Mekanisme transportasi pada tumbuhan

Tumbuhan memerlukan air dan mineral. Air dan mineral ini diserap dari dalam tanah menggunakan akar. Pengambilan zat-zat ini dilakukan secara difusi dan osmosis. Difusi merupakan perpindahan molekul atau ion dari daerah berkonsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah. Sedangkan osmosis adalah perpindahan air dari larutan berkonsentrasi rendah ke larutan berkonsentrasi tinggi melalui selaput semi permeabel. Osmosis berkaitan dengan beberapa keadaan sel tumbuhan. Berdasarkan jalur yang ditempuh air dan garam mineral yang masuk ke akar, pengangkutan air dan garam mineral dibedakan menjadi simplas dan apoplas. Simplasa dalah bergeraknya air dan mineral lewat jalur dalam sel, yaitu sitoplasma sel dengan jalan menembus membran plasma. Sedangkan apoplas adalah bergeraknya air lewat jalur luar sel atau lewat dinding-dinding sel.  

            Pengangkutan air dan hasil fotosintesis dalam tubuh tumbuhan melibatkan osmosis, transport aktif dan difusi fasilitasi. Transpor aktif merupakan pengangkutan zat-zat menembus membran impermeabel dan melawan gradien konsentrasi, dengan bantuan energi dari ATP dan protein kotranspor. Difusi fasilitasi adalah pengangkutan molekul atau ion-ion menembus membrane sepanjang gradien konsentrasi oleh sistem pembawa tanpa bantuan ATP.

a)      Imbibisi : merupakan penyusupan atau peresapan air ke dalam ruangan antar dinding sel, sehingga dinding selnya akan mengembang.  Misal masuknya air pada biji saat berkecambah dan biji kacang yang direndam dalam air beberapa jam.

b)      Diffusi : gerak menyebarnya molekul dari daerah konsentrasi tinggi (hipertonik) ke konsentrasi rendah (hipotonik). Misal pengambilan O₂ dan pengeluaran CO₂ saat pernafasan, penyebaran setetes tinta dalam air.

c)      Osmosis : proses perpindahan air dari daerah yang berkonsentrasi rendah (hipotonik) ke daerah yang berkonsentrasi tinggi (hipertonik) melalui membran semipermiabel. Membran semipermiabel adalah selaput pemisah yang hanya bisa ditembus oleh air dan zat tertentu yang larut di dalamnya. Keadaan tegang yang timbul antara dinding sel dengan dinding isi sel karena menyerap air disebut turgor, sedang tekanan yang ditimbulkan disebut tekanan turgor. Untuk sel tumbuhan bersifat selektif semipermiabel. 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.

Proses pengangkutan air dan zat zat terlarut hingga sampai ke daun pada tumbuhan dipengaruhi oleh :

ü Daya kapilaritas : pembuluh xylem yang terdapat pada tumbuhan dianggap sebagai pipa kapiler. Air akan naik melalui pembuluh kayu sebagai akibat dari gaya adhesi antara dinding pembuluh kayu dengan molekul air.

ü Daya tekan akar : tekanan akar pada setiap tumbuhan berbeda-beda. Besarnya tekanan akar dipengaruhi besar kecil dan tinggi rendahnya tumbuhan (0,7  -  2,0  atm). Bukti adanya tekanan akar adalah pada batang yang dipotong, maka air tampak menggenang dipermukaan tunggaknya.

ü Daya hisap daun : disebabkan adanya penguapan (transpirasi) air dari daun yang besarnya berbanding lurus dengan luas bidang penguapan (intensitas penguapan).

ü  Pengaruh sel-sel yang hidup.

Tumbuhan mengeluarkan cairan dari tubuhnya melalui 3 proses, yaitu  :

1.                  Transpirasi : adalah terlepasnya air dalam bentuk uap air melalui stomata dan kutikula ke udara bebas (evaporasi). Mekanisme transpirasi pada tumbuhan :

            Air diserap ke dalam akar secara osmosis melalui rambut akar, sebagian besar bergerak menurut gradien potensial air melalui xilem. Air dalam pembuluh xilem mengalami tekanan besar karena molekul air polar menyatu dalam kolom berlanjut akibat dari penguapan yang berlangsung di bagian atas. Sebagian besar ion bergerak melalui simplas dari epidermis akar ke xilem, dan kemudian ke atas melalui arus transportasi.

Laju transpirasi dipengaruhi oleh ukuran tumbuhan, kadar CO₂, cahaya, suhu, aliran udara, kelembaban, dan tersedianya air tanah. Faktor-faktor ini mempengaruhi perilaku stoma yang membuka dan menutupnya dikontrol oleh perubahan tekanan turgor sel penjaga yang berkorelasi dengan kadar ion kalium (K⁺) di dalamnya. Selama stoma terbuka, terjadi pertukaran gas antara daun dengan atmosfer dan air akan hilang ke dalam atmosfer. Untuk mengukur laju transpirasi tersebut dapat digunakan potometer. Transpirasi pada tumbuhan yang sehat sekalipun tidak dapat dihindarkan dan jika berlebihan akan sangat merugikan karena tumbuhan akan menjadi layu bahkan mati.

