Pemerolehan Sumber Daya Tumbuhan Darat [PDF]

Citation preview

PEMEROLEHAN SUMBER DAYA TUMBUHAN DARAT DARI ATAS MAUPUN DARI BAWAH PERMUKAAN TANAH Kaesta Uri Winggi1), Lutvi Binti Maisaroh1), Santi Purwiningsih1) 1) 08564847469 1 Prodi Pendidikan IPA, Sekolah Tinggi Keguruan dan Ilmu Pendidikan “PGRI” Nganjuk RINGKASAN



Kata Kunci : A. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Gurun kalahari di Afrika bagian selatan hanya mendapat curah hujan 20 cm setiap tahun hampir seperti bulan-bulan musim panas, saat suhu siang hari mencapai 35-45oC. Banyak hewan menghindari panas gurun dengan mencari perlindungan di bawah tanah. Sebuah genus tumbuhan perenial yang janggal yang disebut tumbuhan batu (Lithops) memiliki gaya hidup yang hampir sepenuhnya subteranian. Kecuali ujungujung kedua daun memiliki wilayah tersusun atas sel-sel mirip lensa yang jernih dan memungkinkan cahaya menembus ke jaringan-jaringan fotosintetik di bawah tanah. Adaptasi-adaptasi ini memungkinkan tumbuhan batu melindungi kelembaban dan menghindari suhu yang berpotensi membahayakan serta intensitas cahaya yang tinggi di gurun. Kebiasaan tumbuhan Lithops yang mengagumkan mengingatkan kita bahwa keberhasilan tumbuhan sangat bergantung pada kemampuannya untuk mendapatkan dan melindungi sumber daya dari lingkungannya. Melalui seleksi alam, banyak spesies tumbuhan menjadi sangat hebat dalam memperoleh berbagai sumber daya sangat terbatas dalam lingkungannya, namun seringkali terdapat pertukaran dalam spesialisasi semacam itu. Misalnya, gaya hidup tumbuhan batu yang sebagian besar subteranian sangat baik untuk memperoleh air, namun tidak fotosistesis.



Akibatnya, tumbuhan batu tumbuh dengan sangat lambat. 2. Tujuan Penulisan a. Dapat menjelaskan tentang arsitektur tunas dan penangkapan cahaya b. Dapat menjelaskan tenteng arsitektur tanah dan pemerolehan air dan mineral B. URAIAN TEORITIS Tumbuhan darat memperoleh sumber daya baik dari atas maupun dari bawah permukaan tanah Tumbuhan darat biasanya menghuni dua dunia di tanah, tempet sistem tunasnya memperoleh cahaya matahari dan CO2 serta di bawah tanah, tempet sistem akarnya memperoleh air dan mineral-mineral. Tanpa adaptasi-adaptasi yang memungkinkan pemerolehan dan transpor sumber daya ini dari kedua tempat tersebut, tumbuhan tidak mungkin bisa mengoloni daratan. Nenek moyang alga dari tumbuhan darat menyerap air, mineral, dan CO2 secara langsung dari air temppat mereka hidup. Transpor pada alga-alga ini relatif sederhana karena setiap sel dekat dengan sumber zat-zat ini. Tumbuhan darat paling awal adalah tumbuhan nonvaskular yang menumbuhkan tunas-tunas fotosistetik di atas perairan tawar dangkal tempat ia hidup. Tunas-tunas yang tidak berdaun ini memiliki kutikula berlilin dan sedikit stomata, yang memungkinkan mereka menghindari kehilangan air yang berlebih



meskipun tetap memungkinkan pertukaran gas untuk fotosintesis. Fungsi-fungsi penambatan dan adsorbsi tumbuhan darat awal dilakukan oleh dasar batang atau rizoid yang serupa benang. Seiring evolusi dan peningkatan jumlah tumbuhan darat, kompetisi memperebutkan cahaya, air dan nutrien menjadi semakin intens. Tumbuhan tinggi dengan tonjolan yang pipih dan lebar memiliki keunggulan dalam adsorbsi cahaya. Akan tetapi, peningkatan area permukaan ini menyebabkan lebih banyak penambatan. Kebutuhan ini mendorong penbentukan akar bercabang yang multiselular. Sementara itu, seiring peningkatam tinggi tunas yang akan memisahkan bagian atas tunas fotosintetik dari bagian nonfotosintetik di bawah tanah, seleksi alam mengunggulkan tumbuhan yang mampu melakukan transpor jarak jauh terhadap air, mineral dan produk-produk fotosistetis secara efisien. Evolusi jaringan vaskular yang terdiri dari xilem dan floem memungkinkan perkembangan sistem akar dan tunas ekstensif yang melaksanakan transpor jarak jauh. Xilem mentranspor air dan mineralmineral dari akar ke tunas. Floem mentranspor produk-produk fotosistesis dari tempat pembuatan atau tempat penyimpanannya ke tempat yang membutuhkan. Pada gambar 1 memberikan gambaran umum pemerolehan dan transpor sumber daya pada tumbuhan vaskular. Karena keberhasilan tumbuhan bergantung pada fotosintesis, evolusi telah menghasilkan banyak mekanisme untuk memperoleh cahaya dari matahari, CO2 dari udara, dan air dari tanah. Barangkali sama pentingnya dengan itutumbuhan darat harus meminimalkan kehilangan air evaporatif, terutama pada lingkungan-lingkungan yang jarang terdapat air. Adaptasi-adaptsi setiap spesies merepresentasikan kompromi antara meningkatkan fotosintesis dan meminimalkan kehilangan air dalam habitat tertentu suatu spesies.



