FISIOLOGI TUMBUHAN : SUATU PENGANTAR.
FISIOLOGI TUMBUHAN
Suatu Pengantar
Penulis: Dr. Fauziyah Harahap, M.Si.
Copyright © 2012, Pada Penulis
Hak cipta dilindungi undang-undang
All rights reserved
Penata letak: Muhammad Yunus Nasution
Perancang sarnpul: Aulia Grafika
Penerbit:
UNIMED PRESS
Gedung Lembaga Penelitian Lantai I
]!. Willem Iskandar, Pasar V
Kotak Pos 1589 - Medan 20221 Fax. (061) 6614002
Contact person: M.Rizal 0811 60 4291
Erond 0813 6134 "1334
Cetakan pertarna: Desember 2012
ISBN 978-602-8848-88-6
Dicetak oleh:
Perdana Mulya Sarana
Anggota Ikatan Penerbit Indonesia (IKAPI)
Jl. Sosro No. 16A Medan 20224
Telp 061-7347756, 77151020 Faks. 061-7347756
Email: asrulmedan@gmail.com
Contact person: 08126516306
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah swr pencipta alam semesta
dan merupakan sumber dari segala sumber ilmu, atas izin dan kehendakNya
naskah buku teks yang berjudul FISIOLOGI TUMBUHAN (Suatu Pengantar)
ini dapat diselesaikan
Naskah buku teks ini disusun bertujuan untuk menterjemahkan,
merangkum, dan mensosialisasikan pengalaman penulis, juga berbagi
pengalaman selama penulis mengelola dan meneliti beberapa tanaman di
laboratorium serta pengalaman penulis selama mengajar mata kuliah Fisiologi
Tumbuhan sejak tahun 2006 hingga sekarang.
Buku ini juga ditujukan untuk penambahan wawasan khususnya untuk
kepentingan perkuliahan mahasiswa dan bahan bacaan bagi peminat lainnya.
Naskah buku ini telah mulai disusun·sejak tahun 2006 hingga saat ini sudah
beberapa kali dilakukan penyempumaan. Melalui Kompetisi HIBAH BUKU
TEKS UNIMED penulis berharap akan mendapatkan bimbingan dan pendalaman.
lsi buku ini terdiri dari 12 Bab yang mencakup: 1) Pendahuluan, yang
menuliskan pengantar Fisiologi Thmbuhan, ditinjau dari teori dasar biologi
yang berkontribusi terhadap munculnya pengembangan ilmu Fisiologi Thmbuhan,
2) Bagian yang mendiskusikan hubungan tllinbuhan dengan lingkungan yaitu
didiskusikan pada Bab II dan Bab III, 3) Bagian yang membahas proses fisiologis
tumbuhan yang didiskusikan pada Bab IV-XII.
Mudah mudahan buku ini dapat bermanfaat bagi pengguna, khususnya
mahasiswa dan peminat lainnya. Kritik dan saran sangat penulis harapkan
untuk kesempumaan isi Buku Teks ini.
Medan, 5 Juli 2012
Penyusun
Fauziyah Harahap
v
DAFTAR lSI
Hala man
Kata Pengantar . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
v
Daftar lsi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vi
BAB I
: PENDAHULUAN ....................................................... .
1
BAB II
BAB III
: TUMBUHAN DAN LINGKUNGANNYA (Mekanisme
Penyerapan, Pengaliran,dan Kehilangan Air) .. ...... ....
: NUTRISI DAN MINERAL...........................................
14
30
BAB IV
: PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN ..................
36
BAB V
: GERAK TUMBUHAN .. . ..............................................
46
BAB VI
: ENZIM ........................ :..............................................
61
BAB VII
: KONSEP HORMON ....................................................
75
BAB VIII
: FOTOSINTESIS .........................................................
105
BAB IX
: RESPIRSI ...................................................................
118
BAB X
: FOTORESPIRASI .......................................................
133
BAB XI
: FIKSASI DAN METABOLISME NITROGEN................
147
BAB XII
: DORMANSI ...............................................................
155
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................
171
INDEKS ............................................................................................
176
CURRICULUM VITAE .......................................................................
178
Vl
BAB I
PENDAHULUAN
Kompetensi Dasar:
1. Mampu mendeskripsikan Peran Fisiologi 'fumbuhan
dalam kehidupan
2.
Mampu menggambarkarl struktur sel dan organelorganelnya
3. Mampu nienguraikan fungsi masing-masing bagian sel
dan sub selluler
Sebagai mahluk hidup, tumbuhan menunjukkan aktivitas-aktivitas
kehidupan, seluruh aktivitas tersebut di kaji di materi fisiologi tumbuhan.
Maka sangatlah ideal jika dikatakan bahwa Fisiologi 1\.unbuhan adalah Ilmu
yang mempelajari aktivitas hid up yang dilakukan tumbuhan, juga merupakan
ilmu yang menginterpretasi proses kehidupannya yang berguna untuk pengaturan
tumbuhan itu sendiri, misalnya mempelajari tanggapan tumbuhan terhadap
perubahan lingkungan, proses metabolisme dan lain-lain.
Sebagai mahluk hidup, tumbuhan menunjukkan aktivitas-aktivitas seperti:
•
Mampu bertukar senyawa kimia dengan lingkungan, sementara senyawa
penyusun tubuhnya hanya sedikit yang hilang.
•
Mampu menyerap dan menggunakan energi dari luar.
•
Mampu mensintesis bahan kimia yang diperlukan.
•
Sebahagian selnya membelah dan bersifat meristematis, kemudian
bergabung membentuk jaringan dan berdifrensiasi lebih lanjut. Jika
proses ini tidak ada maka tumbuhan akan mati.
1
2
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Beberapa perbedaan antara tumbuhan dan hewan:
No
Tumbuhan
Hewan
1
Tidak bergerak (gerakan terbatas, daerah sempit)
Bergerak untuk mencari makan
dan menghindarai bahaya
2
Aututrof, contoh : melakukan
metabolisme C
Umumnya heterotrof
3
Tergantung pada bahan mineral
dari tanah
Tergantung pada lingkungan
sekitar
4
Mampu mempertahankan diri Hampir sama, contoh beruang
di lingkungan tertentu, contoh kutub
tumbuhan padang pasir
5
Memberikan reaksi terhadap
pemberian hormon dan mempengaruhi seluruh jaringan
Memproduksi dan memberi
respon terhadap sejumlah
hormon secara spesifik
6
Mengikuti perubahan musim
Tidak memiliki sistem syaraf
---
7
Memiliki sistem saraf
Chtto:Ugened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookPS.htrnl.
Diakses tanggal 12 Desember 2010)
Organisasi Turnbuhan
Seluruh tubuh tumbuhan tersusun oleh satuan - satuan unit terkecil
(seluler). Organisasi tumbuhan terdiri dari struktur dalam tumbuhan
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
3
(struktur sel) dan organisasi sub selluler. Sel mahluk hid up digolongkan
sebagai sel prokariotik dan sel eukariotik. Sel Prokariotik: Materi intinya
tersebar di seluruh sitoplasma, dinding nukleus tidak ada. Contoh: Alga Hijau,
Alga Biru, Bakteri. Sel Eukariotik: Intinya jelas dan memiliki dinding inti.
1. Prokariotik (Misalnya: Bakteri).
Ciri-ciri bakteri: ukurannya kecil, tebal hanya ± 1 J.lm, dilindungi oleh
dinding sel, kadang-kadang memiliki kapsul Geli), memiliki membran plasma.
Ciri-ciri Alga hijau: memiliki ukuran lebih besar dari bakteri, mampu melakukan
fotosintesis, Cyanobakteria merupakan wujud lain dari bakteri, dilindungi
oleh dinding sel.
Organel - organel pada sel prokariotik:
~
~
~
~
~
~
~
~
Dinding sel (bukan selulosa)
Capsul Gelli, lendir)
Plasmalemma
Mesosom (Membran luar yang melipat, berguna untuk tempat keluar
masuknya zat)
Ribosom (tempat sintesis protein)
Vacuola (berfungsi juga sebagai tempat cadangan gula kompleks yang
bersifat anorganik)
Vesicle (Vacuola-vacuola kecil).
dan lain-lain.
2. Eukariotik
Contoh: Fungi, 1\.unbuhan, Protista.
Ciri-cirinya:
•
Memiliki struktur yang lebih maju, ada struktur tambahan yang
dibungkus oleh membran.
•
Memiliki ciri khas sel tumbuhan, misal: korteks, ujung akar:, empelur.
•
Umumnya memiliki dinding sel, membran, sementara hewan tidak
memiliki dinding sel.
•
Pada awal pembentukan memiliki dinding primer yang tipis,
mengelilingi protoplas dan membran.
•
Pada tumbuhan memiliki dinding sekunder, diendapkan diantara
membran dan dinding primer.
4
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
•
Memiliki lamela tengah, yang terdapat diantara 2 sel yang berdekatan
yang berfungsi merekatkan 2 dinding sel menjadi satu.
•
Dinding sel memiliki benda ergastik (non protoplasmik)
Dinding Primer:
~m
•
Tipis: 1-3
•
9-25 % mengandung selulosa (30 - 40 pasang molekul selulosa yang
panjang tidak bercabang yang disebut mikrofibril, yang memiliki daya
renggang tinggi) .
•
10-35 % terdiri dari hemiselulosa (zat perekat) 10% protein
•
Mempunyai zat pengatur tumbuh endogen yang berperan untukmelemaskan
dinding sel dan menyebabkan mikrofibril bergeser sehingga sel dapat
mengembang.
Dinding Sekunder:
•
Berukuran lebih tebal dari dinding primer
•
Merupakan perkembangan dan penebalan dari dinding primer: memiliki
kandungan selulosa (41-45 %), hemiselulosa (30 %), lignin (22-28 %).
•
Bentuk tidak mudah berubah, tidak mudah ditekan, tersusun oleh lignin,
selulosa.
•
Memiliki bahan pektat yang melekat pada sel, pada lamela tengah
dalam bentuk gel.
•
Pektat (pektin) dapat dirombak oleh enzim tertentu pada proses pemasakan
buah.
•
Plasmodesmata: merupakan kanal yang dibatasi oleh membran sel yang
berdampingan dan diisi oleh benang plasma sebingga dapat menyatukan
banyak sel.
