FISIOLOGI POHON UNSUR HARA dan PENYERAPAN Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada

Unsur Hara Esensial Merupakan bagian dari molekul penyusun tanaman terlibat dalam metabolisma Fungsinya tidak dapat digantikan oleh unsur hara lain sehingga tumbuhan tidak dapat menyelesaikan siklus hidupnya tanpa unsur hara tersebut * Unsur Hara Esensial ada17 unsur meliputi : makronutrients dan mikronutrients * Unsur hara yg mempengaruhi pertumbuhan, tdp dlm jaringan dlm jml besar (mis: Na) bukan mrp unsur hara esensial bila tanaman dpt hidup tanpa unsur hara tsb.

Unsur Hara Makronutrients (C, H, O, N, P, K, Ca, Mg, S) Makronutrients : Diperlukan tanaman dalam jumlah besar (Kandungan dalam daun > 1000 ppm) Mikronutrients : Diperlukan tanaman dalam jumlah kecil Mikronutrients ( Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl, Co)

Setiap unsur hara mempunyai fungsi yang tertentu/spesifik Secara umum, fungsi unsur hara bagi tanaman digolongkan: a. penyusun/bagian jaringan tanaman: N, P, K, Ca, Mg, S b. Katalisator reaksi: Fe, Co, Zn, Mn, Mg, B c. Pengatur tekanan osmosis: KH, garam-garam d. Penyusun dari sistem buffer: P, Ca, Mg, K e. Pengatur permeabilitas membran: Ca, Na Kekurangan unsur hara (defisiensi) perubahan proses biokimia dan fisiologis yg dpt menyebabkan perubahan morfologis gejala/symptoms (deficiency symptoms)

Gejala kekurangan unsur hara (Deficiency symptoms): - Pertumbuhan terhambat (kerdil/stunted) - Klorosis n diskolorasi - Perubahan anatomis & sitologis deformasi Gejala defisiensi dpt tjd pada bagian atas tanaman (muda) atau bagian bawah tanaman (tua) tergantung pada mobilitas unsur hara tersebut dalam jaringan tanaman Imobil: Ca, B Relatif imobil: Fe, Mn Moderat: Relatif mobil: S Mobil: N, P, K, Mg

MAKRONUTRIENTS C, H, O - Merupakan unsur hara yang diserap dari udara dan air - Penyusun karbohidrat, lemak, protein, selulosa dan hemiselulosa - Karbohidrat (CH2O)n merupakan kerangka atau struktur tanaman dan sumber tenaga metabolik C diserap dalam bentuk CO2 melalui daun H diserap dalam bentuk H+ dan H2O O diserap dalam bentuk O2 dan CO2 melalui daun

- Penyusun asam amino, protein dan asam nukleat - Esensial dlm proses pembelahan sel, pembesaran sel (pertumbuhan) - Bergerak dalam tubuh tanaman (mobile) - Berpindah ke jaringan muda, sehingga defisiensi pertama kali tampak pada jaringan yang lebih tua

S - Penyusun protein - Merupakan bagian dari asam amino tertentu, koenzim A dan vitamin-vitamin tertentu - Mengaktifkan enzim proteolitik tertentu - Bergerak dalam tubuh tanaman meski redistribusinya tidak senyata N Defisiensi S : - Menyebabkan tanaman kerdil - daun tanaman menguning - Batang kurus

P - Terutama diserap dalam bentuk H2PO4- dan berada dalam konsentrasi yang rendah dalam tanah - Komponen ATP, asam nukleat dan banyak substrat metabolisme, kofaktor berbagai enzim, senyawa perantara fotosintesis dan respirasi - Komponen penting dalam sistem informasi genetik (DNA dan RNA) - Redistribusi dalam tubuh tanaman dari bagian tua ke bagian muda - Fosfor cadangan dapat diremobilisasi untuk menyokong laju metabolisme selama perkecambahan biji Defisiensi Fosfor : - Berlawanan dengan defisiensi N dan S, yaitu daun tidak menguning melainkan hijau gelap atau hijau kebiruan - Daun tua menunjukkan gejala pertama defisiensi Fosfor - Tanaman kerdil

