangan mencakup tumbuhan kedelai, kacang polong, kacang panjang, semanggi, dan tumbuhan-tumbuhan lain dengan nilai ekonomi yang tinggi. Di berbagai daerah pertanian, panen kacang-kacangan gagal karena kelangkaan nitrogen. Sebenarnya, terdapat banyak nitrogen di udara (N=N), tetapi tumbuh-tumbuhan tidak memiliki sarana metabolik untuk memecah ketiga ikatan kovalen dalam tiap molekulnya. Tumbuhan komersial bergantung pada pemberian pupuk kaya nitrogen atau aktivitas bakteri pengikat nitrogen di dalam tanah. Bakteri-bakteri tersebut mengubah nitrogen ke dalam bentuk yang dapat digunakan oleh mereka sendiri dan juga tumbuh-tumbuhan.

Kacang-kacangan memiliki keuntungan dalam hal ini. Bakteri pengikat nitrogen hidup dalam bintil-bintil akar tumbuhan tersebut. Bakteri ini makan dari molekul-molekul organik yang dihasilkan oleh tumbuhan melalui fotosintesis. Namun, mereka juga memasok nitrogen siap guna kepada sang tumbuhan.

34 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

Gambar 2.27. Pengambilan makanan pada bintil akar tumbuhan kacang-kacangan.

Perhatikan Gambar 2.27. Gambar ini memperlihatkan bagaimana interaksi mutualisme antara bakteri pengikat nitrogen (Rhizobium dan Bradyrhizobium) itu terjadi.

a. Ketika sel-sel bakteri menginfeksi rambut-rambut akar, menimbulkan pembentukan suatu benang infeksi berupa kumpulan selulosa.

b. Bakteria menggunakan benang infeksi itu sebagai jalan untuk mencapai sel-sel korteks akar, beberapa diantaranya berbentuk tetraploid.

c. Karena terinfeksi, sel-sel itu dan bakteri yang ada di dalamnya membelah diri dengan cepat, membentuk massa yang membengkak yang akhirnya membentuk bintil akar. Bakteri mulai mengikat nitrogen ketika bakteri itu telah mencapai membran sel-sel akar. Tumbuhan mengambil sejumlah nitrogen hasil pengikatan oleh bakteri, dan bakteri mengambil senyawa yang dihasilkan tumbuhan.

d. Bintil akar pada tanaman kacang kedelai

e. Tanaman kacang kedelai pada tanah yang miskin nitrogen (kiri). Tumbuhan yang ada di sebelah kanan diinokulasi dengan sel-sel Rhizobium dan membentuk bintil

akar.

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 35 BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 35

air dan mineral-mineral terlarut ke dalam banyak spesies tumbuhan berbunga. Mycorrizhae adalah salah satu contohnya. Nama ini berarti akar jamur, dan merujuk pada hubungan yang saling menguntungkan antara jamur dan akar yang masih muda. Jamur seringkali tumbuh sebagai alas dari filamen-filamen di sekitar akar. Dalam jumlah banyak, filamen-filamen ini menyediakan area permukaan yang luas untuk menyerap garam-garam mineral dari tanah. Jamur memanfaatkan senyawa-senyawa gula dan senyawa yang mengandung nitrogen. Dalam pertumbuhannya, akar memanfaatkan beberapa mineral langka yang didapatkan oleh jamur. Dalam jenis-jenis akar jamur yang lain, jamur hidup di dalam sel-sel korteks akar. Salah satu tumbuhan yang bergantung pada hubungan mutualistik jenis ini adalah anggrek.

d. Rambut Akar Rambut akar adalah perpanjangan sel-sel epidermal yang halus. Rambut akar

meningkatkan area penyerapan air dan garam-garam mineral dari dalam tanah. Satu sistem akar dapat mengembangkan jutaan atau bahkan miliaran rambut akar. Bintil akar, akar jamur, dan rambut akar adalah contoh-contoh dari struktur-struktur khusus yang meningkatkan kemampuan tumbuhan untuk menyerap air dan garam-garam mineral terlarut.

