Makalah Fisiologi Tumbuhan

I.   PENDAHULUAN

Fisiologi adalah ilmu yang mempelajari tentang proses, fungsi, dan aktivitas suatu organisme dalam menjaga dan mengatur kehidupannya. Dengan mempelajari fisiologi kita akan memperoleh gambaran serta wawasan yang luas terhadap banyak hal yang terjadi di dalam suatu organisme. Ratusan macam reaksi kimia terjadi di dalam setiap sel hidup untuk mengubah dan menghasilkan bahan-bahan yang penting bagi pertumbuhan dan perkembangan organisme. Dalam fisiologi juga dipelajari tentang bagaimana lingkungan mempengaruhi kehidupan suatu organisme.

Pada bab ini akan dibicarakan topik-topik mengenai ruang lingkup kajian fisiologi tumbuhan, hubungan fisiologi tumbuhan dengan cabang-cabang ilmu biologi yang lain, struktur sel dan bagian-bagiannya, serta hubungan antara struktur dan fungsi bagian-bagian sel tersebut. Setelah mengikuti perkuliahan ini mahasiswa diharapkan dapat:

a.       Menafsirkan arti dan fungsi fisiologi tumbuhan.

b.      Menunjukkan sejumlah aktivitas hidup yang dilakukan oleh tumbuhan

c.       Memberikan contoh tentang keterkaitan antara fisiologi tumbuhan dan cabang ilmu biologi yang lain.

d.      Membuat gambar diagram sel tumbuhan eukariotik

e.       Menghubungkan struktur dan fungsi bagian-bagian sel tumbuhan eukariotik.

B.   FISIOLOGI TUMBUHAN

Fisiologi   tumbuhan   adalah   suatu   bidang   ilmu   yang   mengkaji   fenomena-fenomena penting di dalam tumbuhan, meliputi:

1)      Aktivitas hidup yang dilakukan oleh tumbuhan.

2)      Proses dan fungsi yang menyangkut tanggapan tumbuhan terhadap perubahan lingkungan, dan pertumbuhan serta perkembangannya sebagai hasil dari respon tersebut.

3)      Fungsi setiap jenis organ, jaringan, sel, dan organel sel dalam tumbuhan serta fungsi setiap komponen kimia (ion, molekul atau makromolekul.

Tumbuhan adalah tonggak dari sebagian besar ekosistem terestrial. Kajian mengenai tumbuhan didorong oleh kombinasi keingintahuan dan kebutuhan. Keingintahuan mengenai bagaimana tumbuhan bekerja dan kebutuhan menerapkan pengetahuan ini secara cermat untuk menghasilkan makanan, pakaian, dan perumahan bagi populasi manusia yang berkembang. Beberapa hal penting tentang tumbuhan adalah sebagai berikut:

1.   Sebagai mahluk hidup, tumbuhan menunjukkan sejumlah aktivitas, yaitu:

a)      Bertukar  senyawa   kimia   dengan   lingkungannya,   tanpa   banyak   kehilangan senyawa kimia penyusun tubuhnya.

b)      Menyerap dan menggunakan energi dari luar.

c)      Mensintesis bahan kimia yang diperlukan serta mengganti bahan yang hilang ke lingkungan atau rusak

d)     Sebagian selnya megadakan pembelahan atau penggabungan, kalau tidak akan mati.

2.    Beberapa sifat khas tumbuhan adalah melakukan proses fiisiologi yang  berbeda dengan mahluk lain, misalnya:

a)      Merupakan mahluk autotrof dalam metabolisme karbon.

b)      Tidak dapat berpindah dan hanya mencapai daerah yang sempit, sehingga hanya mampu menggunakan sebagian kecil lingkungan.

c)      Sangat tergantung kepada bahan mineral dari tanah, sehingga kebutuhan hara tidak banyak jenisnya.

