Adsorbsi Air Oleh Akar Dan Translokasi Air Oleh Xilem

Absorbsi air oleh akar tanaman.

a.      Pengertian adsorpsi

Adsorpsi (penyerapan) adalah suatu proses pemisahan dimana komponen dari suatu fase fluida berpindah ke permukaan zat padat yang menyerap (adsorben). Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap dilepaskan pada adsorpsi kimia yang merupakan ikatan kuat antara penyerap dan zat yang diserap sehingga tidak mungkin terjadi proses bolak-balik (Tinsley, 1979).

Dalam adsorpsi digunakan istilah adsorbat dan adsorban, dimana adsorbat adalah substansi yang terjerap atau substansi yang akan dipisahkan dari pelarutnya, sedangkan adsorban merupakan suatu media penyerap (Weber, 1972)

Proses adsorpsi dapat digambarkan sebagai proses dimana molekul meninggalkan larutan dan menempel pada permukaan zat adsorben akibat kimia dan fisika (Reynolds, 1982).

Proses adsorpsi tergantung pada sifat zat padat yang mengadsorpsi, sifat atom/molekul yang diserap, konsentrasi, temperatur dan lain-lain. Pada proses adsorpsi terbagi menjadi 4 tahap yaitu :

1.  Transfer molekul-molekul zat terlarut yang teradsorpsi menuju lapisan film yang mengelilingi adsorben.

2.  Difusi zat terlarut yang teradsorpsi melalui lapisan film (film diffusion process).

3.  Difusi zat terlarut yang teradsopsi melalui kapiler/pori dalam adsorben (pore diffusion process ).

4.  Adsorpsi zat terlarut yang teradsorpsi pada dinding pori atau permukaan adsorben.(proses adsorpsi sebenarnya), (Reynolds, 1982).

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kemampuan adsorpsi suatu adsorben diantaranya adalah senagai berikut:

1. Luas permukaan adsorben

Semakin luas permukaan adsorben, semakin banyak asorbat yang diserap, sehingga proses adsorpsi dapat semakin efektif. Semaki kecil ukuran diameter partikel maka semakin luas permukaan adsorben.

2. Ukuran partikel

Makin kecil ukuran partikel yang digunakan maka semakin besar kecepatan adsorpsinya. Ukuran diameter dalam bentuk butir adalah lebih dari 0.1 mm, sedangkan ukuran diameter dalam bentuk serbuk adalah 200 mesh.

3. Waktu kontak

Semakin lama waktu kontak dapat memungkinkan proses difusi dan penempelan molekul adsorbat berlangsung lebih baik. Konsentrasi zat-zat organic akan turun apabila kontaknya cukup dan waktu kontak biasanya sekitar 10-15 menit.

4. Distribusi ukuran pori

Distribusi pori akan mempengaruhi distribusi ukuran molekul adsorbat yang masuk kedalam partikel adsorben. Kebanyakan zat pengasorpsi atau adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau letak-letak tertentu didalam partikel tersebut.

b.      Akar tanaman

Akar terdiri atas akar tunggang dan akar serabut. Akar tunggang adalah akar  primer  atau  akar  embrio  yang  terus  tumbuh  membesar  dan memanjang. Akar ini menjadi akar utama yang menopang tegaknya tubuh tumbuhan. Pada  tumbuhan  tertentu akar primer atau akar embrio  tersebut tidak tumbuh terus tetapi mati. Sebagai gantinya akan tumbuh banyak akar di  daerah  batang.  Akar  tersebut  ukurannya  lebih  kecil  dibandingkan dengan akar primer namun bercabang-cabang. Akar  tersebut disebut akar serabut  karena  strukturnya  seperti  serabut.  Akar  serabut  menyebar  ke tanah  sekitar  tumbuhan. Dengan  demikian,  akar-akar  serabut  ini mengumpulkan air dari yang area cukup luas dibandingkan area jangkauan akar tunggang. Akar adalah organ tanaman yang aktif menyerap air. 