1. Arsitektur Tunas dan Penangkapan Cahaya Dalam sistem tunas, batang berperan sebagai faktor pendukung daun dan saluran transpor air dan nutrien. Variasi pada sistem tunas muncul dalam jumlah besar dari bentuk dan susunan daun, pertumbuhan kuncup aksilaris, dan pertumbuhan relatif dalam panjang dan ketebalan batang. Ukuran dan struktur daun bertanggung jawab terhadap banyaknya keanekaragaman bentuk luar tumbuhan. Panjang daun berkisar dari daun mungil yang berukuran 1,3 mm pada pygmy weed(Crassula erecta), sejenis gulma asli daerah kering dan berpasir di Amerika Serikat bagian barat, hingga daun yang berukuran 20 m pada palem Raphia regalis, tumbuhan asli hutan hujan Afrika. Spesiesspesies ini mewakili contoh-contoh ekstrem korelasi umum yang teramati antara ketersediaan air dan ukuran daun. Daun terbesar biasanya ditemukan di hutan hujan tropis, dan daun terakhir biasanya ditemukan di lingkungan yang kering atau sangat dingin, tempat air atau dalam bentuk cair jarang tersedia dan kehilangan air pada daun evaporatif berpontensi menjadi masalah yang lebih besar. Gambar 1. Gambaran umum pemerolehan dan transpor sumber daya di dalam tumbuhan vaskular Sumber: Susunan daun-daun pada batang, dikenal sebagai filotaksi(phillotaxy) atau tata letak daun, adalah ciri aksitektur yang sangat penting dalam penangkapan cahaya. Filotaksi ditemukan oleh meristem apikal tunas dan hal ini spesifik pada setiap spesies. Suatu pesies mungkin memiliki



satu daun per nodus (filotaksi tersebar atau spiral), atau lebih (filotaksi berkarang). Sebagian besar angiospermae memiliki filotaksi tersebar, dengan daun-daun yang tersusun dalam spiral yang merambat naik disekeliling batang, setiap daun muncul sekitar 137,5 dari tempat sebelumnya. Analisis matematika menunjukkan bahwa sudut ini memungkinkan setiap daun mendapat paparan maksimum terhadap cahaya dan mengurangi naungan pada daun di bagian bawah oleh daun di bagian atas. Di lingkungan yang cahaya metaharinya dapat membahayakan daun, naungan lebih besar disediakan oleh daun-daun yang tersusun berhadapan barangkali lebih menguntungkan. Gambar 2. Filotaksi spruce Norwegia yang sedang muncul Sumber: Ciri-ciri tumbuhan yang mengurangi naungan-diri (self-shading) akan meningkatkan penangkapan cahaya. Pengukurang yang berguna dalam hal ini adalah indeks area daun, rasio total permukaan atas daun dari satu ke tumbuhan atau seluruh kelompok tanaman pangan dibagi oleh area permukaan tanah tempat tumbuhan atau kelompok tanaman tersebut tumbuh. Indeks area daun nilainya mencapai 7 merupakan hal yang umum bagi kebanyakan tanaman pangan dewasa, dan hanya ada sedikit keuntungan agrikultural dari indeks area daun yang lebih tinggi dari nilai tersebut. Menambahkan lebih banyak daun akan meningkatkan naungan terhadap daun-daun yang ada di bagian yang lebih rendah, sehingga respirasinya respirasinya lebih tinggi dibandingkan saat fotosintesis. Jika ini terjadi, daun atau cabang yang



nonproduktif mengalami kematian sel yang terprogram dan pada akhirnya gugur, proses ini disebut pemangkasan-diri (selfpruning). Gambar 3. Indeks area daun Sumber: Faktor yang lain yang mempengaruhi penangkapan cahaya adalah orientasi daun. Beberapa tumbuhan memiliki daun yang terorientasi secara horizontal; tumbuhan yang lain, seperti rumput, memiliki daun yang terorientasi secara vertikal. Dalam kondisi sedikit cahaya, daun horizontal menangkap cahaya matahari jauh lebih efektif daripada daun vertikal. Akan tetapi, di padang rumput atau wilayah terang lainnya, orientasi daun horizontal dapat memaparkan daun bagian atas terhadap cahaya yang intens, sehingga merusak daun dan mengurangi fotosintesis. Namun jika daun tumbuhan hampir vertikal, berkas cahaya paralel terhadap permukaan daun, sehingga tidak ada daun yang menerima terlalu banyak cahaya, dan cahaya menembus jauh lebih dalam ke dedaunan yang lebih rendah. Beberapa faktor lain yang berkontribusi terhadap penampilan dan keberhasilan ekologis tumbuhan adalah pertumbuhan kuncup dan pemanjangan batang. Karbon dioksida dan cahaya matahari merupakan sumber daya yang dieksploitasi secara lebih efektif oleh percabangan. Akan tetapi, beberapa tumbuhan, seperti palem, biasanya tidak bercabang, sementara yang lain, misalnya rumput-rumputan, memiliki batang yang pendek dengan banyak cabang. Banyaknya variasi pada arsitektur tunas adalah tumbuhan memiliki jumlah energi yang terbatas untuk digunakan pada