K - Pengaktif enzim, terlibat dalam pengendalian tekanan osmosis sel stoma, memegang peran pada semua jalur metabolisme - Pengambilan K dalam bentuk kation K+ - Membantu pemeliharaan potensial osmotis dan pengambilan air - Menyeimbangkan muatan-muatan anion dan mempengaruhi pengambilan dan transpor anion - mengurangi berjangkitnya penyakit-penyakit tertentu khususnya jatuh rebah - Meningkatkan pertumbuhan dan indeks luas daun  asimilasi CO2 meningkat Defisiensi Kalium : - Jumlah akar penunjang menurun - Parenkim batang mengalami desintegrasi - Pada tingkat parah muncul bintik nekrotik antara urat daun, pucuk dan tepi daun - Pada beberapa tanaman semusism meningkatnya jatuh rebah batang dan akar

Ca - Penyusun struktur dan permeabilitas dinding sel - Diserap dalam bentuk kation bivalen Ca2+ - Merupakan unsur esensial yang paling tidak bergerak (tidak didistribusikan padajaringan yang lebih muda/imobile) - Pengambilan dan transpor terjadi secara pasif - Merupakan penyusun dinding sel - Esensial untuk pembelahan dan pemanjangan sel - Esensial untuk pengaturan selektif membran sel - Daun muda dan buah yang sedang berkembang secara penuh tergantung pada pengiriman Ca dalam aliran transpirasi dari xylem Defisiensi kalsium : - Tampak pertama kali pada bagian-bagian tanaman muda - Daun menjadi klorosis dan berubah bentuk - Meristem tanaman (akar,pucuk, buah dan nodul) mengalami kelainan bentuk dan ujung cabangnya mati

Gejala kekahatan Ca, tampak pada daun muda yang berubah bentuk dan pertumbuhan kecil, polong tidak terbentuk atau gugur

- Bergerak dalam tanaman Mg - Penyusun klorofil dan kofaktor berbagai enzim yang terlibat dalam fosforilasi - Diserap dalam bentuk Mg2+ - Bergabung dalam ATP (membuat ATP berfungsi dalam berbegai reaksi) - Bergerak dalam tanaman Defisiensi magnesium : - Klorosis pada daun tua bagian antar urat daun, karena sel mesofil di dekat ikatan pembuluh mempertahankan klorofil lrbih lama daripada sel parenkim diantaranya

MIKRONUTRIENTS Fe - Pengambilan terutama dalam bentuk Fe 2+ - Tidak bergerak dalam tumbuhan dan tidak didistribusikan kembali - Penyusun enzim-enzim pada pengangkutan electron (sitokrom dan feredoksin) - Penyusun enzim-enzim katalase dan peroksidase - Dibutuhkan dalam pembentukan ultras truktur kloroplas sehingga secara tidak langsung mempengaruhi tingkat klorofil Defisiensi besi : - Berkurangnya jumlah dan ukuran kloroplas - Pada tanaman semusim grana dan lamela kloroplas berkurang

- Diabsorbsi oleh partikel tanah sebagai borat (HBO3) Boron - Diabsorbsi oleh partikel tanah sebagai borat (HBO3) - Relatif tidak bergerak dalam tanaman sehingga pengambilan B terutama malalui transpor pasif - Mempengaruhi perkembangan sel - Mengendalikan transpor gula dan pembentukan polisakarida - Bersama Ca diperlukan untuk pembentukan dinding sel dan untuk metabolisme senyawa pektat Defisiensi boron : - Berjangkitnya banyak penyakit fisiologis (bukan patogen) - Gagalnya pembungaan dan fase reproduktif - Terbentuknya roset pucuk, daun kecil dan klorosis

