Struktur dan Fungsi Daun
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh menyatakan struktur luar daun (lamina dan petiol) serta fungsinya (2.1.1)
- Saya boleh menerangkan struktur dalam lamina daun dan menghubung kait setiap lapisan dengan fungsinya (2.1.2)
- Saya boleh menerangkan keperluan pertukaran gas dalam tumbuhan dan peranan stoma (2.2.1)
- Saya boleh menerangkan mekanisme pembukaan dan penutupan stoma melalui pengambilan ion kalium dan kepekatan sukrosa dalam sap sel pengawal (2.2.2)
- Saya boleh membandingkan taburan stoma pada epidermis atas dan epidermis bawah daun monokot dan daun eudikot (2.2.3)
- Saya boleh menerangkan kesan kekurangan air terhadap pembukaan dan penutupan stoma (2.2.4)
- Saya boleh menerangkan keperluan transpirasi dalam tumbuhan (2.3.1)
- Saya boleh menerangkan kesan keamatan cahaya, kelembapan relatif udara, suhu dan pergerakan udara terhadap kadar transpirasi (2.3.2)
- Saya boleh mengukur kadar transpirasi dengan potometer dan mengira kadarnya (2.3.3)
- Saya boleh menerangkan keperluan fotosintesis dan menghubung kait penyesuaian struktur dalam daun dengan fotosintesis (2.4.1, 2.4.2)
- Saya boleh melabel struktur kloroplas dan menyatakan fungsi tilakoid, granum dan stroma serta mengasingkan pigmen dengan kromatografi kertas (2.4.3)
- Saya boleh menerangkan tindak balas bersandarkan cahaya dan tindak balas tidak bersandarkan cahaya, menulis persamaan kimia fotosintesis dan membandingkan kedua-dua tindak balas (2.4.4, 2.4.5, 2.4.6)
- Saya boleh menerangkan kesan kepekatan karbon dioksida, keamatan cahaya, suhu dan warna cahaya terhadap kadar fotosintesis (2.4.7, 2.4.8, 2.4.9)
- Saya boleh mentakrifkan titik pampasan dan menerangkan kesannya terhadap glukosa dan gas yang ditukar (2.5.1, 2.5.3)
- Saya boleh membandingkan fotosintesis dengan respirasi dalam tumbuhan (2.5.2, 2.5.4)
2.1Struktur daun
Struktur luar daun
| Bahagian | Ciri dan fungsi |
|---|---|
| Lamina | Bahagian daun yang leper, nipis, rata dan berwarna hijau. Leper: permukaan luas supaya sel yang mengandungi kloroplas terdedah kepada cahaya matahari secara maksimum. Nipis: gas yang terlibat dalam fotosintesis meresap dengan cepat ke bahagian dalam daun. |
| Petiol | Tangkai daun yang menyambungkan lamina pada batang. Petiol yang mengunjur ke dalam lamina membentuk jaringan urat yang menyokong lamina. |
Pada kebanyakan tumbuhan, lamina disusun supaya tidak bertindih. Susunan ini dipanggil mozek daun dan membolehkan daun menerima cahaya yang optimum untuk fotosintesis (m.s. 29).
Struktur dalam lamina daun
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5, m.s. 29.
| Struktur | Ciri | Fungsi |
|---|---|---|
| Kutikel | Lapisan berlilin, kalis air dan lut sinar pada epidermis atas dan bawah | Menghalang kehilangan air berlebihan melalui penyejatan (transpirasi); cahaya matahari menembusinya |
| Epidermis atas | Di bawah kutikel; sel tidak mengandungi kloroplas dan lut sinar | Cahaya menembusinya ke mesofil palisad |
| Epidermis bawah | Mempunyai stoma, setiap satu terdiri daripada sepasang sel pengawal | Pertukaran gas dan transpirasi |
| Mesofil palisad | Sel tersusun tegak dan padat; banyak kloroplas | Tapak fotosintesis; memperoleh cahaya maksimum |
| Mesofil berspan | Sel berbentuk tidak sekata, tersusun longgar dengan banyak ruang udara; kloroplas lebih sedikit daripada mesofil palisad | Menambah luas permukaan dalam untuk pertukaran gas; karbon dioksida dan air meresap ke sel mesofil |
| Berkas vaskular: xilem | Dinding berlignin yang tebal | Mengangkut air dan garam mineral dari akar ke daun; memberi sokongan dan kekuatan mekanikal |
| Berkas vaskular: floem | Mengangkut bahan organik hasil fotosintesis dari daun ke bahagian lain tumbuhan |
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
2.2Organ utama pertukaran gas
Tumbuhan membuat makanan sendiri melalui fotosintesis, jadi tumbuhan perlu menukarkan gas oksigen dan karbon dioksida dengan persekitaran dan menyerap cahaya. Pertukaran gas berlaku melalui liang stoma yang banyak terdapat pada epidermis bawah daun. Setiap liang stoma diapit oleh sepasang sel pengawal yang mengawal pembukaan dan penutupan stoma dengan menukar bentuknya. Sel pengawal mengandungi kloroplas.
