Struktur & fungsi tumbuhan
Akar, batang, daun, bunga, buah, dan biji: tugas setiap bagian dan cara tumbuhan tumbuh.
Jenjang yang disarankan: SD, SMP, SMA, kuliah.
Penjelasan untuk SD
Tumbuhan memiliki bagian-bagian dengan tugas masing-masing, seperti anggota tim.
- Akar: menyerap air dan zat hara dari tanah serta mencengkeram tanah agar tumbuhan tidak roboh. Wortel dan singkong menyimpan makanan di akarnya.
- Batang: menopang tumbuhan dan mengangkut air dari akar ke daun, juga mengangkut makanan dari daun ke seluruh tubuh.
- Daun: “dapur” tumbuhan tempat membuat makanan dengan bantuan cahaya matahari. Di daun juga ada lubang-lubang sangat kecil untuk keluar-masuk udara.
- Bunga: tempat terbentuknya biji. Warna dan wangi bunga menarik lebah dan kupu-kupu.
- Buah: melindungi biji dan membantu biji tersebar, misalnya dimakan burung.
- Biji: calon tumbuhan baru. Jika ditanam di tanah yang lembap, biji akan berkecambah.
Tumbuhan membutuhkan air, cahaya matahari, udara, dan tanah yang subur untuk tumbuh. Tumbuhan juga bergerak walaupun tidak berpindah tempat: batang tumbuh ke arah cahaya, dan daun putri malu menguncup saat disentuh.
Poin kunci
- Akar menyerap air, batang menopang dan mengangkut, daun membuat makanan.
- Bunga membentuk biji; buah melindungi dan menyebarkan biji.
- Tumbuhan butuh air, cahaya, udara, dan tanah yang subur.
- Batang tumbuh ke arah cahaya.
Aktivitas
Masukkan batang seledri atau bunga putih ke gelas berisi air yang diberi pewarna makanan. Amati warna daun atau kelopaknya setelah beberapa jam. Bagian apa yang mengangkut air?
Penjelasan untuk SMP
Tubuh tumbuhan berbunga tersusun atas organ vegetatif (akar, batang, daun) dan organ generatif (bunga, buah, biji).
Jaringan tumbuhan:
- Meristem: sel-sel yang aktif membelah di ujung akar dan ujung batang (pertumbuhan memanjang) serta di kambium (pertumbuhan membesar).
- Epidermis: lapisan pelindung terluar; pada daun terdapat stomata yang dijaga dua sel penutup.
- Parenkim: jaringan dasar; pada daun berupa jaringan palisade dan bunga karang yang kaya kloroplas.
- Pengangkut: xilem mengangkut air dan mineral dari akar ke atas; floem mengangkut hasil fotosintesis ke seluruh bagian tumbuhan.
- Penyokong: kolenkim dan sklerenkim membuat tumbuhan kokoh.
Organ dan fungsinya:
- Akar: menyerap air dan mineral melalui rambut akar, menambatkan tumbuhan, dan pada beberapa tumbuhan menyimpan cadangan makanan (singkong, ubi jalar). Bakau memiliki akar tunjang dan akar napas.
- Batang: menopang dan mengangkut. Pada dikotil, berkas pengangkut tersusun melingkar dan terdapat kambium; pada monokotil, berkas pengangkut tersebar.
- Daun: tempat fotosintesis, pertukaran gas melalui stomata, dan penguapan air (transpirasi).
- Bunga: bagian jantan (benang sari: kepala sari dan tangkai sari) dan betina (putik: kepala putik, tangkai putik, dan bakal buah berisi bakal biji).
Pengangkutan air: air diserap rambut akar secara osmosis, lalu naik melalui xilem, terutama karena tarikan transpirasi di daun.
Pertumbuhan dan perkembangan dipengaruhi faktor dalam (gen dan hormon) serta faktor luar (air, cahaya, suhu, dan unsur hara). Hormon auksin memacu pemanjangan sel dan membuat batang membengkok ke arah cahaya (fototropisme). Kecambah yang tumbuh di tempat gelap menjadi tinggi kurus dan pucat (etiolasi).
Tumbuhan menanggapi rangsang: batang tumbuh ke arah cahaya, akar tumbuh ke bawah mengikuti gravitasi, dan daun putri malu menguncup saat disentuh (tigmonasti).
Poin kunci
- Organ vegetatif: akar, batang, daun; organ generatif: bunga, buah, biji.
- Xilem mengangkut air dan mineral; floem mengangkut hasil fotosintesis.
- Stomata tempat pertukaran gas dan transpirasi.
- Auksin memacu pemanjangan sel dan fototropisme.
Aktivitas
Bungkus beberapa daun tanaman dalam pot dengan kantong plastik bening dan ikat rapat. Letakkan satu pot di tempat terang dan satu di tempat teduh. Bandingkan banyaknya embun di kantong setelah 2 jam, lalu jelaskan dengan konsep transpirasi.
Penjelasan untuk SMA
Pengangkutan air dijelaskan oleh teori kohesi–tegangan: penguapan air dari sel daun menciptakan tarikan (tegangan) pada kolom air di xilem; molekul air yang saling menarik (kohesi) dan melekat pada dinding pembuluh (adhesi) membuat kolom air tertarik ke atas dari akar hingga pucuk pohon yang tinggi. Tekanan akar dan kapilaritas membantu, tetapi tidak cukup untuk pohon tinggi.
Di akar, air bergerak melalui dinding sel (jalur apoplas) atau melalui sitoplasma (jalur simplas). Di endodermis, pita Kaspari yang kedap air memaksa air dan mineral melewati membran sel, sehingga akar dapat menyeleksi zat yang masuk.
