BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Kita mengakui bahwa ada sejumlah pohon yang
sangat tinggi. Semakin kita pikirkan, semakin kita dibuat penasaran
untuk mengetahui bagaimana cara air diangkut dari tanah hingga ke
daun di ujung pohon yang sangat tinggi tersebut. Tumbuhan
mengangkut air dan mineral dari dalam tanah menuju daun atau ke
jaringan membutuhkan suatu sistem, dan sistem ini dikenal dengan
sistem transportasi. Tapi kembali kita dibuat penasaran, apakah
sistem ini memiliki kekuatan yang sedemikian besarnya untuk bisa
mengangkut air dan mineral dari tanah ke ujung pohon di ketinggian
lebih dari 30 meter. Hukum apakah yang berlaku pada sistem ini
hingga membuat dia memiliki kekuatan tersebut ?Ternyata
transportasi air dan zat hara pada tumbuhan berpedoman pada
hukum-hukum fisika, diantaranya adhesi, kohesi, dan perubahan
tekanan. Sistem transportasi pada tumbuhan dibantu oleh berkas
pembuluh xylem(pembuluh kayu) dan floem (berkas pembuluh tapis).
Xilem berfungsi mengangkut air dan unsur hara dari akar ke daun,
sedangkan floem berfungsi mengangkut hasil-hasil fotosintesis dari
daun ke seluruh tubuh. Pengangkutan pada daun dipengaruhi oleh
kondisi lingkungan, misalnya kelembaban udara, kandungan air, dan
suhu udara, serta faktor dari dalam tubuh tumbuhan itu sendiri,
yang meliputi daya isap daun, tekanan akar dan
kapilaritas.Bagaimanakah mekanisme transportasi air dan zat-zat
hara terlarut dari dalam tanah menuju ke daun ? Untuk mengetahui
hal tersebut diperlukan penelahaan lebih lanjut, oleh sebab itu
penulis mengangkat judul makalah ini yaitu Penerapan Konsep Fluida
dalam Sistem Trasportasi Air pada Tumbuhan agar lebih memahami
mekanisme transportasi pada tumbuhan yang melibatkan atau
berpedoman pada hukum-hukum fisika.
1.2 Rumusan Masalah 1.2.1 Bagaimanakah mekanisme penyerapan air
dan mineral dari tanah ke dalam jaringan akar tumbuhan ? 1.2.2
Bagaimanakah mekanisme pengangkutan air dan mineral di dalam batang
menuju daun tumbuhan ?1.2.3 Bagaimana hubungan hukum-hukum fluida
dengan sistem transportasi tumbuhan ?
1.3 Tujuan Dari perumusan masalah di atas, maka tujuan dari
penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui :1.3.1 Mekanisme
penyerapan air dan mineral dari akar menuju jaringan akar tumbuhan.
1.3.2 Mekanisme pengangkutan air dan mineral di dalam batang menuju
daun tumbuhan. 1.3.3 Hubungan hukum-hukum fluida dengan sistem
transportasi tumbuhan.
1.4 Manfaat Adapun manfaat yang diharapkan dari penulisan
makalah ini adalah: Bagi Penulis Penulis menjadi lebih paham
mengenai konsep hukum-hukum fisika yang berlaku di alam. Dengan
sistem penerapan konsep ini pula, penulis belajar mendalami ilmu
secara konstektual. Dengan belajar secara konstektual, pastinya
konsep yang tertanam di ingatan lebih tahan lama. Dengan mengaitkan
hukum-hukum fisika yang berlaku di alam, penulis juga menjadi
semakin menghargai isi alam ini. Karena ternyata semua yang terjadi
di alam telah teratur sedemikian rupa dengan keakuratan yang
tinggi, meski tetap tidak sepenuhnya sempurna. Bagi Pembaca
Diharapkan melalui penulisan makalah ini, para pembaca dapat
menjadi lebih mudah memahami hukum-hukum fisika khususnya tentang
fluida. Isi makalah ini juga membantu pembaca memahami hukum fisika
secara konstektual, dengan berlandaskan peristiwa yang terjadi di
alam.