•
Beberapa memiliki zat anorganik pada dinding sel, seperti kersik dan
kapur.
Fungsi dinding sel: Melindungi isi sel, memperkuat sel, membentuk
sel, menentukan ciri sel.
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
5
Protoplas:
1.
2.
3.
4.
Sitoplasma
Inti Sel
Vakuola
Bahan ergastik.
Ada Beberapa Pendapat
1. Protoplas merupakan bagian yang hidup di dalam sel tubuh.
2.
Protoplas merupakan keseluruhan isi sel baik yang hid up maupun yang
mati.
Maka dapat dikatakan bahwa Protoplasma adalah zat hid up penyusun
protoplas. Sedangkan Sitoplasma: dengan bahan dasar hialoplasma, yang
memiliki sifat membias cahaya.
Ciri-ciri Sitoplasma : merupakan substansi hyalin yang jernih, lebih
kental dari air, terdiri dari 3 komponen:
a. Plasmolemma/ Plasmoderma/ Ectoplasma: Dinding plasma luat; memiliki
sifat semipermiabel.
b. Polioplasma: di bagian tengah, nampak keruh, memiliki butir-butir
mikrosoma: fisoda yang terdiri dari butir-yang sangat halus, yang memilki
2 macam gerak.
c ~ . Tonoplasma merupakan membran plasma dalam, mengelilingi vacuola
dan bersifat semi permiabel
Organel-Organel Sel
1. Nukleus= karion= inti sel
Bentuk-bentuk nukleus: Bulat seperti cakram, bulat seperti telur, fusiform, seperti benang, granula tanpa selubung -+ kromidial aparat
6
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Peilgantar
Gambar
Sel dengan inti sel yang sebagai focus (http://gened.emc.maricopa.edu/
bio/bio181/BIOBK/BioBookPS.html. Diakses tanggal12 Desember
2010)
Susunan
membran nukleus (karioteka), Rangka nukleus (RE), Cairan
inti= nukleoplasma= kariolimfe, anak inti= nukleolus, butirbutir kromatin.
Fungsinya : mempunyai sifat yang dapat diturunkan, mengatur proses hidup
protoplasma, mensintesis protein: DNA dan RNA.
Jumlah inti sel pada tumbuhan tingkat tinggi adalah 1, pada tumbuhan
tingkat rendah lebih dari 1, contoh pada ganggang Cladiophora.
2. Plastida
Merupakan organel kecil, bentuk awalnya disebut proplastida.
Penggolongan plastida menurut wama adalah:
a.
Leukoplas (tidakberwama). Bentuknyaseperti tepung (leukoaniiloplas),
seperti minyak (elaioplas), bentuk protein (proteinoplas)
b.
Kromotoform (berwama). Digolongkan menurut pigmen yang dikandung.
Jika mengandung pigmen karoten, klorofil, karotenoid dan xantofil
disebut kromoplas. Rodoplas mengandung pigmen ficoeritrin (ficoxantin)
dan ficosianin.
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
7
Mesophyll
S tro
Gambar
Struktur Kloroplas Chttp://gened.ernc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/
BioBookPS.html. Diakses tanggal12 Desernber 2010)
3. Membran Sel
Fungsinya: rnengatur aliran zat-zat terlarut untuk keluar rnasuk sel,
rnengatur aliran air rnelalui osmosis. Terdapat pada kloroplas, rnitokondria,
inti sel. Mernbran yang rnengelilingi vacuola (tonoplas) hanya 1 lapis.
Mernbran sel terdiri dari lipid dan protein
Fungsi spesifik
•
•
•
•
Transfer energi
Transfer elektron
Pernbentukan ATP
Metabolisme 02
8
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Gambar
Membran Plasma berserta bagian-bagianya Chttp://gened.emc.maricopa.
edu!bio/bio 181/BIOBK/BioBookPS.html. Diakses tanggal12 Desember
2010)
4. Retikulum Endoplasma (RE)
Yaitu saluran-saluran halus/lorong-lorong kecil yang dibangun oleh
unit membran yang menghubungkan inti, organ-organ dengan bagian luar
sel, yang berfungsi sebagai alat transportasi.
Gambar
Retikulum Endoplasma dan bagian-bagiannya (http://gened.ernc.
maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookPS.html. Diakses tanggal
12 Desember 2010)
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
9
Retikulum Endoplasma terdiri dari :
•
Retikulum Endoplasma granular (kasar) yaitu butiran-butiran ribosom
yang melekat pada Retikulum Endoplasma
•
Retikulum Endoplasma agranular (halus): tidak ada butiran-butiran.
Terdapat hubungan antara Retikulum Endoplasma dengan Ribosom
dalam fungsi Sintesis protein.
5. Mitokondria (Dapur Energi)
Ukurannya lebih besar dari sperosom dan lebih kecil dari plastida.
Bentuknya seperti sampan dan seragam untuk semua sel. Terbungkus membran
rangkap, permukaan luamya berlubang-lubang, permukaan dalamnya berupa
tonjolan-tonjolan (krista) yang masuk ke stroma. Jumlah krista sesuai dengan
keaktifan sel tersebut. Fungsi Mitokondria adalah sebagai Pusat Respirasi
dan Sintesis Protein atau DNA.
Substrat Mitokondria terdiri dari Protein= 65-70%, Lipid/ fosfolipid=
25-30 %, ARN = 0,5 % , ADN = sedikit.
Krista pada mitokondria dapat berubah bentuk dan sifatnya jika berlangsung respirasi, hal ini terjadi karena terjadinya perubahan bentuk molekul
protein.
Gambar
Mitokondria Chttp:ijgened.emc.maricopa.edu/ bio/biol81!BIOBK/
BioBookPS.html. Diakses tanggal12 Desember 2010)
10
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
6. Diktiosom (Badan Golgi)
Bentuknya seperti pipa, mempunyai diameter lebih besar dari RE. Fungsi
Diktiosom: merupakan sekresi sel karena menghasilkan vesikula yang dilepaskan
ke plasma yang nantinya akan membentuk membran dan dinding sel. Pada
tumbuhan disebut Diktiosom karena berbentuk seperti tumpukan gelembunggelembung pipih terdiri dari mambran-membran serupa RE. Pada bagian
tengah diduga sebagai pusat sintesis polisakarida yang nantinya di sekresikan
ke dalam mikrotubul yang berguna untuk membentuk dinding sel primer.
7. Mikrotubul.
Terdapat pada :
•
Nukleus, berfungsi untuk membentuk benang spindel
•
Plasma: diduga berfungsi mengatur arah rangkaian molekul selulosa
dalam pembentukan dinding sel
8. Ribosom:
Terdiri dari Protein dan Ribosom RNA yang bebas atau melekat pada RE.
Merupakan butir-butir kecil berdiameter 15 - 25 nm. Poliribosom/ polisom
merupakan ribosom yang mengelompok tersusun seperti rantai yang diikat
oleh m RNA yang akan dijabarkan dalam bentuk protein. Ribosom berfungsi
dalam sintesis protein.
Tempat ribosom tersebar dimana-mana yang mana terjadi pusatpusat sintesis:
•
•
•
•
Retikulum Endoplasma: RE G : mensintesis protein dan disekresi keluar
sel, RE A: mensintesis protein dan disekresi ke dalam sel
Bebas pada sitosol
Di dalam mitokondria
Di dalam kloroplas
9. Vacuola
Merupakan rongga kecil yang pada mulanya kosong. Pada sel yang
sedang meristematis, tidak mempunyai vakuola atau jika ada akan sangat
kecil, seiring dengan berkembangnya sel maka vakuola- vakuola kecil mulai
terbentuk dan pada akhirnya bergabung. Membran pada vakuola adalah
tunggal.
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
11
Kandungan vakuola adalah ion organik, asam amino, asam organik, gula,
pigmen (antosianin). Fungsinya mula-mula diduga hanya tempat pembuangan
sisa-sisa produk metabolisme. Saat ini diketahui bahwa vakuola berperan
sangat penting sebagai tempat penyimpanan senyawa-senyawa metabolik
seperti gula, asam amino, amida, asam organik.
10. Badan Golgi (App,aratus Golgi)
Berbentuk seperti kantung (vesikel) yang dilengkapi dengan membran,
berfungsi memproses protein dan lemak, untuk digunakan oleh sel.
Komponen-Komponen Non Protoplasmik (Benda-Benda Ergastik)
Benda Ergastik:
1.
Benda ergastik bersifat cair (biasanya terdapat di vakuola sel). Contoh:
asam organic, alkaloid, hidrat arang, minyak atsiri, protein, lipid, pigmen,
vakuoler, hars, tanin (zat penyamak).
2.
Benda ergastik bersifat padat: kristal Ca-oksalat, merupakan sekresi
metabolisme yang mengendap, kristal kersik, butir-butir aleuron dan
kristaloid zat putih telur, butir-butir amilum.
Peranan T umbuhan dan Fisiologi T umbuhan Bagi
Manusia:
Sebagai pelopor penyediaan makanan dan perlindungan bagi hewan
dan manusia. Pada peristiwa fotosintesis: energi matahari diubah menjadi
energi kimia selanjutnya digunakan untuk energi kerja misalnya dalam
pemafasan. Hasil asimilasi C yang tidak atau bel urn digunakan/belum terpakai
akan disimpan dan digunakan sebagai tabungan energi yang pada akhimya
12
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
setelah kurun waktu beratus - beribu tahun bersama sisa-sisa hewan akan
menjadi bahan bakar seperti batubara dan minyak bumi.
Pada bidang pertanian, perkebunan, kehutanan akan selalu membutuhkan
ilmu fisiologi tumbuhan untukmempelajari tumbuhan dalam hal: pengolahan
tanah, pemilihan bibit, pemeliharaan tanaman, penanggulangan hama,
penanganan panen dan pasca panen (penyimpanan) yang pada akhimya
bermuara untuk peningkatan kehidupan manusia.
Dalam mempelajari fisiologi tumbuhan banyakilmu yang terkait didalamnya
yaitu Kimia/ Fisika : Biokimia, kimia organik, kimia anorganik, Sitologi,
Anatomi, Morfologi, Sistematik, Ilmu tanah, Genetika, Ekologi.
Tugas :
1.
Gambarkan 1 buah sel tumbuhan beserta organel penyusunnya.