            Sebagian besar transpirasi berlangsung melalui stomata sedang melalui kutikula daun dalam jumlah yang lebih sedikit. Transpirasi terjadi pada saat tumbuhan membuka stomatanya untuk mengambil karbon dioksida dari udara untuk berfotosintesis. Lebih dari 20 % air yang diambil oleh akar dikeluarkan ke udara sebagai uap air. Sebagian besar uap air yang ditranspirasi oleh tumbuhan tingkat tinggi berasal dari daun selain dari batang, bunga dan buah. Transpirasi menimbulkan arus transpirasi yaitu translokasi air dan ion organik terlarut dari akar ke daun melalui xilem. Transpirasi dipengaruhi oleh faktor luar meliputi :

a. kelembaban udara : semakin tinggi kelembaban udara maka transpirasi semakin lambat. Pada saat udara lembab transpirasi akan terganggu, sehingga tumbuhan akan melakukan gutasi.

b. suhu udara : semakin tinggi suhu maka transpirasi semakin cepat.

c. intensitas cahaya : semakin banyak intensitas cahaya maka transpirasi semakin giat.

d. kecepatan angin : semakin kencang angin maka transpirasi semakin cepat.

e.  kandungan air tanah

Juga dipengaruhi oleh faktor dalam, meliputi :

a.    ukuran (luas) daun

b.    tebal tipisnya daun

c.    ada tidaknya lapisan lilin pada permukaan daun

d.   jumlah stomata

e.    jumlah bulu akar (trikoma)

            Jadi semakin cepat laju transpirasi berarti semakin cepat pengangkutan air dan zat hara terlarut, demikian pula sebaliknya. Alat untuk mengukur besarnya laju transpirasi melalui daun disebut fotometer atau transpirometer.

2. Gutasi : adalah pengeluaran air dalam bentuk tetes-tetes air melalui celah-celah tepi atau ujung tulang tepi daun yang disebut hidatoda/ gutatoda/ emisarium. Terjadi pada suhu rendah dan kelembaban tinggi sekitar pukul 04.00 sampai 06.00 pagi hari. Di alami pada tumbuhan famili Poaceae (padi, jagung, rumput, dll)

3. Perdarahan : adalah pengeluaran air cairan dari tubuh tumbuhan berupa getah yang disebabkan karena luka atau hal-hal lain yang tidak wajar. Misalnya pada penyadapan pohon karet dan pohon aren.

            Penyerapan air dari dalam tanah ke bagian atas tumbuhan memiliki arti bahwa tanaman tersebut harus melawan gaya gravitasi bumi yang selalu mengakibatkan benda jatuh ke bawah.

2. Fotosintesis

Merupakan proses pembentukan molekul-molekul makanan yang kompleks dan berenergi tinggi dari komponen komponen yang lebih sederhana oleh tumbuhan hijau dan organisme autotrof lainnya dengan keberadaan energy cahaya. Dalam proses fotosintesis, foton (paket satuan) cahaya ditangkap oleh molekul-molekul pigmen yang spesifik. Elektron-elektron di dalam molekul-molekul pigmen tersebut dieksitasi oleh foton-foton yang diserap, dan elektron-elektron yang tereksitasi tersebut akan membebaskan energy ke dalam sel saat electron-elektron itu kembali ke keadaan tak tereksitasi. Pada umumnya sel menggunakan energy ini untuk mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat.

Selain itu, fotosintesis merupakan reaksi endergonik utama dalam kehidupan, yang merupakan sebuah proses menaiki bukit dimana molekul-molekul berenergi rendak seperti karbondioksida dsn sir berinteraksi untuk membentuk karbohidrat berenergi tinggi dan pada akhirnya lipid dan protein. Reaksi fotosintetik pada dasarnya merupakan pembalikan dari respirasi selular yang merupakan proses eksergonik.

Pemanfaatan hasil fotosintesis

1. Untuk cadangan makanan dan struktur tubuh

Pada umumnya proses fotosintesis selesai dengan terbentuknya gula heksosa, namun Heksosa yang terbentuk mungkin segera berubah dari glukosa menjadi fruktosa, atau bergabung membentuk sukrosa untuk ditranslokasikan ke sel-sel yang lain, atau mengalami polimerasi menjadi tepung untuk cadangan makanan sementara di dalam kloroplas. Tanaman menyimpan cadangannya dalam bentuk dan tempat yang berbeda-beda, tebu misalnya menyimpan cadangan makanannya di dalam batang dalam bentuk sukrosa. Tanaman sagu menyimpan cadangannya dalam batang namun dalam bentuk tepung. Sukrosa yang terbentuk kemungkinan menuju dinding sel yang sedang membesar dan di sana diubah bentuknya menjadi komponen structural seperti selulosa. Sukrosa mungkin juga ditranspor ke bagian-bagian tanaman yang lain seperti ke jaringan meristem yang aktif tumbuh atau ke tempat pengubahan menjadi polisakarida sebagai cadangan makanan atau senyawa sruktural.

