Biologi notesnota, bab 4
Pengangkutan dalam Tumbuhan
Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Biologi Tingkatan 5 (KSSM), pageshalaman 74–95
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh menjelaskan keperluan pengangkutan dalam tumbuhan dan membezakan tumbuhan vaskular dengan tumbuhan bukan vaskular (4.1.1)
- Saya boleh menghubung kait penyesuaian struktur salur xilem dan trakeid dengan pengangkutan air dan garam mineral (4.1.2)
- Saya boleh menghubung kait penyesuaian struktur tiub tapis dan sel rakan dengan pengangkutan bahan organik (4.1.3)
- Saya boleh menerangkan laluan air dan garam mineral dari tanah ke daun melalui tarikan transpirasi, tindakan kapilari dan tekanan akar (4.2.1)
- Saya boleh mendefinisikan gutasi dan menyatakan kepentingannya (4.2.2)
- Saya boleh membandingkan gutasi dengan transpirasi (4.2.3)
- Saya boleh meramalkan keadaan tumbuhan yang tidak menjalankan transpirasi dan gutasi (4.2.4)
- Saya boleh mendefinisikan translokasi (4.3.1)
- Saya boleh menjelaskan keperluan translokasi dalam tumbuhan (4.3.2)
- Saya boleh menerangkan laluan translokasi dalam tumbuhan (4.3.3)
- Saya boleh mendefinisikan fitoremediasi (4.4.1)
- Saya boleh memberi contoh penggunaan fitoremediasi dalam kehidupan (4.4.2)
- Saya boleh mengkaji keberkesanan tumbuhan fitoremediasi dalam pengawalan pencemaran air dan tanah (4.4.3)
4.1Tisu vaskular
Tisu vaskular mengangkut air, garam mineral dan nutrien ke semua sel tumbuhan. Xilem mengangkut air dan garam mineral yang diserap oleh akar ke batang dan daun. Floem mengangkut sebatian organik yang disintesis oleh daun melalui fotosintesis ke batang dan akar.
Keperluan pengangkutan dalam tumbuhan
Tumbuhan ialah organisma multisel yang terdiri daripada sel-sel yang memerlukan air dan nutrien. Saiz tumbuhan yang besar dan tinggi menyebabkan tumbuhan tidak mempunyai jumlah luas permukaan yang cukup untuk menyerap keperluan asas daripada persekitaran. Untuk mengatasi masalah ini, tumbuhan mempunyai tisu vaskular.
- Tumbuhan vaskular mempunyai sistem pengangkutan (xilem dan floem).
- Tumbuhan bukan vaskular, misalnya alga (Macrocystis pyrifera) dan lumut, tidak mempunyai sistem pengangkutan.
| Xilem | Floem | |
|---|---|---|
| Mengangkut | Air dan garam mineral | Sebatian organik terlarut seperti sukrosa, asid amino dan hormon tumbuhan |
| Arah | Dari akar ke batang dan daun | Dari daun ke bahagian lain seperti batang dan akar |
| Sel | Sel mati apabila matang, tiada sitoplasma | Sel hidup yang mempunyai sitoplasma |
| Sel utama | Salur xilem dan trakeid | Tiub tapis dan sel rakan |
| Peranan tambahan | Sokongan mekanikal kepada tumbuhan | Mengangkut bahan ke bahagian simpanan |
Pada tahun 1858, Carl Nageli memperkenalkan nama xilem dan floem sebagai tisu dalam sistem pengangkutan tumbuhan.
Penyesuaian struktur salur xilem dan trakeid
- Salur xilem ialah sel-sel mati apabila matang yang tidak mempunyai sitoplasma.
- Sel-sel itu tersusun memanjang dari hujung ke hujung untuk membentuk turus yang berterusan, maka pengangkutan air dari akar ke daun menjadi mudah.
- Dinding salur xilem mempunyai penebalan lignin yang tidak sekata. Lignin memberi kekuatan supaya salur tidak ranap oleh daya tegangan dan perubahan tekanan semasa air bergerak, dan menyokong pokok daripada lenturan.