2.
3.
Bagaimana peranan fisiologi tumbuhan bagi kehidupan sehari-hari ?
Pilih 5 organel sel yang kamu ketahui, lalu uraikanlah fungsinya masingmasing
GLOSARIUM
Dinding Sel:
Lapisan protektif di bagian eksternal membran plasma pada sel tumbuhan,
bakteri, fungi, dan beberapa protista. Pada sel tumbuhan dinding itu
terbentuk dari serat selulosa yang tertanam dalam suatu matriks protein - polisakarida.
Dinding Primer:
Dinding sel yang bersifat fleksibel
Dinding Skunder:
Dindingyang bersifat lebih kuat dan kaku dan merupakan bahan penyusun
utama kayu.
DNA:
Suatu molekul asam nukleat berbentuk heliks dan beruntai ganda yang
mampu bereplikasi dan menentukan struktur protein sel yang diwariskan.
Eukariotik:
Kelompok makhluk yang inti selnya (karion sama dengan inti) lengkap
memiliki selaput (Karioteka).
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
13
Fisiologi Tumbuhan:
Ilmu yang mempelajari aktivitas hid up yang dilakukan tumbuhan, juga
merupakan ilmu yang menginterpretasi proses kehidupannya yang berguna
untuk pengaturan tumbuhan itu sendiri, misalnya mempelajari tanggapan
tumbuhan terhadap perubahan lingkungan, proses metabolisme dan
lain-lain.
Mitokondria:
Organel sel berbentuk bulat a tau bulat panjang dengan ukuran 0,2 - 5
milli mikron yang digunakan untuk respirasi sel.
Nukleus:
Inti sel, pusat organisasi sel mahluk hidup
Prokariotik:
Kelompok mahluk yang inti selnya sederhana karena tak berselaput
yang tergolong: bakteri dan ganggang biru
Retikulum Endoplasma:
Organel yang terdapat didalam sel yang terlibat dalam sintesis protein
Ribosom:
Tempat berlangsungnya sintesis protein.
Vakuola:
Rongga yang membran yang berisi air, ion organik, asam amino, asam
organik, gula, pigmen (antoslan). Berfungsi sebagai tempat penyimpanan
senyawa metabolik.
BAB II
TUMBUHAN DAN LINGKUNGANNYA
(Mel~anism
Penyerapan, Pengaliran dan
Kehilangan Air)
Kompetensi Dasar:
1. Mampu rnenjelaskan Hubungan Thmbuhan dan air
2.
Marnpu rnelakukan analisis pada proses mernl:iUka dan
rnenutupnya stomata.
3. Mampu rnendiskripsikan proses osmosis pada tubuh
turnbuhan
Air rnerupakan rnolekul terbesar dalarn kehidupan dan rnerniliki sifat
fisik dan kirnia yang unik.
Fungsi Air Dalarn Kehidupan (Turnbuhan) :
1.
Berperan dalarn reaksi biokirnia di dalarn protoplasrna, yang kerjanya
dikontrol oleh enzirn. Kornponen-kornponen reaktif dalarn rangkaian
reaksi rnetabolisrna terlarut dalarn air, sehingga rnernberi fasilitas bagi
reaksi-reaksi biokirnia. Air bereaksi secara langsung dalarn kornponen
reaktif dalarn rnetabolisrne, contohnya yaitu dalarn proses sintesa dan
perornbakan asarn lernak.
2.
Untuk pernbentukan koloid protoplasrna. Protoplasrna yang terdiri dari
antara lain protein, asarn nukleat. Enzirn rnengkatalisis proses pernbentukan
protein ini dan dibantu dengan keberadaan air. Dalarn pernbentukan
koloid pati dan pektinjuga dernikian, pati dan pektin berasosiasi dengan
air rnernbentuk koloid.
3 . Untuk sistirn hidrolik. Air rnernberikan tekanan hidrolik pada sel dan
rnenirnbulkan turgor pada sel- sel turnbuhan sehingga dapat rnernberi
sokongan/turnpangan pada jaringan struktural yang tidak rnernpunyai
14
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
15
sokongan. Contoh: a)Thmbuhan yang hidup di daerah basah (teratai,
genjer), jika sel-selnya kekurangan air maka akan kelihatan layu terutama
daun akan layu jika kekurangan air. b) Tekanan hidrolik juga sangat
berperan pada proses membuka dan menutupnya stomata.
4.
Sebagai sistem transport. Air sebagai alat transport untuk mengangkut
bahan-bahan dari satu sel ke sellain, dari jaringan ke jaringan lain, dari
tanah hingga ke daun dan seluruh tubuh tumbuhan.
5.
Sebagai stabilisator dan pemindah panas. Sebagai pengatur suhu tubuh
tumbuhan, air mempunyai panas jenis yang tinggi. Pada proses ini, air
berfungsi sebagai dapur (buffer), sebagai penyerap sejumlah panas
sehingga kenaikan dan penurunan suhu tidak terlalu besar.
6.
7.
8.
9.
10.
Merupakan 90- 95% penyusun tubuh tanaman
Aktivator enzim
Sumber H dalam fotosintesis
Penghasil 0 2 dalam fotosintesis
Pengatur pemanjangan sel dan pertumbuhan, dll
Beberapa sifat air terkait dengan kepentingan tumbuhan:
Sifat Fisik
1.
Berbentuk cair pada suhu kamar
2.
Panas jenis air tinggi/besar. Air dapat menyerap banyak panas tanpa
menyebabkan suhu tubuh tumbuhan menjadi naik dan relatif stabil
sehingga metabolisme beljalan stabil. Penelitian menemukan: menaikkan
suhu 1 gr air menjadi 1°C diperlukan 1,515 jjkalori.
3.
Mengembang pada waktu membeku. Volume air menjadi bertambah
dalam keadaan beku, berat jenis air beku adalah lebih kecil dari air biasa.
4. Viskositas/ kekentalan/ daya alir. Viskositas air sangat rendah, sehingga
mudah mengalir dan mudah dipindah-pindahkan di dalam tubuh, hal
ini memudahkan proses transportasi.
5. Adhesi dan kohesi. Adhesi adalah kemampuan suatu molekul untuk
berikatan dengan molekul lain yang berlainan jenis. Kohesi adalah
kemampuan suatu molekul untuk berikatan dengan molekullain yang
sejenis. Molekul air mempunyai kemampuan kuat mengikat molekul
lain, contoh : pada kemampuan air dalam mengikat molekul pati dan
selulosa, sifat ini sangat membantu dalam proses pengangkutan air di
dalam Xylem.
16
6.
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Panas latent, penguapan, pencairan. Contoh: 1 gram air untuk menjadi
uap pada temperatur 10 °C, maka dibutuhkan E sebesar 586 kalori
(E= panas latent penguapan), Untukmengubah 1 gram es 0 °C menjadi
cair dibutuhkan E = 80 kalori (E = panas latent pencairan).
Difusi Dan Osmosis
a. Difusi
Difusi adalah proses perembesan senyawa kimia tertentu secara spontan
dari daerah yang memiliki konsentrasi tinggi ke daerah yang berkonsentrasi
rendah. Proses ini terjadi akibat mobilitas dan energi kinetik dari molekul
atau ion yang berdifusi tersebut. Arah gerakan tidak tentu, ini dikarenakan
adanya hantaman molekul-molekul tersebut. Mekanisme ini menjadi penting
dalam menghubungkan sel dengan lingkungannya.
Proses difusi digerakkan oleh gaya dorong yang terjadi karena adanya
beda potensial dari tinggi ke rendah baik dalam hal temperatur, listrik,
tekanan hidrostatik, konsentrasi dan lain-lain.
Kecepatan transportnya dihitung dalam Flux (besamya massa yang
melewati satu luas permukaan tertentu pada satuan waktu tertentu). Contoh;
a) pada proses perembesan yang terjadi tanpa melewati sekat/ membran
di dalam protoplasma, seperti dari ujung retikulum endoplasma ke bagian
lain, b) pada proses perembesan yang terjadi dengan melewati sekat seperti
dari intra ke ekstra sel, dari sitoplasma ke nukleoplasma, dari sitoplasma
ke organel-organel sel.
Difusi Gas di alam: minyak wangi, gas amoniak, H2S, proses difusi berjalan
tanpa sekat/membran, dengan tujuan untuk menyamakan konsentrasi. Proses
difusi gas ini di dalam tubuh tumbuhan juga berlangsung, misalnya pada
proses pertukaran gas di dalam daun pada gas C02, 0 2, etilen, minyak atsiri.
Pada proses fotosintesis terjadi pemindahan 0 2 dari daun ke udara bebas
dan pemindahan C02 dari udara ke daun. Pada peristiwa ini, 0 2 dapat di
bebaskan dan C02 dapat digunakanjika kandungan 0 2 daun lebih tinggi dari
lingkungan sekitar dan kandungan C02 udara bebas lebih besar dari di daun.
Difusi Krista! Zat Wama
Contoh : KMnO 4 ---.. air ---.. merah
CuSO4 ---.. air ---.. biru
Keduanya dapat berdifusi ke segala arah
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
17
Difusi melalui membran, terjadi karena 2 hal yaitu gradien konsentrasi
dan gradien listrik. Berdasarkan ada tidaknya pembawa (carier) pada membran,
difusi dibedakan atas: Difusi bebas yaitu difusi zat tanpa pembawa (carier)
yang terjadi pada membran (zat-zat dapat secara bebas berdifusi sendiri).
Contoh: ion dan gula, mengalami transport secara difusi terikat dan juga difusi
bebas. Sedangkan difusi terikat adalah difusi pada zat dengan bantuan carrier.
Faktor yg mempengaruhi difusi :
1.
2.
3.
4.
Suhu, makin tinggi difusi makin cepat
BM makin besar difusi makin lambat
Kelarutan dalam medium, makin besar difusi makin cepat
Beda potensial kimia, makin besar beda difusi makin cepat
Gambar
Proses Difusi (http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/
BioBookPS.html
18
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Diffusion
e
solute
Solute transport is from the left to the right;
. movement of the solutes is due to the concentratior
gradient (dCI dx).