Mekanisme pembukaan dan penutupan stoma
Stoma terbuka apabila sel pengawal segah dan tertutup apabila sel pengawal flasid. Keadaan ini dipengaruhi oleh dua perkara: pengambilan ion kalium (K+) dan kepekatan sukrosa dalam sap sel pengawal.
| Stoma terbuka (siang, ada cahaya) | Stoma tertutup (malam, tiada cahaya) | |
|---|---|---|
| Ion kalium (K+) | Bergerak masuk ke dalam sel pengawal; kepekatan larutan meningkat dan keupayaan air dalam sel pengawal menurun | Bergerak keluar daripada sel pengawal; keupayaan air dalam sel pengawal meningkat |
| Sukrosa | Fotosintesis berlaku, sukrosa terhasil dan kepekatannya tinggi; keupayaan air menurun | Fotosintesis tidak berlaku; kepekatan sukrosa rendah; gula diubah menjadi kanji; keupayaan air meningkat |
| Pergerakan air (osmosis) | Air meresap masuk daripada sel epidermis | Air meresap keluar ke sel epidermis |
| Sel pengawal | Segah dan melengkung ke luar | Flasid |
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5, m.s. 32.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5, m.s. 32.
Kesan kekurangan air
Apabila tumbuhan kekurangan air, sel pengawal menjadi flasid, hilang kesegahan dan stoma tertutup (Rajah 2.6). Ini mengurangkan kehilangan wap air. Pokok kaktus di habitat gurun membuka stoma hanya pada waktu malam untuk menyerap karbon dioksida kerana suhu malam lebih sejuk dan kehilangan air kurang (m.s. 31).
Eksperimen 2.1: taburan stoma
Sapu pengilat kuku tidak berwarna pada epidermis atas dan epidermis bawah daun pokok keembung (eudikot) dan daun pokok bakung (monokot), kupas pengilat itu, dan kira stoma di bawah mikroskop. Hipotesis buku: taburan stoma pada epidermis bawah lebih padat daripada epidermis atas. Taburan yang lebih padat di bawah membolehkan pertukaran gas tanpa terlalu banyak kehilangan air dan membantu daun menerima cahaya pada permukaan atas (m.s. 33 hingga 34).
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
2.3Organ utama transpirasi
Air meresap masuk ke sistem akar secara osmosis dengan berterusan. Laluan air: akar menyerap air dari tanah, xilem pada batang mengangkut air ke atas, urat daun mengangkut air ke daun, dan air tersejat ke atmosfera melalui stoma (Rajah 2.7).
Mengapakah transpirasi diperlukan?
- Akar menyerap air dan garam mineral daripada tanah.
- Air menyerap tenaga haba daripada daun dan tersejat menjadi wap air, memberi kesan penyejukan kepada tumbuhan.
- Transpirasi menghasilkan daya tarikan yang menggerakkan air dan garam mineral secara berterusan dalam xilem dari akar ke semua sel tumbuhan.
Faktor persekitaran yang mempengaruhi kadar transpirasi
| Faktor | Kesan terhadap kadar transpirasi |
|---|---|
| Keamatan cahaya | Semakin tinggi keamatan cahaya, semakin tinggi kadar transpirasi. Kadar menjadi malar kerana faktor lain (kelembapan relatif udara, suhu, pergerakan udara) menjadi faktor pengehad. |
| Kelembapan relatif udara | Semakin rendah kelembapan relatif udara, semakin cepat wap air tersejat daripada stoma, maka kadar lebih tinggi. |
| Suhu | Suhu yang meningkat menambah tenaga kinetik molekul air, maka kadar bertambah. |
| Pergerakan udara | Udara yang bergerak menyingkirkan molekul air yang tersejat keluar. Semakin laju pergerakan udara, semakin tinggi kadar. |
Eksperimen 2.2: potometer
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5, m.s. 38.
