STRUKTUR DAN
FUNGSI
TUMBUHAN
UNTUK GURU
SD
Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik
dan Tenaga Kependidikan Ilmu Pengetahuan Alam (PPPPTK IPA)
STRUKTUR DAN FUNGSI
TUMBUHAN
UNTUK GURU
SD
Penulis
Drs. Wanwan Setiawan, M.M
Penelaah
Drs. M. Sohib, M.Sc.Ed
Drs. M. Syarif, M.Si
Desainer Grafis
Irman Yusron, S.Sos., Agus Maulani, A.Md., Dani Suhadi, S.Sos.
Penata Letak/Setter
Rini Nuraeni, M.Si
Diterbitkan oleh
Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik
dan Tenaga Kependidikan Ilmu Pengetahuan Alam (PPPPTK IPA)
untuk Program BERMUTU
Tahun Cetak
KATA SAMBUTAN
Program BERMUTU (Better Education through Reform Management and Universal Teacher Upgrading) merupakan upaya sistematis dalam meningkatkan mutu pendidikan secara menyeluruh dengan melibatkan berbagai institusi, baik di tingkat nasional, provinsi, maupun kabupaten. Upaya peningkatan mutu pendidikan ini, tidak terhenti sampai dengan kabupaten, tetapi memberdayakan forum asosiasi Pendidik dan Tenaga Kependidikan pada unit terkecil, yaitu KKG (Kelompok Kerja Guru) dan MGMP (Musyawarah Guru Mata Pelajaran).
Pemberdayaan secara optimal forum KKG dan MGMP, memerlukan berbagai dukungan dari kita semua, baik dalam hal fasilitasi pada tingkat kebijakan maupun dukungan pada tataran bahan analisis riil kasus, yaitu Modul Suplemen BBM (Bahan Belajar Mandiri). PPPPTK (Pusat Pengembangan dan Pemberdayaan Pendidik dan Tenaga Kependidikan), sebagai salah satu institusi yang berperan dalam pengembangan bahan belajar sesuai dengan bidang studinya telah menghasilkan modul suplemen BBM. Suplemen BBM yang dikembangkan ini, meliputi suplemen BBM: Ilmu Pengetahuan Alam, Bahasa (Indonesia dan Inggris), Matematika, dan Ilmu Pengetahuan Sosial. Adapun PPPPTK yang terlibat dalam pengembangan modul suplemen BBM yaitu PPPPTK IPA, PPPPTK Matematika, PPPPTK IPS dan PKn, dan PPPPTK Bahasa.
Modul suplemen BBM yang dikembangkan merupakan suplemen dari bahan belajar dalam forum KKG dan MGMP yang dilaksanaakan dalam kurun waktu 16 kali pertemuan (minggu), sesuai dengan program BERMUTU. Program 16 kali pertemuan ini diharapkan dapat membawa dampak dalam hal peningkatan kompetensi berkelanjutan (CPD: Continuous Professional Development), dan diharapkan dapat memperoleh pengakuan angka kredit (RPL: Recognition of Prior Learning). Dalam pengembangannya, modul ini disusun oleh Widyaiswara PPPPTK sebagai unsur NCT (National Core Team), yang melibatkan unsur Dosen LPTK, WI LPMP, dan Guru Pemandu untuk meninjau secara komprehensif. Dosen LPTK meninjau modul, antara lain berdasarkan kesesuaian dengan struktur keilmuan dan kesesuaian dengan mata kuliah tertentu di LPTK. Guru Pemandu (SD dan SMP) mengkaji modul antara lain, berdasarkan keterpakaian di KKG dan MGMP dan keterbacaan bagi guru serta kesesuaian dengan masalah yang dihadapi guru dalam melaksanakan tugas profesi. Aspek strategi pembahasan modul ini juga digunakan sebagai dasar untuk menganalisis keterlaksanaan pembahasan modul agar tinggi tingkat keterlaksanaannya dan dapat terpakai secara signifikan oleh guru dalam pembelajaran.
Jakarta, medio September 2009 Dirjen PMPTK
Dr. H. Baedhowi
KATA PENGANTAR
Modul Suplemen BBM untuk mata pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam dikembangkan
oleh PPPPTK IPA. Modul ini ditinjau juga oleh dosen LPTK, Widyaiswara LPMP, dan
Guru Pemandu (SD dan SMP). Jumlah modul yang dikembangkan berjumlah 20 buku
terdiri atas Sembilan modul untuk kegiatan di KKG dan 10 untuk kegiatan MGMP serta
satu panduan sistem pelatihan.
Modul untuk guru SD meliputi: Pengembangan Perangkat Pembelajaran; Penilaian
Hasil Belajar; Pembelajaran Aktif, Kreatif, Efektif, Menyenangkan; Model Pembelajaran
Terpadu; Hakikat IPA dan Pendidikan IPA; Struktur dan Fungsi Tumbuhan; Benda,
Sifat dan Kegunaannya; Energi dan Perubahannya; Bumi dan Alam Semesta.
Modul untuk guru SMP meliputi: Pengembangan Perangkat Pembelajaran; Penilaian
Hasil Belajar; Model Pembelajaran Langsung dan Kooperatif; Hakikat IPA dan
Pendidikan IPA; Materi dan Sifatnya; Kegunaan Bahan Kimia dalam Kehidupan; Energi
dan Perubahannya; Struktur dan Fungsi Jaringan Tumbuhan; Sistem Tata Surya; dan
Media Pembelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.
Panduan sistem pelatihan, diharapkan dapat sebagai pedoman bagi penyelenggara
yaitu LPMP, Dinas Pendidikan, PCT, DCT, dan Guru Pemandu mengelola pelatihan
dalam program BERMUTU. Dengan demikian pelaksanaan penyelenggaraan
peningkatan kompetensi guru sesuai dengan standar dan memperoleh pencapaian
sesuai dengan yang diharapkan.
Bandung, medio September 2009 Kepala PPPPTK IPA,
DAFTAR ISI
Hal
KATA PENGANTAR iii
DAFTAR ISI v
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR TABEL viii
BAB I PENDAHULUAN 1
A. Latar Belakang 1
B. Deskripsi Singkat 1
C. Tujuan 4
D. Program Penyajian 4
BAB II STRUKTUR DAN FUNGSI TUMBUHAN 9
A. Tubuh Tumbuhan 9
1. Sistem tunas dan sistem akar 10
2. Sistem tunas 18
3. Sistem akar 23
4. Tumbuhan berkayu 27
B. Nutrisi dan sistem pengangkutan pada tumbuhan 31
1. Kebutuhan nutrisi 31
2. Pengendalian penyerapan nutrisi 37
3. Pengangkutan dan konservasi air 39
4. Penyimpanan dan pengangkutan bentuk-bentuk senyawa organik 44
C. Adaptasi batang, daun, dan akar pada tumbuhan 49
D. Reproduksi pada tumbuhan 52
1. Model-model reproduksi 53
2. Pembentukan gamet pada bunga 55
3. Mikrospora menuju serbuk sari 57
4. Megaspora menuju telur 58
5. Penyerbukan dan pembuahan 59
6. Pembentukan biji dan buah 63
E. Aplikasi dalam Pembelajaran 66
BAB III RANGKUMAN 69
BAB IV EVALUASI 73
DAFTAR PUSTAKA 79
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1. Skema Tubuh Tumbuhan 10
Gambar 2.2. Potongan melintang batang tumbuhan Angiospermae 11
Gambar 2.3. Contoh Jaringan Dasar. Penampang melintang batang bunga
matahari. 12
Gambar 2.4. Sklereid daging buah pir 13
Gambar 2.5. Contoh sel-sel pada xylem dan floem tersusun dalam suatu ikatan
berada pada jaringan dasar suatu batang. 14
Gambar 2.6. Tipe-tipe sel utama pada xilem yang mengalirkan air dan
garam-garam mineral terlarut. 15
Gambar 2.7. (a) Penampang melintang batang jagung, menunjukkan bagian epidermis
(b) Permukaan epidermis daun jagung 16
Gambar 2.8. Perkiraan lokasi meristem primer (kuning) dan meristem lateral (merah) pada tumbuhan yang memperlihatkan pertumbuhan primer
dan pertumbuhan sekunder. 17
Gambar 2.9. Struktur batang jagung; tumbuhan monokotil 18
Gambar 2.10. Struktur batang alfalfa; tumbuhan dikotil 19
Gambar 2.11. (a) Awal perkembangan daun pada ujung tunas tumbuhan koleus
(b) dan (c) mikrograf skaning elektron ujung tunas tumbuhan yang
sama 19
Gambar 2.12. a. sketsa susunan kuncup pada cabang pohon walnut berumur 3
tahun. b-d. Pembentukan daun pada pohon dogwood 20
Gambar 2.13. Bentuk umum daun tumbuhan dikotil (kiri) dan daun tumbuhan monokotil (kanan). Gambar atas memperlihatkan contoh beberapa
daun tunggal dan daun majemuk. 21
Gambar 2.14. Tulang daun; Jalinan anak tulang daun tersebar di jaringan
fotosintetik 22
Gambar 2.15. struktur internal daun; menunjukkan sel-sel daun yang berbeda. 22
Gambar 2.16. Sistem akar tunggang; b. Sistem akar serabut 23
Gambar 2.18. Penampang melintang akar jagung; Pembagian jaringan dasar: empulur dan korteks.
