Sistem Penyerapan Air pada Tumbuhan: Jalur; Mekanisme dan Detail lainnya



Sistem Penyerapan Air pada Tumbuhan: Jalur; Mekanisme dan Detail lainnya!

Tumbuhan memiliki potensi untuk menyerap air melalui seluruh permukaannya langsung dari akar, batang, daun, bunga, dll. Namun, karena air sebagian besar tersedia di dalam tanah, hanya sistem akar bawah tanah yang dikhususkan untuk menyerap air. Akar seringkali luas dan tumbuh dengan cepat di tanah.

Di akar, wilayah penyerapan air yang paling efisien adalah zona rambut akar. Setiap zona rambut akar memiliki ribuan rambut akar. Rambut akar dikhususkan untuk penyerapan air. Mereka adalah hasil tubular dengan panjang 50-1500 μm (0,05-1,5 mm) dan lebarnya 10 nm.

Setiap rambut akar memiliki vakuola sentral yang diisi dengan getah sel yang aktif secara osmotik dan sitoplasma perifer. Dindingnya tipis dan permeabel dengan zat pektik di lapisan luar dan selulosa di lapisan dalam. Rambut akar masuk ke mikropori kapiler, disemen ke partikel tanah oleh senyawa pektik dan menyerap air kapiler.

Jalur Pergerakan Air di Akar:

Ada dua jalur aliran air dari rambut akar ke xilem di dalam akar, apoplas dan simplas.

(i) Jalur Apoplas:

Di sini air mengalir dari rambut akar ke xilem melalui dinding sel yang mengintervensi tanpa melintasi membran atau sitoplasma. Jalur tersebut memberikan resistensi paling kecil terhadap pergerakan air. Namun, itu terganggu oleh adanya strip casparian lignosuberin yang kedap air di dinding sel endodermal.

(ii) Jalur Simplas:

Air mengalir dari sel ke sel melalui protoplasma mereka. Itu tidak memasuki vakuola sel. Sitoplasma sel yang berdekatan terhubung melalui jembatan yang disebut plasmodesmata. Untuk masuk ke dalam simplas, air harus melewati plasmalemma (selaput sel) setidaknya di satu tempat. Ini juga disebut jalur transmembran. Gerakan simplastik dibantu oleh aliran sitoplasma sel-sel individual. Namun, ini lebih lambat dari gerakan apoplastik.

Kedua jalur terlibat dalam pergerakan melintasi akar. Air mengalir melalui apoplas di korteks. Ini memasuki jalur simplas di endodermis di mana dindingnya tahan terhadap aliran air karena adanya strip kaspari.

Di sini, hanya plasmodesmata yang membantu untuk memungkinkan lewatnya air ke pericycle dari mana ia memasuki xilem. Nutrisi mineral juga memiliki jalur yang sama dengan air. Namun, penyerapan dan perjalanan mereka ke dalam simplas sebagian besar terjadi melalui penyerapan aktif. Begitu berada di dalam xilem, gerakannya murni sepanjang gradien tekanan.

Penyerapan Air Mikoriza:

Pada mikoriza sejumlah besar hifa jamur berasosiasi dengan akar muda. Hifa jamur meluas ke jarak yang cukup ke dalam tanah. Mereka memiliki luas permukaan yang besar. Hifa khusus untuk menyerap air dan mineral.

Keduanya diserahkan ke akar yang menyediakan jamur dengan gula dan senyawa yang mengandung N. Asosiasi mikoriza antara jamur dan akar seringkali wajib. Biji pinus dan anggrek tidak berkecambah dan membentuk diri menjadi tanaman tanpa asosiasi mikoriza.

Mekanisme Penyerapan Air:

Penyerapan air ada dua jenis, pasif dan aktif (Renner, 1912,1915).

1. Penyerapan Air Pasif:

Gaya untuk jenis penyerapan air ini berasal dari bagian atas tanaman karena kehilangan air dalam transpirasi. Ini menciptakan ketegangan atau potensi air yang rendah dari beberapa atmosfer di saluran xilem. Penciptaan ketegangan di saluran xilem tanaman terlihat dari:

(i) Tekanan negatif umumnya ditemukan pada getah xilem. Karena itu air tidak tumpah jika potongan diberikan pada pucuk.