3.    Seluruh fungsi tumbuhan dapat dipahami dengan dasar prinsip fisika dan kimia. Metode-metode yang digunakan dalam fisiologi tumbuhan umumnya diturunkan dari kima dan fisika. Selain itu, anatomi tumbuhan juga dipakai dalam mernpelajari fisiologi tumbuhan. Sekarang ini, biologi molekuler mulai merevolusi kajian tentang tumbuhan, contohnya para ahli tumbuhan telah menemukan beberapa gen yang mengontroi perkembangan bunga dan telah mempelajari fungsi-fungsi gen tersebut.

4.    Pada organisme hidup, struktur sangat erat kaitannya dengan fungsi. Takkan ada fungsi kehidupan tanpa adanya struktur gen, enzim, molekul lain, organel, sel, jaringan, dan organ. Tumbuhan adalah struktur yang tumbuh sendiri. Melalui proses perkembangan yang meliputi: pembelahan sel, pembesaran sel, serta spesialisasi sel atau diferensiasi, suatu tumbuhan bermula dari 1 sel tunggal kemudian menjadi organisme multiseluler. Selanjutnya, tumbuhan terus tumbuh dan    berkembang   sepanjang    hidupnya    dengan    adanya    daerah    embrionik (meristem).

5.    Tumbuhan tumbuh dan berkembang di lingkungan dan berinteraksi dengan lingkungan melalui banyak cara, misainya: perkembangan tumlbuhan dipengaruhi oleh suhu, cahaya, gravitasi, angin, dan kelembaban.

Fisiologi tumbuhan sangat penting bagi semua bidang botani terapan, seperti: agronomi, hortikultura, florikultura, kehutanan, pertamanan, pemuliaan tanaman, patologi tumbuhan, farmakologi, dan lain-iain. Tugas utama di masa datang adalah bagaimana usaha kita meningkatkan pangan, makanan ternak, serat, produksi kayu, dan lain-lain yang menyangkut kebutuhan hajat hidup manusia.

C. SEL TUMBUHAN

Tumbuhan tingkat tinggi tubuhnya tersusun oleh sejumlah sel, baik sel hidup maupun sel mati. Sel-sel hidup memiliki persamaan dan perbedaan dalam struktur dan fungsinya. Persamaannya adalah sel itu mempunyai diniding sel, terisi plasma yang terbungkus oleh membran plasma. Sedangkan perbedaannya terutama diakibatkan oleh lingkungan dan faktor genetik, yaitu akibat proses diferensiasi yang mengikuti proses pembelahan sel.

Dinding Sel

Dinding sel terdiri dari: lamela tengah, dinding primer dan dinding sekunder. Antara sel-sel yang berdekatan ada lamela tengah yang merekatkan antara dua dinding sei menjadi satu. Lamela tengah terutama terdiri dari Ca-pektat berupa gel. Dinding primer adalah lapisan yang terbentuk selama pembentangan, terdiri dari hemiselulosa, selulosa, pektin, lemak, dan protein. Dinding sekunder biasanya lebih tebal dari dinding primer terutama terdiri dari selulosa dan kadang-kadang lignin, merupakan lapisan yang ditambahkan setelah proses pembentangan dinding sel selesai.

Tidak  semua   bagian   dinding   sel   mengalami   penebalan   dan  terisi   plasma (plasmodesmata).  Dinding primer memilki sejumlah daerah penipisan yang disebut noktah. Daerah ini memiliki plasmodesmata dengan kerapatan tinggi. Plasmodesmata adalah jalinan  benang sitoplasma  tipis yang  menembus dinding-dinding  sel yang bersebelahan, menghubungkan protoplas sel yang berdampingan. Dengan demikian dinding    sel    menjadi    berlubang-lubang    yang    memungkinkan    senyawa    kimia melewatinya.

Dinding sel yang berbatasan langsung dengan udara luar sering dilapisi kutin dan suberin (kutikula). Lapisan ini tidak seluruhnya tertutup rapat sehingga masih memungkinkan senyawa kimia melewatinya. Dinding sel berfungsi untuk memberi kekuatan mekanik sehingga sel mempunyai bentuk tetap serta memberi perlindungan terhadap isi sel, dan karena sifat hidrofilnya dapat mengadakan imbibisi air serta meneruskan air dan senyawa yang larut di dalamnya ke protoplas.