(http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookPS.html)
Laju difusi antara lain tergantung pada suhu dan densitas (kepadatan)
medium. Pertukaran udara melalui stomata merupakan contoh dari proses
difusi. Pada siang hari teljadi proses fotosintesis yang menghasilkan 02 sehingga
konsentrasi 02 meningkat. Peningkatan konsentrasi 02 ini akan menyebabkan
difusi 02 dari daun ke udara luar melalui stomata. Sebaliknya konsentrasi
C02 di dalam jaringan menurun (karena digunakan untuk fotosintesis) sehingga
C02 dari udara luar masuk melalui stomata.
Transpor pasif merupakan difusi melintasi suatu membran. Molekul
merniliki energi kinetik intrinsik yang disebut gerak ternal (kalor). Suatu akibat
gerak yang ada setiap molekul bergerak secara acak, namun difusi populasi
molekul mungkin mempunyai arab. Misalnya, suatu membran yang memisahkan
air mumi dari larutan zat pewama dalam air. Anggaplah bahwa membran
ini permeable. Setiap pewama akan mengembara secara acak tetapi akan
terdapat gerak neto(selisih) molekul pewama melintasi membran kesisi
semula yaitu air mumi. Penyebaran zat pewama melintasi membran akan
berlanjut hingga ke dua larutan memiliki konsentrasi pewama yang sama.
Begitu titik itu tercapai, akan terdapat kesetimbangan dinamik yaitu molekul
pewama yang melintasi membran dalam satu arah "jumlahnya sebanyak
molekul pewarna yang melintasi membran dalam arah sebaliknya setiap detik.
Dengan kata lain setiap substansi akan berdifusi menuruni gradien konsentrasinya.
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
~ ~·
~ - ........... -
~
~ _,.
-
19
.~
Gambar : Difusi zat terlarut melintasi mernbran (http://gened.ernc.rnaricopa.edu/
bio/bio 181/BIOBK/BioBookPS.html
Larutan zat pewama yang berbeda dipisahkan oleh membrane yang
permeable terhadap kedua zat tersebut maka setiap zat pewama tersebut
berdifusi menuruni gradien konsenstrasinya sendiri. Difusi sewaktu substansi
melintasi membran biologi disebut transport pasif, karena sel tidak harus
mengeluarkan energi untuk membuat hal itu teljadi. Gradien konsentrasi
itu sendiri merupakan energi potensial dan mengarah kan difusi. Akan tetapi
harus diingat membrane permeable selektif mempengaruhi laju difusi berbagai
molekul.
b. Osmosis
Osmosis adalah pergerakan air dari suatu larutan yang potensial aimya
tinggi ke larutan yang potensial aimya rendah yang teljadi melalui membran.
Peranan Osmosis :
•
Penting dalam pengabsorbsian air yang dilakukan oleh sel-sel tumbuhan.
Tumbuhan tingkat tinggi mengandung 70% air yang terdapat di dalam
sel tumbuhan dewasa (air vakuola) yang masuk dengan cara osmosis.
•
Peristiwa plasmolisis (protoplas yang kehilangan air, sehingga volume
sel menyusut dan akhimya dapat terlepas dari dinding sel) sangat
tergantung pada peristiwa osmosis.
•
Proses Osmosis akan berhentijika konsentrasi zat di kedua sisi membran
terse but telah mencapai keseimbangan (Anonim, 2009).
20
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Membran semipermiabel adalah selaput pemisah yang hanya bisa ditembus
oleh air dan zat tertentu yang larut di dalamnya.
Setiap sel hidup merupakan sistem osmotik. Jika sel ditempatkan dalam
larutan yang lebih pekat (hipertonik) terhadap cairan sel, air dalam sel akan
terhisap keluar sehingga menyebabkan sel mengkerut. Peristiwa ini disebut
plasmolisis.
flacdd
(http: //gened.emc.maricopa.edulbio/bio 181/BI OBK/BioBookPS .html
Osmosis adalah difusimelalui membran semipermeabel. Masuknya larutan
ke dalam sel-sel endodermis merupakan contoh proses osmosis. Keadaan
tegang yang timbul antara dinding sel dengan dinding isi sel karena menyerap
air disebut turgor, sedang tekanan yang ditimbulkan disebut tekanan turgor.
Sel yang turgid banyak berperan dalam menegakkan tumbuhan yang tidak
berkayu (Salisbury, 1995). Prinsip osmosis: transfer molekul solvent dari
lokasi hypotonik (potensi rendah) solution menuju hypertonik solution, melewati
membran. Jika lokasi hypertonik solution kita beri tekanan tertentu, osmosis
dapat berhenti, a tau malah berbalik arah (reversed osmosis), besamya tekanan
yang dibutuhkan untukmenghentikan osmosis disebut sebagai osmotik press.
Air yang ada ditanah masuk karena adanya perbedaan konsentrasi air
dan akan masuk melalui akar dan akan melewati Epidermis - korteks endodermis perisikel - xylem.Xylem yang merupakan pengangkut air akan
membawa air keseluruh bagian tumbuhan hingga kedalam sel - sel tumbuhan
itu sendiri dan akan diapakai untuk fotosintesis dan lain - lain.
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
21
Osmosis Merupakan Transpor Pasif Air
Dalam membandingkan dua larutan, jika konsentrasi zat terlarut lebih
tinggi disebut hipertonik. Larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang
lebih rendah disebut hipotonik. Ini merupakan istilah relatif yang hanya
bermakna hila terdapat suatu perbandingan. Misalnya air PAM bersifat
hipertonik terhadap air destilasi tetapi hipotonik terhadap air laut. Larutan
dengan konsentrasi zat yang sama disebut isotonik.
Dalam gambar bejana bentuk U dengan membran permeabel selektif
memisahkan dua larutan gula yang berbeda konsentrasinya. Pori membran
terlalu kecil untuk dilewati oleh molekul gula tetapi cukup besar untuk dilewati molekul air. Akibatnya larutan dengan konsentrasi hipertonik memiliki
konsentrasi air yang lebih rendah sehingga air berdifusi melintasi membran
dari larutan hipotonik ke larutan hipertonik. Difusi air melintasi membran
permeabel selektrif merupakan suatu kasus khusus transport pasif yang
disebut osmosis.
Arah osmosis ditentukan hanya oleh perbedaan konstrenstrasi zat terlarut
toal. Air berpindah dari larutan hipotonik ke hipertonik sekalipun larutan
hipotoniknya lebih banyak jenis zat terlarut.
Zat Terlarut dan Tekanan Mempengaruhi Potensial Air
Pengaruh konsentrasi zat terlarut dan tekanan disebut Potensial Air
('J') :Oimana air akan bergerakmelewati membran dari larutan dengan potensial
yang tinggi ke larutan dengan potensial yang rendah.Para ahli biologi mengukur
'¥ dalam satuan megapascal yang disingkat MPa.Pengaruh gabungan dari
tekanan dan konsentrasi zat terlarut terhadap potensial air ditulis dalam
persamaan berikut :
'I' = '1'. + 'Pp
'¥
'¥.
'J'p
=
=
=
(potensial air)
(potensial solute)
(potensial tekanan I fisik)
Tekanan pada suatu larutan bisa berupa bilangan positif atau negatif.
Sebaliknya potensial zat terlarut suatu larutan selalu negatif, dan semakin
besar konsentrasi zat terlarut semakin negatif nilai '¥ •. Contoh dibawah :
22
•
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Keadaan awal
A. '¥ = '¥ s + '¥P
B.
= -30 + 0 = -30 bar
'If' = 'If's + \f'p
= -10
•
+0
= -10 bar
Keseimbangan
A. '¥
= '¥ s + '¥ P
= -30 + 20 = -10 bar
B. 'If' = 'If's + \f'p
= ~10
+ 0 =-lObar
Tekanan osmotik atau osmosa adalah tekanan yang diperlukan, sehingga
terjadi penghentian aliran pelarut ke dalam larutan. Pada Gambar 11.7 besarnya
tekanan setara dengan perubahtan dari ~h.
.....,........... .........
...·d••..,.,...
Membriln
~
. . .-.ift
.· .
(http ://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio 181/BI OBK/BioBookPS .html
Tekanan osmotik larutan berbanding lurus dengan konsentrasi molar
zat. Dalam ,bentuk persamaan
dapat ditulis sebagai berikut.
.
1t ~
M atau 1t
= k.M
k adalah tetapan kesetaraan yang bergantung pada suhu. Untuk larutan encer
harga k sama dengan RT, dimana R tetapan gas dan T adalah suhu mutlak.
Oleh karena kemolaran memiliki satuan mol per liter larutan, maka tekanan
osmotik larutan dapat dinyatakan sebagai berikut :
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
1t
= M RT atau
1t
23
= (n/V) RT
Keterangan:
1t
= Tekanan osmotik
M = Molaritas larutan
R = Tetapan gas (0,082 L atm/mol.K)
T
= Suhu (K)
Contoh:
•
Berapakah potensial air pada larutan sukrosa 1m pada temperatur 30°C
1t
air
=
mol I 1 air x R x T
= - (1) (1) (0,00831)(303)
=
-2,518 Mpa
Keseimbangan Air pad.a Sel Tanpa Dinding
Sel tumbuhan hila dimasukkan kedalam larutan yang hipertonik terhadap
sel tersebut maka akan kehilangan air dan berpindah ke lingkungan. Sel akan
mengkerut dan mungkin saja mati. Namunjika kita tempatkan sel tersebut
dalam larutan yang hipotonik terhadap sel itu air akan masuk lebih cepat dari
pada yang meninggalkannya sehingga sel akan membengkak dan pecah.
Sel tanpa dinding akan kaku dan tidak dapat menerima penyerapan
atau pelepasan air yang berlebihan. Masalah keseimbangan air dapat terselesaikan
jika sel tersebut hidup dalam lingkungan yang isotonic. Hewan dan organisma
lain yang tidak memiliki dinding sel kaku hidup dalam lingkungan hipertonik
atau hipotonik harus memiliki adaptasi khusus untuk osmoregulasi yaitu
kontrol keseimbangan air. Misalnya protista hidup dalam air kolam yang
hipotonik terhadap sel, tetapi memiliki vakuola kontraktil suatu organel
yang berfungsi sebagai pompa memaksa air keluar dari sel secepat air itu
masuk melalui osmosis.
Sedangkan sel tumbuhan prokariot dan fungi memiliki dinding. Apabila
sel itu berada dalam larutan hipotonik maka dindingnya akan membantu
mempertahankan I
Suatu Pengantar
Penulis: Dr. Fauziyah Harahap, M.Si.