Jaringan penyusun akar

•  Lapisan  terluar  adalah  epidermis  yang  berfungsi  sebagai  pelindung bagian  akar. Sel  epidermis  akan  berdinding  tipis  dan  biasanya  tanpa lapisan  kutikula.  Tebal  epidermis  biasanya  satu  lapisan  sel.  Sel-sel epidermis  dapat  tumbuh  menonjol  di  tempat-tempat  tertentu menghasilkan  rambut  akar  yang  berfungsi  untuk  menyerap  air  dan mineral.

•  Bagian  dalam  epidermis  adalah  lapisan  sel-selyang  disebut  korteks. Pada  batang  tertentu    sel-sel  korteks  berfungsi  untuk  menyimpan makanan. Biasanya korteks terdiri dari sel parenkim, bahkan ada yang tersusun atas sel sklerenkim. Diantara sel-sel parenkim  terdapat ruang antar sel sehingga berfungsi sebagai ruang penyimpanan udara.

•  Lapisan  endodermis.  Lapisan  ini  tersusun  melingkar  seperti  cincin melingkari berkas pembuluh. Sel-sel endodermis membantu mengatur penyerapan air oleh xilem.

•  Di  bagian  dalam  endodermis  terdapat  berkas  xilem.  Xilem  tersusun dari  sejumlah  berkas  yang  terpisah  dan  letaknya  bergantian  dengan berkas pembuluh floem. Sel xilem pada akar berfungsi mengangkut air dan  mineral  menuju  daun.  Sel-sel  floem  mengangkut  makanan  dari daun ke seluruh bagian tumbuhan.

Selain  itu akar  juga mempunyai fungsi penyerapan dan penyimpanan. Tumbuhan memperoleh bahan-bahan yang diperlukan untuk pertumbuhan melalui  akarnya.  Akar  menyerap  air  dari  lingkungan  sekitarnya  secara osmosis.  Akar  juga  menyerap  menyerap  mineral  dari  lingkungan sekitarnya bersama dengan penyerapan air.

Air  masuk  kedalam  akar  melalui  rambut-rambut  akar.  Rambut  akar akan meningkatkan  luas permukaan akar dan dapat meningkatkan  jumlah air yang di serap atau di ambil oleh tumbuhan.

                                                        Mekanisme penyerapan air oleh akar tanaman

Teori Mekanisme Penyerapan Air

Penyerapan air pada tumbuhan dilakukan dengan dua cara yaitu penyerapan air secara aktif dan penyerapan air secara pasif. Kedua cara tersebut bekerja sendiri-sendiri. (Kramer ,1945).


a. Akar tanaman yang hidup pada daerah yang aerasi tanahnya tidak baik misalnya pada taah yang kurang gembur dan pada tanah yang terendam air bentuk akarnya menggulung.
b. Apabila respirasi dihalangi dengan zat penghalang misalnya KCN, maka absoprsi aiar air akan berkurang.
c. Absorpsi air hanya dilakukan oleh sel yang hidup.
Penyerapan air secara pasif terjadi sebagai akibat dari proses transpirasi pada daun. Semakin lancar transpirasi pada daun, semakin lancar pula absorpsi air oleh akar.(widayati,2010)
Proses Pengangkutan Air dan Garam Mineral  pada akar
Proses Pengangkutan Air dan Garam Mineral  pada akar
Trakea dan trakeid merupakan sel-sel yang mati karena tidak mempunyai sitoplasma dan hanya mempunyai dinding sel.
Sel trakeid merupakan sel dasar penyusun xylem, yang terdiri dari sel memanjang dan berdinding keras karena mengandung lignin. Pada beberapa tempat dinding sel trakeid terdapat bagian-bagian yang tidak menebal yang disebut noktah.

Penyerapan air secara aktif dilakukan oleh sel hidup. Pada penyerapan tersebut sel memerlukan enerP. Kemampuan penyerapan air dipengaruhi oleh kendungan O2. Apabila akar tanaman mendapat 02 yang cukup proses penyerapan air oleh akar akan berlangsung sangat lancar. Sebaliknya apabilla 02 sangat kurang, penyerapan air oleh akar akan sangat lambat atau tidak terjadi sama sekali.