Protoplas

Protoplas merupakan bagian yang hidup dari sel tumbuhan, meskipun di dalamnya juga terdapat berbagai senyawa anorganik. Protoplas terdiri dari empat bagian utama, yaitu: sitgplasma, nukleus, vakuola dan bahan ergastik.

Sitoplasma

Sitoplasma merupakan bagian sel yang kompleks, suatu bahan cair yang mengandung banyak molekul, diantaranya berbentuk suspensi koloid dan organel-organel yang bermembran. Sitoplasma dan nukleus secara bersama-sama disebut protoplasma. Beberapa sel tumbuhan juga memiliki juga zat-zat murni yang tidak hidup disebut bahan ergastik, seperti: kalsium oksalat, benda-benda protein, gum, minyak, resin.

Sistem endomembran dalam Sitoplasma meliputi retikulum endoplasma, badan Golgi, selimut inti, dan organel sel serta membran lain (badan mikro, sferosom dan membran vakuola) yang berasal dari retikulum endoplasma atau badan Golgi. Sedangkan membran plasma dianggap satuan yang terpisah, meskipun tumbuh melalui penambahan sejumlah kantung yang berasal dari badan Golgi.

Mitokondria dan plastida yang diselimuti oleh selapis membran yang halus dan membran dalam yang melekuk-lekuk juga tidak berhubungan dengan sistem membran. Demikian pula ribosom, mikrotubul dan mikrofilamen bukan bagian dari sistem endomembran.

Membran Plasma atau Plasmalemma

Membran plasma berfungsi mengatur aliran zat -zat terlarut masuk dan keluar

sel, dan mengatur aliran air melalui osmosis. Membran plasma bersifat diferensial

permeabel,  artinya dapat melalukan  senyawa  kimia tertentu dan tidak  melalukan senyawa lainnya.

Membran plasma merupakan  lapisan  rangkap lipid dengan bagian .hidrofilik (suka air) molekul lipidnya berada di permukaan. Bagian lipofilik (suka lemak), molekul tersebut menghadap ke dalam lapisan rangkap sehingga menyebabkan adanya ruang yang terang. Molekul protein yang mencakup 50 % bahan membran tenggelam di lapisan rangkap itu, dengan satu atau kedua ujung menonjol ke salah satu atau kedua permukaan membran. Kedua permukaan membran berbeda secara khas.

Retikulum Encfoplasma (ER = Endplasmic Retikulum)

Pada banyak sel, ER menyerupai kantung kempis yang berlipat-lipat (disebut sisternae). ER membentuk sistem angkutan untuk berbagai macam molekul di dalam sel dan bahkan antar sel meialui plasmodesmata. Sejumlah ribosom sering berasosiasi dengan ER dalam hal sintesis protein. ER yang ditempeli ribosom disebut ER kasar. ER halus tak ber-ribosom dan senng berbentuk pipa.

Badan Golgi

Dengan mikroskop elektron, badan golgi (diktiosom) terlihat sebagai tumpukan piring pipih yang berongga di dalamnya (sisternae) dengan tepian yang menggelembung dan dikelilingi oleh benda bulat-bulat (vesikel). Badan Golgi berperarudalam pembentukan membran plasma dan mengangkut enzim yang harus dibuat dalam sel, yang akan menentukan reaksi kimia yang terjadi dan menentukan struktur dan fungsi sel.

Selimut Inti

Inti (nukleus) dikelilingi oleh dua membran unit yang sejajar yang disebut selimut inti. Ketebalan membran luar sedikit lebih tebal dibanding membran dalam. Keduanya dipisahkan oleh ruang perinukleus. Selimut inti mempunyai banyak pori. Membran dalam dan luar menyatu membentuk pinggiran pori, yang dipertahankan bentuknya oleh suatu bahan sehingga terjadi struktur yang disebut anulus. ER berhubungan dengan selimut inti, sedang ruang perinukleus bersambungan dengan ruang di antara membran sejajar ER.