25
Gambar 2.19. Penampang melintang akar muda 26
Gambar 2.20. Plasmodesmata, suatu saluran yang melintasi dinding sel. 26
Gambar 2.21. Pembentukan akar lateral 27
Gambar 2.22. Struktur batang tumbuhan berkayu, memperlihatkan pertumbuhan
sekunder 28
Gambar 2.23. Hubungan antara kambium vaskuler dan sel-sel turunannya (xilem
sekunder dan floem sekunder). 29
Gambar 2.24. Pertumbuhan sekunder pada akar dikotil (penampang melintang). 29
Gambar 2.25. Lokasi kambium vaskuler pada batang tua memperlihatkan
pertumbuhan sekunder 30
Gambar 2.26. Lapisan pertumbuhan tahunan atau lingkar tahunan batang pinus (kiri). Gambaran mikrograf pola pertumbuhan tahunan tumbuhan
dikotil: Querecus rubra (kanan). 30
Gambar 2.27. Pengambilan makanan pada bintil akar tumbuhan kacang-kacangan 35
Gambar 2.28. Rambut akar 36
Gambar 2.29. Lokasi dan fungsi pita kaspari dalam akar. 38
Gambar 2.30. Proses saling keterkaitan yang mempengaruhi pertumbuhan
tumbuhan. 38
Gambar 2.31. Teori tegangan kohesi pengangkutan air 40
Gambar 2.32. Penjelasan akumulasi kalium pada sel penutup stomata yang
membesar. 42
Gambar 2.33. Tetesan madu dari ujung ekor kutu daun yang memakan gula yang
diambil dari floem tumbuhan. 45
Gambar 2.34. Penampang membujur irisan sel utama pada floem. 45
Gambar 2.35. Tahapan pemindahan nutrisi 48
Gambar 2.36. Siklus hidup tumbuhan berbunga pada umumnya. 54
Gambar 2.37. Susunan bagian-bagian bunga dengan putik tunggal. 55
Gambar 2.38. Tempat beberapa bagian bunga mawar. 56
Gambar 2.39. Skaning mikrograf serbuk sari a. ros, b. rumput, c. jenis lain dari
serbuk sari. 57
Gambar 2.40. Tahap perkembangan gametofit jantan. 58
Gambar 2.41. Beberapa tahap perkembangan tumbuhan dikotil 62
Gambar 2.42. Irisan membujur biji jagung 64
Gambar 2.43. Berbagai jenis buah; a. Nanas, buah majemuk, b. Mahoni, buah
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 2.1. Elemen Esensial Tumbuhan Darat 10
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Sasaran pengembangan Program BERMUTU adalah untuk mendukung upaya
peningkatan kualitas dan kinerja guru melalui peningkatan penguasaan materi
pembelajaran dan keterampilan mengajar di kelas. Untuk mendukung tercapainya
sasaran pengembangan program tersebut, khususnya dalam hal peningkatan
penguasan materi pembelajaran, PPPPTK mengembangkan modul-modul/bahan
diklat yang akan digunakan dalam kegiatan di KKG dan MGMP.
Seperti diketahui, guru-guru SD yang ada saat ini memiliki latar belakang
pendidikan yang bervariasi, tidak spesifik dengan latar belakang mata pelajaran
tertentu seperti halnya pada guru sekolah lanjutan. Dalam hal ini, tidak banyak
guru SD yang memiliki latar belakang pendidikan IPA secara khusus. Selain itu,
ilmu pengetahuan dan teknologi dari waktu ke waktu terus berkembang. Demikian
pula halnya di bidang ilmu pengetahuan alam. Kemajuan ini tentunya perlu diikuti
oleh semua guru sehingga ilmu pengetahuan yang disampaikan kepada peserta
didik selalu mengikuti perkembangan. Berdasarkan hal tersebut di atas,
diharapkan modul ini dapat membantu memecahkan masalah tersebut.
B. Deskripsi Singkat
Ruang Lingkup bahan kajian IPA untuk SD/MI (Permendiknas No 22 Th 2006
tentang Standar Isi Mata pelajaran IPA SD) meliputi empat aspek (1) Makhluk
hidup dan proses kehidupan, yaitu manusia, hewan, tumbuhan dan interaksinya
dengan lingkungan, serta kesehatan; (2) Benda/materi, sifat-sifat dan
kegunaannya meliputi cair, padat, dan gas; (3) Energi dan perubahannya meliputi:
gaya, bunyi, panas, magnet, listrik, cahaya dan pesawat sederhana; dan (4) Bumi
dan alam semesta meliputi: tanah, bumi, tata surya, dan benda-benda langit
lainnya.
Modul ini (Struktur dan Fungsi Tumbuhan) disusun sebagai bahan
sewaktu membahas salah satu dari aspek “Makhluk hidup dan proses kehidupan” yaitu tentang tumbuhan. Materi tumbuhan yang harus dikuasai siswa sesuai
tuntutan standar kompetensi (SK) dan kompetensi dasar (KD) untuk kelas tinggi
tersebar mulai di kelas 4 (struktur akar, batang, daun, dan bunga); kelas 5 (cara
tumbuhan hijau membuat makanan, ketergantungan manusia dan hewan pada
tumbuhan, dan penyesuaian diri tumbuhan dengan lingkungannya); kelas 6
(ciri-ciri khusus yang dimiliki tumbuhan, dan perkembangbiakkan tumbuhan). Namun
demikian lingkup materi yang dibahas dalam modul ini tidak seluruhnya dapat
memberikan pencerahan sesuai dengan tuntutan SK dan KD di atas, karena salah
satu materi IPA di kelas 5 (cara tumbuhan hijau membuat makanan) tidak
termasuk dalam lingkup struktur dan fungsi tumbuhan melainkan termasuk dalam
lingkup fisiologi tumbuhan.
Secara garis besar materi yang dibahas adalah sebagai berikut.
Pembahasan diawali dengan memperkenalkan tubuh tumbuhan berdasarkan
morfologi (bentuk tubuh) dan anatomi (struktur internal) tumbuhan berbunga atau
angiospermae. Tubuh tumbuhan dibedakan dalam dua sistem utama yaitu: (1)
sistem akar (root system), yaitu bagian tumbuhan yang biasanya ada di dalam
tanah, seperti akar, umbi, dan rizoma; (2) sistem tunas (shoot system). Sistem
tunas adalah bagian tumbuhan yang biasanya berada di atas tanah, termasuk
organ-organ seperti daun, tunas, batang, bunga, dan buah. Dalam sistem tunas
dan sistem akar pada tumbuhan muda memiliki tiga jaringan utama yaitu: (1)
jaringan dasar (ground tissue), (2) jaringan pembuluh, tersebar di dalam jaringan
dasar, dan (3) jaringan dermal. Masing-masing jaringan sambung menyambung di
seluruh tubuh tumbuhan.
Tumbuhan tumbuh pada bagian ujung-ujungnya yaitu pada ujung akar dan
ujung tunas. Pada setiap bagian ujung itu terdapati daerah yang ditempati oleh
sel-sel yang tidak berdiferensiasi (meristem apikal). Sel-sel ini membelah dengan
cepat, memanjang, dan berkembang menjadi sel-sel khusus yaitu jaringan dermal,
jaringan dasar, dan jaringan vaskular. Pertumbuhan pada ujung-ujung akar dan
tunas itu menghasilkan jaringan primer dalam tubuh tumbuhan.
Banyak tumbuhan yang memperlihatkan pertumbuhan sekunder, yang
meningkatkan diameter akar dan batang tumbuhan. Tubuh sekunder tumbuhan
terdiri atas jaringan yang dihasilkan selama pertumbuhan sekunder yaitu:
kambium pembuluh yang menghasilkan xilem sekunder (kayu) floem, serta
menggantikan epidermis pada batang dan akar. Pertumbuhan sekunder akan
menghasilkan suatu jaringan yang biasa kita sebut dengan istilah kayu.
Selanjutnya adalah pembahasan mengenai nutrisi tumbuhan serta
pengangkutannya. Banyak aspek dari struktur dan fungsi tumbuhan yang secara
adaptif merespon terhadap suatu keadaan kekurangan air, mineral, dan sumber
lingkungan lainnya.
Daun memiliki suatu pintu lintasan (stomata) yang terbentang pada
epidermis. Kebanyakan tumbuhan memelihara air dengan menutup stomata pada
malam hari. Tumbuhan akan kehilangan air pada siang hari, ketika stomata tetap
terbuka sehingga karbondioksida dapat masuk dan berpindah ke dalam daun
(yang digunakan dalam proses fotosisntesis).
Tumbuhan memiliki mekanisme khusus untuk pengangkutan air. Air tertarik “mendaki” dari akar menuju bagian tumbuhan yang bersifat aerial. Air berpindah melalui xilem sebagai hasil penguapan dari bagian-bagian tumbuhan (transpirasi).
Pengangkutan sukrosa dan senyawa organik lainnya pada tumbuhan dilakukan
dengan suatu mekanisme khusus yang disebut translokasi. Pengangkutan terjadi
di dalam suatu sistem tabung penyaring saling berhubungan yang meluas
sepanjang tumbuhan. Translokasi terjadi karena perbedaan tekanan turgor dalam
tabung penyaring dimana senyawa-senyawa dimasukkan ke dalam sistem dan
dikeluarkan dari sistem.