Mn - Terdapat dalam tiga bentuk teroksidasi (Mn2+, Mn3+ dan Mn4+) - Kofaktor enzim-enzim yang terlibat dalam sintesis asam lemak dan sintesis nukleotida - Esensial dalam fotolisis fotosintesis, fotosistem berlangsung dengan adanya Mn - Pemecahan H2O dalam fotosintesis - Relatif tidak bergerak namun teristimewa karena ditranslokasikan ke jaringan-jaringan yang lebih muda dan meristematik - Mengaktifkan IAA oksidase, yang mengakibatkan berkurangnya konsentrasi IAA dalam jaringan - Dapat mengganti Mg dalam reaksi tertentu Defisiensi Mangan : - Gejala awal klorosis di antara urat-urat daun muda atau daun tua diikuti muncul bercak nekrotis - Muncul bintik atau bercak abu-abu pada daun muda - Bercak coklat pada kacang kapri

- Diserap dalam bentuk Zn2+ - Esensial untuk enzim-enzim dalam sintesis triptofan - Bersama Cu merupakan penyusun superoksida dismutase, yang dapat memecah O2 molekuler - Kofaktor karbonat anhidariase Difesiensi seng : - Pengurangan sintesis RNA dan ribosom - Ukuran daun kecil diikuti klorosis pada daun termuda, pada tingkat akut klorosis pada parenkim antar urat daun - Pertumbuhan daun terhambat dan akhirnya mati ujung-ujung cabangnya

Cu - Diserap dalam bentuk ion kupri Cu2+ - Berhubungan dengan sistem oksidase, berperan dalam reduksi nitrit jadi amonia - Dibutuhkan dalam jumlah sedikit sehinga jarang tumbuhan kahat Cu - Bagian penyusun enzim kloroplas plastosianin dalam sistem transpor elektron antara fotosistem I dan II - Bagian dari beberapa oksidase (asam askorbat oksidase dan polifenol oksidase) - Bersama Zn dijumpai dalam superoksida dismutase yang memecah O2 dalam organisme aerob - Terdapat dalam sitokrom oksidase yaitu enzim respirasi pada mitokondria - Penyusun plastosianin, suatu protein kloroplas Defisiensi tembaga : - Daun muda sering menjadi hijau gelap dan berpilin serta sering menunjukkan bercak nekrosis - karena hanya dalam jumlah kecil dibutuhkan tanaman, tembaga dapat menjadi racun pada biakan larutan

Mo - Berhubungan dengan sistem oksidase, penyusun haemoglobin untuk pembentukan bintil - Banyak terdapat dalam tanah sebagai garam molibdat (MoO42-) - Sebagai carier elektron antara tahap teroksidasi dan tereduksi dalam enzim nitrit reduktase dan nitrat reduktase - Menjadi bagian dari enzim xantin dehidrogenase yaitu berperan dalam perombakan purin yaitu adenin dan guanin Defisiensi molibdenum : - Berjangkitnya beberapa penyakit seperti ujung cambuk dan kematian ujung cabang - Kadang tidak terjadi klorosis, tapi daun muda berpilin sangat parah dan kemudian mati - Sering terjadi klorosis antar urat daun tua atau pada daun tengahan yang kemudian meluas ke daun muda

- Diserap dalam tanah dalam bentuk ion klorida (Cl-) - Penting untuk reaksi fotosintesis yang menghasilkan oksigen - Esensial untuk pengeluaran oksigen pada fotosistem II - Penting untuk pertumbuhan akar dan pembelahan sel dalam daun - Sebagai linarut yang aktif dalam mengendalikan tekanan osmotik Defisiensi klor : - Pada daun meliputi menurunnya pertumbuhan, pelayuan dan munculnya bercak klorosis serta nekrosis - Daun menjadi berwarna coklat tembaga - Akar menjadi pendek tapi tebal atau membengkok di dekat ujung

Catatan: Ketersediaan unsur hara di tanah dipengaruhi oleh jenis dan sifat tanah tersebut Diagnosis gejala kekurangan unsur hara (disamping memperhatikan mobilitas unsur hara tersebut) juga harus memperhatikan jenis dan sifat-sifat tanahnya Contoh: Gejala defisiensi Fe biasanya terjadi pada tanah alkalin dan tidak pada tanah masam