Teori yang dikemukakan oleh Kramer didukung dengan beberapa bukti sebagai berikut :

Proses pengangkutan ini merupakan  Pengangkutan Ekstravasikuler karena Pengangkutan ini dilakukan di luar berkas pengangkut, maka disebut pengangkutan ekstravaskuler. Zat yang diangkut adalah air dan garam-garam mineral. Dalam perjalanan menuju silinder pusat, air akan bergerak secara bebas di antara ruang antar sel. Pengangkutan air dan mineral dari dalam tanah di luar berkas pembuluh ini dilakukan melalui 2 mekanisme, yaitu apoplas dan simplas:

1). Pengangkutan Apoplas

Transportasi apoplas ini adalah menyusupnya air tanah secara difusi bebas atau transport pasif melalui semua bagian tak hidup dari tumbuhan, misalnya dinding sel dan ruang-ruang antara sel. Air masuk dengan cara difusi, aliran air secara apoplas tidak tidak dapat terus mencapai xylem karena terhalang oleh lapisan endodermis yang memiliki penebalan dinding sel yang dikenal sebagai pita kaspari. Apoplas dapat terjadi pada setiap dinding sel kecuali endodermis. Khusus endodermis dilakukan secara osmosis.

2). Pengangkutan Simplas

Simplas adalah bergeraknya air tanah dan zat terlarut melalui bagian hidup dari sel tumbuhan, misalnya sitoplasma atau vakuola, dari sel ke sel. Pada pengangkutan ini, setelah masuk kedalam sel epidermis bulu akar, air dan mineral yang terlarut bergerak dalam sitoplasma dan vakuola, kemudian bergerak dari satu sel ke sel yang lain melalui plasmodesmata. Sistem pengangkutan ini menyebabkan air dapat mencapai bagian silinder pusat. Adapun lintasan aliran air pada pengangkutan simplas adalah sel – sel bulu akar menuju sel – sel korteks,  endodermis, perisikel, dan xylem. Dari sini , air dan garam mineral siap diangkut ke atas menuju batang dan daun.

Proses Penyerapan Air dan Mineral Oleh Akar

a.     Rambut Akar, Mikorhiza, dan Luas Permukaan  Sel-Sel Kortikal yang Sangat Besar Meningkatkan Penyerapan Air dan Mineral

Adaptasi yang meningkatkan luas permukaan dikaitkan dengan fungsi sistem akar dalam  penyerapan air dan mineral dari tanah kebanyakan proses penyerapan ini terjadi didekat ujung akar, yaitu dimana epidermisnya permiabel terhdap air dan dimana terdapat rambut akar. Rambut akar yaitu penjuluran dan pemanjangan sel-sel epidermal merupakan struktur yang menyusun sebagian besar luas permukaan dari akar. Partikel-partikel tanah yang umumnya dilapisi dengan air dan mineral yang terlarut, melekat erat pada rambut akar tersebut. Larutan tanah mengalir ke dalam dinding hidrofilik sel epidermal dan dapat lewat dengan bebas di sepanjang apoplas ke dalam korteks akar. Ini akan mengakibatkan tereksposnya sel-sel parenkima korteks ke dalam larutan tanah. Menyediakan suatu luas permukaan yang jauh lebih besar daripada luas permukaan epidermis.

Saat larutan tanah bergerak di sepanjang dinding sel, juga terjadi pengambilan air dan zat terlarut oleh sel-sel epidermis dan korteks, mengakibatkan terjadinya perubahan jalur dari apoplas ke simplas. Penyebaran membran plasma inilah yang membuat penyerapan mineral menjadi selektif.larutan tanah umunya sangat encer dan akar dapat mengakumulasi mineral esensial hingga konsetrasi yang rautsan kali lebih tinggi daripada konsentrasi mineral yang di dalam tanah.