BAB IIPEMBAHASAN
2.1Mekanisme Penyerapan Air dan Mineral dari Tanah ke Dalam
Jaringan Akar Tumbuhan Air yang diperlukan oleh tumbuhan sebagian
besar diserap melalui bagian akar yaitu rambut-rambut akar. Air
berdifusi masuk ke bulu akar, pada dinding selnya masuk ruang
bebas, melewati membran plasma secara osmosis dan kembali berdifusi
memasuki plasma. Karena organel dibatasi oleh membran yang
difrensial permeabel, maka traspor air di antaranya harus
menggunakan mekanisme osmosis. Sel akar dapat menyerap air bila sel
akar mempunya potensial negatif (tegangan) air lebih besar dari
pada larutan tanah. Dalam keadaan ini akar dapat melakukan
penyerapan pasif dengan penyetimbangan tenaga potensial air,
potensial osmotik, tekanan turgor, dan tekanan dinding sel.
Kesetimbangan ini dapat mendorong air masuk karena sel sebelah
dalam mempunyai tegangan air lebih besar sebagai akibat terjadinya
trasportasi. Dalam hal ini masuknya air merupakan kombinasi antara
difusi, osmosis, dan arus massa, tanpa melibatkan energi
metabolisme dan disebut penyerapan pasif. Dalam kehidupan sehari-
hari sering dijumpai potensial air larutan tanah lebih tinggi dari
pada sel-sel akar. Untuk menggerakkan air melawan gradien potensial
air tersebut diperlukan energi yang diperoleh dari metabolisme, dan
disebut penyerapan / transpor aktif.
a. Gerak yang Bekerja pada Proses Pengangkutan Air dan Mineral
Penyerapan air dan garan mineral yang larut dalam air tanah masuk
ke dalam tubuh tumbuhan melalui akar dengan cara:1. Imbibisi adalah
peristiwa masuknya air pada suatu benda. Dalam tumbuhan imbibisi
diartikan kemampuan dinding sel dan plasma sel untuk menyerap air
dari luar sel.2. Difusi yaitu penyebaran molekul zat dari daerah
yang memiliki tekanan difusi yang besar ke daerah yang memiliki
tekanan difusi yang lebih kecil.3. Osmosis adalah peristiwa
berpindahnya molekul-molekul air dari tempat yang konsentrasi
molekul airnya tinggi ke tempat yang konsentrasi molekul airnya
rendah, melalui selaput semipermiabel.
b. Rute yang Dilalui Terdapat beberapa rute yang dilalui air dan
mineral untuk bisa masuk ke sel-sel akar. Rute yang dimaksud
adalah:1. Rute TransmembranPada rute ini, gerakan yang bekerja
adalah osmosis. Air dan mineral bergerak dari tanah menembus
dinding sel rambut akar secara osmosis. Sel masuk ke sel tetangga
melalui mekanisme yang sama, yaitu menembus dinding sel
tetangganya. 2. Rute Simplas Rute kedua adalah melalui simplas.
Simplas adalah saluran kontinum sitoplasma di dalam jaringan
tumbuhan. Setelah memasuki sel, air dan mineral bergerak ke sel
yang lain melalui plasmodesmata. Gerakan yang bekerja pada rute ini
adalah difusi. 3. Rute Apoplas Rute ketiga adalah apoplas, yaitu
jalur ekstraseluler yang terdiri dari dinding sel dan ruangan
ekstraseluler. Air dan mineral bergerak dari satu posisi ke posisi
yang lain di dalam akar di sepanjang jalan kecil yang disediakan
oleh ruangan antar sel tersebut. Pada akhirnya, rute apoplas ini
harus memasuki rute simplas saat mencapai sel-sel endodermis.
c. Proses Pengangkutan 1. Air dan mineral diserap melalui rambut
akar dengan menggunakan gaya osmosis. 2. Air dan mineral kemudian
bergerak melewati korteks akar menuju silinder pembuluh melalui
kombinasi rute transmembran, rute simplas dan apoplas. 3. Air dan
mineral yang semuanya bergerak ke endodermis di sepanjang dinding
sel, tidak dapat masuk ke dalam stele melalui rute apoplas. Di
dalam dinding masing-masing sel endodermis terdapat pita kasparian,
yaitu suatu lapisan penghalang yang mengandung bahan berlilin, yang
menghambat masuknya air melalui rute transmembran. Sehingga air dan
mineral di rute apoplas harus memasuki rute simplas pada sel
korteks terluar dari lapisan endodermis. 4. Setelah berada di sel
endodermis, air dan mineral bergerak ke stele dan pembuluh xilem
melalui rute simplas. Gaya yang bekerja adalah difusi. 5. Setelah
tiba di pembuluh xilem, air dan mineral sekarang siap diangkut ke
atas menuju sistem tunas dalam bentuk getah xilem.