2. Untuk respirasi dan pertumbuhan

Heksosa yang terbentuk dapat juga masu ke dalam sistem pernapasan sel dan dibongkar untuk menghasilkan energi dan diubah menjadi komponen organik yang digunakan menjadi senyawa-senyawa structural, metabolic, dan cadangan makanan yang penting, Tahap awal penggunaan hasil fotosintesis untuk menghasilkan energi adalah pernapasan anaerob yang disebut glikolisis, yaitu peristiwa pembentukan nukleotida yang tereduksi dan ATP untuk bekerja dalam sel-sel dengan cara memecah gula heksosa fosfat menjadi asam piruvat,

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 kekeringan yang singkat. Tumbuhan dapat melakukan itu selama beberapa kali. Dalam waktu singkat, kondisi seperti itu akan memicu produksi hormone tumbuhan yang dinamakan asam abisit dalam akar yang berakhir di daun. Hormon ini diproduksi secara lebih cepat ketika daun kekurangan air. Ketika asam absisik terakumulasi di daun, sel-sel penutup mengeluarkan kaliumnya sehingga stomata menutup.

Di dalam tumbuhan berbunga, gula dan senyawa-senyawa organik lainnya mengalir dari sebuah sumber menuju sebuah tempat tujuan mengikuti gradient 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 system 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. Sebenarnya, daun-daun muda, akar, dan bagian-bagian tubuh tumbuhan lainnya pada awalnya adalah tempat tujuan, namun berubah menjadi sumber seiring dengan berjalannya waktu. Menurut teori aliran tekanan, tekanan terbangun di ujung sumber dari sebuah sistem tabung tapis dan mendorong zat-zat terlarut menuju tempat tujuan.

b. Pengaliran nutrisi sepanjang jaringan pembuluh; c. Pengeluaran nutrisi ke tempat tujuan.

Ada beberapa faktor yang berkaitan dengan fotosintesis. Faktor-faktor yang mempengaruhi fotosintesis, di antaranya adalah :

a.    CO2, diambil dalam bentuk gas dari udara, masuk melalui mulut daun (stoma). Dalam keadaan terik, kadar CO2 rendah, sehingga proses fotosintesis akan terhambat. Semakin banyak karbon dioksida di udara, makin banyak jumlah bahan yang dapat digunakan tumbuhan untuk melangsungkan fotosintesis.

b.    H2O diperoleh dari dalam tanah melalui rambut akar. Air merupakan penyumbang hidrogen pada proses fotosintesis. Kekurangan air atau kekeringan menyebabkan stomata menutup, menghambat penyerapan karbon dioksida sehingga mengurangi laju fotosintesis.

            Selain menyerap air dan garam mineral, tumbuhan juga mengambil gas CO2 dan O2 dari udara sekitarnya melalui stomata dan lentisel. Pengambilan gas ini berkaitan dengan proses fotosintesis dan respirasi pada tumbuhan. Fotosintesis merupakan proses penyusunan zat organik karbohidrat yang berasal dari zat anorganik karbondioksida dan air yang berlangsung pada bagian tubuh tumbuhan yang berklorofil dengan bantuan energi cahaya. Fotosintesis terjadi melalui dua tahap reaksi, yaitu :

1.      Reaksi fotolisis/ reaksi terang/reaksi Hill. Reaksi ini terjadi di dalam kloroplas dan memerlukan cahaya serta air sehingga terurai menjadi O2 dan H2O.

2.      Reaksi fisika CO2/ reaksi gelap/reaksi Blackman, yaitu reaksi yang terjadi dalam kloroplas dan tidak memerlukan cahaya. Prosesnya berupa siklus yang disebut Siklus Calvin.

3. Respirasi

Pada dasarnya, respirasi adalah proses oksidasi yang dialami SET sebagai unit penyimpan energi kimia pada organisme hidup. SET, seperti molekul gula atau asam-asam lemak, dapat dipecah dengan bantuan enzim dan beberapa molekul sederhana. Karena proses ini adalah reaksi eksoterm (melepaskan energi), energi yang dilepas ditangkap oleh ADP atau NADP membentuk ATP atau NADPH. Pada gilirannya, berbagai reaksi biokimia endotermik (memerlukan energi) dipasok kebutuhan energinya dari kedua kelompok senyawa terakhir ini.

Kebanyakan respirasi yang dapat disaksikan manusia memerlukan oksigen sebagai oksidatornya. Reaksi yang demikian ini disebut sebagai respirasi aerob. Namun demikian, banyak proses respirasi yang tidak melibatkan oksigen, yang disebut respirasi anaerob. Yang paling biasa dikenal orang adalah dalam proses pembuatan alkohol oleh khamir Saccharomyces cerevisiae. Berbagai bakteri anaerob menggunakan belerang (atau senyawanya) atau beberapa logam sebagai oksidator.

Respirasi dilakukan pada satuan sel. Proses respirasi pada organisme eukariotik terjadi di dalam mitokondria.