Teknologi Hidrolik dalam AkarDitulis pada Sabtu, 17 Nopember 2007 00:00:00 | Dibaca sebanyak : 919 kali

Amatilah tanaman yang paling sederhana. Bayam, cabe, atau padi misalnya. Sadarkah kita, dibalik kesederhanaan tanaman-tanaman itu, tersimpan kecanggihan teknologi uang luar biasa, yang terdapat dalam akar.

Ya, akar memiliki fungsi vital. Ia berperan memasok bahan-bahan makanan, air, dan mineral, bagi tanaman untuk tumbuh.

Kecanggihan akar terlihat dari mekanisme penyerapan air dari dalam tanah yang menyerupai teknik pengeboran dan mekanisme hidrolika. Ujung-ujung akar terus tumbuh untuk mencari air dalam tanah. Air memasuki akar dengan menembus lapisan tipis selaput luar akar dan sel-sel pembuluh halusnya (sel-sel kapiler). Air kemudian melewati sel-sel tersebut hingga sampai di jaringan batang. Dari sana, air diangkut ke setiap bagian tumbuhan.

Penyerapan air oleh akar terjadi melalui mekanisme perbedaan tekanan antara sel-sel akar dan air tanah. Ketika tekanan bagian dalam sel0sel akar lebih rendah dari tekanan di luar, tumbuhan memasukkan air dari luar. Jadi, sel-sel akar mengambil air dari luar tidak setiap saat dan terus menerus, melainkan hanya ketika sel-sel tersebut memerlukannya. Penentu terpenting yang memunculkan keadaan ini adalah besarnya tekanan yang dihasilkan oleh air di dalam akar. Tekanan ini harus diseimbangakan dengan keadaan di luar. Agar hal ini terjadi, tumbuhan harus mengambil air dari luar ketika tekanan di dalam mengalami penurunan. Tatkala hal sebaliknya terjadi, yaitu ketika tekanan di dalam lebih tinggi daripada keadaan di luar, tumbuhan mengeluarkan air dari dalam dirinya melalui daunnya (bukan melalui akarnaya) dengan cara penguapan untuk menjadikan tekanan itu seimbang kembali.

Sungguh sebuah kecerdasan yang tidak mungkin muncul dengan sendirinya. Bagaimana mungkin tumbuhan yang tak memiliki otak mampu melakukan mekanisme hidrolik yang rumit seperti itu? Tak ada yang dapat mengajarkan kemampuan itu kecuali Allah, Dzat Yang Maha Pencipta.

Tek hidrolik

Air (rumus kimia: H2O) adalah benda tak berwarna, tak berbau dan tak berasa yang diperlukan oleh semua kehidupan di bumi agar mereka dapat bertahan hidup. Air merupakan jaringan kimia yang berada dalam bentuk cair pada tekanan biasa dan pada suhu kamar. Sekitar 3/4 dari permukaan bumi diliputi air.

Rumus kimia bagi air adalah H2O, yang berarti setiap molekul air mengandung dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Hubungan terjadi antara elektron-elektron yang membentuk bagian luar atom dan merupakan mata rantai kuat yang dinamakan ikatan kovalen.

Molekul air dapat diuraikan kepada unsur dasar dengan mengalirkan arus listrik melaluinya. Proses ini yang dikenali sebagai elektrolisis menguraikan dua atom hidrogen menerima elektron dan membentuk gas h2 pada katoda sementara empat ion oh- bergabung dan membentuk gas O2 (oksigen) pada anoda. Gas-gas ini membentuk buih dan bisa dikumpulkan.

Air juga merupakan bahan pelarut paling universal. Ini disebabkan molekul air terdiri dari dua atom hidrogen bergabung dengan satu atom oksigen pada sudut 105 derajat antara keduanya. Struktur ini menjadikan molekul air mempunyai muatan positif di sebelah atom hidrogen dan negatif di sebelah atom oksigen. Oleh karena itu, molekul air adalah dwikutub.

1. I. Peranan Air Bagi Tumbuhan

Air merupakan bahan yang sangat penting bagi kehidupan. Banyak fungsi-fungsi dalam biologi sepenuhnya bergantung pada air dan sifat kehidupan secara langsung merupakan hasil dari sifat air.

Fungsi air yang paling penting yaitu dalam reaksi-reaksi biokimia dalam protoplasma yang dikontrol oleh enzim. Selain memberi fasilitas bagi berlangsungnya suatu reaksi biokimia, molekul air dapat berinteraksi secara langsung sebagai komponen reaktif dalam proses metabolisme di dalam sel.

Selain berperan dalam reaksi biokimia, air memiliki fungsi-fungsi lainya, seperti dalam:

-          Protoplasma: pada protoplasma terdapat molekul-molekul makro, meliputi protein-enzim, asam nukleat, dll, membentuk berasosiasi dengan air membentuk suatu struktur yang unik yang dikenal dengan koloida.