Gambar 2.28. Rambut akar

36 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

2. Pengendalian Penyerapan Nutrisi

Amati lagi Gambar 2.29 yang menunjukkan struktur internal akar. Begitu air telah diserap dari tanah di sekitarnya, air bergerak melalui korteks akar hingga mencapai lapisan sel-sel tunggal yang menyerupai lembaran yang membungkus silinder vaskuler (tabung pembuluh). Lapisan sel ini adalah endodermis. Suatu pita berlilin yang dinamakan pita kaspari berperan sebagai penghalang impermeabel di antara dinding-dinding sel-sel endodermal yang saling berbatasan. Air tidak dapat melewati pita kaspari ini. Air dapat bergerak menuju tabung pembuluh hanya dengan menyeberangi membran plasma sel-sel endodermal, berdifusi melalui sitoplasma, lalu menyeberangi membran plasma di sisi yang lain. Membran plasma memungkinkan gerakan zat-zat tertentu melalui lapisan lemak ganda sambil menahan zat-zat yang lain. Mekanisme pengangkutan membran membantu mengendalikan jenis-jenis larutan yang akan didistribusikan ke seluruh tumbuhan.

Kajian terkini menunjukkan bahwa akar sebagian besar tumbuhan berbunga (tumbuhan tingkat tinggi) juga memiliki eksodermis, lapisan sel yang berada di dalam epidermis. Lapisan ini juga memiliki pita kaspari yang berfungsi seperti pita kaspari di dalam endodermis.

Begitu nutrisi mencapai tabung pembuluh, kemudian didistribusikan ke berbagai jaringan yang dikoordinasikan sedemikian rupa, sehingga berpengaruh dalam pertumbuhan tumbuhan. Sel-sel hidup di seluruh tumbuhan mengambil nutrisi melalui mekanisme pengangkutan aktif di membran plasma. Energi dari ATP mengarahkan pompa membran sehingga larutan bergerak masuk ke dalam sel-sel. Pompa tersebut adalah protein-protein pengangkut yang terikat dalam membran plasma.

Dalam sel-sel fotosintetik, ATP yang diperlukan untuk operasi pompaan membran dibentuk pada saat berfotosintesis dan pernapasan aerob. Bagaimana dengan sel-sel nonfotosintetik seperti sel-sel parenkim di dalam akar?

Pengendalian (kontrol) penyerapan nutrisi dilakukan dalam lapisan sel

(eksodermis) dekat permukaan akar, lalu dalam endodermis dekat tabung pembuluh, dan akhirnya dalam membran plasma dari sel-sel hidup di seluruh tubuh tumbuhan.

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 37

Bagaimanakah mereka mendapatkan seluruh ATP yang diperlukan untuk transportasi aktif? Dalam sel-sel tersebut, hampir semua ATP dihasilkan melalui pernapasan aerob.

Gambar 2.29. Lokasi dan fungsi pita kaspari dalam akar.

Perhatikan Gambar 2.29! Umumnya pada akar terdapat endodermis (suatu lapisan sel yang mengelilingi silinder vaskuler) dan eksodermis (suatu lapisan sel tepat di sebelah dalam epidermis). Kedua lapisan ini memiliki pita kaspari berperan dalam mengendalikan masuknya air dan nutrisi terlarut.

Gambar 2.30. Proses saling keterkaitan yang mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan.

38 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

Gambar 2.30 menunjukkan Proses saling keterkaitan yang mempengaruhi koordinasi pertumbuhan akar, batang, dan daun. Bila satu proses meningkat, yang lainpun meningkat. Beberapa faktor lingkungan yang membatasi satu proses kadangkala menimbulkan perlambatan pertumbuhan di seluruh bagian tumbuhan.

3. Pengangkutan dan Konservasi air

a. Transpirasi

Mari kita beralih pada mekanisme aktual di mana air dan nutrisi yang terlarut di dalamnya bergerak dari akar ke batang, lalu ke daun. Sejumlah kecil air digunakan dalam pertumbuhan dan metabolisme, namun sebagian besar menguap ke udara. Penguapan air dari batang, daun, dan bagian-bagian tumbuhan yang lain disebut sebagai transpirasi.