(ii) Air dapat diserap oleh pucuk bahkan tanpa adanya sistem perakaran.

(iii) Laju penyerapan air kira-kira sama dengan laju transpirasi.

Rambut akar berfungsi sebagai sistem osmotik kecil. Setiap rambut akar memiliki dinding sel permeabel tipis, ­sitoplasma semi permeabel dan getah sel aktif secara osmotik yang ada di vakuola sentral. Karena yang terakhir sel rambut akar memiliki potensial air -3 sampai -8 bar.

Potensi air dari air tanah adalah -.1 sampai – .3 bar. Akibatnya air tanah masuk ke dalam sel rambut akar. Namun, air tidak masuk ke dalam vakuolanya. Sebaliknya itu masuk ke apoplast dan symplast sel kortikal, endodermal dan perisikel dan memasuki saluran xilem secara pasif karena potensi air yang sangat rendah karena tegangan di mana air ada di dalamnya, yang disebabkan oleh transpirasi di bagian udara. Terdapat gradien potensial air antara sel rambut akar, sel kortikal, saluran endodermal, pericycle, dan xilem sehingga aliran air tidak terganggu.

2. Penyerapan Air Aktif:

Ini adalah penyerapan air karena kekuatan yang ada di akar. Sel hidup dalam kondisi metabolisme aktif sangat penting untuk ini. Auksin diketahui meningkatkan penyerapan air (bahkan dari larutan hipertonik) sementara penghambat pernapasan mengurangi hal yang sama.

Oleh karena itu, energi (dari respirasi) terlibat dalam penyerapan air secara aktif. Penyerapan air dari tanah dan pergerakannya ke dalam dapat terjadi karena osmosis. Perpindahan air dari sel hidup ke saluran xilem dapat terjadi dengan cara:

(i) Akumulasi gula atau garam dalam elemen trakea xilem baik karena sekresi oleh sel-sel hidup terdekat atau tertinggal di sana selama pembusukan protoplasnya.

(ii) Pengembangan potensi bioelektrik yang mendukung pergerakan air ke saluran xylar.

(iii) Pemompaan air secara aktif oleh sel-sel hidup di sekitarnya ke dalam elemen tracheary.

Pendakian Sap:

Getah adalah air dengan bahan terlarut (mineral). Pergerakan air ke atas dari akar menuju ujung cabang batang dan daunnya disebut pendakian getah. Itu terjadi melalui elemen trakea xilem. Bahwa naiknya getah terjadi melalui xylem dapat dibuktikan dengan uji noda dan percobaan ringing.

Teori Pendakian Sap:

Air atau getah diangkat dari dekat ujung akar ke ujung pucuk melawan gaya gravitasi, terkadang hingga ketinggian 100 meter. Laju translokasi adalah 25-75 cm/menit (15-45 m/jam). Beberapa teori telah dikemukakan untuk menjelaskan mekanisme naiknya getah. Tiga teori utama adalah kekuatan vital, tekanan akar dan ketegangan kohesi.

  1. Teori Kekuatan Vital:

Sebuah teori kekuatan vital umum tentang naiknya getah dikemukakan oleh JC Bose (1923). Ini disebut teori pulsasi. Teori tersebut percaya bahwa sel kortikal terdalam akar menyerap air dari sisi luar dan memompanya ke saluran xilem.

Namun, sel-sel hidup tampaknya tidak terlibat dalam naiknya getah karena air terus naik ke atas pada tanaman yang akarnya telah dipotong atau sel-sel hidup batang mati oleh racun dan panas (Boucherie, 1840; Strasburger, 1891).

  1. Teori Tekanan Akar:

Teori tersebut dikemukakan oleh Priestley (1916). Tekanan akar adalah tekanan positif yang berkembang di getah xilem akar beberapa tumbuhan. Ini adalah manifestasi dari penyerapan air aktif. Tekanan akar diamati pada musim tertentu yang mendukung aktivitas metabolisme yang optimal dan mengurangi transpirasi.

