BIOLOGI: PROSES PENGANGKUTAN PADA TUMBUHAN

Proses Pengangkutan Air dan Garam Mineral

Pengangkutan air dan garam - garam mineral pada tumbuhan tingkat tinggi, seperti pada tumbuhan biji dilakukan melalui dua mekanisme pertama, air dan mineral diserap dari dalam tanah menuju sel - sel akar. Pengangkutan ini dilakukan diluar berkas pembuluh, sehingga disebut sebagai mekanisme pengangkutan ekstravaskuler. kedua , air dan mineral diserap oleh akar. selanjutnya diangkut dalam berkas pembuluh yaitu pada pembuluh kayu (xilem), sehingga proses pengangkutan disebut pengangkutan vaskuler. Air dan garam mineral dari dalam tanah memasuki tumbuhan melalui epidermis akar, menembus korteks akar, masuk ke stele dan kemudian mengalir naik ke pembuluh xilem sampai pucuk tumbuhan.

• Pengangkutan Ekstravaskuler: Dalam perjalanan menuju silinder pusat, air akan bergerak secara bebas di antara ruang antar sel. Pengangkutan air dan mineral dari dalam tanah di luar berkas pembuluh ini dilakukan melalui 2 mekanisme, yaitu apoplas dan simplas.
• Pengangkutan Apoplas: Pengangkutan sepanjang jalur ekstraseluler yang terdiri atas bagian tak hidup dari akar tumbuhan, yaitu dinding sel dan ruang antar sel. air masuk dengan cara difusi, aliran air secara apoplas tidak tidak dapat terus mencapai xilem karena terhalang oleh lapisan endodermis yang memiliki penebalan dinding sel dari suberin dan lignin yang dikenal sebagai pita kaspari. Dengan demikian, pengangkutan air secara apoplas pada bagian korteks dan stele menjadi terpisah.
• Pengangkutan Simplas: Padap engangkutan ini, setelah masuk kedalam sel epidermis bulu akar, air dan mineral yang terlarut bergerak dalam sitoplasma dan vakuola, kemudian bergerak dari satu sel ke sel yang lain melaluivplasmodesmata. Sistem pengangkutan ini , menyebabkan air dapat mencapai bagian silinder pusat. Adapun lintasan aliran air pada pengangkutan simplas adalah sel - sel bulu akar menuju sel - sel korteks,  endodermis, perisikel, dan xilem. dari sini , air dan garam mineral siap diangkut keatas menuju batang dan daun.
• Pengangkutan melalui berkas pengangkutan (pengangkutan intravaskuler)
• Setelah melewati sel - sel akar, air dan mineral yang terlarut akan masuk ke pembuluh kayu (xilem) dan selanjutnya terjadi pengangkutan secara vertikal dari akar menuju batang sampai kedaun. Pembuluh kayu  disusun oleh beberapa jenis sel, namun bagian yang berperan penting dalam proses pengangkutan air dan mineral ini adalah sel - sel trakea. Bagian ujung sel trakea terbuka membentuk pipa kapiler. Struktur  jaringan xilem seperti pipa kapiler ini terjadi karena sel - sel penyusun jaringan tersebut tersebut mengalami fusi (penggabungan). Air bergerak dari sel trakea satu ke sel trakea yang di atasnya mengikuti prinsip kapilaritas dan kohesi air dalam sel trakea xilem.

Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Pengangkutan Air

• Daya Hisap Daun (Tarikan Transpirasi): Pada organ daun terdapat proses penguapan air melalui mulut daun (stomata ) yang dikenal sebagai proses transpirasi. Proses ini menyebabkan sel daun kehilanagan air dan timbul tarikan terhadap air yang ada pada sel – sel di bawahnya dan tarikan ini akan diteruskan molekul demi molekul, menuju ke bawah sampai ke seluruh kolom air pada xilem sehingga menyebabkan air tertarik ke atas dari akar menuju ke daun. Dengan adanya transpirasi membantu tumbuhan dalam proses penyerapan dan transportasi air di dalam tumbuhan. Adapun transpirasi itu sendiri merupakan mekanisme pengaturan fisiologis yan g herhubungan dengan proses adaptasi tumbuhan terhadap lingkungan. Ada beberapa factor yang mempengaruhi proses kecepatan transparasi uap air dari daun, yaitu:
• Temperatur udara, makin tinggi temperature, kecepatan transprasi akan semakin tinggi.
• Instensitas cahaya matahari, semakin tinggi intesitas cahaya matahari yang diterima daun, maka kecepatan transpirasi akan semakin tinggi.
• Kelembaban udara
• Kandungan air tanah.