Membran Vakuola atau Tonoplas

Membran vakuola menyerupai plasmalemma, namun berbeda fungsinya dan sering agak lebih tipis. Tonoplas mengangkut zat terlarut keluar-masuk vakuola, sehingga mengendalikan potensial air.

Badan Mikro

Badan mikro adalah organel bulat yang terbungkus oleh selapis membran, berbutir-butir di sebelah dalamnya, dan kadang disertai kristal protein. Dua jenis badan mikro yang penting adalah peroksisom dan glioksisom yang masing-masing berperan khusus dalam aktivitas kimia sel tumbuhan. Perpksisom menguraikan asam glikolat yang dihasilkan dari fostosintesis, mendaur ulang molekul lain kembali ke kloroplas. Glioksisom menguraikan lemak menjadi karbohidrat selama dan sesudah perkecambahan biji. Hidrogen peroksida hasil reaksi ini juga diuraikan di dalam glioksisom.

Sferosom

Sferosom berbentuk bulat dan diselimuti oleh membran unit yang berasal dari ER, berisi bahan berlemak, dan menjadi pusat sintesis dan penyimpanan lemak.

Rangka Sel

Berkat perkembangan mikroskop elektron, diketahui bahwa mikrotubul dan mikrofilamen berprotein terdapat di hampir semua sel tumbuhan eukaritik. Bersama-sama dengan benang-benang penghubung membentuk tiga sistem rangka sel yang berlainan tapi terintegrasi dengan baik. Mikrotubul adalah siiinder panjang yang berongga terdiri dari molekul protein bundar yang disebut tubulin. Fungsi mikrotubul diduga berkenaan dengan gerak yang mengarah , khususnya di kromosom saat sel membelah atau di organel sel. Gerak itu meliputi pengendalian arah mikrofibril selulosa pada dinding sel atau gerak sel itu sendiri.

Mikrofilamen merupakan stuktur padat yang lebih kecil, yang bertindak sendiri atau bersama-sama dengan mikrotubul untuk menggerakkan sel. Mikrofilamen terdiri dari protein aktin yang juga menjadi kandungan utama jaringan otot hewan. Fungsi lain mikrofilamen adalah mengatur arah aliran sitoplasma, kalau arah mikrofilamen berubah maka berubah juga arah aliran sitoplasma.

Ribosom

Sintesis protein merupakan fungsi sel yang vital yang berlangsung di ribuan ribosom. Ribosom tersebar di sitoplasma atau bergabung dengan ER kasar di dalam sel, dan selalu di membran rangkap ER di sisi sitosol. Ribosom juga menempel di membran iuar selimut inti di sisi sitosol. Ribosom nampak sebagai bintik hitam pada mikrograf elektron. Sering juga membentuk rantai seperti untaian, khususnya dalam pola spiral (terpilin). Struktur ini dinamakan poliribosom atau polisom. Dalam ribosom, informasi genetik dari mRNA diterjemahkan menjadi protein.

Mitokondria

Pada mikroskop cahaya, mitokondria terlihat seperti bulatan, batang atau kawat kecil yang beragam bentuk dan ukurannya. Terbungkus membran rangkap, permukaan luarnya berlubang-lubang sedang permukaan dalamnya membentuk tonjolan-tonjolan (kristae) yang masuk ke dalam stroma. Membran

dalam membungkus matriks, dan banyak enzim yang mengendalikan berbagai tahap dalam respirasi sel khususnya dan metabolisme umumnya ditemukan di sana atau di dalam matriks. Mitokondria memiliki DNA dan ribosom kecil di dalam matriksnya, sehingga mampu mensintesis porteinnya sendiri.