Bahasan mengenai reproduksi pada tumbuhan menyangkut reproduksi
seksual dan reproduksi aseksual. Pada tumbuhan berbunga, reproduksi seksual
membutuhkan produksi spora seperti halnya gamet. Spora dibentuk dalam suatu
struktur reproduksi khusus disebut bunga. Pada banyak spesies, bunga bekerja
sama dengan serangga, burung, dan hewan lainnya yang membantu dalam
polinasi dan penyebaran benih.
Struktur bunga jantan memproduksi mikrospora haploid yang berkembang
menjadi gametofit jantan yang belum dewasa (butir serbuk sari). Sperma dibentuk
di dalam butir serbuk sari. Struktur bunga betina memproduksi megaspora haploid
yang berkembang menjadi gametofit betina. Telur dibentuk di dalam gametofit
betina. Butir serbuk sari dilepaskan dari tumbuhan induk dan beradaptasi dalam
rangka perjalanannya menuju telur. Gametofit betina yang tersisa tetap melekat
pada tumbuhan induk dan terpelihara oleh tumbuhan induk tersebut. Melalui
terdiri dari sebuah sporofit embrio dan jaringan-jaringan yang memiliki fungsi
nutrisi, proteksi, dan penyebaran.
Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan bergantung pada pengaruh
beberapa hormon berbeda. Hormon tersebut diproduksi oleh sel-sel pada
bagian-bagian tertentu dalam tumbuhan, yang seringkali diangkut menuju sel-sel pada
bagian tumbuhan lainnya dimana hormon tersebut memicu perubahan dalam
aktifitas metabolisme. Perubahan metabolik tersebut memiliki dampak yang
mudah diprediksi, contohnya ketika perubahan metabolik tersebut dapat
mempengaruhi batang untuk memanjang.
Selanjutnya, modul ini juga dilengkapi dengan aplikasi dalam
pembelajaran, berupa saran-saran tentang strategi pembelajaran siswa di kelas.
C. Tujuan
Setelah mempelajari uraian materi dalam modul ini, diharapkan Anda dapat:
1. mendeskripsikan sistem utama tubuh tumbuhan;
2. menjelaskan hubungan antara struktur dan fungsi pada tiga jaringan utama
tumbuhan (jaringan dasar, jaringan pembuluh, dan jaringan dermal);
3. menjelaskan mekanisme pertumbuhan sekunder pada tumbuhan berkayu;
4. mendeskripsikan mekanisme pengambilan air dan nutrisi pada tumbuhan;
5. mendeskripsikan mekanisme pengangkutan zat-zat organik di dalam tubuh
tumbuhan;
6. menjelaskan mekanisme perkembangbiakan pada tumbuhan;
7. menyusun rencana pembelajaran yang terkait dengan materi struktur dan
fungsi tumbuhan.
D. Program Penyajian
Modul ini dapat digunakan sebagai pendukung Bahan Belajar Mandiri mata
pelajaran IPA di SD kelas tinggi terkait dengan topik Perencanaan Tindakan.
Bahwa pada topik perencanaan tindakan itu guru peserta di KKG diminta
membuat RPP untuk topik-topik terpilih sesuai permasalahan yang ditemukan.
Sebelum menentukan indikator pembelajaran guru harus menentukan kedalaman
dan keluasan konsep-konsep yang harus dikuasai siswa. Modul pengayaan materi
No. Kelas/
Semester Standar Kompetensi Kompetensi Dasar
1. IV/1 2. Memahami hubungan antara struktur bagian tumbuhan dengan fungsinya
2.1. Menjelaskan hubungan antara struktur akar tumbuhan dengan fungsinya
2.2. Menjelaskan hubungan antara struktur batang tumbuhan dengan fungsinya
2.3. Menjelaskan hubungan antara struktur daun tumbuhan dengan fungsinya
2.4. Menjelaskan hubungan antara bunga dengan fungsinya
2. VI/1 1. Memahami hubungan antara ciri-ciri makhluk hidup dengan lingkungan tempat hidupnya
1.2 Mendeskripsikan hubungan antara ciri-ciri khusus yang dimiliki tumbuhan (kaktus, tumbuhan pemakan serangga) dengan lingkungan hidupnya
3. 2. Memahami cara perkembangbiakkan makhluk hidup
2.3. Mengidentifikasi cara
perkembangbiakkan tumbuhan dan hewan
Jika materi ini menjadi pilihan yang dibahas di KKG maka alternatif
penyajiannya disarankan antara minimal 8 jam pelajaran @ 45 menit. Metode
Alur Kegiatan
Kegiatan 1 : 10 menit
Penjelasan umum:
Topik yang akan dipelajari, tujuan, kegiatan belajar yang akan dilakukan guru peserta diskusi, dan produk kegiatan belajar yang diharapkan dari kegiatan belajar.
Kegiatan 2: 25 menit
Curah pendapat
Diskusi dan tanya jawab tentang kesulitan serta solusinya dalam melaksanakan pembelajaran materi:
struktur bagian tumbuhan
hubungan antara ciri-ciri tumbuhan dengan lingkungannya
perkembangbiakan tumbuhan
Kegiatan 3: 145 menit
Pengkajian modul:
Kerja kelompok
Membuat rangkum-an materi yrangkum-ang ada pada modul
Menjawab
pertanyaan-pertanya-an ypertanyaan-pertanya-ang ada pada modul
Pleno
laporan hasil kerja kelompok
Kegiatan 4: 135 menit
Kegiatan praktikum:
Kerja kelompok
Melakukan pengamatan langsung terhadap jaringan tumbuhan melalui mikroskop
Membandingkan antara hasil pengamatan dan diagram jaringan tumbuhan
Pleno
Laporan hasil kerja keompok Kegiatan 5: 45 menit
Penutup
Penjelasan tugas mandiri : Menyusun rencana pembelajaran
Penjelasan Alur Kegiatan
Kegiatan 1: Penjelasan Umum (10 menit)
Awal pertemuan, guru pemandu menginformasikan topik yang akan
dipelajari, tujuan, kegiatan belajar yang akan dilakukan guru peserta
diskusi, dan produk kegiatan belajar yang diharapkan dari kegiatan
belajar sebagai kelengkapan portofolio. Hubungan antara materi modul
dengan materi IPA SD sesuai dengan standar isi dapat dilihat pada Tabel 2.3 Materi IPA SD yang Berhubungan dengan Modul “Struktur dan Fungsi Tumbuhan”.
Kegiatan 2: Curah Pendapat (25 menit)
Diskusi dan tanya jawab tentang kesulitan serta solusinya dalam
melaksanakan pembelajaran materi:
struktur bagian tumbuhan
hubungan antara ciri-ciri tumbuhan dengan lingkungannya
perkembangbiakan tumbuhan
Dijaring juga kesulitan guru tersebut apakah masalah yang berkaitan
dengan keluasan dan kedalaman materi, model pembelajaran, media,
ataukah evaluasinya.
Kegiatan 3: Pengkajian modul (145 menit)
Kerja kelompok:
Peserta dibagi dalam tiga kelompok besar, masing masing kelompok
mengkaji satu topik dalam modul yaitu :
Tubuh tumbuhan
Nutrisi dan system pengangkutan pada tumbuhan
Reproduksi pada tumbuhan
Rangkuman materi yang ada pada modul: dapat berupa peta konsep
bagan konsep, mind map, atau bentuk lain yang sesuai dengan
kemampuan peserta.
Pertanyaan-pertanyaan yang ada pada modul didiskusikan.
Kegiatan 4: Kegiatan praktikum ( 135 menit)
Kerja kelompok
Peserta melakukan kegiatan praktik tentang: Struktur tumbuhan dan
Reproduksi pada tumbuhan (Lembar kegiatan terlampir.)
Hasil praktik dilaporkan dan didiskusikan.
Kegiatan 5: Penutup (45 menit)
Penjelasan tugas mandiri : Peserta diminta menyusun rencana
pembelajaran yang terkait dengan modul yaitu
struktur bagian tumbuhan
hubungan antara ciri-ciri tumbuhan dengan lingkungannya
perkembangbiakan tumbuhan
BAB II
STRUKTUR DAN FUNGSI
TUMBUHAN
A. Tubuh Tumbuhan
Di bumi ini terdapat lebih dari 275.000 jenis tumbuhan, dan tidak satupun jenis
tumbuhan yang dapat digunakan sebagai contoh khusus yang dapat mewakili
tubuh tumbuhan secara keseluruhan. Namun demikian, tumbuhan yang paling
dikenal secara luas adalah Angiospermae dan Gimnospermae.
Angiospermae adalah tumbuhan berbunga, seperti bakung, pohon
mangga, dan jagung, disamping menghasilkan bunga, yang merupakan struktur
reproduksi juga menghasilkan biji yang ditutupi rapat dengan lapisan jaringan
pelindung. Biji itu dihasilkan di dalam suatu ruangan terlindungi yang disebut
ovarium (indung telur). Sedangkan Gimnospermae, contohnya pohon cemara dan
pinus, tumbuhan ini menghasilkan biji terbuka terletak pada permukaan struktur
reproduksi (tidak terbungkus dalam suatu ruangan khusus).
Angiospermae merupakan kelompok terbesar dari tumbuhan berpembuluh,
sehingga dalam modul ini tumbuhan tersebut akan dijadikan fokus pembahasan.
