Fisiologi Tumbuhan: Memahami Proses Kehidupan Tumbuhan

Fisiologi tumbuhan adalah cabang ilmu botani yang mempelajari proses dan fungsi kehidupan tumbuhan. Stephen Hales adalah bapak fisiologi tumbuhan, dan Jean Fernel adalah orang pertama yang menggunakan istilah “fisiologi”, yang berarti “pengetahuan alam”.

Apa itu Difusi?

Difusi terjadi ketika molekul suatu zat bergerak secara acak dan tidak spontan dari area berkonsentrasi tinggi ke area berkonsentrasi rendah melalui membran atau area tanpa penghalang.

Tekanan difusi adalah tekanan yang dihasilkan oleh molekul-molekul yang berdifusi ketika mereka bergerak dari daerah konsentrasi yang lebih tinggi ke daerah konsentrasi yang lebih rendah. Molekul dalam suatu zat selalu bergerak dari daerah konsentrasi yang lebih tinggi ke daerah konsentrasi yang lebih rendah. Proses difusi berlanjut hingga gradien difusi terbentuk atau hingga konsentrasi di kedua daerah menjadi sama. Setiap zat atau pelarut murni akan memiliki tekanan difusi tertinggi, namun, ketika zat terlarut ditambahkan ke pelarut, tekanan difusi larutan yang dihasilkan menurun. Jumlah tekanan difusi larutan yang lebih rendah daripada pelarut murninya pada suhu dan tekanan yang sama disebut defisit proses difusi (DPD). DPD juga disebut sebagai tekanan isap (SP).

Difusi independen

Dalam sistem difusi, lebih dari satu zat berdifusi melalui medium yang sama pada saat yang sama. Difusi satu zat tidak dipengaruhi oleh difusi zat lainnya. Zat-zat ini berdifusi tergantung pada tekanan parsialnya. Fenomena ini disebut difusi independen. Difusi independen memainkan peran penting dalam kehidupan tumbuhan. Ini memungkinkan pertukaran karbon dioksida, oksigen, dan uap air terjadi melalui stomata daun.

Faktor-faktor yang mempengaruhi difusi

1. Suhu

Laju difusi suatu zat meningkat seiring dengan peningkatan suhu zat yang berdifusi. Hal ini karena peningkatan suhu meningkatkan energi kinetik molekul-molekul yang berdifusi.

2. Kepadatan Zat yang Berdifusi

Laju difusi suatu zat berbanding terbalik dengan akar pangkat dua kerapatan zat yang berdifusi, yaitu r ∝ 1/√d Dimana,
r = laju difusi
d = kerapatan zat yang berbeda.

Hukum ini adalah hukum difusi Graham.

3. Kepadatan Medium Difusi

Laju difusi suatu zat lebih tinggi dalam medium dengan kepadatan lebih rendah dibandingkan dengan medium dengan kepadatan lebih tinggi. Oleh karena itu, molekul gas berdifusi lebih cepat dalam ruang hampa daripada di udara.

4. Area Difusi

Laju difusi meningkat seiring dengan peningkatan luas difusi.

5. Difusi Gradien Tekanan

Laju difusi meningkat seiring dengan peningkatan gradien tekanan difusi.

Pentingnya Difusi

• Pertukaran oksigen dan karbon dioksida melalui stomata terbuka selama fotosintesis dan respirasi terjadi secara difusi.
• Uap air hilang dari bagian dalam tubuh tumbuhan selama transpirasi melalui proses difusi.
• Dengan difusi, zat dapat diangkut dari satu sel ke sel tetangga atau di dalam sel.
• Ion-ion diserap melalui proses difusi selama penyerapan garam secara pasif.
• Proses difusi memungkinkan rambut akar tanaman untuk menyerap air dari tanah.
• Jenis difusi tertentu yang disebut osmosis memungkinkan hanya molekul pelarut untuk berdifusi.
• Senyawa aromatik yang mudah menguap hadir melalui proses difusi dan ini membantu bunga yang mekar di malam hari dalam menarik ngengat untuk penyerbukan.

Apa itu Osmosis?

Osmosis didefinisikan sebagai proses pergerakan molekul pelarut dari daerah berpotensial air tinggi ke daerah berpotensial air rendah sementara kedua daerah tersebut dipisahkan oleh membran semipermeabel. Nollet menemukan fenomena osmosis dan juga menciptakan istilah “osmosis”. Semua osmosis adalah difusi, tetapi tidak semua difusi adalah osmosis. Osmosis adalah jenis difusi yang khusus.

Jenis-jenis Membran

A. Membran semipermeabel

selaput yang memungkinkan molekul pelarut melewatinya tetapi mencegah molekul zat terlarut melewatinya. Sebagai contoh, selaput sel, selaput putih telur, kertas perkamen, dan sebagainya.

B. Membran permeabel

Membran yang memungkinkan lewatnya zat terlarut dan pelarut disebut membran permeabel. Contoh: dinding sel, kertas saring, dll.

C. Membran kedap air

Membran yang tidak memungkinkan zat terlarut dan pelarut lewat disebut membran kedap air. Contoh: lembaran plastik, lembaran karet, dinding sel yang mengalami lignifikasi dan suberisasi, dan sebagainya.

D. Membran permeabel selektif

Membran yang memungkinkan molekul pelarut dan beberapa zat terlarut melewatinya, seperti membran sel.