Plastida

Plastida adalah organel berbentuk lensa yang terdapat pada semua sel tumbuhan, diselimuti oleh sistem membran rangkap. Plastida mengandung DNA dan ribosom yang terbenam dalam matriks cair yang disebut stroma. Plastida terbentuk dari hasil pembelahan plastida terdahulu atau sebagai hasil diferensiasi proplastida. Plastida tak berwarna disebut leukoplas, contohnya: amiloplas yang mengandung butir-butir padi atau proteinoplas yang mengandung protein cadangan. Ada dua macam plastida berwarna, yaitu kloroplas yang mengandung klorofil dan berbagai pigmen yang menyertainya, dan kromoplas yang mengandung pigmen lain (karotenoid). Plastida terpenting adalah kloroplas, karena menjadi tempat berlangsungnya fotosintesis.

Kloroplas mengandung suatu sistem mebran yang bernama tilakoid, yang sering sambung-menyambung membentuk tumpukan membran yang disebut grana. Grana terbenam dalam stroma. Enzim yang mengendalikan fotosintesis terdapat di membran tilakoid dan di stroma.

Nukleus

Nukleus merupakan pusat kendali pada sel tumbuhan eukariotik. Nukleus mengendalikan seluruh fungsi sel dengan menentukan berbagai reaksi kimia dan juga struktur dan fungsi sel. Nukleus merupakan organel berbentuk bulat atau memanjang yang terbungkus selimut inti. Plasma nukleus (nukleoplasma) berbutir-butir merupakan sistem koloid, mengandung kromatin yang pada pembelahan sel berubah menjadi kromosom. Fungsi kromosom adalah membentuk m-RNA yang mengatur sintesis protein. Di dalam plasma nukleus juga terdapat nukleolus yang jumlahnya tiap sel khas untuk tiap jenis. Nukleolus itu padat, bentuknya tak beraturan, merupakan massa serat dan butiran, dan berwarna gelap. Fungsi nukleolus adalah untuk sintesis r-RNA dan ribosom.

Vakuola

Badan khas di sel tumbuhan selain dinding sel dan plastida adalah vakuola. Vakuola mengerjakan beberapa fungsi. Bentuk dan ketegangan jaringan yang hanya memiliki dinding primer adalah akibat adanya air dan bahan terlarut yang menekan dari dalam vakuola. Tekanan tersebut timbul karena osmosis. Konsentrasi bahan terlarut di dalam vakuola cukup tinggi, termasuk garam-garam, molekul-molekul organik kecil, beberapa protein (enzim) dan molekul-molekul lainnya. Beberapa vakuola mengandung pigmen yang menimbulkan warna pada banyak bunga atau dauh. Pada beberapa bagian tumbuhan, vakuola dapat mengandung bahan-bahan yang mungkin berbahaya bagi sitoplasma.

Sel muda yang aktif membelah di titik tumbuh batang dan akar mempunyai vakuola sangat kecil. Sebagian besar terbentuk dari ER, lalu tumbuh bersama sel, mengambil air secara osmosis dan bergabung satu sama lain. Sel dewasa sering memiliki vakuola yang mengisi 80-90% atau lebih volume sel, dan protoplasmanya tersisiih hingga hanya berupa lapisan tipis di antara tonoplas dan plasmalemma. Beberapa sel yang aktif membelah juga dapat bervakuola besar.

D.  RANGKUMAN

Fisiologi tumbuhan mempelajari aktivitas hidup tumbuhan, menginterpretasikan proses-proses kehidupannya, dan mempelajari tanggapan tumbuhan terhadap perubahan lingkungan serta pertumbuhan dan perkembangannya. Fisiologi tumbuhan bergantung pada ilmu fisika, kimia, dan anatomi tumbuhan serta biologi molekuler.

Fisiologi tumbuhan sangat penting dalam meningkatkan penelitian di bidang pertanian. Tumbuhan terdiri atas sel yang memiliki nukleus yang terbungkus oleh membran atau struktur serupa tapi tanpa mernbran. Sel tumbuhan memiliki beberapa jenis organel yang terbungkus membran,misalnya kloroplas, mitokondria, nukleus, dan vakuola. Sebagian besar sel tumbuhan eukariotik diselimuti oleh dinding sel.