Bagaimanakah air dapat mencapai puncak tumbuhan, termasuk pohon- pohon yang sangat tinggi? Air bergerak melalui sel-sel jaringan pembuluh yang disebut xilem. Sebenarnya, sel-sel xilem mati ketika dewasa dan hanya dinding sel mereka yang tinggal. Oleh karena itu, sel-sel itu sendiri tidak menarik air ke atas, melainkan, air ditarik oleh kekuatan udara yang mengeringkan, yang menciptakan tekanan negatif terus-menerus (tegangan) yang berlanjut ke bawah dari daun ke akar.

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 39

Gambar 2.31. Teori tegangan kohesi pengangkutan air

Transpirasi melibatkan serangkaian peristiwa. Yang pertama, air menguap dari dinding sel-sel fotosintetik di dalam daun. Lepasnya molekul air, segera diganti oleh molekul-molekul lain dari sitoplasma. Air dari xilem di pembuluh-pembuluh daun menggantikan air yang hilang dari sel-sel. Yang kedua, ketika molekul-molekul air pindah dari pembuluh daun, penggantinya ditarik dari xilem dalam batang. Penarikan ini menyebabkan air dalam xilem berada dalam keadaan tegang. Yang ketiga, air pengganti bergerak menuju akar, dan lebih banyak air tanah ditarik ke dalam tumbuhan mengikuti gradien osmosis (dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah). Gerakan masuknya air ini berlanjut sehingga tanah menjadi sangat kering, menyebabkan tidak ada lagi gradien osmosis. Ketika air bergerak kontinyu melalui pipa xilem, molekul- molekulnya tidak menjauh satu sama lain. Mengapa demikian? Beberapa waktu yang lalu, seorang botanis, Henry Dixon, memberikan penjelasan yang bagus,

40 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

1. Kekuatan pengering dari udara menyebabkan transpirasi, yaitu penguapan air dari daun dan bagian-bagian tumbuhan lain yang terpapar ke udara.

2. Transpirasi menyebabkan air di dalam xylem berada dalam keadaan tegang, yang menyebar dari daun ke batang, dan menuju akar.

3. Selama molekul-molekul air lepas dari tumbuhan, terjadi ketegangan yang terus menerus di dalam xilem, sehingga memungkinkan lebih banyak molekul ditarik untuk menggantikan molekul-molekul air yang hilang.

4. Lajur-lajur air ditarik ke atas oleh kekuatan kolektif dari ikatan-ikatan hidrogen di antara molekul-molekul air yang terkurung di dalam sel-sel xilem yang sempit dan menyerupai pipa.

5. Ikatan-ikatan hidrogen cukup kuat untuk menyatukan molekul-molekul air di dalam xilem, namun mereka tidak cukup kuat untuk mencegah perpecahan molekul-molekulnya tersebut pada saat transpirasi dan terlepas dari daun.

b. Pengendalian Hilangnya Air

Dari keseluruhan air yang masuk ke daun, lebih dari 90%-nya hilang melalui transpirasi. Sekitar 2% air yang ditahan di dalam daun digunakan dalam fotosintesis, fungsi membran, dan aktivitas-aktivitas lainnya. Akan tetapi, ketika jumlah air yang hilang melalui transpirasi melebihi jumlah air yang diserap oleh akar, terjadi dehidrasi jaringan tumbuhan yang mempengaruhi aktivitas-aktivitas yang membutuhkan air ini.

Dalam kondisi kekurangan air yang sedang, tumbuhan akan segera layu dan mati bila tidak ada kutikula, penutup berlilin yang mengurangi kecepatan hilangnya air dari bagian-bagian tumbuhan yang berada di atas tanah. Kutikula membantu menahan air, namun ia juga membatasi kecepatan difusi karbondioksida ke dalam daun.

Transpirasi terjadi terutama melalui stomata, gerbang kecil di bagian epidermis daun dan batang yang tertutupi kutikula. Begitu pula difusi karbondioksida ke dalam daun.

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 41

Gambar 2.32. Penjelasan akumulasi kalium pada sel penutup stomata yang membesar. (a) pada sampel stomata yang membuka, kebanyakan kalium mengumpul pada sel penutup; (b) pada stomata yang menutup, kalium sangat sedikit pada sel penutup, kebanyakan

kalium berada pada sel-sel epidermis lainnya.