Dalam urusan penyerapan air dan mineral dari tanah yang sangat penting ini sebagian besar tumbuhan tidak melakukannya sendiri,  akan tetapi memiliki partner dalam bentuk fungi simbiotik. Akar yang “terinfeksi ini akan mebentuk mikorhiza, suatu istilah untuk struktur simbiotik yang terdiri atas akar tumbuhan yang saling melilit dengan hifa (filamen) dari fungi tersebut. Hifa akan menyerap air dan mineral tertentu. 

Gambar.2 proses penyerapan air dan mineral serta pengangkutannya.

b. Endodermis berfungsi sebagai penjaga gerbang yang selektif antara korteks akar dan jaringan pembuluh

Air dan mineral dari tanah yang masuk kedalam korteks akar tidak dapat diangkut ke bagian lain pada tumbuhan sampai air dan mineral tersebut memasuki xilem dari silinder pembuluh (stile). Endodermis yaitu lapisan sel-sel yang paling dalam pada korteks akar, mengelilingi stele dan berfungsi sebagai titik peringkasan (cbeckpoint) terakhir untuk saluran aliran selektif mineral dari korteks ke dalam jaringan tumbuhan. Mineral-mineral yang sudah berada di dalam simplas ketika mencapai endodermis terus bergerak melalui plasmodesmata sel-sel endodermal masuk ke dalam stele. Mineral ini telah disaring oleh membran selektif yang harus di lewatinya agar bisa memasuki simplas dalam korteks. Mineral-mineral yang mencapai endodermis melalui apoplas akan menghadapi suatu ujung yang buntu yang menghalangi alirannya untuk masuk ke dalam stele. Di dalam dinding dari masing-masing sel endodermal terdapat pita kasparian (casparianstrip), yaitu suatu pita yang terbuat dari suberin, yaitu suatu bahan berlilin yang kedap terhadap air dan minerla terlarut.  Dengan demikian, air dan mineral tidak dapat menembus endodermis dan memasuki jaringan pembuluh melalui apoplas. Satu-satunya jalan untuk melewati halangan tersebut adalah air dan mineral harus melewati membran palsma suatu sel endodermal dan memasuki stele melalui simplas. Endodermis dengan pita kasparian memberikan jaminan bahwa tidak ada mineral yang dapat mencapai jaringan pembuluh akar tanpa melewati membran tersebut..

Jika mineral tidak memasuki sel-sel korteks, mineral harus memasuki sel-sel endodermal atau sama sekali tidak dapat memasuki jaringan pembuluh. Struktrur dan endodermis dan letaknya yang strategis pada akar membantu fungsinya sebagai penjaga pintu masuk diperbatasan korteks stele, suatu fungsi yang menyebabkan akar mempunyai kemampuan untuk mengangkut secara selektif mineral-mineral tertentu dari tanah ke xylem.

Segmen terakhir dalam jalur tanah => xylem adalh proses mengalirnya air dan mineral ke dalam trakeit dan elemen-elemen pembuluh dari xylem. Sel-sel pengangkutan ini tidak memiliki protoplas. Sehingga lumensel dan juga dindingnya adalah bagian dan apoplas. Masuknya air dan mineral ke dalam xylem memerlukan proses pemindahan keduanya dari simplas ke apoplas. Sel-sel endodermal dan sel-sel parenkima di dalam stele melepaskan mineral ke dalam dinding sel-sel tersebut. Baik difusi maupun transpor aktif kemungkinan terlibat dalam proses pemindahan dalam zat terlarut ini dari simplas ke apoplas sehigga air dan mineral sekarang bebas memasuki trakeid dan pembuluh-pembuluh xylem. Air dan nutrien mineral di angkut dari tanah ke xylem akar sekarang dapat di angkut ke atas sebagai getah xylem menuju sistem tunas.