Anatomi dasar tumbuhan menunjukkan sejarah evolusinya sebagai makhluk hidup
yang hidup di darat. Suatu tumbuhan darat harus menempati dua lingkungan yang
berbeda yaitu tanah dan udara, pada waktu bersamaan harus mengambil sumber
daya dari kedua lingkungan itu. Tanah menyediakan air dan mineral, udara
merupakan sumber utama CO2, cahaya tidak bisa menembus jauh ke dalam
tanah. Solusi evolusioner terhadap pemisahan sumber daya ini adalah diferensiasi
tubuh tumbuhan menjadi dua sistem utama yaitu sistem akar (root system) yang
biasanya berada di bawah permukaan tanah dan sistem tunas (shoot system)
bagian tumbuhan yang biasanya berada di atas tanah, termasuk organ-organ
1. Sistem Tunas dan Sistem Akar
Ciri khas tumbuhan berbunga adalah memiliki perkembangan sistem tunas dan
sistem akar yang baik. Pada Gambar 2.1 di bawah ini, terlihat bahwa kedua sistem
itu terdapat berkas pembuluh (jaringan vaskuler), saluran pengangkutan air,
mineral, dan zat organik ke seluruh bagian tubuh tumbuhan. Sistem tunas terdiri
atas batang, daun, dan struktur reproduksi. Batang berperan sebagai kerangka
tumbuhan untuk tumbuh ke atas. Dengan demikian, jaringan fotosintetik pada
daun dapat dikenai cahaya, dan penyerbukan pada bunga dapat terlaksana
dengan baik. Beberapa bagian pada sistem ini berperan sebagai tempat
penyimpanan makanan. Sistem Akar, umumnya tumbuh di bawah permukaan
tanah, berfungsi menyerap air dan mineral terlarut dari tanah. Pada beberapa jenis
tumbuhan, sistem akar merupakan tempat menyimpan makanan, melekatkan dan
menopang tubuh tumbuhan.
Sistem tunas dan sistem akar pada
tumbuhan muda memiliki tiga jaringan
utama yaitu: (1) jaringan dasar (ground
tissue), (2) jaringan pembuluh, tersebar di
dalam jaringan dasar, dan (3) jaringan
dermal, berfungsi sebagai pelindung yang
menutupi bagian luar tubuh tumbuhan.
Masing-masing jaringan sambung
menyambung di seluruh tubuh tumbuhan.
a. Jaringan Dasar
Sistem jaringan dasar merupakan
bagian terbesar penyusun tubuh
tumbuhan muda, menempati ruangan
antara sistem jaringan dermal dan
sistem jaringan pembuluh. Jaringan
dasar terdiri dari tiga jenis yaitu
parenkima, kolenkima, dan sklerenkima.
Ketiganya dibedakan terutama
berdasarkan pada struktur dinding
Seperti yang telah Anda ketahui, bahwa semua sel-sel yang baru akan
membentuk suatu dinding sel primer, yang disusun oleh ikatan helaian
selulosa. Selanjutnya, pada bermacam jenis sel tumbuhan terjadi penambahan
selulosa dan bahan lainnya ke dalam dinding primer, membentuk dinding sel
sekunder. Selulosa pada dinding sel itu merupakan polisakarida. Jenis bahan
yang lain pada dinding sel adalah pektin, berupa polisakarida yang
mengandung garam kalsium dan magnesium. Bahan-bahan itu menumpuk
pada lamella tengah, yaitu lapisan yang menghubungkan dinding primer sel
yang satu dengan sel lainnya, dan membantu mengikatkan sel-sel yang
berdekatan.
1) Parenkima
Sebagian besar jaringan dasar tumbuhan terdiri atas sel-sel parenkima. Sel
ini umumnya memiliki dinding sel primer yang tipis dan lunak. Sebagai
contoh, bahan lunak pada tangkai seledri adalah massa sel parenkima. Pada
batang, akar, daun, bunga, dan daging buah sel-sel parenkima membentuk
suatu massa, bersama dengan rongga udara di antara sel-selnya.
Berbagai jenis sel-sel parenkima berperan dalam fotosintesis,
penyimpanan, sekresi, dan peran lainnya. Sel-sel parenkima tetap hidup
sampai sel dalam keadaan dewasa, dan siap untuk tahap pembelahan sel.
Jika Anda melihat suatu goresan pada tumbuhan, di tempat tersebut sel-sel
parenkima sedang bekerja, menyembuhkan luka dan kadangkala melakukan
regenerasi pada bagian tumbuhan yang lepas.
Jaringan parenkima dijumpai pada kulit batang, kulit akar, daging
daun, daging buah dan endosperm. Bentuk sel parenkim bermacam-macam.
Sel parenkim yang mengandung klorofil disebut klorenkim, yang
mengandung rongga-rongga udara disebut aerenkim.
2) Kolenkima
Kolenkima merupakan jaringan dasar
yang membantu menguatkan tubuh
tumbuhan. Umumnya sel-sel ini
bentuknya membulat atau silinder,
terletak tepat di bawah jaringan dermal
batang dan tangkai daun. Sebagai
contoh, kolenkima adalah benang atau
tali lunak pada tangkai seledri. Sel-sel
kolenkima tetap hidup hingga sel itu
dewasa. Dinding sel primer menjadi
tebal diisi dengan selulosa dan pektin,
sampai ke bagian sudut selnya. Akibat
interaksi dua senyawa ini membuat
kolenkima begitu liat. Apabila jaringan
ini mengalami suatu tarikan semasa
pertumbuhan, bentuk baru sel-selnya
tetap dipertahankan.
3) Sklerenkima
Bagian tumbuhan dewasa memperoleh
dukungan mekanik dan perlindungan
dari sklerenkima. Pada jaringan dasar
ini, dinding sel sekundernya mengalami
penebalan sehingga menjadi kaku atau
liat.
a. Parenkima
b.Kolenkima
c. Sklerenkima
Pada umumnya dinding sel sekunder diisi dengan lignin. Lignin mengandung
gula alkohol dengan kandungan yang beragam, bergantung pada jenis
tumbuhannya. Pada proses lignifikasi, senyawa ini mula-mula disimpan pada
sudut-sudut sel, kemudian menyebar ke lamella tengah. Keberadaan lignin
ini menimbulkan tiga efek. Pertama menambatkan selulosa pada dinding sel
sehingga bagian tersebut menjadi kuat dan kaku. Kedua, lignin menjadi
lapisan penutup yang stabil di sekeliling komponen dinding sel lainnya dan
melindungi sel dari kerusakan secara fisik atau kimiawi.
Ketiga, lignin membentuk suatu penghalang anti air di sekeliling
selulosa. Jika terjadi penumpukan lignin, air tidak dapat membuat dinding sel
berair dan tidak dapat melunakkannya. Dalam hal ini, banyak ahli biologi
yang meyakini bahwa tumbuhan berpembuluh muncul manakala sel-sel
tumbuhan mengembangkan kemampuannya untuk lignifikasi.
Sel-sel sklerenkima, dinamakan sklereid dan serabut/serat (fibers),
yang karena berkaitan dengan kemampuannya dalam memberikan kekuatan
dan perlindungan bagian-bagian tumbuhan. Serat tumbuhan berukuran
panjang, bersatu dalam ikatan berbentuk pita sejajar. Serat-serat itu dapat
dibentuk benang halus dan dipilin tanpa peregangan, diolah di pabrik
menjadi tali, kertas dan benang. Susunan sklereid mirip lembaran, berperan
sebagai pembungkus yang kuat melindungi bagian luar biji. Batok kelapa
adalah contoh yang baik dari bagian tubuh tumbuhan yang mengandung
serabut dan sklereid. Sklereida juga terdapat menyebar pada daging buah
pir, sehingga tekstur daging buah itu seperti berpasir (Gambar 2.4).
Beberapa selnya berdinding tebal berlignin, ciri dari sklereida.
Tentu saja, bila setiap sel membungkus dirinya dengan dinding sel
berlignin, pada akhirnya akan membunuh dirinya sendiri. Hal ini terjadi
karena antara sel dengan lingkungannya tidak akan terjadi pertukaran gas,
makanan, dan materi lain. Ketika terjadi lignifikasi pada dinding sel, akan
terbentuk suatu rongga dan lubang lainnya yang berfungsi sebagai saluran
antara sel-sel dengan lingkungan luar. Sebagaimana Anda ketahui, jumlah
dan ukuran bukaan sejenis pori itu, bervariasi bergantung pada peran sel-sel
yang bersangkutan.
b. Jaringan Vaskuler (Jaringan Pengangkut)
Pada tumbuhan berbunga terdapat
dua jenis jaringan vaskuler, yaitu xilem
dan floem. Kedua jenis jaringan ini
disusun oleh sel-sel penghantaran
khusus, serat, dan sel parenkima
dalam satu kelompok membentuk
ikatan khusus.
1) Xilem
Xilem berfungsi mengangkut air dan
material terlarut yang diserap dari
tanah. Disamping ini juga berperan
sebagai pendukung tumbuhan
secara mekanik.
Sel-sel pengangkutan air itu
saling bersambungan atau menyatu
di bagian ujung-ujung selnya,
membentuk pipa kapiler di
sepanjang akar, batang, dan daun.
Unsur utama xilem adalah trakeid dan unsur pembuluh (vessel element).
Kedua jenis sel-sel itu mati pada saat dewasa dan seluruh atau sebagian
dinding selnya mengandung lignin.
Trakeid merupakan sel-sel panjang dengan ujung yang lancip, antara
sel yang satu dengan yang lain saling berhubungan pada ujung-ujungnya.