Ketika sepasang sel penutup membesar dipenuhi air, tekanan turgor mendistorsi bentuk mereka sedemikian rupa sehingga mereka bergerak menjauh satu sama lain. Hal ini menghasilkan celah di antara kedua sel

42 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

Ketika stomata terbuka, karbondioksida dapat diserap masuk dari udara untuk digunakan dalam fotosintesis. Namun, ketika stoma terbuka, kecuali bila kelembapan relatif mencapai 100%, air selalu keluar!

Stomata harus membuka dan menutup pada waktu-waktu yang berlainan untuk mengendalikan keluarnya air dan masuknya karbondioksida.

Stoma membuka dan menutup berdasarkan jumlah air dan karbondioksida yang tersedia di dalam dua sel penutup yang mengapitnya. Ketika matahari muncul, karbondioksida digunakan dalam fotosintesis. Pada gilirannya, jumlah karbondioksida dalam sel menurun, termasuk dalam sel-sel penutup. Sebagai tambahan, panjang gelombang biru dari sinar matahari mempengaruhi sel-sel penutup secara langsung. Efek sinar biru dan menurunnya konsentrasi karbondioksida memicu pengangkutan kalium ke dalam sel-sel penutup. Hal ini diikuti oleh gerakan air ke dalam sel melalui osmosis. Seiring dengan meningkatnya tekanan air di dalam, sel-sel penutup membengkak dan bergerak menjauh sehingga stomata membuka. Oleh karena itu, uap air keluar dan karbodioksida masuk ke dalam daun pada siang hari.

Fotosintesis berhenti ketika matahari terbenam, namun karbondioksida terakumulasi di dalam sel-sel sebagai hasil sampingan dari pernafasan aerob. Kalium dalam sel-sel penutup bergerak keluar, diikuti oleh air. Sel-sel penutup kolaps dan menutup celah di antara mereka. Oleh karena itu, transpirasi berkurang dan air ditahan pada malam hari.

Dalam sebagian besar tumbuhan, stomata tetap membuka pada siang hari ketika fotosintesis berlangsung. Tumbuhan kehilangan air, namun karbondioksida dapat masuk ke dalam daun.Stomata tetap menutup sepanjang malam ketika karbondioksida terakumulasi melalui pernafasan aerob. Oleh karena itu, air ditahan.

Selama tanah lembap, stomata tumbuhan yang tumbuh di atasnya dapat terus membuka di sepanjang siang. Ketika tanah dan udara kering dan panas, stomata menutup atau hanya membuka sedikit saja sehingga air yang menguap dapat dikurangi. Meskipun fotosintesis dan pertumbuhan melambat sebagai konsekuensinya, tumbuhan tersebut dapat bertahan selama periode

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 43 BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 43

Kita dapat melihat variasi konservasi air dalam tumbuhan-tumbuhan kaktus dan sebagian besar tumbuhan penyimpan air lainnya. Tumbuhan ini membuka stomata pada malam hari ketika mereka mengikat karbondioksida melalui langkah metabolik khusus C4. Karbondioksida yang telah diikat tersebut digunakan dalam fotosintesis keesokan harinya ketika stomata menutup.

4. Penyimpanan dan Pengangkutan Bentuk-Bentuk Senyawa Organik

Sukrosa dan senyawa-senyawa organik lainnya hasil fotosintesis digunakan di seluruh bagian tubuh tumbuhan. Sel-sel daun menggunakan sebagian dari senyawa tersebut dan sisanya diangkut ke akar, batang, kuncup, bunga, dan buah. Karbohidrat disimpan dalam bentuk tepung di sebagian besar sel tumbuhan.

Sejumlah lemak disimpan dalam beberapa jenis buah, termasuk buah- buahan berdaging seperti alpukat. Protein dan lemak disimpan dalam bentuk biji. Molekul-molekul tepung terlalu besar untuk melewati membran sel, sehingga tidak dapat meninggalkan sel-sel tempatnya dibentuk. Molekul-molekul ini juga tidak dapat dilarutkan sehingga dapat diangkut ke bagian-bagian tubuh tumbuhan yang lain. Lemak relatif tidak larut dalam air dan tidak dapat diangkut keluar dari tempat penyimpanan mereka, begitu pula protein.