- Trakeid juga mempunyai penebalan lignin dan liang untuk membenarkan pergerakan air ke sel trakeid bersebelahan.
Penyesuaian struktur tiub tapis dan sel rakan
Floem mengangkut dan mengagihkan sebatian organik terlarut seperti sukrosa, asid amino dan hormon tumbuhan ke seluruh pokok. Tidak seperti xilem, floem ialah sel hidup kerana mempunyai sitoplasma.
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5 (KSSM), Rajah 4.5, m.s. 78.
- Tiub tapis tidak mempunyai nukleus, ribosom dan vakuol, maka sukrosa melalui tiub tapis dengan lebih mudah.
- Di kedua-dua hujung tiub tapis terdapat plat tapis yang mempunyai liang tapis, membolehkan sebatian organik mengalir dari satu tiub tapis ke tiub tapis seterusnya.
- Sel rakan mempunyai banyak mitokondria untuk membekalkan tenaga ATP bagi mengangkut sukrosa dari daun melalui tiub tapis secara pengangkutan aktif.
Xilem ialah tisu mati dan floem ialah tisu hidup. Penebalan lignin hanya ada pada xilem; plat tapis dan sel rakan hanya ada pada floem.
Mengapakah sukrosa dapat melalui tiub tapis dengan mudah?
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Tiub tapis tidak mempunyai nukleus, ribosom dan vakuol, dan plat tapis di hujungnya mempunyai liang tapis yang menghubungkan satu tiub dengan tiub seterusnya.
Pada Aktiviti 4.1, batang saderi direndam dalam air berwarna merah selama satu jam. Tisu manakah yang diwarnakan?
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Xilem, kerana air berwarna bergerak naik melalui salur xilem. Pewarna merah menunjukkan taburan xilem dalam keratan batang saderi.
4.2Pengangkutan air dan garam mineral
Air membantu menggerakkan garam mineral dari tanah ke batang dan daun, dan memberi kesegahan kepada sel-sel supaya pokok menjadi segar. Air dan garam mineral dari tanah ke daun dibantu oleh tiga faktor: tarikan transpirasi, tindakan kapilari dan tekanan akar.
| Faktor | Penerangan |
|---|---|
| Tekanan akar | Menggerakkan air dari tanah ke dalam salur xilem akar secara osmosis. |
| Tindakan kapilari | Terhasil daripada daya lekatan dan daya lekitan molekul air; menggerakkan air ke atas melawan tarikan graviti di dalam batang pokok. |
| Tarikan transpirasi | Terhasil apabila air yang tersejat melalui stoma menarik air dari dalam daun. |
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5 (KSSM), Rajah 4.6, m.s. 79.
Pergerakan air dari tanah ke salur xilem
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5 (KSSM), Rajah 4.7, m.s. 80.
- Ion mineral dipam secara aktif oleh sel rambut akar ke dalam vakuol, maka sap sel rambut akar mempunyai keupayaan air yang rendah berbanding tanah.
- Air dari tanah meresap masuk ke dalam sel rambut akar dan sel epidermis akar secara osmosis.
- Selepas air masuk, keupayaan air dalam sel rambut akar menjadi lebih tinggi daripada sel korteks, maka air meresap dari sel rambut akar ke sel korteks secara osmosis.
- Osmosis berlaku berterusan merentasi lapisan korteks, endodermis dan perisikel.
- Hal ini mewujudkan tekanan akar yang menolak air ke dalam salur xilem akar dan seterusnya ke dalam salur xilem batang.
Pergerakan air di dalam salur xilem
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5 (KSSM), Rajah 4.8, m.s. 81.
- Bagi tumbuhan yang tinggi, tekanan akar tidak dapat menggerakkan air ke bahagian daun terutamanya pucuk. Pergerakan air dalam salur xilem batang turut dibantu oleh tindakan kapilari xilem yang dihasilkan oleh daya lekitan (antara molekul air) dan daya lekatan (antara molekul air dengan dinding xilem) serta tarikan transpirasi.