Air mengalir dari sel yang satu ke sel yang lain melalui bagian dinding sel
yang tipis disebut ceruk.
Pembuluh xilem sel-selnya lebih pendek, berdinding tebal,
ujung-ujung selnya terbuka, yang satu dengan yang lain bersambungan
membentuk pembuluh, sehingga air dapat mengalir dengan bebas. Sel-sel
pembuluh ini memiliki celah dan lempeng perforasi, masing-masing terbuka
pada ujung-ujung dinding selnya. Pada beberapa sel pembuluh kayu hanya
memiliki satu bukaan yang besar. Pada unsur pembuluh yang lain, terdapat
suatu jeruji mirip tangga terentang menyilang ujung sel yang terbuka, atau
memiliki sekumpulan lempeng perforasi kecil yang melingkar.
Gambar 2.6 di atas, memperlihatkan trakeid dan sel-sel pembuluh,
bentuk-bentuk merupakan bentuk sel utama pada xilem yang
menghantarkan air dan garam mineral terlarut ke seluruh tubuh tumbuhan
berpembuluh.
2) Floem
Floem merupakan jaringan vaskuler yang menyalurkan zat makanan (gula
dan zat terlarut lainnya) hasil fotosintesis dari daun ke seluruh bagian
tumbuhan. Pada umumnya floem disusun oleh sel-sel pembuluh tapis, sel
pendamping, serabut floem, sklereid, dan parenkima floem. Unsur utama
floem adalah pembuluh tapis dan parenkima floem. Pembuluh tapis
sel-selnya hidup hingga dewasa. Pada dinding sel-selnya terdapat pori-pori yang
menghubungkan materi sitoplasma antara sel-sel yang berdekatan. Pada
kebanyakan tumbuhan, sel-sel pendamping membantu pembuluh tapis
mengangkut gula hasil fotosintesis dari daun. Pada tumbuhan lain, sel
pendamping tidak menyalurkan gula namun bertindak sebagai tempat
penyimpanan makanan.
c. Jaringan Dermal
Jaringan dermal berfungsi membatasi hilangnya air dari tumbuhan, menahan
serangan mikroba, dan pada tumbuhan berkayu jaringan ini melindungi, secara
fisik, jaringan yang berada di bagian lebih dalam. Jaringan dermal dapat
dibedakan atas jaringan epidermis dan periderma (jaringan gabus).
Gambar 2.7. (a) Penampang melintang batang jagung, menunjukkan bagian epidermis
(b) Permukaan epidermis daun jagung
1) Epidermis
Biasanya hanya terdiri atas selapis sel, berbentuk pipih dan tersusun rapat.
Merupakan jaringan terluar tumbuhan yang menutupi seluruh tubuh
tumbuhan mulai dari akar, batang, hingga daun. Permukaan dinding luar sel
epidermis dilapisi lilin yang kemudian terbenam dalam suatu senyawa lemak
(kutin). Penutup permukaan luar dinding sel epidermis itu disebut kutikula,
berfungsi menjaga lepasnya air dan menjaga menahan mikroba. Pada
tumbuhan yang sudah mengalami pertumbuhan sekunder, akar dan
2) Periderma
Periderma atau jaringan gabus merupakan pengganti epidermis ketika akar
dan batang tumbuhan diameternya bertambah besar dan berkayu, berfungsi
sebagai lapisan pelindung. Pada tumbuhan, uap air seperti halnya
karbondioksida dan oksigen umumnya bergerak melewati epidermis pada
celah-celah di antara pasangan sel-sel pendamping. Celah di antara
pasangan sel pendamping ini dinamakan stoma (jamak; stomata).
d. Pembentukan Jaringan pada Tumbuhan : Meristem
Tumbuhan yang baru mengalami pertumbuhan dan bagian-bagian tumbuhan
yang lebih tua menjadi panjang melalui pembelahan dan pembesaran sel pada
ujung akar dan ujung tunas. Pertumbuhan pada ujung akar dan di ujung-ujung
tunas ini dikenal sebagai pertumbuhan primer.
Pada setiap ujung akar dan ujung tunas ini
terdapat suatu massa sel berbentuk kubah,
disebut meristem apikal. Turunan dari
beberapa sel ini berkembang menjadi
jaringan penguat pada ujung-ujung akar
dan ujung tunas tersebut.
Satu sel induk yang disebut
protoderm, akan menghasilkan epidermis;
sel induk lainnya yaitu meristem dasar
menghasilkan jaringan dasar. Sel induk
ketiga adalah prokambium, sebagai
penghasil xilem primer dan floem primer.
Sel-sel yang lain pada daerah meristem itu
membelah diri tetap menjadi meristem
apikal.
Banyak tumbuhan, seperti jagung, akan mati setelah sekali musim
pertumbuhan primer. Tumbuhan berkayu menunjukkan adanya pertumbuhan
sekunder pada daerah selain pada ujung akar dan ujung tunas.
Pertumbuhan sekunder berasal dari pengabadian sendiri massa
jaringan yang disebut meristem lateral, dan meristem lateral ini meningkatkan
diameter akar dan batang yang lebih tua.
2. Sistem Tunas
a. Susunan Berkas Pembuluh pada Sistem Tunas
Jaringan primer pada batang tumbuhan monokotil dan dikotil diorganisasikan
dalam satu dari dua pola, bergantung pada penyebaran berkas pembuluh.
Berkas pembuluh adalah susunan xilem dan floem primer yang terletak pada
jaringan dasar akar, batang, dan daun.
Batang pada kebanyakan tumbuhan monokotil (dan beberapa tumbuhan
dikotil) memiliki berkas pembuluh menyebar pada jaringan dasar. Batang pada
kebanyakan tumbuhan dikotil memiliki susunan berkas pembuluh seperti cincin
yang membagi jaringan dasar menjadi dua daerah, yaitu korteks di sebelah luar
dan empulur di sebelah dalam.
b. Susunan Daun dan Kuncup
Pada kebanyakan tumbuhan berpembuluh, daun merupakan tempat utama
proses fotosintesis. Daun berkembang pada sisi ujung batang utama atau pada
cabang-cabang batang. Masing-masing mulai sebagai tonjolan kecil dari
meristem apikal dan membesar menjadi daun rudimenter yang tipis. Awalnya
tonjolan itu tertutup, namun seiring dengan tumbuhnya tumbuhan, terbentuklah
daun dengan jarak tertentu di sepanjang batang. Titik pada batang tempat satu
atau lebih daun menempel disebut buku, dan setiap daerah di antara dua buku
pada batang disebut ruas.
Gambar 2.11. (a) Awal perkembangan daun pada ujung tunas tumbuhan coleus (jawer kotok) (b) dan (c) mikrograf skaning elektron ujung tunas tumbuhan yang sama
Gambar 2.10. Struktur batang alfalfa; tumbuhan dikotil
a
Apabila kita amati ranting
pohon kemboja di musim
kemarau, tampak ranting itu tidak
ada daunnya. Di ujung tunas
terdapat kuncup merupakan suatu
tunas yang belum berkembang
disusun oleh jaringan
meristematik, kadangkala
dilindungi dengan suatu penutup
dari modifikasi daun. Sebagai
tambahan dari ”kuncup terminal”
ini kuncup-kuncup lainnya
menyebar secara teratur dengan
jarak tertentu di sepanjang batang.
Kuncup lateral itu terbentuk di
sudut sebelah atas tempat daun
menempel pada batang.
Selanjutnya kuncup
tumbuh menjadi daun, bunga,
atau keduanya.
Bergantung pada jenis tumbuhan, pada setiap buku terdapat satu, dua,
atau tiga, atau lebih daun dan kuncup.
c. Struktur Daun
1) Bentuk Daun
Banyak daun tumbuhan dikotil seperti daun pohon jati dan daun pohon
jambu bol, memilikil daun dengan helaian yang lebar yang menempel pada
batang melalui tangkai daun. Kebanyakan tumbuhan monokotil, seperti
halnya padi dan jagung, daunnya tidak selebar daun tumbuhan dikotil.
Sebagai pengganti tangkai daun, dasar dari helaian daun tumbuhan
monokotil melingkari batang, membentuk pelepah. Beberapa jenis tumbuhan
seperti petai cina memiliki daun majemuk. Pada daun majemuk, helaian
daunnya dibagi menjadi helaian daun yang lebih kecil, dan setiap anak daun
masing-masing memiliki tangkai daun kecil. Untuk mengkontraskan, daun
Gambar 2.12. a. sketsa susunan kuncup pada cabang kedongdong berumur 3 tahun. b-d. Pembentukan daun pada pohon kemboja
b
c
tunggal itu tidak dibagi seperti itu. Terdapat banyak variasi dari bentuk dasar
daun. Sebagai contoh, pada beberapa daun terdapat rambut-rambut dan
sisik, daun yang lain memiliki kait.
2) Struktur Internal Daun
Daun memiliki permukaan luar yang luas yang dapat dikenai berkas cahaya
matahari dan karbondioksida di udara. Sel-sel parenkima fotosintetik terletak
di dalam daun, di antara lapisan epidermis atas dan epidermis bawah.
Rongga udara yang luas berada di antara sel-sel, meningkatkan masuknya
karbondioksida dan pelepasan oksigen selama fotosintesis berlangsung.