Bentuk-bentuk senyawa organik yang disimpan diubah menjadi bentuk- bentuk yang dapat diangkut melalui reaksi-reaksi khusus, yang mencakup hidrolisis. Sebagai contoh, hidrolisis tepung membebaskan unit-unit glukosa yang tergabung dengan unit-unit fruktosa. Gula diangkut melalui akar, batang, dan daun, sebagian besar tumbuhan dalam bentuk sukrosa, yakni molekul yang dihasilkan dari hidrolisis. Tepung, lemak, dan protein yang disimpan tumbuhan diubah mejadi subunit-subunit yang lebih kecil, yang dapat larut dan diangkut melalui badan tumbuhan.

44 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

Sukrosa dan senyawa-senyawa organik lainnya didistribusikan ke seluruh tumbuhan melalui proses translokasi, sebuah proses yang berlangsung di dalam jaringan pembuluh yang dinamakan floem. Floem dalam tumbuhan berbunga (tumbuhan tingkat tinggi) mengandung tabung-tabung yang saling berhubungan yang terdiri dari sel-sel hidup. Gambar 2.34 menunjukkan salah satu sel ini, yang disebut sebagai anggota pembuluh tapis. Ujung-ujung pembuluh pengangkut ini berhadapan satu sama lain di dalam berkas pembuluh dan memanjang ke seluruh bagian tumbuhan. Air dan senyawa- senyawa organik dapat mengalir dengan cepat melalui pori-pori besar yang terdapat di dinding ujung. Sel-sel tetangga adalah sel-sel non pengangkut yang terletak bersebelahan dengan anggota pembuluh tapis. Sel-sel tetangga berperan penting dalam proses translokasi.

Gambar 2.33. Tetesan madu dari ujung ekor kutu daun yang memakan gula yang diambil

dari floem tumbuhan.

Gambar 2.34. Penampang membujur irisan sel utama

pada floem. Gambar pada kotak inset memperlihatkan bagaimana dinding sel (lempeng tapis) memiliki lobang-lobang pada batas antara sel yang berdampingan.

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 45

Serangga-serangga kecil yang disebut aphid membantu menunjukkan bahwa senyawa organik mengalir di bawah tekanan floem. Seekor aphid mengambil makanan dari daun dan batang. Ia menusukkan salah satu bagian dari mulutnya yang disebut stilet ke dalam tabung tapis dan memakan gula yang terlarut di dalamnya. Isi tabung tapis tersebut bertekanan tinggi, lima kali lebih tinggi daripada tekanan yang berada di dalam sebuah ban mobil. Tekanan ini mendorong cairan tersebut ke dalam perut aphid hingga keluar dari ujung yang lain sebagai tetesan madu. Jika kita memarkir mobil di bawah pohon yang sedang diserang oleh sekawanan aphid, mungkin kita akan kejatuhan tetesan- tetesan madu tersebut.

Dalam beberapa eksperimen, aphid yang sedang makan dibius dengan konsentrasi karbondioksida yang tinggi. Kemudian, tubuh mereka dilepaskan dari stilet yang tertinggal dalam tabung tapis yang menjadi tempat makan sang aphid. Analisis dari cairan yang keluar dari tabung tersebut memverifikasi bahwa pada sebagian besar tumbuhan, bentuk karbohidrat utama yang di- translokasi di bawah tekanan melalui floem adalah sukrosa.

b. Teori Aliran Tekanan

Di dalam tumbuhan berbunga, gula dan senyawa-senyawa organik lainnya mengalir dari sebuah sumber menuju sebuah tempat tujuan mengikuti gradien penurunan konsentrasi dan tekanan zat terlarut. Yang disebut sebagai sumber adalah suatu bagian tubuh tumbuhan di mana senyawa organik dimasukkan ke dalam sistem tabung tapis. Yang disebut sebagai tempat tujuan adalah suatu bagian tubuh tumbuhan di mana senyawa organik dikeluarkan dari sistem tabung tapis untuk digunakan atau disimpan.