-          Sistem hidrolik: air dapat memberikan tekanan hidrolik pada sel sehingga menimbulkan turgor pada sel-sel tumbuhan, memberikan sokongan kekuatan pada jaringan-jaringan tumbuhan yang tidak memiliki sokongan struktur pada dinding selnya. Selain itu tekanan hidrolik juga berperan dalam proses membuka menutupnya stomata.

-          Sistem angkutan: air berperan dalam mengangkut bahan-bahan dari satu sel ke sel lainnya, dimana bahan yang diangkut dapat berupa garam-garam mineral atau bahan-bahan organic hasil fotosintesis dan olahan sel lainnya.

-          Stabilitas dan pemindahan panas: air berperan dalam pengaturan suhu tubuh tumbuhan, sehingga tumbuhan tidak mengalami kepanasan. Hal ini disebabkan karena tingginya  panas jenis yang dimiliki air, memungkinkan air sebagai dapar ( buffer ) dalam pengaturan suhu tubuh tumbuhan.

Pada tumbuhan herba yang hidup di air sekitar 85 – 95 % berat tumbuhan tersusun atas air. Dalam sel, air diperlukan sebagai pelarut unsur hara sehingga dapat digunakan untuk mengangkutnya; selain itu air diperlukan juga sebagai substrat atau reaktan untuk berbagai reaksi biokimia misalnya proses fotosintesis. Sehingga tanaman yang kekurangan air akan menjadi

layu, dan apabila tidak diberikan air Secepatnya akan terjadi layu permanen yang dapat menyebabkan kematian.

 

1. II. Sifat-Sifat Air Yang Penting Bagi Tumbuhan

Air memiliki sifat-sifat fisika yang penting bagi kehidpan tumbuhan maupun semua organisme hidup, sifat-sifat tersebut antara lain:

-          Titik didih air  jauh lebih tinggi dibanding jenis cairan yang lain dan merupakan cairan yang paling umum. Sehingga air dapat menyerap sejumlah besar energi tanpa banyak menaikkan suhu, sehingga tubuh organisme menjadi lebih stabil dan metabolismenya akan stabil pula.

-          Air mempunyai titik densitas maksimum pada 4oc. Hal ini yang menyebabkan kenapa air jarang membeku di dalam lautan atau danau . Sehingga, organisme dapat hidup di dalamnya.

-          Molekul air mempunyai kemampuan untuk berikatan dengan molekul lain ( adhesi, sedangkan kemampuan molekul tersebut untuk saling berikatan, disebut kohesi. Hal ini sangat membantu dalam proses pengangkutan air di dalam tubuh tumbuhan.

-          Air memiliki panas penguapan ( heats of vaporization ). Cukup tinggi, sekitar 540 cal gm-

1. Angka tersebut sangat membantu dalam pemeliharaan temperature organisme.

-          Air  tegangan muka sangat tinggi. Sehingga air ini boleh naik didalam suatu kapiler sampai ketinggian sekitar 120cm, dan sangat  bermanfaat bagi tumbuhan, dimana memungkinkan air untuk pindah atau bergerak secara ekstensif  antar ruang partikel dan dalam  dinding sel tumbuhan.

-          Air mempunyai kemampuan yang tinggi untuk mentransmisikan cahaya, sehingga membantu tumbuhan di dalam fotosintesis terutama pada tumbuhan yang berada di dalam air. Selain itu dapat memampukan cahaya untuk menembus dan menjangkau jaringan daun-daun yang lebih dalam.

-          Air berbentuk cair dalam suhu kamar, sehingga kehadiran air yang cair pada suhu kamar dan tidak bersifat toksik merupakan sifat air yang penting bagi kehidupan, selain itu air tidak dapat dimampatkan.

-          Air memiliki viskositas yang rendah, sehingga dapat dengan mudah mengalir. Hal ini sangat penting bagi kehidupan, karena dengan demikian air dengan mudah berpindah di dalam tubuh.

semua sifat fisika air di atas membuat air merupakan suatu medium ideal untuk pelaksanaan berbagai proses hidup

III. Difusi Dan Osmosis

1. Difusi

Difusi adalah pergerakan molekul atau ion dari dengan daerah konsentrasi tinggi ke daerah dengan konsentrasi rendah hal ini disebabkan oleh energi kinetic dari molekul, ion atau atom-atom, dapat dilihat pada gambar berikut:

Difusi terjadi akibat perbedaan konsentrasi, dimana perbedaan konsentrasi ini bisa terjadi bila terjadi perbedaan sejumlah partikel per unit volume dari suatu keadaan ke keadaan lain. Selain karena perbedaan konsentrasi, perbedaan dalam sifat juga dapat menyebabkan difusi, seperti pada gambar berikut, dimana terdapat perbedaan sifat antara gula(padat) dan air

Beberapa contoh difusi yang dapat kita lihat, antara lain:

1. Apabila kita teteskan minyak wangi dalam botol lalu ditutup, maka bau minyak wangi tersebut akan tersebar ke seluruh bagian botol. Apabila tutup botol dibuka, maka bau minyak wangi tersebut akan tersebar ke seluruh ruangan, meskipun tidak menggunakan kipas. Hal ini disebabkan karena terjadi proses difusi dari botol minyak wangi (konsentrasi tinggi) ke ruangan (konsentrasi rendah).