Berkas pembuluh pada daun atau disebut tulang daun membentuk jaringan
renda di seluruh helai daun. Tulang daun mengangkut air dan zat terlarut ke
sel-sel fotosintetik dan membawa hasil fotosintesis keluar dari daun
disalurkan ke seluruh tubuh tumbuhan.
Gambar 2.14. Jalinan anak tulang daun tersebar di jaringan fotosintetik.
Gambar 2.15. Struktur internal daun, menunjukkan sel-sel daun yang berbeda.
Lapisan jaringan yang umum pada daun, yang paling atas adalah
epidermis sebagai pelindung, dengan kutikula menutupi permukaan terluar.
Selanjutnya mesofil palisade (jaringan pagar), jaringan disusun oleh sel-sel
parenkima yang ikatannya lepas. Jaringan ini mampu melakukan
fotosintesis. Di bagian bawah jaringan palisade adalah mesofil bunga
karang. Jaringan ini lebih longgar karena ikatannya lebih lepas lagi
dibandingkan dengan yang ada pada mesofil palisade, dan merupakan
jaringan fotosintetik. Antara 15 hingga 50 persen daun berisi rongga udara
yang berada di sekeliling mesofil bunga karang dan di sekeliling dinding
sel-sel palisade. Di bagian bawah mesofil bunga karang adalah lapisan
epidermis yang lain (epidermis bawah), juga dinding selnya dilapisi kutikula.
Pada lapisan epidermis bawah ini terdapat banyak stomata, yaitu celah kecil
3. Sistem Akar
Tumbuhan harus menyerap air yang cukup dan mineral-mineral yang terlarut
untuk mempertahankan pertumbuhan dan pemeliharaan rutin. Untuk memenuhi
kebutuhan ini tumbuhan memerlukan permukaan akar yang luas. Apabila Anda
mengukur sistem akar gandum hitam yang muda yang hanya tumbuh selama
empat bulan, Anda akan menemukan bahwa luas permukaan sistem akarnya lebih
dari 675 meter persegi, artinya sekitar 130 kali lebih besar dari sistem akar itu
sendiri.
Sistem akar menembus ke bawah, menyebar dan menambat pada tanah
bagian bawah. Akar wortel, akar bit, dan banyak tumbuhan yang lain juga
berfungsi sebagai tempat penyimpanan makanan hasil fotosintesis. Makanan itu
sebagian digunakan oleh sel-sel akar dan sebagian disalurkan ke bagian
tumbuhan yang lebih atas jika diperlukan.
a. Sistem Akar Tunggang dan Akar Serabut
Pada kebanyakan pertumbuhan
akar tumbuhan dikotil, akar
yang pertama (akar primer)
ukuran diameternya bertambah
besar dan tumbuh kearah
bawah. Akar-akar lateral
kemudian muncul di sepanjang
bagian akar.
Cabang akar termuda ditemukan di dekat ujung akar. Akar primer dan
cabang-cabang lateralnya merupakan sistem akar tunggang.
Tumbuhan wortel memiliki sistem akar tunggang, demikian pula pohon
mangga. Akar itu menembus ke dalam tanah sampai kedalaman lebih dari
enam meter.
Secara umum, akar primer pada tumbuhan monokotil masa hidupnya
pendek, seperti pada rerumputan. Di tempatnya, sejumlah akar adventisia
tumbuh dari batang tumbuhan muda. Istilah adventisia mengacu pada
beberapa struktur yang timbul pada tempat yang tidak biasa, seperti akar yang
tumbuh dari batang atau dari daun. Ukuran diameter dan panjang akar
adventisia beserta cabang-cabangnya hampir sama, dan mereka membentuk
sistem akar serabut.
b. Struktur Akar
Struktur ujung akar sel-selnya dibagi dalam meristem apikal dan daerah yang
terbatas di sekitarnya, di mana meristem primer mengalami pembelahan dan
diferensiasi. Dari meristem apikal itu timbul epidermis akar, jaringan dasar, dan
jaringan vaskular. Sel-sel mengalami pemanjangan hingga jaringannya
bertambah panjang beberapa millimeter. Setelah daerah pemanjangan
tersebut, sel-selnya matang, sehingga tidak dapat tumbuh lebih jauh.
c. Tudung Akar
Pada ujung akar terdapat massa sel berbentuk kubah terbalik yang dikenal
sebagai tudung akar. Meristem apikal akar menghasilkan massa sel yang
gilirannya nanti akan menjadi pelindung. Tudung akar terdorong ke depan
seiring dengan tumbuhnya akar, dan sebagian selnya pecah dan terkelupas.
Bekas pecahan sel yang licin melumasi tudung akar.
d. Epidermis Akar
Di belakang tudung akar, terbentuklah epidermis, jaringan dasar, dan jaringan
vaskular. Epidermis akar adalah permukaan yang melaksanakan absorpsi
dengan lingkungan. Beberapa sel epidermal memiliki tonjolan keluar yang
panjang, dinamakan rambut akar. Rambut-rambut akar memperluas
permukaan akar untuk melaksanakan penyerapan air dan zat-zat terlarut. Itulah
alasannya mengapa petani tidak mencabut tumbuhan dari tanahnya ketika
memindahkan tumbuhan tersebut. Terlalu banyak permukaan penyerapan yang
pecah jika mencabutnya.
e. Silinder Vaskuler
Hampir semua jaringan vaskuler
(jaringan pembuluh) pada akar
tersusun sebagai suatu kolom yang
berada di bagian tengah, dinamakan
silinder vaskuler. Jaringan dasar
yang disebut korteks akar
mengelilingi silinder vaskuler.
Pada jagung dan beberapa spesies lainnya, susunan jaringan vaskuler seperti
cincin yang membagi jaringan dasar menjadi korteks dan empulur.
Gambar 2.18. Penampang melintang
Rongga udara yang melimpah pada jaringan dasar memungkinkan
oksigen mencapai sel-sel akar yang hidup, yang bergantung pada oksigen
untuk respirasi aerobik. Pada jaringan ini juga, banyak sel-sel korteks yang
berdekatan, sitoplasmanya berhubungan melalui plasmodesma. (jamak :
plasmodesmata).
Gambar 2.19. Penampang melintang
akar muda
Air yang masuk ke dalam akar
bergerak dari satu sel ke sel lainnya
sehingga mencapai endodermis
(suatu lapisan yang teletak persis di
sebelah dalam korteks akar).
Endodermis merupakan lapisan yang
mirip sarung, terdiri atas satu lapis
sel yang tebal mengelilingi silinder
vaskuler.
Setelah lapisan endodermis,
di sebelah dalam terdapat perisikel.
Perisikel merupakan bagian dari
kolom vaskuler terdiri atas satu atau
lebih lapisan sel yang dapat
menghasilkan akar lateral (akar
samping). Akar ini tumbuh melalui
korteks dan epidermis.
4. Tumbuhan Berkayu
Siklus hidup tumbuhan berbunga dimulai dari perkecambahan biji sampai dengan
pembentukan biji, yang kemudian tumbuhan itu mati. Selama siklus hidupnya,
kebanyakan tumbuhan monokotil dan sebagian tumbuhan dikotil mengalami
sedikit atau tidak sama sekali pertumbuhan sekunder. Tumbuhan ini dikenal
sebagai tumbuhan tidak berkayu atau tumbuhan menerna (herba). Sebaliknya,
kebanyakan tumbuhan dikotil dan semua gymnospermae memperlihatkan
pertumbuhan sekunder selama satu atau lebih musim pertumbuhannya.
Tumbuhan ini dikenal sebagai tumbuhan berkayu. Tumbuhan menerna dan
tumbuhan berkayu memiliki karakteristik sebagai berikut.
Annual : siklus hidupnya lengkap dalam satu musim pertumbuhan; bila
ada, hanya sedikit mengalami pertumbuhan sekunder. Contoh:
jagung
Gambar 2.21. Pembentukan akar lateral korteks
Akar lateral muncul dari aktivitas meristematik pada
Biennial : siklus hidupnya lengkap dalam dua musim pertumbuhan
(pembentukan akar, batang, daun pada musim pertumbuhan
pertama; pembentukan bunga, biji, dan mati pada musim
pertumbuhan kedua). Contoh wortel.
Perennial : pertumbuhan vegetatif dan pembentukan biji terus menerus
sepanjang tahun. Beberapa tumbuhan memiliki jaringan
sekunder, dan sebagian lagi tidak. Contoh : semak berkayu
(mawar), tumbuhan menjalar (anggur), dan pohon (mangga).
Gambar 2.22 menunjukkan struktur batang pohon, suatu batang berkayu
tua yang telah mengalami pertumbuhan sekunder. Tampak floem yang hidup tepat
dibelakang permukaan lapisan gabus. Galih (heartwood) bagian tengah pohon
dewasa, sel-selnya telah mati. Gubal (sapwood) daerah silindris dari xilem terletak
di antara galih dan kambium vaskuler; mengandung sel-sel parenkima yang hidup
di antara pembuluh tapis dan trakeid yang tidak hidup.
Bagian yang berada di
sebelah luar kambium vaskuler
seringkali dinamakan pegagan
atau kulit kayu (bark) dan bagian
di sebelah dalam kambium
vaskuler dinamakan kayu.
a. Pembentukan Jaringan Selama Pertumbuhan Sekunder
Bagaimanakah batang pohon yang tua menjadi lebih padat dan berkayu? Hal
ini terjadi melalui kegiatan dua jenis meristem lateral. Meristem itu adalah
kambium vaskuler dan kambium gabus. Apabila suatu kambium vaskuler telah
selesai menjalani perkembangan, bentuknya mirip silinder, satu atau beberapa
sel menebal. Sel-sel meristematik itu tumbuh menjadi jaringan xilem sekunder
dan floem sekunder, yang menyalurkan air ke arah atas, bawah, dan horizontal
melalui batang atau akar yang membesar. Xilem terbentuk di sebelah dalam
kambium vaskuler, dan floem terbentuk di sebelah luar.