2.2 Mekanisme Pengangkutan di Dalam Batang Menuju Daun Tumbuhan
Akan lebih mudah bagi kita untuk memahami proses pengangkutan air
dan mineral di pembuluh xilem dengan melihatnya dari gaya-gaya yang
bekerja pada sistem tersebut. Getah xilem akan naik melawan
gravitasi tanpa bantuan pompa mekanis apapun, hingga mencapai
ketinggian lebih dari 100 meter pada pohon-pohon tertentu. Apakah
larutan tersebut didorong dari bawah oleh akar, atau ditarik ke
atas oleh daun? Berikut adalah perkiraan mekanisme kerjanya. a.
Tekanan Akar Kita ketahui bahwa air dan mineral terlarut masuk ke
akar karena adanya perbedaan atau gradien konsentrasi antara sel
akar dengan tanah. Biasanya, di sel akar selalu memliki lebih
sedikit air daripada di tanah, ini artinya potensial air di akar
lebih rendah daripada di tanah. Karena adanya perbedaan potensial
itu, air bergerak secara osmosis dari tanah ke sel akar. Pergerakan
air ini menghasilkan suatu tekanan positif yang memaksa cairan di
pembuluh xilem naik ke pembuluh yang lebih diatas, sementara
tempatnya digantikan oleh cairan baru yang masuk dari tanah.
Dorongan getah xilem ke arah atas ini disebut tekanan akar. Menurut
pandangan Campbell (1999) pada sebagian besar tumbuhan, tekanan
akar bukanlah penyebab utama naiknya getah xilem.
Setinggi-tingginya, tekanan akar hanya dapat naik ke atas beberapa
meter saja. Oleh sebab itu, pastinya ada kekuatan lain yang
menggerakkannya. Banyak penelitian membuktikan bahwa transpirasi
daun berperan penting pada proses ini.
b. Transpirasi Daun Pada sebagian besar hari yang cerah, udara
di luar daun lebih kering dibandingkan di dalam daun., artinya
udara di atmosfer memiliki konsentrasi air yang lebih rendah
daripada di dalam daun. Dengan demikian, uap air secara alami akan
berdifusi menuruni gradien konsentrasinya, keluar dari daun melalui
stomata. Proses lepasnya uap air dari dalam daun inilah yang
disebut transpirasi. Bagaimana transpirasi bisa menjadi suatu gaya
tarik yang bisa menggerakkan air di dalam pembuluh xilem ?
Mekanismenya adalah dengan dihasilkannya suatu tegangan pada daun
tersebut akibat sifat fisik air yang unik. Sifat air yang dimaksud
adalah gaya kohesi dan adhesi air. Gaya adhesi adalah gaya tarik
antara dua molekul yang berbeda jenis. Dalam hal ini adalah molekul
air dengan dinding sel (sel mesofil daun). Gaya ini membuat air
tertarik masuk ke pori-pori dinding sel. Pada waktu yang sama, ada
gaya kohesi yang bekerja di molekul air. Kohesi adalah gaya tarik
menarik antara dua molekul yang sama jenis, dalam hal ini adalah
antar molekul air itu sendiri. Kombinasi kedua gaya ini membuat air
di daun memiliki tekanan negatif (tegangan), atau lebih kecil dari
tekanan air di atmosfer. Tegangan ini, adalah gaya tarik yang
menarik air keluar dari xilem daun, melalui mesofil, dan keluar
melalui stomata. (Campbell, 1999)Intinya, air bergerak menuruni
gradien konsentrasi atau potensialnya (bergerak dari potensial
tinggi ke potensial renadah). Potensial air di xilem (tulang daun)
> potensial air di jaringan mesenkim daun > potensial air di
atmosfer.
c. Kapilaritas Pembuluh Xilem ( Gaya Adhesi dan Kohesi Molekul
Air)Pada subbab pertama, kita sepakati bahwa larutan antara air dan
mineral yang telah sampai di pembuluh xilem disebut getah xilem.