Jenis-jenis Osmosis

• Endosmosis, Saat sel ditempatkan dalam larutan hipotonik, air masuk ke dalam sel dalam jenis osmosis ini. Contoh: Saat kismis kering dimasukkan ke dalam air, kismis akan membengkak karena kulit kismis yang semi-permeabel memungkinkan air masuk ke dalamnya.
• Eksosmosis, Saat sel ditempatkan dalam larutan hipertonik, air keluar dari proses osmosis ini. Salah satu contohnya adalah ketika anggur segar dimasukkan ke dalam larutan gula tinggi, air dari anggur keluar ke larutan gula melalui kulit anggur yang semipermeabel.

Jenis-jenis Larutan

a. Larutan hipotonik:

Larutan yang konsentrasinya lebih rendah daripada konsentrasi cairan sel.

b. Larutan hipertonik:

Larutan yang konsentrasinya lebih besar daripada konsentrasi cairan sel.

c. Larutan isotonik:

Larutan yang konsentrasinya sama dengan konsentrasi cairan sel.

Tekanan Osmotik

Tekanan osmotik larutan adalah tekanan hidrostatik berlebih yang harus diberikan pada larutan untuk mencegah molekul pelarut memasuki melalui membran semipermeabel. Tekanan ini dilambangkan dengan OP. Tekanan ini diukur dalam satuan atmosfer atau bar. Tekanan ini bergantung pada konsentrasi garam. Air selalu bergerak dari daerah dengan OP rendah ke daerah dengan OP tinggi. Tekanan osmotik air murni adalah nol. Oleh karena itu, tekanan osmotik larutan akan selalu lebih besar dari nol, yaitu akan bernilai positif.

Osmosis Terbalik

Ini adalah proses memaksa molekul pelarut dari daerah dengan konsentrasi zat terlarut tinggi (OP tinggi) ke daerah dengan konsentrasi zat terlarut rendah (OP rendah) melalui membran semipermeabel dengan menerapkan tekanan eksternal pada OP larutan. Ini adalah teknologi pemurnian air yang digunakan untuk memperoleh air minum dari air laut. [OP air laut adalah +27 atm.]

Potensi Osmotik

Potensi molekul air untuk bergerak dari larutan hipotonik ke larutan hipertonik dikenal sebagai potensi osmotik larutan. Huruf Yunani “π” digunakan untuk menunjukkan potensi ini dalam bentuk energi kinetik. Karena air murni memiliki potensi osmotik nol, potensi osmotik larutan selalu negatif. Air selalu bergerak dari titik π tinggi ke titik π rendah. Potensial osmotik dan tekanan osmotik suatu larutan memiliki besaran yang sama tetapi memiliki tanda koefisien yang berlawanan.

Potensi Air

Potensial air suatu larutan adalah kapasitas larutan untuk mengeluarkan air. Potensial ini dilambangkan dengan huruf Yunani ‘ψ’. Potensial ini diukur dalam satuan bar. [1 bar = 0,987 atm]. Dalam larutan apa pun, potensi air selalu kurang dari nol karena air murni memiliki potensi nol. Air selalu berpindah dari area dengan potensi air tinggi ke area dengan potensi air rendah.

Hubungan Osmotik dalam Sel Tumbuhan

A. Tekanan Turgor

Tekanan ke luar yang diberikan oleh isi cairan sel ke dinding sel disebut tekanan turgor. Tekanan ke dalam yang diberikan oleh dinding sel yang diregangkan ke isi sel disebut tekanan dinding. Pada setiap saat, tekanan turgor dan tekanan dinding memiliki besaran yang sama tetapi berlawanan arah. Hal ini dilambangkan dengan TP.

B. Tekanan Hisap

Tekanan hisap sel adalah kapasitas sel untuk menyerap air. Tekanan ini dilambangkan dengan SP. Tekanan hisap sel terkait dengan tekanan osmotik dan tekanan turgor sebagai berikut:

SP = OP – TP

Ketika air memasuki sel tumbuhan, tekanan turgor sel meningkat sementara tekanan osmotik menurun dan ketika tekanannya sama, 

SP = 0

Saat tekanan isap sel menjadi nol, air berhenti memasuki sel. Oleh karena itu, sel tumbuhan tidak akan pernah pecah saat ditempatkan dalam larutan hipertonik atau air. Kondisi sel yang terisi ini disebut ‘turgid’. Namun, pada sel yang lembek, tekanan turgor sel adalah nol. Jadi,

SP = OP

Karena tekanan isap sel lembek sama dengan tekanan osmotik sel, kapasitas penyerapan air sel bergantung pada konsentrasi zat terlarut sel atau tekanan osmotik.

Pentingnya Turgiditas

• Turgiditas membantu mempertahankan bentuk tanaman.
• Sel-sel turgid yang terdapat pada ujung akar membantu penetrasi akar ke dalam tanah.
• Daun-daun ditahan dalam posisi horizontal oleh sel-sel turgid daun yang tersusun rapat.
• Pembukaan dan penutupan stomata diatur oleh perubahan turgiditas sel penjaga.
• Turgiditas sangat penting untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman serta untuk pembelahan sel.
• Perubahan turgiditas sel-sel daun menyebabkan gerakan khas daun tumbuhan teki ketika disentuh.
• Tumbuhan herba dengan batang tak berkayu ditopang tegak oleh sel-sel turgid yang tersusun rapat.
• Turgiditas membantu tanaman tidak layu.

Pentingnya Osmosis

• Air diserap melalui proses osmosis di akar.
• Pergerakan air dari sel ke sel dimungkinkan karena osmosis.
• Turgiditas, yang dihasilkan dari osmosis, membantu mempertahankan bentuk dan bentuk tubuh tumbuhan.
• Osmosis memengaruhi pergerakan sel penjaga karena perubahan turgor dan karenanya mengatur pembukaan dan penutupan stomata.
• Kekakuan tanaman dipertahankan oleh turgiditas yang dihasilkan dari osmosis.