Di samping itu, transpirasi juga dipengaruhi oleh faktor dalam tumbuhan di antaranya adalah banyaknya pembuluh, ukuran sel jaringan pengangkut, jumlah, dan ukuran stomata.

• Kapilaritas Batang: Pengangkutan air melalui pembuluh kayu (xilem), terjadi karena pembuluh kayu (xilem) tersusun seperti rangkaian pipa-pipa kapiler. Dengan kata lain, pengangkutan air melalui xilem mengikuti prinsip kapilaritas. Daya kapilaritas disebabkan karena adanya kohesi antara molekul air dengan air dan adhesi antara molekul air dengan dinding pembuluh xilem. Baik kohesi maupun adhesi ini menimbulkan tarikan terhadap molekul air dari akal sampai ke daun secara bersambungan.
• Tekanan Akar: Akar tumbuhan menyerap air dan mineral baik siang maupun malam. Pada malam hari, ketika transpirasi sangat rendah atau bahkan nol, sel-sel akar masih tetap menggunakan energi untuk memompa ion – ion mineral ke dalam xilem. Endodermis yang mengelilingi stele akar tersebut membantu mencegah kebocoran ion - ion ini keluar dari stele. Akumulasi mineral di dalam stele akan menurunkan potensial air. Air akan mengalir masuk dari korteks akar, menghasilkan suatu tekanan positif yang memaksa cairan naik ke xilem. Dorongan getah xilem ke arah atas ini disebut tekanan akar (roof pressure). Tekanan akar juga menyebabkan tumbuhan mengalami gutasi, yaitu keluarnya air yang berlebih pada malam hari melalui katup pelepasan (hidatoda) pada daun. Biasanya air yang keluar dapat kita lihat pada pagi hari berupa tetesan atau butiran air pada ujung-ujung helai daun rumput atau pinggir daun kecil herba (tumbuhan tak berkayu) dikotil.

TRANSPORTASI PADA TUMBUHAN

Transportasi tumbuhan adalah proses pengambilan dan pengeluaran zat-zat ke seluruh bagian tubuh tumbuhan. Pada tumbuhan tingkat rendah (misal ganggang) penyerapan air dan zat hara yang terlarut di dalamnya dilakukan melalui seluruh bagian tubuh. Pada tumbuhan tingkat tinggi (misal spermatophyta) proses pengangkutan dilakukan pembuluh pengangkut yang terdiri dari xylem dan phloem.

Tumbuhan memperoleh bahan dari lingkungan untuk hidup berupa O2, CO2, air dan unsur hara. Kecuali gas O2 dan CO2  zat diserap dalam bentuk larutan ion. Mekanisme proses penyerapan dapat belangsung karena adanya proses imbibisi, difusi, osmosis dan transpor aktif.

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.

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.

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. Peristiwa ini disebut plasmolisis.

Transpor aktif: pengangkutan lintas membran dengan menggunakan energi ATP, melibatkan pertukaran ion Na+ dan K+ (pompa ion) serta protein kontraspor yang akan mengangkut ion Na+ bersama melekul lain seperti asam amino dan gula. Arahnya dari daerah berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Misal perpindahan air dari korteks ke stele.

Pengangkutan Zat Melalui Xylem

Pengangkutan zat pada tumbuhan dibedakan menjadi:

• Pengangkutan vaskuler (intravaskuler): pengangkutan melalui berkas pembuluh pengangkut.
• Pengangkutan ekstravaskuler: pengangkutan air dan garam mineral di luar berkas pembuluh pengangkut. Pengangkutan ini berjalan dari sel ke sel dan biasanya dengan arah horisontal. Di dalam akar pengangkutan ini melalui:

Pengangkutan ekstravaskluler dibedakan:

• transportasi/ lintasan apoplas : menyusupnya air tanah secara bebas atau transpor pasif melalui semua bagian tak hidup dari tumbuhan (dinding sel dan ruang antar sel)
• transportasi/ lintasan simplas : bergeraknya air dan garam mineral melalui bagian hidup dari sel tumbuhan (sitoplasma dan vakoula). Air dan garam mineral akan diangkut ke daun melalui pembuluh kayu (xylem). Komponen utama penyusun xylem adalah elemen pembuluh (trakea) dan trakeid. Trakea dan trakeid merupakan sel-sel yang mati karena tidak mempunyai sitoplasma dan hanya mempunyai dinding sel. Sel trakea terdiri atas tabung yang berdinding tabal dan membentuk suatu pembuluh. Sel trakeid merupakan sel dasar penyusun xylem, yang terdiri dari sel memanjang dan berdinding keras karena mengandung lignin. Pada beberapa tempat dinding sel trakeid terdapat bagian-bagian yang tidak menebal yang disebut noktah. Selain trakea dan trakeid xylem juga mengandung sel parenkim (parenkim kayu) yang merupakan sel hidup dan berfungsi untuk menyimpan bahan makanan. Xylem juga mengandung serabut kayu yang berfungsi sebagai penguat (penyokong) Proses pengangkutan air dan zat zat terlarut hingga sampai ke daun pada tumbuhan dipengaruhi oleh:
• 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.
• 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.
• daya hisap daun : disebabkan adanya penguapan (transpirasi) air dari daun yang besarnya berbanding lurus dengan luas bidang penguapan (intensitas penguapan).
• pengaruh sel-sel yang hidup

Tumbuhan mengeluarkan cairan dari tubuhnya melalui 3 proses, yaitu:

• Transpirasi: adalah terlepasnya air dalam bentuk uap air melalui stomata dan kutikula ke udara bebas (evaporasi). Transpirasi dipengaruhi oleh :
• Faktor luar, meliputi:
• Kelembaban udara: semakin tinggi kelembaban udara maka transpirasi semakin lambat. Pada saat udara lembab transpirasi akan terganggu, sehingga tumbuhan akan melakukan gutasi.
• Suhu udara: semakin tinggi suhu maka transpirasi semakin cepat.
• Intensitas cahaya: semakin banyak intensitas cahaya maka transpirasi semakin giat.
• Kecepatan angin: semakin kencang angin maka transpirasi semakin cepat.
• Kandungan air tanah
• Faktor dalam, meliputi:
• ukuran (luas) daun
• tebal tipisnya daun
• ada tidaknya lapisan lilin pada permukaan daun
• jumlah stomata
• 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.
• 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) 
• 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.

Pengangkutan Melalui Phloem

Air dan zat terlarut yang diserap akar diangkut menuju daun akan dipergunakan sebagai bahan fotosintesis yang hasilnya berupa zat gula/ amilum/ pati. Pengangkutan hasil fotosintesis berupa larutan melalui phloem secara vaskuler ke seluruh bagian tubuh disebut translokasi.

Untuk membuktikan adanya pengangkutan hasil fotosintesis melewati phloem dapat dilihat dari pada proses pencangkokan. Batang yang telah kehilangan kulit (phloem) mengalami hambatan pengangkutan akibat terjadinya timbunan makanan yang dapat memacu munculnya akar apabila bagian batang yang terkelupas kulitnya tertutup tanah yang selalu basah.

Beberapa tumbuhan menyimpan hasil fotosintesis pada akarnya atau batangnya. Pada umumnya jaringan phloem tersusun oleh 4 komponen, yaitu:

• buluh tapis
• sel pengiring
• parenkim phloem
• serabut-serabut

Transportasi Pada Tumbuhan

Transportasi dapat membuat makanan sendiri melalui  suatu proses yang disebut fotosintesis. Pada proses ini tumbuhab memerlukan air dan karbondioksida yang diambil dari lingkungan, selain itu juga memerlukan garam-garam mineral. Bahan-bahan tersebut dapat diangkut bersama-sama dengan hasil fotosintesis dari sel ke sel melalui proses difusi, osmosis, dan transpor aktif.

Proses pengambilan zat-zat yang perlu dilakukan melalui proses fisika dan biologi, yaitu imbibisi, osmosis, dan transportasi aktif 

• Imbibisi, berarti minum. Dalam hubungannya dengan pengambilan zat oleh tumbuhan, imbibisi berarti kemampuan dinding sel dan plasma sel untuk menyerap air dari luar sel. Air yang terserap disebut air imbibisi. Pada peristiwa tersebut molekul-molekul dinding sel atau plasma sel, akibatnya dinding sel mengembang.
• Difusi, yaitu pergerakan molekul-molekul zat dari daerah benkonsentrasi lebih tinggi (hipertonis) ke daerah yang konsentrasinya rendah (hipotonis). Misalnya: setetes tinta dimasukkan kedalam gelas yang berisi air maka warna biru akan menyebar keseluruh penjuru dan akhirnya warna biru merata keseluruh air dalam gelas.
• Osmosis, osmosis adalah peristiwa perpindahan molekul-molekul air dari larutan berkonsentrasi tinggi atau daerah yang konsentrasi molekul-molekul airnya tinggi atau daerah yang konsentrasi yang molekul-molekul airnya tinggi  kedaerah yang berkonsentrasi yang molekul-molekul airnya rendah melalui selaput yang hanya dapat dilalui oleh molekul air dan zat-zat tertentu saja.