pertumbuhan tunas. Jika tumbuhan menyalurkan sebagian besar energinya untuk membentuk cabang, mereka hanya memiliki sedikit energi untuk tumbuh tinggi, dan tumbuhan itu menghadapi resiko untuk ternaungi oleh tumbuhan lain yang lebih tinggi. Jika tumbuhan menyalurkan sebagian besar energinya untuk tumbuh tinggi, mereka tidak dapat mengeksploitasi berbagai sumber daya di atas tanah secara optimal. Seleksi alam telah menghasilkan arsitektur-arsitektur tunas yang mengoptimalkan adsorbsi cahaya dalam relung ekologis yang ditempati oleh tumbuhan secara alamiah. Spesies tumbuhan juga bervariasi dalam ketebalan batang. Kebanyakan tumbuhan yang tinggi memerlukan batang yang tebah, yang memungkinkan aliran vaskular ke daun yang lebih besar dan dukungan mekanis. Tumbuhan merambat merupakan pengecualian, karena mengandalkan struktur lain (biasanya tumbuhan lain) untuk menaikkan daunnya. Pada tumbuhan berkayu, batang menjadi semaikin tebal berkat pertumbuhan sekunder. 2. Arsitektur Tanah dan Pemerolehan Air serta Mineral Seperti karbon dioksida dan cahaya matahari yang merupakan sumber daya yang dieksploitasi oleh sistem tunas, tanah mengandung sumber daya yang diambil oleh sistem akar. Evolusi percabangan akar memungkinkan tumbuhan darat memperoleh air dan nutrien dari tanah secara lebih efektif, sekaligus memberikan tambatan yang kokoh. Spesies tumbuhan tertinggi, termasuk gymnosperma dan eudikot, biasanya ditambatkan oleh sistem akar tunggang yang kuat dengan cabang yang berjumlah banyak. Walaupun ada



monokotil yang tidak mencapai tinggi pohon karena sistem akar serabutnya tidak menambatkan tumbuhan tinggi sekuat sistem akar tunggang. Bukti terbaru menunjukkan bahwa berbagai mekanisme fisiologis mengurangi kompetisi di dalam sistem akar tumbuhan. Akar yang berkembang dari stek stolon buffalo grass (Buchloe dactyloides) lebih sedikit dan lebih pendek dengan keberadaan stek dari tumbuhan yang sama dibandingkan dengan keberadaan stek dari tumbuhan buffalo grass yang berbeda. Terlebih lagi, ketika stek dari nodus yang sama dipisahkan, sistem akarnya akan mulai berkompetisi satu sama lain. Walaupun mekanisme yang mendasari kemampuan untuk membedakan diri sendiri dengan yang alin belum diketahui, menghindari kompetisi akar-akar dari tumbuhan yang sama dan dalam jumlah yang terbatas tentunya tampak menguntungkan. Evolusi hubungan mutualistik antara akar dan fungi merupakan langkah yang sangat penting dalam keberhasilan kolonial daratan oleh tumbuhan, terutama mengingat betapa buruknya kondisi tanah yang tersedia saat itu. Hubungan mutualistik yang sangat terspesialisasi antara akar dan fungi disebut mikoriza (mycorrhizae). Sekitar 80% spesies tumbuhan darat yang ada saat ini membentuk hubungan mikoriza. Hifa mikoriza menyediakan area permukaan yang sangat besar bagi fungi dan akar tumbuhan untuk mengadsorbsi air dan minera, terutama fosfat. Hifa yang panjangnya 3 m dapat membentang dari setiap sentimeter di sepanjang akar, memfasilitasi akses untuk menembus volume tanah yang jauh lebih besar



daripada yang bisa dilakukan sendiri oleh akar. Begitu diperoleh, sumber daya harus ditranspor ke bagian-bagian lain dari tumbuhan yang memerlukannya. Di bagian berikut, kita akan mengulas proses-proses yang memungkinkan sumber daya seperti air, mineral, dan gula ditranspor ke seluruh tumbuhan. C. SARAN Saran penulis sehubungan dengan masalah ini kepada rekan-rekan mahasiswa agar lebih meningkatkan, mengenali, dan mengkaji lebih dalam tentang ” Pemerolehan Sumber Daya Tumbuhan Darat dari Atas maupun dari Bawah Permukaan Tanah ” D. DAFTAR PUSTAKA Campbell, Neil A., et al. 2008. BIOLOGI Edisi 8, jilid 2. Erlangga. Jakarta. Halaman 344-347.