Ini maksimum selama musim hujan di negara-negara tropis dan selama musim semi di habitat sedang. Besarnya tekanan akar yang biasa dijumpai pada tanaman adalah 1-2 bar atau atmosfir. Nilai yang lebih tinggi (misalnya, 5-10 atm) kadang-kadang juga diamati. Tekanan akar terhambat atau menjadi tidak ada dalam kondisi kelaparan, suhu rendah, kekeringan dan berkurangnya ketersediaan oksigen. Ada tiga sudut pandang tentang mekanisme perkembangan tekanan akar:

(i) Osmotik:

Elemen trakea xilem mengakumulasi garam dan gula. Konsentrasi zat terlarut yang tinggi menyebabkan penarikan air dari sel-sel di sekitarnya serta dari jalur normal penyerapan air. Akibatnya tekanan positif berkembang di getah xilem.

(ii) Elektro-osmotik:

Potensi bioelektrik ada di antara saluran xilem dan sel-sel di sekitarnya yang mendukung aliran air ke dalamnya.

(iii) Nonosmotik:

Elemen xilem yang berdiferensiasi menghasilkan hormon yang berfungsi sebagai tempat metabolisme dan menyebabkan pergerakan air ke arahnya. Sel-sel hidup yang mengelilingi xilem dapat secara aktif memompa air ke dalamnya.

Keberatan terhadap Teori Tekanan Akar:

(i) Tekanan akar belum ditemukan pada semua tanaman. Tidak ada atau sedikit tekanan akar yang terlihat pada gymnospermae yang memiliki beberapa pohon tertinggi di dunia.

(ii) Tekanan akar terlihat hanya selama periode pertumbuhan yang paling menguntungkan seperti musim semi atau musim hujan. Pada saat ini getah xilem sangat hipertonik terhadap larutan tanah dan laju transpirasi rendah. Di musim panas ketika kebutuhan air tinggi, tekanan akar umumnya tidak ada.

(iii) Tekanan akar yang biasanya diamati umumnya rendah yang tidak mampu mengangkat getah ke atas pohon.

(iv) Air terus naik ke atas bahkan tanpa adanya akar.

(v) Tumbuhan yang bertranspirasi cepat tidak menunjukkan adanya tekanan akar. Sebaliknya tekanan negatif diamati di sebagian besar tanaman.

(vi) Tekanan akar menghilang dalam kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan sementara naiknya getah ­terus berlanjut tanpa gangguan.

(vii) Tekanan akar umumnya diamati pada malam hari ketika evapotranspirasi rendah. Ini mungkin berguna dalam membangun kembali rantai air yang terus-menerus dalam xilem yang sering putus karena tegangan yang sangat besar yang ­diciptakan oleh transpirasi.

  1. Teori Gaya Fisik:

Teori-teori ini menganggap sel mati xilem bertanggung jawab sebagai ­persen getah. Teori kapiler Boehm 1863, Teori Imbibisi Unger 1868 dan Teori Kohesi-Tension Dixon dan Joly 1894 adalah beberapa teori fisika. Tetapi teori tegangan-kohesi (juga disebut teori tarikan transpirasi tegangan-kohesi) dari Dixon dan Joly adalah yang paling banyak diterima.

Teori Ketegangan Kohesi (Teori Kohesi-Ketegangan dan Tarik Transpirasi):

Teori tersebut dikemukakan oleh Dixon dan Joly pada tahun 1894. Selanjutnya disempurnakan oleh Dixon pada tahun 1914. Oleh karena itu, teori tersebut juga dinamai menurut namanya sebagai teori Dixon tentang pendakian getah. Saat ini sebagian besar pekerja percaya pada teori ini. Fitur utama dari teori ini adalah:

(a) Kolom Air Berkelanjutan:

Ada kolom air yang terus menerus dari akar melalui batang dan masuk ke daun. Kolom air hadir dalam elemen tracheary. Yang terakhir beroperasi secara terpisah tetapi membentuk sistem kontinu melalui area yang tidak ditebalkan.