  

Translokasi atau transportasi air melalui xilem

Lapisan  dalam  batang  berkayu  adalah  xilem.  Sel-sel  xilem memiliki dinding sel tebal yang membantu mendukung tubuh tumbuhan. Sel-sel xilem mengangkut air dari akar ke daun melalui batang. Air    dan  mineral  diperlukan  oleh  bagian  –bagian  tumbuhan  untuk tumbuh.  Daun  membuat  makanan  untuk  tumbuhan  melalui  fotosintesis. Air sampai ke daun melalui batang. Air di serap oleh tumbuhan. Air  yang  di  serap  oleh  akar  diangkut  melalui  batang.  Mineral  dari tanah  terlarut  dalm  air  sehingga  juga  diangkut  melalui  batang.  Air  dan mineral diangkut  oleh sel-sel xilem. Para  ahli  mengembangkan  bagaimana    air  dapat  diangkut  ke  daun. Salah  satunya  menjelaskan  bahwa  gerakan  naiknya  air  pada  tumbuhan identik dengan gerakan air   pada kertas isap atau tisu. Jika kita meletakan kertas isap atau tisu kering ke dalam air, air akan diserap oleh ujung kertas isap atau tisu, dan diteruskan sampai ke seluruh bagian kertas. Bagian  lain dari  teori  tersebut menjelaskan bagaimana air keluar dari tumbuhan.  Air  bergerak melalui  sel-sel  xilem  pada  tumbuhan  dan  akan keluar  dari  daun  melalui  stomata. 

Komponen utama penyusun xylem adalah elemen pembuluh (trakea) dan trakeid.

Sel trakea terdiri atas tabung yang berdinding tebal dan membentuk suatu pembuluh.

Selain trakea dan trakeid xylem juga mengandung sel parenkim (parenkim kayu) yang merupakan sel hidup dan berfungsi untuk menyimpan bahan makanan. Xylem juga mengandung serabut kayu yang berfungsi sebagai penguat (penyokong)

(Sanjaya,2010)

Teorinya

1.      Teori tekanan akar

Pada awalnya ,diperkirakan air naik ke bagian atas tanaman karena adanya tekanan dari akar. Hal ini di dasarkan fakta jika batang tanaman di potong lalu dihubungkan dengan selang monometer air raksa. Maka air di dalam selang akan terdorong oleh tekanaan yang berasal dari akar. Tetapi dari hasil pengukuran yang intensif pada berbagai jenis tanaman ,maka besarnya tekanan itu tidak lebih dari 0,1 mega paskal .

            Jadi dapat disimpulkan bahwa tekanan akar adala relatif rendah dan tidak terjadi pada semua jenis tanaman dan hanya terjadi pada kondisi lingkungan yang menghambat laju transpirasi. Dengan demikian tekanan akar bukanlah merupakan mekanisme yang andal untuk menjelaskan pergerakan vertikal air dalam pembuluh xilem

2.      Teori kapilaritas

Kapilaritas merupakan gejala yang timbul akibat interaksi antara permukaan benda padat dengan benda cair yang menyebabkan gangguan terhadap bentuk perukaan cairan yang semula datar. Di dalam pipa yang kecil, hal ini menyebabkan naiknya permukaan cairan. Hal ini disebabkan karena cairan ditarik oleh dinding bagian dalam pipa oleh gaya adhesi.

3.      Teori sel pemompa

Pada abad ke -19 diyakini bahwa gerakan vertikal air dari akar ke daun adalah karena danya peranan sel sel khusus untuk memompakan air ke atas. Sel sel diperkirakan berada pada setiap interval jarak tertentu dan posisi yang berurutan secara suksesif. Setiap sel pemompa bertugas memompakan air sampai pada posisi sel pemompa yang berada diatasnya. Hal ini berlangsung secar kontinu dari akar sampai ke daun. Tetapi hasil kajian anatomis gagal menemukan sel pemompa itu

4.      Teori kohesi

Ada 3 elemen dari teori kohesi untuk menjelaskan pergerakan vertikal air dalam tubuh tumbuhan yakni tenaga pendorong(driving force)hidrasi pada lintasan yang dilalui, dan gaya kohesi antara molekul air(lakitan,2004)

Pengangkutan Intravaskuler

Pengangkutan air dan mineral diserap oleh akar menuju atas ini berlangsung melalui berkas pengangkut, yaitu xylem, sehingga proses pengangkutan disebut pengangkutan vaskuler. (anonim, 2011)

Setelah melewati sel – sel akar, Air dan garam mineral dari dalam tanah memasuki tumbuhan melalui epidermis akar, menembus korteks akar, masuk ke stele dan kemudian mengalir naik ke pembuluh xylem sampai pucuk tumbuhan (batang sampai ke mesofil daun).

