Mekanisme Serapan Hara oleh Akar: Transport Jarak Dekat

AGH 322

Penyerapan Hara

-Volume air berkurang

-K, P, NO3-, konsentrasinya

menurun

-Na+ konsentrasinya tetap/ sedikit meningkat

Dalam beberapa hari, dalam media:

diabsorpsi

diabsorpsi

kurang diabsorpsi

Penyerapan hara bersifat selektif

1. Jalur Hara dari Larutan Tanah ke dalam Akar

Jalur Penyerapan Hara oleh Tanaman

Larutan Hara Permukaan Akar

Hara dari larutan tanah bergerak menuju permukaan akar secara pergerakan bebas, melalui:

− difusi (K, P)

− aliran massa (Ca, Mg, S, BO3⎯)

Transport pasif (difusi): pergerakan zat terlarut(solut) dari konsentrasi tinggi ke konsentrasirendah

A B

2. Pergerakan Hara di dalam AkarKorteks

Endodermis

Stele

XylemPhloem

Casparian StripEpidermis

Apoplastik

Simplastik

Transport jarak dekat:

rambut akar epidermis korteks endodermis

Apoplastik :Pergerakan hara melalui daerah bebas (DB)Transport PasifHanya dapat mencapai endodermis karena ada casparian strip

Simplastik :Pergerakan hara melalui membran sitoplasmadan plasmodesmataBisa pasif atau aktif (karena melalui membran)

2. Pergerakan Hara di dalam Akar

2. Pergerakan Hara di dalam Akar: APOPLAS

Daerah Bebas: Ruang kosong (bebas) padajaringan akar seperti ruang antar sel dan jaringanmati (dinding sel, xylem); + 10% sel akar

Dinding sel primer

Membran sel

Selulosa: 3-5 nmBM rendah:leluasaBM tinggi: dihambat

Ca2+ 0.82 nmK+ 0.66 nm

2. Pergerakan Hara di dalam Akar: SIMPLAS

Pergerakan sel melalui membran selPergerakan dapat berupa transport pasif (difusi) maupun transport aktifTransport aktif: pergerakan zat terlarut (solut) dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi

A B

3. Membran Sel

Membran tersusun atas:– Fosfolipid– Protein– Karbohidrat

(glycoprotein)

Pengaruh unsur hara terhadap permeabilitas membran:

3. Membran Sel

Kahat P → permeabilitas meningkat (fosfolipid menurun).Kahat Zn → permeabilitas meningkat (Zn berperanan dalam oksidasi lemak tak jenuh)Ca → memelihara integritas membran

4. Pergerakan Hara Melalui Membran Sel

Hara bergerak melalui membran melalui protein membran:

Pergerakan hara secara pasif (difusi): channelPergerakan hara secara aktif: channel dan carrier

a. Channel: saluran yang selektif berdasarkan karakter biofisik (misalnya ukuran pori dan ion, muatan permukaan membran dan ion)

b. Carrier: protein yang secara selektif mengikat molekul atau ion dan mengangkutnya

ION

Car

rier

EnzimMakromolekul Protein

(Struktur yang cukup besar)

Specific binding capacity

Kinetika dari Angkutan Ion Menembus MembranAnalog hubungan enzim - substrat

(Carrier = Enzim; Ion = Substrat)

4. Pergerakan Hara Melalui Membran Sel

Pergerakan hara secara aktif:Menggunakan energi (ATP) secara langsung

Menggunakan energi ATP secara tidak langsung

4. Pergerakan Hara Melalui Membran Sel

C

C

C

C

Membran

~P

~P

Mito

kond

riaADP

ATP

Membran Sel

Pi

ATP-ase

Luar

Dal

am

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

a. Konsentrasi hara pada larutan eksternalb. Status hara di dalam tanamanc. Metabolisme akard. Struktur akare. Sifat fisikokimia ion:

- interaksi antar ion- hubungan antara kation - anion

Prinsip difusi

Secara umum, semakin tinggi konsentrasi hara pada larutan eksternal, penyerapan hara juga semakin tinggi (walaupun laju serapan menurun).