Nah, getah xilem yang mengisi pembuluh xilem juga digerakkan oleh
dua gaya, yaitu gaya kohesi dan gaya adhesi. Gaya kohesi adalah
gaya tarik menarik antara molekul sejenis dalam suatu zat cair.
Sedangkan adhesi adalah gaya tarik menarik antara molekul dengan
molekul lain yang tidak sejenis. Gaya kohesi molekul air yang satu
dengan lainnya sangat erat sehingga sukar dipisahkan, juga gaya
adhesi antara air dan dinding trakea. Molekul air yang keluar dari
tulang daun akan menarik molekul air di bawahnya, tarikan ini akan
diteruskan hingga ke molekul air yang berada di pembuluh xilem
batang. Gaya adhesi antara molekul air dengan dinding trakeid xilem
juga bekerja. Gaya ini membantu melawan gaya tarik gravitasi bumi.
Ukuran pembuluh xilem juga mempengaruhi. Makin kecil pembuluh
xilem, makin besar gaya adhesinya terhadap air. Inilah yang
membuat, pembuluh xilem di ujung pohon yang tinggi, tetap memiliki
kekuatan untuk menarik molekul air bergerak ke atas melawan
gravitasi.
2.3 Hubungan Hukum-Hukum Fluida dengan Sistem Transportasi
Tumbuhan Setelah memahami konsep transportasi tumbuhan di atas,
kita akan lebih gampang memahami kaitan hukum-hukum fisika yang
bekerja pada sistem tersebut. Setelah penjelasan panjang diatas,
kita sepakati bahwa gaya tarik transpirasi daun merupakan pelaku
utama pergerakan air di dalam pembuluh xilem, selain juga didukung
dengan akurat oleh gaya kohesi dan adhesi di dalam pembuluh xilem
itu sendiri. Pada hari yang terik, kecepatan transpirasi di daun
tentunya lebih tinggi dari biasanya. Ini menjelaskan bahwa laju
pelepasan air (baca: laju fluida) di xilem tulang daun lebih besar
daripada di xilem batang. Kenyataan ini sejalan dengan prinsip yang
dikemukakan Bernoulli tentang tekanan dan kecepatan aliran fluida
di dalam pembuluh yang berbeda ketinggian (Persamaan Bernoulli
2.1). Xilem di tulang daun berada pada ketinggian yang jauh berbeda
dengan xilem di batang. Ukuran diameter pembuluh xilem di daun juga
lebih kecil daripada pembuluh xilem di batang. Jika menggunakan
persamaan Bernoulli 2.1, kita bisa memprediksikan bahwa, tekanan
fluida di xilem daun akan lebih kecil daripada tekanan fluida di
xilem batang.
BAB IIIPENUTUP
3.1 Kesimpulan 1. Gerak yang bekerja pada pengangkutan air dan
mineral di tumbuhan pada dasarnya adalah gerak difusi dan osmosis.
2. Terdapat beberapa faktor yang bekerja pada transportasi air di
batang yaitu, tekanan akar, transpirasi daun, dan kapilaritas
pembuluh xilem. 3. Dari ketiga faktor tersebut, gaya yang paling
mempengaruhi adalah transpirasi daun. 4. Molekul air di dalam
pemuluh xilem bergerak karena adanya gaya kohesi dan adhesi. 5.
Konsep fluida yang sesuai dengan sistem transportasi di tumbuhan
ini adalah Prinsip Bernoulli tentang kecepatan dan tekanan fluida
di dalam tabung.
DAFTAR PUSTAKA
Campbell, N.A., Reece, J.B., Mitchell, L.G. 1999. Biologi Jilid
II, Edisi Kelima. Jakarta: Erlangga Salisbury, F.B., Ross, C.W.
1992. Fisiologi Tumbuhan Jilid I. Bandung: ITBSarna, Ketut. 2007.
Buku Ajar Fisiologi Tumbuhan Bermuatan Lokal Genius. Singaraja:
Jurusan Pendidikan Biologi Undiksha Subratha, Nyoman. 2008. Bahan
Kuliah Biofisik. Singaraja: Fakultas Pendidikan MIPA UNDIKSHA.
8