Lokasi fotosintesis dalam daun-daun dewasa adalah contoh sebuah sumber. Contoh lainnya adalah umbi, di mana timbunan makanan dimobilisasi untuk diangkut menuju bagian-bagian tubuh tumbuhan yang sedang tumbuh. Sebaliknya, bunga-bunga muda yang tumbuh adalah bagian tujuan. Begitu pula buah apel, pir, dan buah-buah lainnya yang Anda lihat tumbuh di pohon. Sebenarnya, daun-daun muda, akar, dan bagian-bagian tubuh tumbuhan lainnya pada awalnya adalah tempat tujuan, namun berubah menjadi sumber seiring dengan berjalannya waktu.

46 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

Apa yang membuat gula dan senyawa-senyawa organik lainnya mengalir dari sumber menuju tempat tujuan! Menurut teori aliran tekanan, tekanan terbangun di ujung sumber dari sebuah sistem tabung tapis dan mendorong zat-zat terlarut menuju tempat tujuan.

Bayangkan bagaimana sukrosa mengalir dari sumber ke tempat tujuan. Di dalam daun, sukrosa yang dibentuk dalam sel-sel mesofil fotosintetik diangkut ke dalam floem yang terdiri dari pembuluh-pembuluh halus. Di sini, sukrosa dimasukkan ke dalam tabung tapis kecil. Sel-sel tabung tapis hidup pada saat dewasa namun hanya memainkan peran pasif dalam proses translokasi. Proses masuknya sukrosa ini bergantung pada pengeluaran energi oleh sel-sel tetangga yang letaknya bersebelahan dengan sel-sel tabung tapis.

Seiring dengan masuknya sukrosa, konsentrasi sukrosa meningkat di dalam tabung tapis. Sebagai akibatnya tekanan air menurun. Coba Anda ingat kembali tekanan turgor! Tekanan cairan internal yang mendorong dinding sel, meningkat ketika air masuk ke dalam sel melalui osmosis. Dalam kasus ini, energi potensial air yang lebih rendah menyebabkan air masuk ke dalam tabung tapis. Berkenaan dengan meningkatnya tekanan turgor, cairan yang dipenuhi sukrosa ini bergerak ke dalam tabung tapis dari pembuluh-pembuluh yang membesar. Pada akhirnya, cairan tersebut terdorong keluar dari daun melalui batang menuju ke tempat tujuan. Di sini, cairan tersebut dikeluarkan dari sistem tabung tapis.

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 47 BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN BERMUTU 47

b.

c.

Gambar 2.35.

Tahapan pemindahan nutrisi

a. Pengisian nutrisi ke dalam sumber b. Pengaliran nutrisi sepanjang jaringan pembuluh c. Pengeluaran nutrisi ke tempat tujuan

Karena sukrosa ditambahkan di dalam ujung sumber dari tabung tapis dan dikeluarkan di ujung tempat tujuan, konsentrasinya semakin menurun di perjalanan sehingga terjadi penurunan tekanan. Sebagian besar sukrosa yang dimasukkan ke dalam tabung-tabung tapis kecil akan mencapai tempat tujuan. Sebaliknya, air bebas masuk dan keluar dari sistem tabung tapis di sepanjang rute perjalanan. Oleh karena itu, hanya sedikit (jika ada sama sekali) molekul- molekul air yang bertahan di perjalanan dan sampai ke tempat tujuan. Meskipun demikian, air dalam ujung tempat tujuan tetap dikeluarkan menuju sel-sel yang berada di sekitarnya ketika sukrosa dikeluarkan dan bergerak menuju sel-sel tersebut.

48 BERMUTU

BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN

Perlu diingat bahwa tabung-tabung tapis hanyalah alat pasif dalam translokasi. Sistem tabung tapis bekerja karena (1) sel-sel tetangga menyediakan energi untuk memasukkan sukrosa ke dalam sumber dan (2) sukrosa dikeluarkan di tempat tujuan. Oleh karena itu, selalu terdapat gradien konsentrasi sukrosa dari sumber ke tempat tujuan dan gradien tekanan yang menjaga sukrosa tetap bergerak.

Senyawa-senyawa organik mengalir melalui floem sebagai respon terhadap gradien konsentrasi dan tekanan. Gradien tersebut dipertahankan melalui pengeluaran energi di sumber, misalnya daun-daun dewasa, dan pengeluaran zat-zat terlarut di tempat tujuan, misalnya akar.