Karena ada sejumlah besar elemen trakea yang berjalan bersama, penyumbatan salah satu atau beberapa di antaranya tidak menyebabkan kerusakan pada kontinuitas kolom air (Scholander, 1957). Kolom air tidak jatuh di bawah pengaruh gravitasi karena gaya transpirasi memberikan energi dan tarikan yang diperlukan. Kohesi, adhesi, dan tegangan permukaan menjaga air tetap di tempatnya.

(b) Kohesi atau Kekuatan Tarik:

Molekul air tetap terikat satu sama lain oleh gaya tarik-menarik timbal balik yang kuat yang disebut gaya kohesi. Daya tarik timbal balik disebabkan oleh ikatan hidrogen yang terbentuk di antara molekul air yang berdekatan. Karena gaya kohesi, kolom air dapat menahan tegangan atau tarikan hingga 100 atm (Mac Dougal, 1936). Oleh karena itu, gaya kohesi disebut juga dengan kekuatan tarik.

Nilai teoretisnya sekitar 15000 atm tetapi nilai terukur di dalam elemen tracheary berkisar antara 45 atm hingga 207 atm (Dixon dan Joly, 1894). Kolom air tidak lebih lanjut memutuskan hubungannya dari elemen trakea (pembuluh dan trakeid) karena gaya lain yang disebut gaya adhesi antara dindingnya dan molekul air. Molekul air tertarik satu sama lain lebih dari molekul air dalam keadaan gas. Ini menghasilkan tegangan permukaan yang menyebabkan kapilaritas tinggi melalui trakeid dan pembuluh darah.

(c) Pengembangan Ketegangan atau Tarikan Transpirasi:

Ruang antar sel yang ada di antara sel mesofil daun selalu jenuh dengan uap air. Yang terakhir berasal dari dinding basah sel mesofil. Ruang antar sel mesofil terhubung ke udara luar melalui stomata. Udara luar jarang jenuh dengan uap air.

Ini memiliki potensi air yang lebih rendah daripada udara lembab yang ada di dalam daun. Oleh karena itu, uap air berdifusi keluar dari daun. Sel-sel mesofil terus kehilangan air ke ruang antar sel. Akibatnya kelengkungan meniskus yang menahan air meningkat sehingga terjadi peningkatan tegangan permukaan dan penurunan potensial air, terkadang hingga -30 bar.

Sel mesofil menarik air dari sel yang lebih dalam karena molekulnya disatukan oleh ikatan hidrogen. Sel-sel yang lebih dalam pada gilirannya mendapatkan air dari elemen tracheary. Oleh karena itu, air dalam elemen tracheary akan mengalami ketegangan. Ketegangan serupa dirasakan pada jutaan elemen trakea yang terletak berdekatan dengan sel transpirasi. Ini menyebabkan seluruh kolom air tanaman menjadi tegang. Saat ketegangan berkembang karena transpirasi, itu juga disebut tarikan transpirasi. Karena tegangan yang diciptakan oleh transpirasi, kolom air tumbuhan ditarik ke atas secara pasif dari bawah ke atas tumbuhan seperti seutas tali.

Bukti:

(i) Laju penyerapan air dan karenanya naiknya getah mengikuti laju transpirasi. Tembak yang menempel pada tabung berisi air dan mencelupkannya ke dalam gelas kimia berisi merkuri dapat menyebabkan pergerakan merkuri ke dalam tabung yang menunjukkan tarikan transpirasi.

(ii) Pada potongan cabang dari tumbuhan yang bertranspirasi cepat, air terlepas dari ujung potongan yang menunjukkan bahwa kolom air mengalami tegangan.

(iii) Ketegangan maksimum yang teramati pada kolom air adalah 10-20 atm. Cukup untuk menarik air ke puncak pohon tertinggi bahkan lebih dari 130 meter. Ketegangan tidak dapat memutuskan kontinuitas kolom air karena gaya kohesif getah xykm adalah 45 hingga 207 atm.

(iv) Gimnospermae berada pada posisi yang kurang menguntungkan dalam pendakian getah karena adanya trakeid, bukan pembuluh darah di angiospermae. Namun, xilem trakeid kurang rentan terhadap gravitasi di bawah ­tekanan. Oleh karena itu, sebagian besar pohon tinggi di dunia adalah kayu merah dan tumbuhan runjung.