Gambar 2.24. Pertumbuhan sekunder pada akar dikotil (penampang melintang). (a) Awal perkembangan daun pada ujung tunas tumbuhan koleus
(b) dan (c) Pembentukan cincin kambium vaskuler; Kambium vaskuler tumbuh menjadi xilem dan floem sekunder. Diameter akar bertambah besar, karena pembelahan sel-sel sejajar dengan kambium vaskuler.
(d) Epidermis diganti dengan periderm, yang tumbuh dari kambium gabus.
Massa xilem membesar dari musim ke musim, dan biasanya
menyebabkan pecahnya dinding sel floem yang tipis dalam periode
pertumbuhan tersebut. Demikian pula sel-sel floem yang baru dibentuk setiap
tahun, di sebelah luar xilem.
Massa jaringan baru pada batang atau akar menyebabkan korteks dan
lapisan di sebelah luar floem pecah dan epidermis ikut terbawa. Namun
demikian, sebagai gantinya kambium gabus dihasilkan dari sel-sel
meristematik. Kambium gabus menghasilkan periderma, suatu lapisan
bergabus menggantikan epidermis yang lepas. Gabus tidak sama persis
dengan pegagan. Gabus mengacu pada jaringan yang hidup dan jaringan yang
mati yang terletak di antara kambium vaskuler dan batang atau permukaan
akar.
b. Kayu awal dan Pembentukan kayu berikutnya
Pada musim kemarau pertumbuhan kambium vaskuler pada batang dan akar
tumbuhan berkayu agak terhambat dibandingkan dengan pertumbuhan pada
musim hujan. Sel-sel xilem pertama yang dihasilkan di awal musim
pertumbuhan cenderung diameternya besar dan berdinding tipis; sel-sel ini
membentuk kayu awal (lihat gambar 2.26). Pertumbuhan sel berlanjut,
dihasilkan sel-sel dengan diameter lebih kecil dan dindingnya lebih tebal.
Sel-sel itu membentuk kayu berikutnya.
Gambar 2.26. Lapisan pertumbuhan tahunan atau lingkar tahunan batang pinus (kiri). Gambaran mikrograf pola pertumbuhan tahunan tumbuhan dikotil: Querecus rubra (kanan).
Gambar 2.25.
Dengan berakhirnya pembentukan sel-sel berdiameter kecil pada kayu
berikutnya, kemudian beralih pada pembentukan awal musim pertumbuhan
selanjutnya yang menghasilkan sel-sel berdiameter besar. Apabila Anda
perhatikan potongan batang yang utuh dari suatu pohon yang tua, Anda tidak
akan melihat satu persatu sel-selnya. Tetapi kayu awal dan kayu berikutnya
memantulkan cahaya yang berbeda, dan memungkinkan kayu itu diidentifikasi
sebagai berkas terang dan berkas gelap yang saling bergantian. Bentuk selang
seling antara berkas terang dengan berkas gelap tersebut menunjukkan lapisan
pertumbuhan tahunan, atau lingkaran tahun.
B. Nutrisi dan Sistem Pengangkutan pada Tumbuhan
Dalam bagian ini, akan dibahas jenis-jenis adaptasi yang memungkinkan
tumbuhan darat berfungsi di lingkungannya. Tumbuhan secara umum adalah
organisme autotrof yang berfotosintesis; mereka hanya membutuhkan sinar
matahari, air, karbondioksida, dan beberapa jenis mineral. Namun, tumbuhan
sebagaimana halnya manusia, tidak memiliki pasokan tak terbatas dari seluruh
sumber daya yang diperlukan. Udara, misalnya, hanya mengandung satu bagian
karbondioksida dari 350 juta bagian yang lain. Sebagian besar tanah biasanya
kering. Disamping ini, air tanah biasanya tidak mengandung banyak mineral,
kecuali tanah kebun yang banyak mendapatkan pupuk. Sebagaimana akan Anda
lihat sendiri, banyak aspek dari struktur dan fungsi tumbuhan merupakan respon
terhadap rendahnya konsentrasi sumber daya lingkungan.
1. Kebutuhan Nutrisi
Tidak ada satu tumbuhan pun yang dapat tumbuh dengan normal ketika tumbuhan
itu kekurangan elemen esensial yang diperlukan untuk melakukan metabolisme.
Secara umum, tumbuhan memerlukan enam belas elemen esensial. Tiga di
antaranya adalah oksigen, karbondioksida, dan hidrogen, yang digunakan sebagai
bahan utama dalam pembentukan karbohidrat, lemak, protein, dan asam nukleat.
Tumbuhan mendapatkan ketiga elemen itu dari air (H2O) dan dari gas oksigen (O2)
serta dari karbondioksida (CO2) di udara.
Elemen-elemen esensial lainnya tersedia bagi tumbuhan dalam bentuk
atau fraksi yang signifikan. Sisanya adalah mikronutrien; menyusun hanya
sebagian kecil dari jaringan tumbuhan. Mikro dan makronutrien berperan penting
dalam fotosintesis dan kegiatan-kegiatan metabolik lainnya. Kedua kategori
elemen mineral tersebut berkontribusi dalam pelarutan gradien konsentrasi yang
diperlukan untuk mengangkut zat-zat ke dalam dan keluar sel.
Tabel 2. 1 memperlihatkan enambelas unsur yang diperlukan tumbuhan.
Tabel 2.2 memperlihatkan ion-ion mineral dibedakan atas makronutrien dan
mikronutrien beserta fungsinya dan gejala defisiensi mineral yang dapat diamati
Tabel 2.1. Elemen Esensial Tumbuhan Darat
Unsur Simbol Tersedia dalam bentuk (dalam berat kering jaringan) Persentase
Karbon C CO2 45
45 96% dari total berat kering 6
Oksigen O O2 , H2O, C 2
Hidrogen H H2O
Nitrogen N NO3-; NH4+ 1,5
Kalium K K+ 1,0
Kalsium Ca Ca++ 0,5
Magnesium Mg Mg++ 0,2
Fosfor P H2PO4-, HPO4- - 0,2
Sulfur S SO4
- - 0,1
Klorin Cl Cl- 0,010
Besi Fe Fe++, Fe+++ 0,010
Tembaga Cu Cu+, Cu++ 0,006
Boron B H3BO3 0,002
Manggan Mn MN++ 0,0050
Seng Zn Zn++ 0,0020
Molibdenum Mo MoO4
- 0,00001
Tabel 2.2. Peran Mineral bagi Tumbuhan
Makronutrien Fungsi Gejala Defisiensi
Nitrogen Komponen protein, asam nukleat, hormone, dan koenzim
Pertumbuhan kerdil, daun tua berwarna pucat; daun tua kuning dan mati (klorosis)
Kalium Kofaktor yang berfungsi dalam sintesis klorofil; zat terlarut utama yang berfungsi dalam keseimbangan air; pergerakan stomata
Makronutrien Fungsi Gejala Defisiensi
Kalsium Berperan dalam pembentukan dan stabilitas dinding sel dan dalam pemeliharaan struktur dan permeabilitas membrane; mengaktifkan beberapa enzim; mengatur banyak respons sel terhadap rangsangan
Pembentukan daun terhambat; kuncup terminal mati; pertumbuhan akar terhambat
Magnesium Merupakan komponen klorofil; mengaktifkan banyak enzim
Klorosis; daun gugur
Fosfor Komponen asam nukleat, fosfolipid, ATP, beberapa koenzim
Tulang daun yang tua berwarna keunguan; buah dan biji yang dihasilkan sedikit; pertumbuhan terhambat
Sulfur Komponen protein, koenzim Daun berwarna pucat atau kekuningan; pertumbuhan terhambat
Klorin Diperlukan dalam tahapan pemecahan air pada fotosintesis; berfungsi dalam menjaga
keseimbangan air
Layu; klorosis; beberapa daun mati
Besi Komponen sitokrom; mengaktifkan beberapa enzim
Klorosis; pada rerumputan
daunnya menguning dengan garis-garis hijau
Boron Kofaktor dalam sintesis klorofil; bias terlibat dalam transport karbohidrat dan sitesis asam nukleat
Kuncup terminal, cabang lateral mati; daun menebal, mengikal, menjadi rapuh
Manggan Aktif dalam pembentukan klorofil; mengaktifkan beberapa enzim; diperlukan dalam tahapan pemutusan air dalam fotosintesis
Daun pucat, tulang daun utama berwarna hijau; daun memutih dan gugur
Seng Aktif dalam pembentukan klorofil; mengaktifkan beberapa enzim
Klorosis; daun burik atau berwarna perunggu; akar abnormal
Tembaga Komponen enzim-enzim redoks dan biosintesis lignin
Klorosis; pada daun terdapat bintik-bintik daun mati; pertumbuhan terhambat; kuncup terminal mati
Molibdenum Berperan dalam fiksasi nitrogen; kofaktor yang berfungsi dalam reduksi nitrat
Memungkinkan defisiensi nitrogen; daun pirang, menggulung
a. Pengambilan Air dan Nutrisi
Ketersediaan air dan garam-garam mineral terlarut sangat mempengaruhi
perkembangan akar dan ini mempengaruhi pertumbuhan keseluruhan
tumbuhan. Akar pertama bercabang dan menembus tanah di sekitarnya.