→Contoh: [K+]Ext eksternal ↑ → penyerapanK+ juga↑.

a. Konsentrasi Hara pada Larutan Eksternal

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

Prinsip difusi

Secara umum, semakin tinggi konsentrasi hara di dalam sel akar, penyerapan hara akan semakin menurun.

b. Status Hara di dalam Tanaman

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

Prinsip difusi

Secara umum, semakin tinggi konsentrasi hara di dalam sel akar, penyerapan hara akan semakin menurun.

c. Metabolisme Akar

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

Berkaitan dengan ketersediaan energi (ATP) untuk transport aktif pada sel akarFaktor-faktor yang mempengaruhi respirasi:Oksigen → bila O2 turun dari 20% → 5%

penyerapan K+ turun dari 100 → 75 penyerapan P turun dari 100 → 56

Suhu Cahaya korelasi yang besar antara

cahaya − fotosintesis − penyerapan hara.

d. Metabolisme Akar

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

e. Struktur Akar

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

Secara umum, laju penyerapan hara menurun dari ujung kepangkal akar.

Ada 3 faktor yang menyebabkan hal tersebut:

a. Pembetukan suberin pada rhizodermis.

b. Pembentukan endodermis sekunder dan tersier.

→ Hambatan angkutan hara secara radial ke stele.

c. Degenerasi sel-sel korteks → celah-celah dalam daerah korteks (aerenchyma).

f. Sifat Fisikokimia Ion

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

Radius (jari-jari) ion → laju penyerapan berkorelasi negatifdengan jari-jari ion (pada valensi yang sama).

- Li → 0,38 nm − 2 μmol/g FW/3 d- Na → 0,36 nm − 15 μmol/g Fw/3d- K → 0,33 nm − 26 μmol/g Fw/3d

Muatan → interaksi dengan membran (fosfolipid, sulfolipid, protein − bermuatan) meningkat dengan meningkatnya muatan.

• Molekul tak bermuatan < kation (+1) atau anion (−1) < kation (+2)/anion (−2) < kation (+3)/anion (−3)<.….dst.

• Interaksi ↑ → laju penyerapan ↓.Membran lebih mudah ditembus oleh molekul yang tidakbermuatan.

f. Sifat Fisikokimia Ion

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

Biasanya terjadi interaksi antar ion dalam larutan tanah. Kompetisi terjadi antar ion dengan valensi dan Ø yang hampir sama.

→Contoh: K+ dengan Rb+

→Kompetisi pada “binding site” pada membran• Na+ kompetisi dengan Ca+; K+ dengan NH4

+ (K+

dihambat NH4+ tapi tidak sebaliknya. Karena NH4

+

diserap sebagai NH3 yang tidak bermuatan).• Ca2+ dapat meningkatkan serapan K+, namun

menghambat Mg2+.• Kompetisi Cl⎯ dan NO3⎯ (NO3⎯ sering dihambat Cl⎯) dan

sebalikya.• Tanah salin → (+) NO3 → mengurangi toksisitas Cl⎯.

f. Sifat Fisikokimia Ion

5. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Penyerapan Hara oleh Akar

Terdapat hubungan antara kation–anion dalm penyerapan hara.

Bila kadar hara↓ → laju penyerapan kation tidak banyak dipengaruhi anion pasangannya.

Kadar hara larutan↑ → terjadi interaksi.

⇒Contoh: ∗ SO4⎯ menghambat K+ (ion pasangnnya)

∗ Ca2+ menghambat Cl⎯ (ion pasangannya)

⇒Jadi bila diberikan hara K2SO4 akan menyebabkanpenyerapan kation berlebihan (sebaliknya untukCaCl2). Hal ini akan menyebabkan perubahan muatandan pH pada internal dan eksternal.

⇒Contoh (kation : anion) yang mengakibatkan perubahan pH eksternal:– Pada larutan nutrisi yang sumber N hanya dalam bentuk NO3⎯ →

cenderung pH↑.– Sebaliknya bila hanya NH4

+ → pH↓.

Pembuluh xylem:– Sel-sel mati– Dinding samping penuh dengan noktah– Seperti pipa-pipa dengan pori-pori– Bagian dalam dinding pembuluh xylem bermuatan (−) →

dapat menjerap kation Ca2+, Zn2+ > K+, Na+, dsb.Masuknya air dan ion dari stele → xylem merupakan perpindahan aliran simplastik ke apoplastik (pembuluh xylem → sel-sel tanpa sitoplasma).Hara selalu bergerak dalam air (pola gerakan berbeda) pada sel-sel hidup seperti sel akar, sel mesofil, sel phloem, dsb.Pada xylem, hara bergerak secara pasif ke pucuk bersama-sama dengan air (aliran transpirasi atau tekanan akar).

6. Mekanisme Masuknya Hara ke dalam Xylem