Copyright © 2012, Pada Penulis
Hak cipta dilindungi undang-undang
All rights reserved
Penata letak: Muhammad Yunus Nasution
Perancang sarnpul: Aulia Grafika
Penerbit:
UNIMED PRESS
Gedung Lembaga Penelitian Lantai I
]!. Willem Iskandar, Pasar V
Kotak Pos 1589 - Medan 20221 Fax. (061) 6614002
Contact person: M.Rizal 0811 60 4291
Erond 0813 6134 "1334
Cetakan pertarna: Desember 2012
ISBN 978-602-8848-88-6
Dicetak oleh:
Perdana Mulya Sarana
Anggota Ikatan Penerbit Indonesia (IKAPI)
Jl. Sosro No. 16A Medan 20224
Telp 061-7347756, 77151020 Faks. 061-7347756
Email: asrulmedan@gmail.com
Contact person: 08126516306
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah swr pencipta alam semesta
dan merupakan sumber dari segala sumber ilmu, atas izin dan kehendakNya
naskah buku teks yang berjudul FISIOLOGI TUMBUHAN (Suatu Pengantar)
ini dapat diselesaikan
Naskah buku teks ini disusun bertujuan untuk menterjemahkan,
merangkum, dan mensosialisasikan pengalaman penulis, juga berbagi
pengalaman selama penulis mengelola dan meneliti beberapa tanaman di
laboratorium serta pengalaman penulis selama mengajar mata kuliah Fisiologi
Tumbuhan sejak tahun 2006 hingga sekarang.
Buku ini juga ditujukan untuk penambahan wawasan khususnya untuk
kepentingan perkuliahan mahasiswa dan bahan bacaan bagi peminat lainnya.
Naskah buku ini telah mulai disusun·sejak tahun 2006 hingga saat ini sudah
beberapa kali dilakukan penyempumaan. Melalui Kompetisi HIBAH BUKU
TEKS UNIMED penulis berharap akan mendapatkan bimbingan dan pendalaman.
lsi buku ini terdiri dari 12 Bab yang mencakup: 1) Pendahuluan, yang
menuliskan pengantar Fisiologi Thmbuhan, ditinjau dari teori dasar biologi
yang berkontribusi terhadap munculnya pengembangan ilmu Fisiologi Thmbuhan,
2) Bagian yang mendiskusikan hubungan tllinbuhan dengan lingkungan yaitu
didiskusikan pada Bab II dan Bab III, 3) Bagian yang membahas proses fisiologis
tumbuhan yang didiskusikan pada Bab IV-XII.
Mudah mudahan buku ini dapat bermanfaat bagi pengguna, khususnya
mahasiswa dan peminat lainnya. Kritik dan saran sangat penulis harapkan
untuk kesempumaan isi Buku Teks ini.
Medan, 5 Juli 2012
Penyusun
Fauziyah Harahap
v
DAFTAR lSI
Hala man
Kata Pengantar . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
v
Daftar lsi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vi
BAB I
: PENDAHULUAN ....................................................... .
1
BAB II
BAB III
: TUMBUHAN DAN LINGKUNGANNYA (Mekanisme
Penyerapan, Pengaliran,dan Kehilangan Air) .. ...... ....
: NUTRISI DAN MINERAL...........................................
14
30
BAB IV
: PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN ..................
36
BAB V
: GERAK TUMBUHAN .. . ..............................................
46
BAB VI
: ENZIM ........................ :..............................................
61
BAB VII
: KONSEP HORMON ....................................................
75
BAB VIII
: FOTOSINTESIS .........................................................
105
BAB IX
: RESPIRSI ...................................................................
118
BAB X
: FOTORESPIRASI .......................................................
133
BAB XI
: FIKSASI DAN METABOLISME NITROGEN................
147
BAB XII
: DORMANSI ...............................................................
155
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................
171
INDEKS ............................................................................................
176
CURRICULUM VITAE .......................................................................
178
Vl
BAB I
PENDAHULUAN
Kompetensi Dasar:
1. Mampu mendeskripsikan Peran Fisiologi 'fumbuhan
dalam kehidupan
2.
Mampu menggambarkarl struktur sel dan organelorganelnya
3. Mampu nienguraikan fungsi masing-masing bagian sel
dan sub selluler
Sebagai mahluk hidup, tumbuhan menunjukkan aktivitas-aktivitas
kehidupan, seluruh aktivitas tersebut di kaji di materi fisiologi tumbuhan.
Maka sangatlah ideal jika dikatakan bahwa Fisiologi 1\.unbuhan adalah Ilmu
yang mempelajari aktivitas hid up yang dilakukan tumbuhan, juga merupakan
ilmu yang menginterpretasi proses kehidupannya yang berguna untuk pengaturan
tumbuhan itu sendiri, misalnya mempelajari tanggapan tumbuhan terhadap
perubahan lingkungan, proses metabolisme dan lain-lain.
Sebagai mahluk hidup, tumbuhan menunjukkan aktivitas-aktivitas seperti:
•
Mampu bertukar senyawa kimia dengan lingkungan, sementara senyawa
penyusun tubuhnya hanya sedikit yang hilang.
•
Mampu menyerap dan menggunakan energi dari luar.
•
Mampu mensintesis bahan kimia yang diperlukan.
•
Sebahagian selnya membelah dan bersifat meristematis, kemudian
bergabung membentuk jaringan dan berdifrensiasi lebih lanjut. Jika
proses ini tidak ada maka tumbuhan akan mati.
1
2
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Beberapa perbedaan antara tumbuhan dan hewan:
No
Tumbuhan
Hewan
1
Tidak bergerak (gerakan terbatas, daerah sempit)
Bergerak untuk mencari makan
dan menghindarai bahaya
2
Aututrof, contoh : melakukan
metabolisme C
Umumnya heterotrof
3
Tergantung pada bahan mineral
dari tanah
Tergantung pada lingkungan
sekitar
4
Mampu mempertahankan diri Hampir sama, contoh beruang
di lingkungan tertentu, contoh kutub
tumbuhan padang pasir
5
Memberikan reaksi terhadap
pemberian hormon dan mempengaruhi seluruh jaringan
Memproduksi dan memberi
respon terhadap sejumlah
hormon secara spesifik
6
Mengikuti perubahan musim
Tidak memiliki sistem syaraf
---
7
Memiliki sistem saraf
Chtto:Ugened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookPS.htrnl.
Diakses tanggal 12 Desember 2010)
Organisasi Turnbuhan
Seluruh tubuh tumbuhan tersusun oleh satuan - satuan unit terkecil
(seluler). Organisasi tumbuhan terdiri dari struktur dalam tumbuhan
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
3
(struktur sel) dan organisasi sub selluler. Sel mahluk hid up digolongkan
sebagai sel prokariotik dan sel eukariotik. Sel Prokariotik: Materi intinya
tersebar di seluruh sitoplasma, dinding nukleus tidak ada. Contoh: Alga Hijau,
Alga Biru, Bakteri. Sel Eukariotik: Intinya jelas dan memiliki dinding inti.
1. Prokariotik (Misalnya: Bakteri).
Ciri-ciri bakteri: ukurannya kecil, tebal hanya ± 1 J.lm, dilindungi oleh
dinding sel, kadang-kadang memiliki kapsul Geli), memiliki membran plasma.
Ciri-ciri Alga hijau: memiliki ukuran lebih besar dari bakteri, mampu melakukan
fotosintesis, Cyanobakteria merupakan wujud lain dari bakteri, dilindungi
oleh dinding sel.
Organel - organel pada sel prokariotik:
~
~
~
~
~
~
~
~
Dinding sel (bukan selulosa)
Capsul Gelli, lendir)
Plasmalemma
Mesosom (Membran luar yang melipat, berguna untuk tempat keluar
masuknya zat)
Ribosom (tempat sintesis protein)
Vacuola (berfungsi juga sebagai tempat cadangan gula kompleks yang
bersifat anorganik)
Vesicle (Vacuola-vacuola kecil).
dan lain-lain.
2. Eukariotik
Contoh: Fungi, 1\.unbuhan, Protista.
Ciri-cirinya:
•
Memiliki struktur yang lebih maju, ada struktur tambahan yang
dibungkus oleh membran.
•
Memiliki ciri khas sel tumbuhan, misal: korteks, ujung akar:, empelur.
•
Umumnya memiliki dinding sel, membran, sementara hewan tidak
memiliki dinding sel.
•
Pada awal pembentukan memiliki dinding primer yang tipis,
mengelilingi protoplas dan membran.
•
Pada tumbuhan memiliki dinding sekunder, diendapkan diantara
membran dan dinding primer.
4
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
•
Memiliki lamela tengah, yang terdapat diantara 2 sel yang berdekatan
yang berfungsi merekatkan 2 dinding sel menjadi satu.
•
Dinding sel memiliki benda ergastik (non protoplasmik)
Dinding Primer:
~m
•
Tipis: 1-3
•
9-25 % mengandung selulosa (30 - 40 pasang molekul selulosa yang
panjang tidak bercabang yang disebut mikrofibril, yang memiliki daya
renggang tinggi) .
•
10-35 % terdiri dari hemiselulosa (zat perekat) 10% protein
•
Mempunyai zat pengatur tumbuh endogen yang berperan untukmelemaskan
dinding sel dan menyebabkan mikrofibril bergeser sehingga sel dapat
mengembang.
Dinding Sekunder:
•
Berukuran lebih tebal dari dinding primer
•
Merupakan perkembangan dan penebalan dari dinding primer: memiliki
kandungan selulosa (41-45 %), hemiselulosa (30 %), lignin (22-28 %).
•
Bentuk tidak mudah berubah, tidak mudah ditekan, tersusun oleh lignin,
selulosa.
•
Memiliki bahan pektat yang melekat pada sel, pada lamela tengah
dalam bentuk gel.
•
Pektat (pektin) dapat dirombak oleh enzim tertentu pada proses pemasakan
buah.
•
Plasmodesmata: merupakan kanal yang dibatasi oleh membran sel yang
berdampingan dan diisi oleh benang plasma sebingga dapat menyatukan
banyak sel.
•
Beberapa memiliki zat anorganik pada dinding sel, seperti kersik dan
kapur.