PENYERAPAN UNSUR HARA DAN TRANSLOKASI

Tahap penyerapan unsur hara oleh akar Pergerakan unsur hara (ion) dari tanah ke permukaan akar Difusi dan aliran masa bersama dg aliran air menuju akar transpirasi tanaman Pergerakan ion & akumulasi dlm sel akar Apoplast dan symplast Pergerakan ion dr permukaan akar ke xylem Translokasi ion dari akar menuju daun Aliran masa dalam aliran transpirasi Di daun: ion dilepaskan dari xylem di tulang daun ke apoplast di daun dan diakumulasi dalam sel daun

TERMINOLOGI Pasif (tidak dipengaruhi metabolisme) - Aliran massa Merupakan aliran yang terjadi akibat perbedaan tekanan, dan mengikutsertakan sejumlah gugus atom atau molekul yang bergerak bersama - Difusi Terjadi akibat adanya perbedaan konsentrasi antara satu titik dengan titik yang lain. Misal: senyawa organik dalam sitosol yang masuk ke dalam sel dan dimetabolismekan oleh mitokondria

- Teori carrier/pembawa (menggunakan energi hasil metabolisme) Aktif - Teori carrier/pembawa (menggunakan energi hasil metabolisme) Carrier merupakan semacam enzim yang bisa berubah bentuk sehingga bentuknyapun bisa berubah Carrier mampu memilih ion yang diangkutnya dan tidak membawa ion yang bukan pasangannya Bentuk ini dapat menembus membran plasma dari luar ke dalam kemudian membentuk sesuatu yang lebih komplek

Transport unsur hara Apoplas Bagian dari sel atau jaringan dimana ion atau bahan terlarut lain dapat masuk secara bebas secara difusi. daerah di dinding sel yang berisi air pergerakan apoplas Simplas Bagian dari sel atau jaringan dimana ion tidak dapat masuk secara difusi tetapi harus melalui transport aktif pergerakan dari sel hidup yg satu ke sel yg lain melalui plasmodesmata dalam dinding sel.

Endodermis Xylem Simplas Korteks Floem Pita caspary Apoplas Perisikel

Jalur Lintasan Apoplas Jalur Lintasan Simplas Plasmodesmata endodermis

SEKIAN

Larutan konsentrasi tinggi membran sel Larutan konsentrasi rendah

Keseimbangan Donnan Menerangkan pengaruh ion-ion yang terikat atau ion-ion yang tidak dapat berdifusi (Peristiwa elektrik dan difusi mengatur keseimbangan ion-ion yang terikat) Pertukaran ion terhalangi karena ion tidak dapat berdifusi di dalam sel Jika anion tidak dapat berdifusi di sebelah dalam maka keseimbangan terjadi dengan menyerap kation sehingga menaikkan konsentrasi dari larutan di dalam sebanding dengan di luar membran

Pertukaran ion Masuknya ion hidrogen yang diserap melalui dinding sel dapat diganti oleh sebuah ion kalium. Ion hidrogen akan keluar menuju ke dalam larutan luar dan ion kalium dapat diserap dinding sel yang akan mengubahnya menjadi tidak aktif berosmosis Dengan cara ini pula anion dapat bertukar dengan ion hidroksil yang terserap

- Protein-lechitin sebagai carier Menganggap adanya beberapa senyawa amfoter sebagai carrier Ion dari luar diambil oleh lecithin bergerak ke dalam dan melepaskan ion dengan jalan hidrolisis Ion-ion diambil dari permukaan luar dan dalam hidrolisis ion-ion ini di lepaskan ke dalam Selama sintesis lecithin membutuhkan ATP - Teori pompa cytochrome Asumsi bahwa carrier disini berupa anion cytochrome Anion ini akan mengisi muatan-muatan positif yang ditinggalkan elektron saat masuk ke dalam Gerakan elektron diikuti oleh anion sampai permukaan dalam dan kemudian dilepaskan ke dalam vakuola

- Teori carrier dengan tenaga metabolisme Pertukaran anion dan kation dari larutan luar sel mennggunakan sebagian energi respirasi - Pinositosis Plasma berfungsi mengambil dan mengumpulkan ion-ion masuk dalam ruangan dalam kenudian diteruskan ke sebelah dalam atau berfungsi sebagai phagositosis