2. Apabila kita meneteskan tinta ke dalam segelas air, maka warna tinta tersebut akan menyebar dari tempat tetesan awal (konsentrasi tinggi) ke seluruh air dalam gelas (konsentrasi rendah) sehingga terjadi keseimbangan. Sebenarnya, selain terjadi pergerakan tinta, juga terjadi pergerakan air menuju ke tempat tetesan tinta (dari konsentrasi air tinggi ke konsentrasi air rendah).

Dari contoh diatas, dapat dilihat bahwa arah difusi bebas satu sama lain, tanpa menghalangi satu sama lain sampai mencapai keseimbangan dinamis.

Contoh difusi pada tumbuhan dapat dilihat pada:

Proses pertukaran gas pada tumbuhan yang berlangsung pada daun. Di dalam proses ini gas CO2 dari atsmofer masuk ke dalam rongga antar sel pada mesofil daun, yang selanjutnya digunakan untuk proses fotosintesis. Karena pada siang hari CO2 yang masuk ke daun selalu digunakan untuk fotosintesisi, maka kadar CO2 di dalam rongga antar sel daun akan selalu lebih rendah dari atsmofer, akibatnya pada siang hari akan terjadi aliran difusi gas CO2 dari atsmofer ke daun. Bersamaan dengan itu terjadi pula difusi das O2 dari rongga antar sel daun menuju atsmofir. Hal ini dikarenakan pada proses fotosintesis dihasilkan O2, yang makin lama terakumulasi di dalam rongga antar sel daun, sehingga kadarnya melebihi kada oksigen di atmosfir. Dalam kondisi seperti ini memungkinkan oksigen untuk berdifusi dari daun ke atmosfir.

Pada malam hari terjadi proses difusi yang sebaliknya , karena pada malam hari tidak terjadi proses fotosintesis dan respirasi berjalan terus, maka kandungan CO2 dalam rongga antar sel menjadi meningkat.

Laju difusi tergantung pada suhu dan densitas (kepadatan) medium. Gas berdifusi lebih cepat dibandingkan dengan zat cair, sedangkan zat padat berdifusi lebih lambat dibandingkan dengan

zat cair. Molekul berukuran besar lebih lambat pergerakannya dibanding dengan molekul yang lebih kecil.

1. Osmosis

Osmosis pada dasarnya hampir sama dengan difusi, hanya saja osmosis adalah difusi melalui membran semipermeabel. Dimana molekul-molekul tersebut akan berdifusi dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Proses Osmosis akan berhenti jika konsentrasi zat di kedua sisi membran tersebut telah mencapai keseimbangan. Pada gambar dibawah ini menggambarkan proses dari osmosis, dimana hanya zat-zat tertentu yang mampu melewati  membrane.

Osmosis dapat dicegah dengan menggunakan tekanan. Oleh karena itu, ahli fisiologi tanaman lebih suka menggunakan istilah potensial osmotik yakni tekanan yang diperlukan untuk mencegah osmosis. Jika anda merendam wortel ke dalam larutan garam 10 % maka sel-selnya akan kehilangan rigiditas (kekakuan)nya. Hal ini disebabkan potensial air dalam sel wortel tersebut lebih tinggi dibanding dengan potensial air pada larutan garam sehingga air dari dalam sel akan keluar ke dalam larutan tersebut. Jika diamati dengan mikroskop maka vakuola sel-sel wortel tersebut tidak tampak dan sitoplasma akan mengkerut dan membran sel akan terlepas dari dindingnya. Peristiwa lepasnya plasma sel dari dinding sel ini disebut plasmolisis.

Osmosis memegang suatu peran yang sangat penting di dalam hidup tumbuhan diantaranya;

-          Penyerapan air oleh tumbuhan dari tanah melalui rambut akar, melalui mekanisme osmotic.

-          Air yang diserap dibagi-bagikan sepanjang seluruh jaringan yang hidup, dilakukan dengan proses osmosis dari sel ke sel.

-          Cahaya merangsang peningkatan osmosis pada sel pengawal, sehingga menyebabkan pengambilan air  ketika stomata membuka

-          Pertumbuhan sel yang muda sampai pemanjangan sel disempurnakan oleh kemampuan osmotic dan tekanan turgor dari  sel.