Fungsi dinding sel: Melindungi isi sel, memperkuat sel, membentuk
sel, menentukan ciri sel.
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
5
Protoplas:
1.
2.
3.
4.
Sitoplasma
Inti Sel
Vakuola
Bahan ergastik.
Ada Beberapa Pendapat
1. Protoplas merupakan bagian yang hidup di dalam sel tubuh.
2.
Protoplas merupakan keseluruhan isi sel baik yang hid up maupun yang
mati.
Maka dapat dikatakan bahwa Protoplasma adalah zat hid up penyusun
protoplas. Sedangkan Sitoplasma: dengan bahan dasar hialoplasma, yang
memiliki sifat membias cahaya.
Ciri-ciri Sitoplasma : merupakan substansi hyalin yang jernih, lebih
kental dari air, terdiri dari 3 komponen:
a. Plasmolemma/ Plasmoderma/ Ectoplasma: Dinding plasma luat; memiliki
sifat semipermiabel.
b. Polioplasma: di bagian tengah, nampak keruh, memiliki butir-butir
mikrosoma: fisoda yang terdiri dari butir-yang sangat halus, yang memilki
2 macam gerak.
c ~ . Tonoplasma merupakan membran plasma dalam, mengelilingi vacuola
dan bersifat semi permiabel
Organel-Organel Sel
1. Nukleus= karion= inti sel
Bentuk-bentuk nukleus: Bulat seperti cakram, bulat seperti telur, fusiform, seperti benang, granula tanpa selubung -+ kromidial aparat
6
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Peilgantar
Gambar
Sel dengan inti sel yang sebagai focus (http://gened.emc.maricopa.edu/
bio/bio181/BIOBK/BioBookPS.html. Diakses tanggal12 Desember
2010)
Susunan
membran nukleus (karioteka), Rangka nukleus (RE), Cairan
inti= nukleoplasma= kariolimfe, anak inti= nukleolus, butirbutir kromatin.
Fungsinya : mempunyai sifat yang dapat diturunkan, mengatur proses hidup
protoplasma, mensintesis protein: DNA dan RNA.
Jumlah inti sel pada tumbuhan tingkat tinggi adalah 1, pada tumbuhan
tingkat rendah lebih dari 1, contoh pada ganggang Cladiophora.
2. Plastida
Merupakan organel kecil, bentuk awalnya disebut proplastida.
Penggolongan plastida menurut wama adalah:
a.
Leukoplas (tidakberwama). Bentuknyaseperti tepung (leukoaniiloplas),
seperti minyak (elaioplas), bentuk protein (proteinoplas)
b.
Kromotoform (berwama). Digolongkan menurut pigmen yang dikandung.
Jika mengandung pigmen karoten, klorofil, karotenoid dan xantofil
disebut kromoplas. Rodoplas mengandung pigmen ficoeritrin (ficoxantin)
dan ficosianin.
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
7
Mesophyll
S tro
Gambar
Struktur Kloroplas Chttp://gened.ernc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/
BioBookPS.html. Diakses tanggal12 Desernber 2010)
3. Membran Sel
Fungsinya: rnengatur aliran zat-zat terlarut untuk keluar rnasuk sel,
rnengatur aliran air rnelalui osmosis. Terdapat pada kloroplas, rnitokondria,
inti sel. Mernbran yang rnengelilingi vacuola (tonoplas) hanya 1 lapis.
Mernbran sel terdiri dari lipid dan protein
Fungsi spesifik
•
•
•
•
Transfer energi
Transfer elektron
Pernbentukan ATP
Metabolisme 02
8
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Gambar
Membran Plasma berserta bagian-bagianya Chttp://gened.emc.maricopa.
edu!bio/bio 181/BIOBK/BioBookPS.html. Diakses tanggal12 Desember
2010)
4. Retikulum Endoplasma (RE)
Yaitu saluran-saluran halus/lorong-lorong kecil yang dibangun oleh
unit membran yang menghubungkan inti, organ-organ dengan bagian luar
sel, yang berfungsi sebagai alat transportasi.
Gambar
Retikulum Endoplasma dan bagian-bagiannya (http://gened.ernc.
maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookPS.html. Diakses tanggal
12 Desember 2010)
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
9
Retikulum Endoplasma terdiri dari :
•
Retikulum Endoplasma granular (kasar) yaitu butiran-butiran ribosom
yang melekat pada Retikulum Endoplasma
•
Retikulum Endoplasma agranular (halus): tidak ada butiran-butiran.
Terdapat hubungan antara Retikulum Endoplasma dengan Ribosom
dalam fungsi Sintesis protein.
5. Mitokondria (Dapur Energi)
Ukurannya lebih besar dari sperosom dan lebih kecil dari plastida.
Bentuknya seperti sampan dan seragam untuk semua sel. Terbungkus membran
rangkap, permukaan luamya berlubang-lubang, permukaan dalamnya berupa
tonjolan-tonjolan (krista) yang masuk ke stroma. Jumlah krista sesuai dengan
keaktifan sel tersebut. Fungsi Mitokondria adalah sebagai Pusat Respirasi
dan Sintesis Protein atau DNA.
Substrat Mitokondria terdiri dari Protein= 65-70%, Lipid/ fosfolipid=
25-30 %, ARN = 0,5 % , ADN = sedikit.
Krista pada mitokondria dapat berubah bentuk dan sifatnya jika berlangsung respirasi, hal ini terjadi karena terjadinya perubahan bentuk molekul
protein.
Gambar
Mitokondria Chttp:ijgened.emc.maricopa.edu/ bio/biol81!BIOBK/
BioBookPS.html. Diakses tanggal12 Desember 2010)
10
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
6. Diktiosom (Badan Golgi)
Bentuknya seperti pipa, mempunyai diameter lebih besar dari RE. Fungsi
Diktiosom: merupakan sekresi sel karena menghasilkan vesikula yang dilepaskan
ke plasma yang nantinya akan membentuk membran dan dinding sel. Pada
tumbuhan disebut Diktiosom karena berbentuk seperti tumpukan gelembunggelembung pipih terdiri dari mambran-membran serupa RE. Pada bagian
tengah diduga sebagai pusat sintesis polisakarida yang nantinya di sekresikan
ke dalam mikrotubul yang berguna untuk membentuk dinding sel primer.
7. Mikrotubul.
Terdapat pada :
•
Nukleus, berfungsi untuk membentuk benang spindel
•
Plasma: diduga berfungsi mengatur arah rangkaian molekul selulosa
dalam pembentukan dinding sel
8. Ribosom:
Terdiri dari Protein dan Ribosom RNA yang bebas atau melekat pada RE.
Merupakan butir-butir kecil berdiameter 15 - 25 nm. Poliribosom/ polisom
merupakan ribosom yang mengelompok tersusun seperti rantai yang diikat
oleh m RNA yang akan dijabarkan dalam bentuk protein. Ribosom berfungsi
dalam sintesis protein.
Tempat ribosom tersebar dimana-mana yang mana terjadi pusatpusat sintesis:
•
•
•
•
Retikulum Endoplasma: RE G : mensintesis protein dan disekresi keluar
sel, RE A: mensintesis protein dan disekresi ke dalam sel
Bebas pada sitosol
Di dalam mitokondria
Di dalam kloroplas
9. Vacuola
Merupakan rongga kecil yang pada mulanya kosong. Pada sel yang
sedang meristematis, tidak mempunyai vakuola atau jika ada akan sangat
kecil, seiring dengan berkembangnya sel maka vakuola- vakuola kecil mulai
terbentuk dan pada akhirnya bergabung. Membran pada vakuola adalah
tunggal.
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
11
Kandungan vakuola adalah ion organik, asam amino, asam organik, gula,
pigmen (antosianin). Fungsinya mula-mula diduga hanya tempat pembuangan
sisa-sisa produk metabolisme. Saat ini diketahui bahwa vakuola berperan
sangat penting sebagai tempat penyimpanan senyawa-senyawa metabolik
seperti gula, asam amino, amida, asam organik.
10. Badan Golgi (App,aratus Golgi)
Berbentuk seperti kantung (vesikel) yang dilengkapi dengan membran,
berfungsi memproses protein dan lemak, untuk digunakan oleh sel.
Komponen-Komponen Non Protoplasmik (Benda-Benda Ergastik)
Benda Ergastik:
1.
Benda ergastik bersifat cair (biasanya terdapat di vakuola sel). Contoh:
asam organic, alkaloid, hidrat arang, minyak atsiri, protein, lipid, pigmen,
vakuoler, hars, tanin (zat penyamak).
2.
Benda ergastik bersifat padat: kristal Ca-oksalat, merupakan sekresi
metabolisme yang mengendap, kristal kersik, butir-butir aleuron dan
kristaloid zat putih telur, butir-butir amilum.
Peranan T umbuhan dan Fisiologi T umbuhan Bagi
Manusia:
Sebagai pelopor penyediaan makanan dan perlindungan bagi hewan
dan manusia. Pada peristiwa fotosintesis: energi matahari diubah menjadi
energi kimia selanjutnya digunakan untuk energi kerja misalnya dalam
pemafasan. Hasil asimilasi C yang tidak atau bel urn digunakan/belum terpakai
akan disimpan dan digunakan sebagai tabungan energi yang pada akhimya
12
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
setelah kurun waktu beratus - beribu tahun bersama sisa-sisa hewan akan
menjadi bahan bakar seperti batubara dan minyak bumi.
Pada bidang pertanian, perkebunan, kehutanan akan selalu membutuhkan
ilmu fisiologi tumbuhan untukmempelajari tumbuhan dalam hal: pengolahan
tanah, pemilihan bibit, pemeliharaan tanaman, penanggulangan hama,
penanganan panen dan pasca panen (penyimpanan) yang pada akhimya
bermuara untuk peningkatan kehidupan manusia.
Dalam mempelajari fisiologi tumbuhan banyakilmu yang terkait didalamnya
yaitu Kimia/ Fisika : Biokimia, kimia organik, kimia anorganik, Sitologi,
Anatomi, Morfologi, Sistematik, Ilmu tanah, Genetika, Ekologi.
Tugas :
1.
Gambarkan 1 buah sel tumbuhan beserta organel penyusunnya.
2.
3.
Bagaimana peranan fisiologi tumbuhan bagi kehidupan sehari-hari ?