Kemudian, ketika kondisi tanah berubah, akar baru yang bercabang ke
menjelajah tanah untuk mencari nutrisi, melainkan tanah yang mengandung
konsentrasi air dan ion yang lebih tinggi menyediakan rangsangan yang lebih
besar bagi pertumbuhan akar.
b. Bintil-Bintil Akar
Banyak tumbuhan berbunga mendapatkan nutrisi dengan bantuan
organisme-organisme lain yang juga mendapatkan manfaat dari tumbuhan yang
dibantunya. Hubungan semacam ini dikenal juga sebagai mutualisme. Dua
spesies itu berinteraksi dalam cara yang saling menguntungkan secara
permanen.
Coba Anda bayangkan jenis hubungan mutualistik yang membantu
tumbuhan kacang-kacangan untuk mendapatkan nitrogen! Kacang-kacangan
mencakup tumbuhan kedelai, kacang polong, kacang panjang, semanggi, dan
tumbuhan-tumbuhan lain dengan nilai ekonomi yang tinggi. Di berbagai daerah
pertanian, panen kacang-kacangan gagal karena kelangkaan nitrogen.
Sebenarnya, terdapat banyak nitrogen di udara (N=N), tetapi tumbuh-tumbuhan
tidak memiliki sarana metabolik untuk memecah ketiga ikatan kovalen dalam
tiap molekulnya. Tumbuhan komersial bergantung pada pemberian pupuk kaya
nitrogen atau aktivitas bakteri pengikat nitrogen di dalam tanah. Bakteri-bakteri
tersebut mengubah nitrogen ke dalam bentuk yang dapat digunakan oleh
mereka sendiri dan juga tumbuh-tumbuhan.
Kacang-kacangan memiliki keuntungan dalam hal ini. Bakteri pengikat
nitrogen hidup dalam bintil-bintil akar tumbuhan tersebut. Bakteri ini makan dari
molekul-molekul organik yang dihasilkan oleh tumbuhan melalui fotosintesis.
Gambar 2.27. Pengambilan makanan pada bintil akar tumbuhan kacang-kacangan.
Perhatikan Gambar 2.27. Gambar ini memperlihatkan bagaimana interaksi
mutualisme antara bakteri pengikat nitrogen (Rhizobium dan Bradyrhizobium) itu
terjadi.
a. Ketika sel-sel bakteri menginfeksi rambut-rambut akar, menimbulkan
pembentukan suatu benang infeksi berupa kumpulan selulosa.
b. Bakteria menggunakan benang infeksi itu sebagai jalan untuk mencapai sel-sel
korteks akar, beberapa diantaranya berbentuk tetraploid.
c. Karena terinfeksi, sel-sel itu dan bakteri yang ada di dalamnya membelah diri
dengan cepat, membentuk massa yang membengkak yang akhirnya membentuk
bintil akar. Bakteri mulai mengikat nitrogen ketika bakteri itu telah mencapai
membran sel-sel akar. Tumbuhan mengambil sejumlah nitrogen hasil pengikatan
oleh bakteri, dan bakteri mengambil senyawa yang dihasilkan tumbuhan.
d. Bintil akar pada tanaman kacang kedelai
e. Tanaman kacang kedelai pada tanah yang miskin nitrogen (kiri). Tumbuhan yang
ada di sebelah kanan diinokulasi dengan sel-sel Rhizobium dan membentuk bintil
akar.
c. Mycorrhizae
Selain bintil akar, terdapat struktur-struktur lain yang membantu pengangkutan
air dan mineral-mineral terlarut ke dalam banyak spesies tumbuhan berbunga.
Mycorrizhae adalah salah satu contohnya. Nama ini berarti akar jamur, dan
merujuk pada hubungan yang saling menguntungkan antara jamur dan akar
yang masih muda. Jamur seringkali tumbuh sebagai alas dari filamen-filamen di
sekitar akar. Dalam jumlah banyak, filamen-filamen ini menyediakan area
permukaan yang luas untuk menyerap garam-garam mineral dari tanah. Jamur
memanfaatkan senyawa-senyawa gula dan senyawa yang mengandung
nitrogen. Dalam pertumbuhannya, akar memanfaatkan beberapa mineral
langka yang didapatkan oleh jamur. Dalam jenis-jenis akar jamur yang lain,
jamur hidup di dalam sel-sel korteks akar. Salah satu tumbuhan yang
bergantung pada hubungan mutualistik jenis ini adalah anggrek.
d. Rambut Akar
Rambut akar adalah perpanjangan sel-sel epidermal yang halus. Rambut akar
meningkatkan area penyerapan air dan garam-garam mineral dari dalam tanah.
Satu sistem akar dapat mengembangkan jutaan atau bahkan miliaran rambut
akar. Bintil akar, akar jamur, dan rambut akar adalah contoh-contoh dari
struktur-struktur khusus yang meningkatkan kemampuan tumbuhan untuk
menyerap air dan garam-garam mineral terlarut.
2. Pengendalian Penyerapan Nutrisi
Amati lagi Gambar 2.29 yang menunjukkan struktur internal akar. Begitu air telah
diserap dari tanah di sekitarnya, air bergerak melalui korteks akar hingga
mencapai lapisan sel-sel tunggal yang menyerupai lembaran yang membungkus
silinder vaskuler (tabung pembuluh). Lapisan sel ini adalah endodermis. Suatu pita
berlilin yang dinamakan pita kaspari berperan sebagai penghalang impermeabel di
antara dinding-dinding sel-sel endodermal yang saling berbatasan. Air tidak dapat
melewati pita kaspari ini. Air dapat bergerak menuju tabung pembuluh hanya
dengan menyeberangi membran plasma sel-sel endodermal, berdifusi melalui
sitoplasma, lalu menyeberangi membran plasma di sisi yang lain. Membran
plasma memungkinkan gerakan zat-zat tertentu melalui lapisan lemak ganda
sambil menahan zat-zat yang lain. Mekanisme pengangkutan membran membantu
mengendalikan jenis-jenis larutan yang akan didistribusikan ke seluruh tumbuhan.
Kajian terkini menunjukkan bahwa akar sebagian besar tumbuhan
berbunga (tumbuhan tingkat tinggi) juga memiliki eksodermis, lapisan sel yang
berada di dalam epidermis. Lapisan ini juga memiliki pita kaspari yang berfungsi
seperti pita kaspari di dalam endodermis.
Begitu nutrisi mencapai tabung pembuluh, kemudian didistribusikan ke
berbagai jaringan yang dikoordinasikan sedemikian rupa, sehingga berpengaruh
dalam pertumbuhan tumbuhan. Sel-sel hidup di seluruh tumbuhan mengambil
nutrisi melalui mekanisme pengangkutan aktif di membran plasma. Energi dari
ATP mengarahkan pompa membran sehingga larutan bergerak masuk ke dalam
sel-sel. Pompa tersebut adalah protein-protein pengangkut yang terikat dalam
membran plasma.
Dalam sel-sel fotosintetik, ATP yang diperlukan untuk operasi pompaan
membran dibentuk pada saat berfotosintesis dan pernapasan aerob. Bagaimana
dengan sel-sel nonfotosintetik seperti sel-sel parenkim di dalam akar?
Bagaimanakah mereka mendapatkan seluruh ATP yang diperlukan untuk
transportasi aktif? Dalam sel-sel tersebut, hampir semua ATP dihasilkan melalui
pernapasan aerob.
Gambar 2.29. Lokasi dan fungsi pita kaspari dalam akar.
Perhatikan Gambar 2.29! Umumnya pada akar terdapat endodermis (suatu
lapisan sel yang mengelilingi silinder vaskuler) dan eksodermis (suatu lapisan sel
tepat di sebelah dalam epidermis). Kedua lapisan ini memiliki pita kaspari
berperan dalam mengendalikan masuknya air dan nutrisi terlarut.
Gambar 2.30 menunjukkan Proses saling keterkaitan yang mempengaruhi
koordinasi pertumbuhan akar, batang, dan daun. Bila satu proses meningkat, yang
lainpun meningkat. Beberapa faktor lingkungan yang membatasi satu proses
kadangkala menimbulkan perlambatan pertumbuhan di seluruh bagian tumbuhan.
3. Pengangkutan dan Konservasi air
a. Transpirasi
Mari kita beralih pada mekanisme aktual di mana air dan nutrisi yang terlarut di
dalamnya bergerak dari akar ke batang, lalu ke daun. Sejumlah kecil air
digunakan dalam pertumbuhan dan metabolisme, namun sebagian besar
menguap ke udara. Penguapan air dari batang, daun, dan bagian-bagian
tumbuhan yang lain disebut sebagai transpirasi.
Bagaimanakah air dapat mencapai puncak tumbuhan, termasuk
pohon-pohon yang sangat tinggi? Air bergerak melalui sel-sel jaringan pembuluh yang
disebut xilem. Sebenarnya, sel-sel xilem mati ketika dewasa dan hanya dinding
sel mereka yang tinggal. Oleh karena itu, sel-sel itu sendiri tidak menarik air ke
atas, melainkan, air ditarik oleh kekuatan udara yang m