- Semasa transpirasi, air meresap keluar sebagai wap air dari ruang antara sel ke persekitaran melalui stoma yang terbuka. Sel mesofil berspan kehilangan air dan mempunyai keupayaan air yang rendah, maka air dari sel berhampiran meresap ke sel mesofil secara osmosis.
- Pergerakan ini menghasilkan tarikan transpirasi yang menarik molekul air dalam salur xilem daun untuk bergerak ke luar daun.
Laluan simplas dan laluan apoplas
Air dari sel akar ke xilem boleh melalui dua laluan: laluan simplas (melalui sitoplasma dan plasmodesmata) dan laluan apoplas (melalui ruang antara gentian selulosa di dinding sel). Sel endodermis mempunyai jalur Casparian yang tidak telap air, maka air tidak dapat melalui laluan apoplas tetapi melalui laluan simplas.
Tekanan akar sahaja tidak dapat menaikkan air ke puncak pokok yang tinggi. Tindakan kapilari dan tarikan transpirasi melakukan kerja jarak jauh.
Eksperimen 4.1 dan 4.2
| Eksperimen 4.1: tekanan akar | Eksperimen 4.2: tarikan transpirasi | |
|---|---|---|
| Susunan | Batang pokok keembung dikerat 5 cm dari permukaan tanah dan disambung ke manometer air melalui tiub getah. Sambungan disapu jeli petroleum supaya kedap udara. | Tumbuhan berdaun dan berakar dimasukkan ke dalam botol berisi air melalui gabus. Botol disambung ke tiub sisi yang mempunyai titisan minyak masak di permukaan air. |
| Pemerhatian | Selepas 30 minit, aras air dalam lengan manometer naik. | Selepas 30 minit di bawah cahaya matahari, aras air dalam tiub sisi turun. |
| Kesimpulan | Tekanan akar menolak air dari tanah ke atas melalui batang. | Tarikan transpirasi menggerakkan air dari akar ke daun. |
Minyak masak di atas air dalam tiub sisi menghalang air tersejat dari tiub sisi, maka penurunan aras air hanya disebabkan oleh tumbuhan menyerap air. Jika bilangan lamina daun dikurangkan, kadar transpirasi berkurang, jadi air ditarik lebih perlahan dan aras air dalam tiub sisi turun lebih perlahan.
Gutasi
Gutasi ialah rembesan titisan air melalui struktur khas di bahagian hujung urat daun tanpa melibatkan bahagian stoma akibat tekanan akar yang tinggi.
Gutasi berlaku apabila tekanan akar tinggi dan kadar transpirasi rendah, selalunya pada waktu malam dan awal pagi apabila udara persekitaran mempunyai kelembapan yang tinggi dan suhu persekitaran yang rendah. Tekanan akar menolak air ke bahagian daun dan pucuk tumbuhan.