Pilih 5 organel sel yang kamu ketahui, lalu uraikanlah fungsinya masingmasing
GLOSARIUM
Dinding Sel:
Lapisan protektif di bagian eksternal membran plasma pada sel tumbuhan,
bakteri, fungi, dan beberapa protista. Pada sel tumbuhan dinding itu
terbentuk dari serat selulosa yang tertanam dalam suatu matriks protein - polisakarida.
Dinding Primer:
Dinding sel yang bersifat fleksibel
Dinding Skunder:
Dindingyang bersifat lebih kuat dan kaku dan merupakan bahan penyusun
utama kayu.
DNA:
Suatu molekul asam nukleat berbentuk heliks dan beruntai ganda yang
mampu bereplikasi dan menentukan struktur protein sel yang diwariskan.
Eukariotik:
Kelompok makhluk yang inti selnya (karion sama dengan inti) lengkap
memiliki selaput (Karioteka).
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
13
Fisiologi Tumbuhan:
Ilmu yang mempelajari aktivitas hid up yang dilakukan tumbuhan, juga
merupakan ilmu yang menginterpretasi proses kehidupannya yang berguna
untuk pengaturan tumbuhan itu sendiri, misalnya mempelajari tanggapan
tumbuhan terhadap perubahan lingkungan, proses metabolisme dan
lain-lain.
Mitokondria:
Organel sel berbentuk bulat a tau bulat panjang dengan ukuran 0,2 - 5
milli mikron yang digunakan untuk respirasi sel.
Nukleus:
Inti sel, pusat organisasi sel mahluk hidup
Prokariotik:
Kelompok mahluk yang inti selnya sederhana karena tak berselaput
yang tergolong: bakteri dan ganggang biru
Retikulum Endoplasma:
Organel yang terdapat didalam sel yang terlibat dalam sintesis protein
Ribosom:
Tempat berlangsungnya sintesis protein.
Vakuola:
Rongga yang membran yang berisi air, ion organik, asam amino, asam
organik, gula, pigmen (antoslan). Berfungsi sebagai tempat penyimpanan
senyawa metabolik.
BAB II
TUMBUHAN DAN LINGKUNGANNYA
(Mel~anism
Penyerapan, Pengaliran dan
Kehilangan Air)
Kompetensi Dasar:
1. Mampu rnenjelaskan Hubungan Thmbuhan dan air
2.
Marnpu rnelakukan analisis pada proses mernl:iUka dan
rnenutupnya stomata.
3. Mampu rnendiskripsikan proses osmosis pada tubuh
turnbuhan
Air rnerupakan rnolekul terbesar dalarn kehidupan dan rnerniliki sifat
fisik dan kirnia yang unik.
Fungsi Air Dalarn Kehidupan (Turnbuhan) :
1.
Berperan dalarn reaksi biokirnia di dalarn protoplasrna, yang kerjanya
dikontrol oleh enzirn. Kornponen-kornponen reaktif dalarn rangkaian
reaksi rnetabolisrna terlarut dalarn air, sehingga rnernberi fasilitas bagi
reaksi-reaksi biokirnia. Air bereaksi secara langsung dalarn kornponen
reaktif dalarn rnetabolisrne, contohnya yaitu dalarn proses sintesa dan
perornbakan asarn lernak.
2.
Untuk pernbentukan koloid protoplasrna. Protoplasrna yang terdiri dari
antara lain protein, asarn nukleat. Enzirn rnengkatalisis proses pernbentukan
protein ini dan dibantu dengan keberadaan air. Dalarn pernbentukan
koloid pati dan pektinjuga dernikian, pati dan pektin berasosiasi dengan
air rnernbentuk koloid.
3 . Untuk sistirn hidrolik. Air rnernberikan tekanan hidrolik pada sel dan
rnenirnbulkan turgor pada sel- sel turnbuhan sehingga dapat rnernberi
sokongan/turnpangan pada jaringan struktural yang tidak rnernpunyai
14
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
15
sokongan. Contoh: a)Thmbuhan yang hidup di daerah basah (teratai,
genjer), jika sel-selnya kekurangan air maka akan kelihatan layu terutama
daun akan layu jika kekurangan air. b) Tekanan hidrolik juga sangat
berperan pada proses membuka dan menutupnya stomata.
4.
Sebagai sistem transport. Air sebagai alat transport untuk mengangkut
bahan-bahan dari satu sel ke sellain, dari jaringan ke jaringan lain, dari
tanah hingga ke daun dan seluruh tubuh tumbuhan.
5.
Sebagai stabilisator dan pemindah panas. Sebagai pengatur suhu tubuh
tumbuhan, air mempunyai panas jenis yang tinggi. Pada proses ini, air
berfungsi sebagai dapur (buffer), sebagai penyerap sejumlah panas
sehingga kenaikan dan penurunan suhu tidak terlalu besar.
6.
7.
8.
9.
10.
Merupakan 90- 95% penyusun tubuh tanaman
Aktivator enzim
Sumber H dalam fotosintesis
Penghasil 0 2 dalam fotosintesis
Pengatur pemanjangan sel dan pertumbuhan, dll
Beberapa sifat air terkait dengan kepentingan tumbuhan:
Sifat Fisik
1.
Berbentuk cair pada suhu kamar
2.
Panas jenis air tinggi/besar. Air dapat menyerap banyak panas tanpa
menyebabkan suhu tubuh tumbuhan menjadi naik dan relatif stabil
sehingga metabolisme beljalan stabil. Penelitian menemukan: menaikkan
suhu 1 gr air menjadi 1°C diperlukan 1,515 jjkalori.
3.
Mengembang pada waktu membeku. Volume air menjadi bertambah
dalam keadaan beku, berat jenis air beku adalah lebih kecil dari air biasa.
4. Viskositas/ kekentalan/ daya alir. Viskositas air sangat rendah, sehingga
mudah mengalir dan mudah dipindah-pindahkan di dalam tubuh, hal
ini memudahkan proses transportasi.
5. Adhesi dan kohesi. Adhesi adalah kemampuan suatu molekul untuk
berikatan dengan molekul lain yang berlainan jenis. Kohesi adalah
kemampuan suatu molekul untuk berikatan dengan molekullain yang
sejenis. Molekul air mempunyai kemampuan kuat mengikat molekul
lain, contoh : pada kemampuan air dalam mengikat molekul pati dan
selulosa, sifat ini sangat membantu dalam proses pengangkutan air di
dalam Xylem.
16
6.
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Panas latent, penguapan, pencairan. Contoh: 1 gram air untuk menjadi
uap pada temperatur 10 °C, maka dibutuhkan E sebesar 586 kalori
(E= panas latent penguapan), Untukmengubah 1 gram es 0 °C menjadi
cair dibutuhkan E = 80 kalori (E = panas latent pencairan).
Difusi Dan Osmosis
a. Difusi
Difusi adalah proses perembesan senyawa kimia tertentu secara spontan
dari daerah yang memiliki konsentrasi tinggi ke daerah yang berkonsentrasi
rendah. Proses ini terjadi akibat mobilitas dan energi kinetik dari molekul
atau ion yang berdifusi tersebut. Arah gerakan tidak tentu, ini dikarenakan
adanya hantaman molekul-molekul tersebut. Mekanisme ini menjadi penting
dalam menghubungkan sel dengan lingkungannya.
Proses difusi digerakkan oleh gaya dorong yang terjadi karena adanya
beda potensial dari tinggi ke rendah baik dalam hal temperatur, listrik,
tekanan hidrostatik, konsentrasi dan lain-lain.
Kecepatan transportnya dihitung dalam Flux (besamya massa yang
melewati satu luas permukaan tertentu pada satuan waktu tertentu). Contoh;
a) pada proses perembesan yang terjadi tanpa melewati sekat/ membran
di dalam protoplasma, seperti dari ujung retikulum endoplasma ke bagian
lain, b) pada proses perembesan yang terjadi dengan melewati sekat seperti
dari intra ke ekstra sel, dari sitoplasma ke nukleoplasma, dari sitoplasma
ke organel-organel sel.
Difusi Gas di alam: minyak wangi, gas amoniak, H2S, proses difusi berjalan
tanpa sekat/membran, dengan tujuan untuk menyamakan konsentrasi. Proses
difusi gas ini di dalam tubuh tumbuhan juga berlangsung, misalnya pada
proses pertukaran gas di dalam daun pada gas C02, 0 2, etilen, minyak atsiri.
Pada proses fotosintesis terjadi pemindahan 0 2 dari daun ke udara bebas
dan pemindahan C02 dari udara ke daun. Pada peristiwa ini, 0 2 dapat di
bebaskan dan C02 dapat digunakanjika kandungan 0 2 daun lebih tinggi dari
lingkungan sekitar dan kandungan C02 udara bebas lebih besar dari di daun.
Difusi Krista! Zat Wama
Contoh : KMnO 4 ---.. air ---.. merah
CuSO4 ---.. air ---.. biru
Keduanya dapat berdifusi ke segala arah
FISIOlOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
17
Difusi melalui membran, terjadi karena 2 hal yaitu gradien konsentrasi
dan gradien listrik. Berdasarkan ada tidaknya pembawa (carier) pada membran,
difusi dibedakan atas: Difusi bebas yaitu difusi zat tanpa pembawa (carier)
yang terjadi pada membran (zat-zat dapat secara bebas berdifusi sendiri).
Contoh: ion dan gula, mengalami transport secara difusi terikat dan juga difusi
bebas. Sedangkan difusi terikat adalah difusi pada zat dengan bantuan carrier.
Faktor yg mempengaruhi difusi :
1.
2.
3.
4.
Suhu, makin tinggi difusi makin cepat
BM makin besar difusi makin lambat
Kelarutan dalam medium, makin besar difusi makin cepat
Beda potensial kimia, makin besar beda difusi makin cepat
Gambar
Proses Difusi (http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/
BioBookPS.html
18
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Diffusion
e
solute
Solute transport is from the left to the right;
. movement of the solutes is due to the concentratior
gradient (dCI dx).