Berdasarkan dapat tidaknya selaput dilalui oleh molekul zat, Selaput dibedakan menjadi tiga macam yaitu sebagai berikut:

• Selaput permeabel: selaput yang dapat dilalui oleh molekul air dan zat yang larut didalamnya.
• Selaput semipermiabel: selapu yang dapat dilalui oleh molekul-molekul air dan zat tertentu saja sehingga disebut juga selaput permeabel selektif
• Selaput impermeabel: selaput yang tidak dapat ditembus oleh air maupun zat yang terlarut.
• Transpor Aktif dan Transpor Pasif. Transportasi aktif: Dalam proses biologi dapat terjadi sebaliknya, yaitu molekul-molekul atau ion-ion bergerak dari daerah yang berkonsentrasi rendah ke daerah yang berkonsentrasi tinggi.

Kelangsungan hidup sel tumbuhan bergantung pada kemampuan untuk menyeimbangkan pengambilan dan pengeluaran berat air oleh suatu sel terjadi melalui osmosis, yaitu transpor pasif air melewati suatu membran.

Pengangkutan Air dan Garam-garam Mineral oleh Tumbuhan terdiri dari:

• Pengangkutan Ekstravaskuler adalah pengangkutan air dan garam mineral di luar berkas pembuluh, berlangsung dari sel secara horizonmtal. Pengangkutan tersebut mulai dari rambut akar dan epidermis melalui korteks, endodermis, perisikel, lalu ke pembuluh kayu. Proses pengangkutan dari epidermis ke sel-sel korteks berlangsung secara difusi dan osmosis, begitu pula setelah sampai di daun.
• Pengangkutan Vaskuler adalah pengangkutan air dan garam-garam mineral melalui pembulug pengangkut. Pengangkutan tersebut melalui pembuluh xilem dari akar ke batang, terus sampai ke daun.
• Tekanan Akar
• Daya Isap Daun
• Daya Kapilaritas
• Pengaruh sel-sel yang hidup

Penjelasan

• Tekanan akar: Adanya tekanan akar dapat diamati dengan memotong batang tanamanpisang kemudian bagian tengahnya dibuat lekukan. Setelah satu hari maka akan terlihat air keluar dari permukaan potongan.Keluar akibat ada tekanan yang mendorong air ke atas itu disebut tekanan akar.
• Daya Isap Daun: Daya isap daun terjadi sebagai akibat penguapan air di permukaan daun. Besarnyapenguapan air tergantung pada luas permukaan daun. Makin luas permukaan daun makin besar daya isap daun.
• Daya Kapilaritas: Pempuluh-pembuluh kayu merupakan pipa-pipa sangat kecil sehingga merupakan pipa kapiler. Pipa kapiler yang berdiameter 10 mikron, dapat menaikkan air sampai setingga 3meter. Hal ini menyebabkan air naik dalam pembuluh kayu dari akarsampai ke daun. Bagi tumbuhan yang sangat tinggi, daya kapilaritas saja tidak cukup untuk menaikkan ais sampai ke daun

Pengaruh Sel-sel yang Hidup: Pembuluh-pembuluh kayu tersusun dari sel-sel yang mati dengan sekat diantara sel-sel telah lenyap sehingga merupakan pemubuluh untuk jalan air dari akar ke ujung batang.

Pengangkutan Hasil Fotosintesis 

Zat organik hasil fotosintesis yang dibentuk di dalam daun akan diangkut keseluruh bagian yang memerlukan diuraikan oleh enzim menjadi zat yang dapat larut dan dapat keluar dari sel sampai ujung pembuluh tapis (floem) pembuluh tapis kebagian tubuh yang memerlukan disertai translokasi.               

Pengeluaran Zat oleh Tumbuhan

Tumbuhan tidak hanya mengambil atau menyerap zat kembali ke lingkungannya yang disebut pengeluaran atau eliminasi. Zat yang dikeluarkan pada peristiwa eliminasi dapat dibedakan menjadi 3 kelompok, yaitu sebagai berikut:

• Zat yang dikeluarkan sama dengan ketika diserap, misalnya air yang dikeluarkan pada peristiwa penguapan dan penetesan air (Gutasi) melalui sel gutatoda.
• Zat yang dikeluarkan sebagai hasil fotosintesis, misalnya madu yang dikeluarkan oleh kelenjar madu.
• Zat yang dikeluarkan sebagai hasil proses pembongkaran, misalnya oksigen dan air dari proses fotosintesis.