Keberatan:

(i) Gas-gas yang larut dalam getah akan membentuk gelembung udara di bawah tegangan dan suhu tinggi. Gelembung udara akan memutus kontinuitas kolom air dan menghentikan naiknya getah akibat ­tarikan transpirasi.

(ii) Tegangan hingga 100 atm telah dilaporkan dalam getah xilem oleh Mac Dougal (1936) sedangkan gaya kohesif getah dapat serendah 45 atm.

(iii) Pemotongan yang tumpang tindih tidak menghentikan naiknya getah meskipun merusak kontinuitas kolom air.

Penyerapan Mineral oleh Akar:

Tumbuhan mendapatkan pasokan karbon dan sebagian besar oksigennya dari CO 2 atmosfer, hidrogen dari air, sedangkan sisanya adalah mineral yang diambil sendiri-sendiri dari tanah. Mineral ada di dalam tanah sebagai ion yang tidak dapat secara langsung melintasi membran sel.

Konsentrasi ion sekitar 100 kali lebih banyak di bagian dalam akar daripada di dalam tanah. Oleh karena itu, semua mineral tidak dapat diserap secara pasif. Pergerakan ion dari tanah ke bagian dalam akar berlawanan dengan gradien konsentrasi dan memerlukan transpor aktif. Pompa ion spesifik terjadi pada membran rambut akar.

Mereka memompa ion mineral dari tanah ke sitoplasma sel epidermis rambut akar. Energi disediakan oleh ATP. Inhibitor pernapasan seperti sianida yang menghambat sintesis ATP, umumnya mengurangi penyerapan ion. Jumlah kecil yang masuk ke akar bahkan tanpa ATP, harus melalui teknik pasif.

Untuk transpor aktif, ATPase hadir di atas membran plasma sel epidermis akar. Mereka membentuk gradien proton elektrokimia untuk memasok energi untuk pergerakan ion. Ion diperiksa lagi dan diangkut ke dalam oleh protein transpor yang ada di atas sel endodermal.

Endodermis memungkinkan lewatnya ion ke dalam tetapi tidak ke luar. Ini juga mengontrol jumlah dan jenis ion yang akan diteruskan ke xilem. Aliran ion ke dalam dari epiblema ke xylem sepanjang gradien konsentrasi. Pengumpulan ion dalam xilem bertanggung jawab atas gradien potensial air di akar yang membantu masuknya air secara osmotik serta perjalanannya ke xilem. Di dalam xilem, mineral dibawa ke atas bersama dengan aliran larutan xilem. Pada daun, sel menyerap mineral secara selektif melalui pompa membran.

Translokasi Ion Mineral di Pabrik:

Meskipun secara umum dianggap bahwa xilem mengangkut nutrisi anorganik sementara floem mengangkut nutrisi organik, hal yang sama tidak sepenuhnya benar. Dalam getah xilem, nitrogen bergerak sebagai ion anorganik, serta sebagai bentuk organik dari asam amino dan senyawa terkait.

Sejumlah kecil P dan S dilewatkan dalam xilem sebagai senyawa organik. Ada juga pertukaran bahan antara xilem dan floem. Oleh karena itu, unsur mineral melewati xilem baik dalam bentuk anorganik maupun organik.

Mereka mencapai area tenggelamnya, yaitu daun muda, bunga berkembang, buah dan biji, meristem apikal dan lateral dan sel individu untuk penyimpanan. Mineral diturunkan pada ujung urat halus melalui difusi. Mereka diambil oleh sel melalui serapan aktif.

Ada remobilisasi mineral dari bagian penuaan yang lebih tua. Nikel memiliki peran penting dalam kegiatan ini. Daun tua mengirimkan banyak mineral seperti nitrogen, belerang, fosfor dan kalium. Unsur-unsur yang tergabung dalam komponen struktural, bagaimanapun, tidak diremobilisasi, misalnya kalsium. Mineral yang diremobilisasi menjadi tersedia untuk daun muda yang tumbuh dan bak cuci lainnya.

Related Posts