(http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookPS.html)
Laju difusi antara lain tergantung pada suhu dan densitas (kepadatan)
medium. Pertukaran udara melalui stomata merupakan contoh dari proses
difusi. Pada siang hari teljadi proses fotosintesis yang menghasilkan 02 sehingga
konsentrasi 02 meningkat. Peningkatan konsentrasi 02 ini akan menyebabkan
difusi 02 dari daun ke udara luar melalui stomata. Sebaliknya konsentrasi
C02 di dalam jaringan menurun (karena digunakan untuk fotosintesis) sehingga
C02 dari udara luar masuk melalui stomata.
Transpor pasif merupakan difusi melintasi suatu membran. Molekul
merniliki energi kinetik intrinsik yang disebut gerak ternal (kalor). Suatu akibat
gerak yang ada setiap molekul bergerak secara acak, namun difusi populasi
molekul mungkin mempunyai arab. Misalnya, suatu membran yang memisahkan
air mumi dari larutan zat pewama dalam air. Anggaplah bahwa membran
ini permeable. Setiap pewama akan mengembara secara acak tetapi akan
terdapat gerak neto(selisih) molekul pewama melintasi membran kesisi
semula yaitu air mumi. Penyebaran zat pewama melintasi membran akan
berlanjut hingga ke dua larutan memiliki konsentrasi pewama yang sama.
Begitu titik itu tercapai, akan terdapat kesetimbangan dinamik yaitu molekul
pewama yang melintasi membran dalam satu arah "jumlahnya sebanyak
molekul pewarna yang melintasi membran dalam arah sebaliknya setiap detik.
Dengan kata lain setiap substansi akan berdifusi menuruni gradien konsentrasinya.
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
~ ~·
~ - ........... -
~
~ _,.
-
19
.~
Gambar : Difusi zat terlarut melintasi mernbran (http://gened.ernc.rnaricopa.edu/
bio/bio 181/BIOBK/BioBookPS.html
Larutan zat pewama yang berbeda dipisahkan oleh membrane yang
permeable terhadap kedua zat tersebut maka setiap zat pewama tersebut
berdifusi menuruni gradien konsenstrasinya sendiri. Difusi sewaktu substansi
melintasi membran biologi disebut transport pasif, karena sel tidak harus
mengeluarkan energi untuk membuat hal itu teljadi. Gradien konsentrasi
itu sendiri merupakan energi potensial dan mengarah kan difusi. Akan tetapi
harus diingat membrane permeable selektif mempengaruhi laju difusi berbagai
molekul.
b. Osmosis
Osmosis adalah pergerakan air dari suatu larutan yang potensial aimya
tinggi ke larutan yang potensial aimya rendah yang teljadi melalui membran.
Peranan Osmosis :
•
Penting dalam pengabsorbsian air yang dilakukan oleh sel-sel tumbuhan.
Tumbuhan tingkat tinggi mengandung 70% air yang terdapat di dalam
sel tumbuhan dewasa (air vakuola) yang masuk dengan cara osmosis.
•
Peristiwa plasmolisis (protoplas yang kehilangan air, sehingga volume
sel menyusut dan akhimya dapat terlepas dari dinding sel) sangat
tergantung pada peristiwa osmosis.
•
Proses Osmosis akan berhentijika konsentrasi zat di kedua sisi membran
terse but telah mencapai keseimbangan (Anonim, 2009).
20
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Membran semipermiabel adalah selaput pemisah yang hanya bisa ditembus
oleh air dan zat tertentu yang larut di dalamnya.
Setiap sel hidup merupakan sistem osmotik. Jika sel ditempatkan dalam
larutan yang lebih pekat (hipertonik) terhadap cairan sel, air dalam sel akan
terhisap keluar sehingga menyebabkan sel mengkerut. Peristiwa ini disebut
plasmolisis.
flacdd
(http: //gened.emc.maricopa.edulbio/bio 181/BI OBK/BioBookPS .html
Osmosis adalah difusimelalui membran semipermeabel. Masuknya larutan
ke dalam sel-sel endodermis merupakan contoh proses osmosis. Keadaan
tegang yang timbul antara dinding sel dengan dinding isi sel karena menyerap
air disebut turgor, sedang tekanan yang ditimbulkan disebut tekanan turgor.
Sel yang turgid banyak berperan dalam menegakkan tumbuhan yang tidak
berkayu (Salisbury, 1995). Prinsip osmosis: transfer molekul solvent dari
lokasi hypotonik (potensi rendah) solution menuju hypertonik solution, melewati
membran. Jika lokasi hypertonik solution kita beri tekanan tertentu, osmosis
dapat berhenti, a tau malah berbalik arah (reversed osmosis), besamya tekanan
yang dibutuhkan untukmenghentikan osmosis disebut sebagai osmotik press.
Air yang ada ditanah masuk karena adanya perbedaan konsentrasi air
dan akan masuk melalui akar dan akan melewati Epidermis - korteks endodermis perisikel - xylem.Xylem yang merupakan pengangkut air akan
membawa air keseluruh bagian tumbuhan hingga kedalam sel - sel tumbuhan
itu sendiri dan akan diapakai untuk fotosintesis dan lain - lain.
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
21
Osmosis Merupakan Transpor Pasif Air
Dalam membandingkan dua larutan, jika konsentrasi zat terlarut lebih
tinggi disebut hipertonik. Larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang
lebih rendah disebut hipotonik. Ini merupakan istilah relatif yang hanya
bermakna hila terdapat suatu perbandingan. Misalnya air PAM bersifat
hipertonik terhadap air destilasi tetapi hipotonik terhadap air laut. Larutan
dengan konsentrasi zat yang sama disebut isotonik.
Dalam gambar bejana bentuk U dengan membran permeabel selektif
memisahkan dua larutan gula yang berbeda konsentrasinya. Pori membran
terlalu kecil untuk dilewati oleh molekul gula tetapi cukup besar untuk dilewati molekul air. Akibatnya larutan dengan konsentrasi hipertonik memiliki
konsentrasi air yang lebih rendah sehingga air berdifusi melintasi membran
dari larutan hipotonik ke larutan hipertonik. Difusi air melintasi membran
permeabel selektrif merupakan suatu kasus khusus transport pasif yang
disebut osmosis.
Arah osmosis ditentukan hanya oleh perbedaan konstrenstrasi zat terlarut
toal. Air berpindah dari larutan hipotonik ke hipertonik sekalipun larutan
hipotoniknya lebih banyak jenis zat terlarut.
Zat Terlarut dan Tekanan Mempengaruhi Potensial Air
Pengaruh konsentrasi zat terlarut dan tekanan disebut Potensial Air
('J') :Oimana air akan bergerakmelewati membran dari larutan dengan potensial
yang tinggi ke larutan dengan potensial yang rendah.Para ahli biologi mengukur
'¥ dalam satuan megapascal yang disingkat MPa.Pengaruh gabungan dari
tekanan dan konsentrasi zat terlarut terhadap potensial air ditulis dalam
persamaan berikut :
'I' = '1'. + 'Pp
'¥
'¥.
'J'p
=
=
=
(potensial air)
(potensial solute)
(potensial tekanan I fisik)
Tekanan pada suatu larutan bisa berupa bilangan positif atau negatif.
Sebaliknya potensial zat terlarut suatu larutan selalu negatif, dan semakin
besar konsentrasi zat terlarut semakin negatif nilai '¥ •. Contoh dibawah :
22
•
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
Keadaan awal
A. '¥ = '¥ s + '¥P
B.
= -30 + 0 = -30 bar
'If' = 'If's + \f'p
= -10
•
+0
= -10 bar
Keseimbangan
A. '¥
= '¥ s + '¥ P
= -30 + 20 = -10 bar
B. 'If' = 'If's + \f'p
= ~10
+ 0 =-lObar
Tekanan osmotik atau osmosa adalah tekanan yang diperlukan, sehingga
terjadi penghentian aliran pelarut ke dalam larutan. Pada Gambar 11.7 besarnya
tekanan setara dengan perubahtan dari ~h.
.....,........... .........
...·d••..,.,...
Membriln
~
. . .-.ift
.· .
(http ://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio 181/BI OBK/BioBookPS .html
Tekanan osmotik larutan berbanding lurus dengan konsentrasi molar
zat. Dalam ,bentuk persamaan
dapat ditulis sebagai berikut.
.
1t ~
M atau 1t
= k.M
k adalah tetapan kesetaraan yang bergantung pada suhu. Untuk larutan encer
harga k sama dengan RT, dimana R tetapan gas dan T adalah suhu mutlak.
Oleh karena kemolaran memiliki satuan mol per liter larutan, maka tekanan
osmotik larutan dapat dinyatakan sebagai berikut :
FISIOLOGI TUMBUHAN: Suatu Pengantar
1t
= M RT atau
1t
23
= (n/V) RT
Keterangan:
1t
= Tekanan osmotik
M = Molaritas larutan
R = Tetapan gas (0,082 L atm/mol.K)
T
= Suhu (K)
Contoh:
•
Berapakah potensial air pada larutan sukrosa 1m pada temperatur 30°C
1t
air
=
mol I 1 air x R x T
= - (1) (1) (0,00831)(303)
=
-2,518 Mpa
Keseimbangan Air pad.a Sel Tanpa Dinding
Sel tumbuhan hila dimasukkan kedalam larutan yang hipertonik terhadap
sel tersebut maka akan kehilangan air dan berpindah ke lingkungan. Sel akan
mengkerut dan mungkin saja mati. Namunjika kita tempatkan sel tersebut
dalam larutan yang hipotonik terhadap sel itu air akan masuk lebih cepat dari
pada yang meninggalkannya sehingga sel akan membengkak dan pecah.
Sel tanpa dinding akan kaku dan tidak dapat menerima penyerapan
atau pelepasan air yang berlebihan. Masalah keseimbangan air dapat terselesaikan
jika sel tersebut hidup dalam lingkungan yang isotonic. Hewan dan organisma
lain yang tidak memiliki dinding sel kaku hidup dalam lingkungan hipertonik
atau hipotonik harus memiliki adaptasi khusus untuk osmoregulasi yaitu
kontrol keseimbangan air. Misalnya protista hidup dalam air kolam yang
hipotonik terhadap sel, tetapi memiliki vakuola kontraktil suatu organel
yang berfungsi sebagai pompa memaksa air keluar dari sel secepat air itu
masuk melalui osmosis.
Sedangkan sel tumbuhan prokariot dan fungi memiliki dinding. Apabila
sel itu berada dalam larutan hipotonik maka dindingnya akan membantu
mempertahankan I