Potometer mengukur pengambilan air oleh pucuk berdaun. Ranting dipotong di dalam air supaya tiada gelembung udara menyekat xilem. Kadar transpirasi dikira dengan formula:
Kadar transpirasi (cm/min) = jarak pergerakan gelembung udara (cm) ÷ masa (min)
Takrif secara operasi bagi transpirasi dalam eksperimen ini: pergerakan gelembung udara dalam tiub kapilari potometer akibat pengambilan air oleh ranting berdaun.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
2.4Organ utama fotosintesis
Tumbuhan ialah organisma autotrof yang menghasilkan makanan sendiri melalui fotosintesis. Glukosa digunakan oleh organisma lain untuk menjana tenaga melalui pengoksidaan makanan. Eksperimen Jan-Baptista van Helmont (1640-an) menunjukkan bahawa pokok membesar dengan air yang disiram dan bukan daripada tanah. Eksperimen Joseph Priestley (1772) menunjukkan bahawa tumbuhan membebaskan oksigen ke atmosfera (m.s. 40).
Penyesuaian struktur dalam daun dengan fotosintesis
| Struktur | Penyesuaian |
|---|---|
| Epidermis atas dan bawah | Kutikel berlilin yang lut sinar membenarkan cahaya menembus ke mesofil palisad; stoma pada epidermis bawah terbuka apabila ada cahaya dan membenarkan pertukaran gas |
| Mesofil palisad | Padat dengan kloroplas yang menyerap cahaya matahari secara maksimum; klorofil menyerap tenaga cahaya |
| Mesofil berspan | Kurang kloroplas daripada mesofil palisad; banyak ruang udara membenarkan pertukaran gas dengan cepat |
| Berkas vaskular | Xilem mengangkut air dan garam mineral ke daun; floem mengangkut sukrosa hasil fotosintesis ke seluruh tumbuhan |
Struktur kloroplas
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5, m.s. 42.
| Bahagian | Ciri dan fungsi |
|---|---|
| Tilakoid | Kantung berbentuk cakera yang mengandungi klorofil; pigmen pada membran memerangkap tenaga cahaya; tapak tindak balas bersandarkan cahaya |
| Granum | Timbunan cakera tilakoid yang membentuk lapisan; menambah luas permukaan untuk fotosintesis secara optimum |
| Stroma | Bendalir tidak berwarna yang mengelilingi granum; tapak tindak balas tidak bersandarkan cahaya yang menghasilkan glukosa |
Kromatografi kertas dan nilai Rf
Kaedah kromatografi memisahkan komponen suatu campuran mengikut perbezaan keterlarutan komponen itu dalam pelarut tertentu. Dalam Aktiviti 2.3, ekstrak daun dititikkan pada garisan pensel kertas turas dan hujung kertas dicelup dalam pelarut (aseton dan petroleum eter) pada ketinggian 1 cm. Titik ekstrak tidak boleh tenggelam dalam pelarut.
Rf = jarak yang dilalui oleh pigmen ÷ jarak yang dilalui oleh pelarut
| Pigmen | Nilai Rf | Warna |
|---|---|---|
| Klorofil a | 0.60 | Biru/kehijauan |
| Klorofil b | 0.50 | Hijau |
| Karotenoid | 0.95 | Oren |
| Xantofil | 0.35 | Kuning |
| Feofitin | 0.70 | Kelabu |
Jadual 2.3, m.s. 43.
Tindak balas bersandarkan cahaya dan tindak balas tidak bersandarkan cahaya
| Tindak balas bersandarkan cahaya | Tindak balas tidak bersandarkan cahaya | |
|---|---|---|
| Tapak | Tilakoid | Stroma |
| Proses | Pigmen menyerap tenaga cahaya; elektron klorofil dirangsang ke aras tenaga lebih tinggi dan melalui siri pengangkut elektron untuk menghasilkan ATP; NADP+ menerima elektron dan bergabung dengan H+ daripada fotolisis membentuk NADPH; fotolisis air | CO2 diikat kepada sebatian organik 5 karbon membentuk sebatian organik 6 karbon; NADPH dan ATP menurunkan sebatian ini kepada monomer glukosa; glukosa terkondensasi menjadi kanji dan disimpan dalam stroma |
| Bahan tindak balas | Air | Karbon dioksida |
| Hasil | ATP, NADPH, oksigen dan air | Glukosa |
| Tenaga | Menghasilkan ATP | Menggunakan ATP |
Rajah 2.18 dan 2.19, m.s. 44 hingga 45. Kedua-dua tindak balas berlaku dalam kloroplas dan dimangkin oleh enzim.