Pembuluh xylem (kayu)  disusun oleh beberapa jenis sel, namun bagian yang berperan penting dalam proses pengangkutan air dan mineral ini adalah sel – sel trakea. Bagian ujung sel trakea terbuka membentuk pipa kapiler. Struktur  jaringan xylem seperti pipa kapiler ini terjadi karena sel – sel penyusun jaringan tersebut tersebut mengalami fusi (penggabungan). Air bergerak dari sel trakea satu ke sel trakea yang di atasnya mengikuti prinsip kapilaritas dan kohesi air dalam sel trakea xylem.

Air yang diserap bulu akar dan sel epidermis yang berdekatan dengan bulu akar itu akan diteruskan ke sel-sel korteks akar, endodermis, perisikel sampai ke xylem akar. Jalur ini dinamakan transport extravaskuler karena tidak melalui jaringan pengangkut. Air dapat melewati plasma sel satu dan diteruskan ke plasma sel berikutnya dinamakan arus simplas atau melalui dinding sel dan ruang antar sel, dinamakan arus apoplas. Arus apoplas ini hanya sampai endodermis karena dinding sel endodermis mempunyai penebalan lignin yang tidak tembus air (pita caspari atau penebalan lebih lanjut), dan harus melewati plasma. Karena xylem akar berkesinambungan dengan xylem batang maka air diteruskan keatas lewat jaringan pengangkut (ini disebut dengan transport intra vascular). Dalam perjalanannya ke atas mungkina air juga meninggalkan xylem untuk bergerak menurut arah radial batang, lewat parenkim xylem atau jari-jari empulur menuju korteks batang (Harso, 2010).

Pembuluh xilem berasal dari sel-sel silindris yang biasanya mengarah keujung-ujung. Pada saat matang dinding sel-sel itu melarut dan kandungan sitoplasmiknya mati. Hasilnya adalah pembuluh xilem, saluran bersambung yang tidak mati. Hasilnya adalah pembuluh xilem bersambung dengan transpor air dan mineral keatas (Kimball, 1992).

Kunci utama teori kohesi-tensi pada transport air adalah pada sel-sel xylem yang mengkonduksi air, ada tekanan negative kontinyu merentang dari daun keakar. Transpirasi (evaporasi air dari daun dan bagian tanaman lain yang terpapar udara) akan menyebabkan tensi. Bila molekul air meninggalkan daun, maka penggantinya akan tertarik karena adanya tensi ini. Daya kolektif ikatan hydrogen antar molekul air akan menyebabkan kohesi sehingga air dapat tertarik keatas sebagai suatu kolum atau buluh cairan yang kontinyu

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2011.proses pengangkutan pada tumbuhan. http://biosejati.wordpress.com/2011/11/10/proses-pengangkutan-pada-tumbuhan/

         Harso, Wahyu . 2010 . Penuntun Praktikum Fisiologi Tumbuhan . Laboratorium Biologi Fakultas MIPA Universitas Tadulako : Palu.

           Kimball, J. W. 1983. Biologi. Erlangga : Jakarta.

Widayati,hartini etik. 2010 .Buku Biologi untuk SMU.jakarta;Intan Pariwara

Lakitan B. 2004. Dasar-dasar Fisiologi Tumbuhan. Jakarta: PT. Raja Grafindo Persada.

Sanjaya, yasin. 2010.pengangkutan zat melalui xilem. http://www.sarjanaku.com/2010/11/pengangkutan-zat-melalui-xylem.html

Tinsley I J. 1979. Chemical Concepts in Pollutans Behavior. New York: John Wiley & sons

Weber, w.j. 1972. Phisilochemistry processer for water quality control. A division john willey and sons, new york