Masuknya larutan ke dalam sel-sel endodermis merupakan contoh proses osmosis. Dalam tubuh organisme multiseluler, air bergerak dari satu sel ke sel lainnya dengan leluasa. Selain air, molekul-molekul yang berukuran kecil seperti O2 dan CO2 juga mudah melewati membran sel Osmosis juga dapat terjadi dari sitoplasma ke organel-organel bermembran.

IV. Potensial Air, Potensial Osmosis Dan Potensial Tekanan

Potensial Kimia Air atau Potensial Air ( PA/Ѱ ); menggambarkan kemampuan molekul air untuk dapat melakukan difusi. Energi bebas suatu zat per unit jumlah, terutama per berat gram molekul ( Energi bebas mol-1 ) disebut Potensi kimia. Potensial kimia zat terlarut kurang lebih sebanding dengan konsentrasi zat terlarutnya.

Potensial kimia air merupakan konsep yang sangat penting dalam fisiologi tumbuhan. Pada tahun 1960, Ralph O. Slatyer di Canbera, Australia dan Sterling A. Taylor di Utah State University, mengusulkan bahwa potensial kimia air digunakan sebagai dasar untuk sifat air dalam system tumbuhan-tanah-udara.

Mereka mendefinisikan Potensial Air sebagai sesuatu yang sama dengan potensial kimia air dalam suatu system, dibandingkan dengan potensial kimia air murni pada tekanan atmosfir dan suhu yang sama. Mereka menganggap bahwa potensial air murni dinyatakan sebagai nol ( merupakan konvensi ), yang satuannya dapat berupa satuan tekanan ( atm., bar ) atau satuan energi.

Tekanan yang diberikan pada air atau suatu larutan akan meningkatkan energi bebasnya, sehingga potensial air dapat meningkat. Dengan konsep potensial air ini, kita bias membayangkan osmosis yang terjadi pada haipertonis ke larutan hipotonis, asal saja potensial air pada larutan yang hipertonis lebih besar dari larutan hipotonis.

Hal ini hanya dapat terjadi bila larutan hipertonis diberikan tambahan tekanan yang dapat meningkatkan nilai potensial airnya. Tekanan yang diberikan atau yang timbul dalam system ini disebut sebagai Potensial Tekanan ( PT/Ѱp ) dan di dalam kehidupan tumbuhan potensial tekanan dapat timbul dalam bentuk tekanan turgor.

Di dalam proses osmosisi, di samping komponen Potensial Air ( PA/Ѱ ), Potensial Tekanan ( PT/Ѱp ). Terdapat komponen lain yang juga penting, yaitu Potensial Osmotik

( PO/Ѱs ). Potensial osmotic ini lebih menyatakan status larutan dan status larutan ini dapat kita nyatkan dalam satuan konsentrasi, satuan tekanan atau satuan energi.

Potensial Osmotik dipengaruhi oleh beberapa factor, antara lain:

-          Konsentrasi; Meningkatnya konsentrasi suatu larutan akan menurunkan nilai potensial osmotiknya. Bila zat terlarut bukan elektrolit dan molekulnya tidak mengikat air hidrasi, maka potensial osmotic larutan tersebut hamper pasti akan sebanding dengan konsentrasi molalnya.

-          Ionisasi Molekul Zat Terlarut; larutan dari suatu zat elektrolit dalalm molalitas yang sama mempunyai tekanan osmose yang lebih besar daripada larutan yang bukan elektrolit. Sehingga semakin besar daya ionisasi dari zat yang dilarutkan biasanya potensial osmosisnya juga meningkat.

-          Hidrasi Molekul Zat Terlarut; air yang berasosiasi dengan partikel zat terlarut biasanya disebut sebagai ar hidrasi. Air dapat berasosiasi dengan ion, molekul atu partikel koloida. Dampak air hidrasi terhadap suatu larutan, dapat menyebabkan larutan menjadi lebih pekat dari yang kita perkirakan.

-          Temperatur; potensial osmotic suatu larutan akan berkurang nilainya dengan naiknya suhu. Potensial osmotic suatu larutan yang ideal akan sebanding dengan suhu absolutnya.

Potensial osmotic air murni memiliki nilai sama dengan nol, sehingga kalau digunakan satuan tekanan maka nilainya akan menjadi 0 atm atau 0 bar. Klau status suatu larutan tidak berubah, maka milainya pun tidak berubah.

Nilai potensial osmotic suatu larutan dapat diukur dengan ‘osmometer’. Tekanan yang timbul pada osmometer merupakan tekanan yang nyata dan tekanan ini disebut potensial air, potensial osmotic dan potensial tekanan dapat ditulis, sbb:

PA = PO + PT

Dari rumus diatas terlihat bahwa apabila tidak ada tekanan tambahan ( PT ), maka nilai PA=PO