Perbandingan gutasi dengan transpirasi
| Gutasi | Transpirasi | |
|---|---|---|
| Persamaan | Kedua-dua proses berlaku di bahagian daun dan melibatkan kehilangan air yang kekal dari tumbuhan. | |
| Waktu | Malam dan awal pagi | Siang yang panas dan berangin |
| Tumbuhan | Hanya tumbuhan herba | Semua tumbuhan |
| Bentuk air | Titisan air | Wap air |
| Tempat | Struktur khas di bahagian urat daun | Stoma |
| Kawalan | Berlaku apabila tekanan akar tinggi | Dikawal oleh pembukaan dan penutupan stoma |
| Kandungan air | Kaya dengan mineral | Molekul air yang tulen sahaja |
Keadaan tumbuhan yang tidak menjalankan gutasi dan transpirasi
| Jika proses tidak berlaku | Kesan terhadap tumbuhan |
|---|---|
| Tiada gutasi | Tekanan akar yang efektif tidak dapat dikekalkan, maka penyerapan air oleh sel rambut akar terganggu dalam kelembapan relatif yang tinggi. Bahan kumuh tidak dapat disingkirkan. Tekanan di dalam urat daun menjadi tinggi dan menyebabkan urat daun pecah; daun terdedah kepada jangkitan patogen dan akhirnya gugur. |
| Tiada transpirasi | Suhu optimum tumbuhan tidak dapat dikekalkan; kenaikan suhu menyebabkan enzim terganggu dan mengganggu proses biokimia seperti fotosintesis dan respirasi. Ion mineral seperti ion kalium tidak dapat diangkut dari akar ke daun untuk fotosintesis. Pengangkutan air ke seluruh pokok terganggu dan menyebabkan tumbuhan layu; tumbuhan boleh mati selepas jangka masa yang lama. |
Gutasi bukan transpirasi: gutasi mengeluarkan titisan air (bukan wap) melalui hujung urat daun dan bukan melalui stoma.
Mengapakah gutasi biasanya berlaku pada waktu malam?
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Pada waktu malam kelembapan udara tinggi dan suhu rendah, maka kadar transpirasi rendah, tetapi tekanan akar masih tinggi dan menolak air ke daun lalu keluar sebagai titisan.
4.3Translokasi
Translokasi ialah proses pengangkutan bahan-bahan organik seperti sukrosa, asid amino dan hormon di dalam floem dari daun ke bahagian lain tumbuhan seperti akar dan batang.
Serangga perosak seperti afid menghisap cecair daripada floem batang. Cecair itu mengandungi sukrosa dan asid amino, menunjukkan bahawa translokasi berlaku di dalam floem.
Keperluan translokasi
Translokasi mengangkut hasil fotosintesis dari daun ke bahagian lain untuk pertumbuhan dan respirasi seperti akar, buah, hujung pucuk atau bunga yang sedang berkembang. Translokasi juga mengangkut hasil fotosintesis yang berlebihan ke bahagian simpanan seperti rizom, umbisi dan bebawang.
Laluan translokasi
Rajah daripada buku teks Biologi Tingkatan 5 (KSSM), Rajah 4.12, m.s. 87.
- Sukrosa diangkut secara aktif ke dalam tiub tapis.
- Pengangkutan sukrosa ke dalam tiub tapis melalui sel rakan daripada sel daun mengurangkan keupayaan air di dalam tiub tapis. Air dari xilem meresap masuk ke dalam tiub tapis secara osmosis.
- Peresapan air ini meningkatkan tekanan hidrostatik di dalam tiub tapis.
- Peningkatan tekanan hidrostatik menyebabkan kandungan floem ditolak sepanjang tiub tapis sehingga ke organ tumbuhan yang lain.
- Kandungan floem (sukrosa) diangkut daripada tiub tapis ke dalam bahagian seperti batang, akar, pucuk, buah dan umbisi melalui pengangkutan aktif.
- Keupayaan air yang tinggi di dalam floem mengakibatkan resapan air kembali ke dalam xilem secara osmosis.
- Transpirasi menarik air di sepanjang salur xilem melawan arah tarikan graviti.
Translokasi berasal daripada perkataan Yunani: trans = menyeberang, lokus = tempat atau kedudukan.
Eksperimen 4.3: peranan floem
Sebahagian kulit kayu (termasuk floem) dibuang daripada dahan pokok bunga raya berbentuk gelang; xilem di dalam dibiarkan terdedah. Selepas beberapa minggu, bahagian atas gelang membengkak kerana sukrosa yang diangkut ke bawah oleh floem terkumpul di situ, manakala bahagian bawah gelang mengecut kerana tidak menerima sukrosa. Hal ini membuktikan bahawa bahan organik diangkut dalam floem.
Xilem tidak terjejas oleh gelang kulit kayu, maka batang tidak layu serta-merta. Yang terputus ialah laluan floem.
Mengapakah air dari xilem meresap masuk ke dalam tiub tapis?