Persamaan kimia fotosintesis: 12H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O (tenaga cahaya, klorofil)
Faktor persekitaran yang mempengaruhi kadar fotosintesis
| Faktor | Kesan |
|---|---|
| Kepekatan karbon dioksida | Kadar meningkat selagi tiada faktor pengehad lain (suhu dan keamatan cahaya). Selepas titik P kadar menjadi malar kerana keamatan cahaya menjadi faktor pengehad. |
| Keamatan cahaya | Kadar meningkat sehingga takat ketepuan cahaya (P). Selepas itu faktor lain seperti suhu atau kepekatan karbon dioksida mengehadkan kadar; pada 0.13% CO2 (Graf II) kadar maksimum lebih tinggi daripada 0.03% CO2 (Graf I). |
| Suhu | Tindak balas dimangkin oleh enzim. Suhu optimum ialah 25 °C hingga 30 °C. Suhu terlalu tinggi menyahaslikan enzim dan fotosintesis terhenti. |
| Warna cahaya | Kadar tertinggi dalam cahaya merah dan biru. Cahaya merah diserap oleh klorofil; cahaya biru diserap oleh karotenoid dan dipindahkan kepada klorofil. Daun kelihatan hijau kerana cahaya hijau dipantulkan. |
Dalam Eksperimen 2.3, Hydrilla sp. direndam dalam larutan natrium hidrogen karbonat 0.2% (membekalkan karbon dioksida). Pemboleh ubah bergerak balas ialah bilangan gelembung udara dalam 5 minit; pemboleh ubah dimanipulasikan ialah jarak mentol (20 hingga 60 cm), suhu (5 °C hingga 75 °C) atau kepekatan larutan (0.01 M hingga 0.10 M). Bilangan gelembung dicatat tiga kali dan purata dikira (m.s. 47 hingga 50).
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
2.5Titik pampasan
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5, m.s. 52.
- Di bawah titik pampasan: glukosa yang digunakan dalam respirasi lebih cepat daripada yang dihasilkan oleh fotosintesis; terdapat rugi bersih glukosa.
- Pada titik pampasan: hasil fotosintesis digunakan sepenuhnya untuk respirasi, maka tiada glukosa berlebihan.
- Di atas titik pampasan: kadar fotosintesis lebih tinggi; terdapat untung bersih glukosa, glukosa berlebihan disimpan sebagai kanji dan boleh digunakan untuk pertumbuhan, bunga, buah dan biji benih. Karbon dioksida diserap melalui stoma dan oksigen berlebihan dibebaskan ke atmosfera.
Kadar fotosintesis mesti melebihi kadar respirasi setiap hari untuk memastikan pertumbuhan dan penghasilan bunga, biji benih dan buah.
Perbandingan antara fotosintesis dengan respirasi
| Aspek | Fotosintesis | Respirasi |
|---|---|---|
| Organisma terlibat | Tumbuhan hijau dan bakteria fotosintetik | Semua organisma hidup |
| Jenis sel | Sel yang mengandungi klorofil | Semua sel |
| Jenis metabolisme | Anabolisme (mensintesis glukosa) | Katabolisme (menguraikan glukosa untuk menghasilkan tenaga) |
| Tapak | Kloroplas | Mitokondria |
| Bahan tindak balas | Gas karbon dioksida dan air | Gas oksigen dan glukosa |
| Hasil | Glukosa | Tenaga |
| Hasil sampingan | Gas oksigen dan air | Gas karbon dioksida dan air |
| Perubahan tenaga | Tenaga cahaya diserap dan ditukar kepada tenaga kimia | Tenaga kimia ditukarkan kepada ATP dan tenaga haba dibebaskan |
| Keperluan cahaya | Memerlukan cahaya | Tidak memerlukan cahaya |
Jadual 2.4, m.s. 53. Persamaan: kedua-duanya berlaku dalam organisma hidup dan melibatkan pengambilan dan pembebasan gas.