Stomata membuka ketika sel penutup menyerap air dan menggembung (dipicu antara lain oleh cahaya dan masuknya ion K⁺), lalu menutup saat tumbuhan kekurangan air karena pengaruh hormon asam absisat. Tumbuhan selalu menghadapi pertukaran: stomata terbuka memasukkan CO₂ tetapi melepaskan air.
Pengangkutan hasil fotosintesis di floem dijelaskan oleh hipotesis aliran tekanan: gula dimuat ke floem di daun (sumber), air ikut masuk secara osmosis, dan tekanan mendorong cairan floem menuju bagian yang memakai atau menyimpan gula (lubuk), seperti akar, buah, dan umbi.
Pertumbuhan: pertumbuhan primer oleh meristem apikal memanjangkan akar dan batang, sedangkan pertumbuhan sekunder oleh kambium vaskular dan kambium gabus memperbesar diameter. Lingkaran tahun terbentuk bila laju pertumbuhan kayu berbeda antarmusim; pada pohon tropis lingkaran ini sering tidak jelas.
Hormon tumbuhan (fitohormon):
- Auksin: pemanjangan sel, fototropisme, dominansi apikal, dan pembentukan akar pada stek.
- Giberelin: pemanjangan batang dan perkecambahan biji.
- Sitokinin: pembelahan sel dan menunda penuaan daun.
- Asam absisat: dormansi biji dan penutupan stomata saat kekeringan.
- Etilen: pematangan buah dan pengguguran daun. Buah matang yang disimpan bersama buah mentah mempercepat pematangan.
Unsur hara: tumbuhan memerlukan unsur makro (N, P, K, Ca, Mg, S) dan mikro (misalnya Fe, Mn, Zn). Kekurangan nitrogen membuat daun tua menguning (klorosis). Tanah miskin nitrogen mendorong adaptasi seperti bintil akar kacang-kacangan yang berisi bakteri Rhizobium dan kantong semar yang menangkap serangga.
Poin kunci
- Kohesi–tegangan menjelaskan naiknya air di xilem.
- Pita Kaspari membuat akar dapat menyeleksi zat yang masuk.
- Aliran tekanan membawa gula dari sumber ke lubuk.
- Lima hormon utama: auksin, giberelin, sitokinin, asam absisat, etilen.
Aktivitas
Oleskan kutek bening pada permukaan atas dan bawah daun, kelupas setelah kering dengan selotip, lalu amati di mikroskop. Hitung stomata per bidang pandang pada kedua permukaan dan hubungkan hasilnya dengan penguapan air.
Penjelasan untuk kuliah
Fisika transpor xilem: tegangan di xilem dapat mencapai beberapa megapascal negatif. Kolom air yang tertarik rentan terputus oleh gelembung udara (kavitasi dan embolisme); struktur noktah dan diameter pembuluh mencerminkan pertukaran antara efisiensi aliran dan keamanan terhadap embolisme. Kekeringan ekstrem dapat membunuh pohon melalui kegagalan hidrolik.
Sinyal dan perkembangan: auksin diangkut secara terarah dari sel ke sel oleh protein pengangkut PIN, membentuk gradien yang mengatur fototropisme, gravitropisme, dan pola daun. Jalur sinyal hormon banyak bekerja melalui penguraian protein penekan; misalnya auksin memicu penguraian protein Aux/IAA sehingga gen responsnya aktif. Fitokrom mendeteksi rasio cahaya merah dan merah jauh untuk mengatur perkecambahan, penghindaran naungan, dan pembungaan; fotoperiodisme mengatur pembungaan berdasarkan panjang malam. Tumbuhan juga memiliki kekebalan: reseptor pengenal pola memicu pertahanan dasar, dan protein resistansi (R) mengenali efektor patogen tertentu.
Organisme model: Arabidopsis thaliana (siklus hidup pendek, genom kecil) menjadi model genetika tumbuhan. Padi adalah model utama serealia dan genomnya telah diurutkan; penelitian padi di Asia Tenggara menghasilkan varietas unggul yang berperan dalam Revolusi Hijau.
Ekofisiologi tropis: di hutan hujan, perbedaan cahaya antara lantai hutan dan kanopi sangat besar sehingga daun naungan dan daun matahari berbeda struktur. Banyak pohon hutan dipterokarpa berbunga dan berbuah serentak dalam selang beberapa tahun (pembungaan massal), yang diduga dipicu isyarat iklim. Tumbuhan bakau menghadapi salinitas, tanah miskin oksigen, dan pasang surut dengan akar napas (pneumatofor), akar tunjang, penyaringan garam, dan anakan yang berkecambah di pohon induk (vivipari).
Pertanian dan pangan: memahami pembentukan umbi, pembungaan, dan penyerapan hara menjadi dasar peningkatan hasil panen, pemupukan yang efisien, dan adaptasi tanaman terhadap perubahan iklim.
Poin kunci
- Kavitasi dan embolisme membatasi transpor xilem.
- Pengangkut PIN membentuk gradien auksin.
- Fitokrom dan fotoperiodisme mengatur perkecambahan dan pembungaan.
- Dipterokarpa berbunga massal; bakau beradaptasi dengan salinitas dan tanah miskin oksigen.
Aktivitas
Rancang percobaan pengaruh etilen terhadap pematangan buah (misalnya pisang mentah disimpan bersama atau tanpa buah matang dalam wadah tertutup). Tentukan variabel respons yang terukur (warna kulit, kekerasan, kadar gula) dan rancangan statistiknya.