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Sukrosa diangkut secara aktif ke dalam tiub tapis dan mengurangkan keupayaan air di dalamnya, maka air meresap masuk dari xilem secara osmosis dan tekanan hidrostatik meningkat.
4.4Fitoremediasi
Fitoremediasi ialah satu kaedah rawatan yang menggunakan tumbuhan untuk tujuan degradasi, pengekstrakan atau penyingkiran bahan pencemar di dalam tanah dan air.
Phyto (Yunani kuno) = tumbuhan; remedium (Latin) = memperbaiki. Kaedah ini ialah alternatif untuk merawat air sisa dengan menyingkirkan logam berat serta memerangkap nutrien dan mikroorganisma berbahaya.
Penggunaan fitoremediasi dalam kehidupan
| Tumbuhan | Kegunaan |
|---|---|
| Keladi bunting (Eichhornia crassipes) | Akar yang panjang mengumpul logam berat seperti kuprum dan plumbum dalam air. |
| Bunga matahari | Hiperakumulator untuk remediasi tanah akibat letupan loji nuklear Chernobyl, Rusia; menyingkirkan zink, kromium, kuprum, plumbum dan nikel serta bahan radioaktif sesium dan strontium. |
| Kiambang (Pistia stratiotes) | Merawat air sisa di loji kumbahan; kadar pertumbuhan cepat, mengakumulasi logam berat dan menyerap nutrien. |
| Kangkung | Akar kangkung darat menyerap merkuri dari dalam tanah; akar kangkung yang lain menyerap logam berat kadmium daripada air. |
Rebakan keladi bunting di dalam air menyebabkan oksigen terlarut berkurang sehingga ikan tidak dapat hidup.
Keberkesanan tumbuhan fitoremediasi (Eksperimen 4.4 dan 4.5)
| Eksperimen 4.4: air tasik | Eksperimen 4.5: tanah hitam | |
|---|---|---|
| Pemboleh ubah dimanipulasikan | Kehadiran pokok keladi bunting | Kehadiran pokok kangkung |
| Pemboleh ubah bergerak balas | Kandungan ammonia pada akhir eksperimen | Kandungan ammonia dalam tanah pada akhir eksperimen |
| Pemboleh ubah dimalarkan | Isi padu air tasik | Jisim tanah hitam |
| Radas kawalan | Bekas kaca B tanpa keladi bunting | Bekas B tanpa kangkung |
Menafsirkan keputusan Eksperimen 4.4
Bekas A mempunyai enam pokok keladi bunting dan bekas B tidak. Kedua-duanya bermula dengan 5 liter air tasik dan 50 ml larutan ammonium klorida. Selepas tujuh hari, bacaan ammonia dalam A jauh berkurang manakala bacaan dalam B hampir tidak berubah. Maka keladi bunting menyerap ammonia, dan hipotesis diterima: akar pokok keladi bunting berupaya menyerap kandungan ammonia dalam air tasik.Mengapakah bekas B disediakan tanpa pokok keladi bunting?
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Bekas B ialah kawalan: perubahan ammonia dalam A dapat dibandingkan dengan B dan dihubungkan dengan kehadiran keladi bunting.
Ringkasan
| Ingat | Fakta penting |
|---|---|
| Xilem | Sel mati, penebalan lignin; air dan garam mineral dari akar ke daun |
| Floem | Sel hidup; tiub tapis dengan plat tapis dan sel rakan yang mempunyai mitokondria |
| Air ke atas | Tekanan akar, tindakan kapilari (lekitan + lekatan), tarikan transpirasi |
| Gutasi | Titisan air melalui hujung urat daun; malam dan awal pagi; tekanan akar tinggi |
| Translokasi | Sukrosa diangkut aktif ke tiub tapis, air masuk secara osmosis, tekanan hidrostatik menolak kandungan floem |
| Fitoremediasi | Tumbuhan menyingkirkan bahan pencemar dari tanah dan air |