Mesin utama arus air
Penyerapan air oleh sistem akar terjadi karena pengoperasian dua motor ujung arus air: atas motor ujung, atau gaya isap penguapan (transpirasi), dan motor ujung bawah, atau motor akar. Gaya utama yang menyebabkan terjadinya aliran dan pergerakan air pada suatu tumbuhan adalah gaya isap transpirasi yang menghasilkan gradien potensial air. Potensi air adalah ukuran energi yang digunakan oleh air untuk bergerak. Potensial air dan gaya hisap mempunyai nilai absolut yang sama, tetapi berlawanan tanda. Semakin sedikit saturasi air suatu sistem, semakin kecil (lebih negatif) potensi airnya. Ketika tanaman kehilangan air selama proses transpirasi, sel-sel daun menjadi tidak jenuh dengan air, dan akibatnya timbul daya isap (potensi air turun). aliran air menuju ke arah gaya hisap yang lebih besar, atau potensial air yang lebih kecil.
Jadi, motor terminal atas aliran air pada tumbuhan adalah daya isap transpirasi daun, dan kerjanya tidak ada hubungannya dengan aktivitas vital sistem akar. Memang percobaan menunjukkan bahwa air dapat masuk ke dalam tunas melalui sistem akar yang mati, dan dalam hal ini penyerapan air bahkan dipercepat.
Selain motor arus air ujung atas, pada tumbuhan terdapat motor ujung bawah. Hal ini dibuktikan dengan contoh fenomena seperti Gutasi.
Daun tumbuhan yang selnya jenuh dengan air, dalam kondisi kelembaban udara tinggi, yang mencegah penguapan, mengeluarkan tetesan air cair dengan sejumlah kecil zat terlarut - gutasi. Cairan dilepaskan melalui stomata air khusus - hidrator. Cairan yang dikeluarkan adalah gutta. Jadi, proses gutasi merupakan akibat aliran air satu arah yang terjadi tanpa adanya transpirasi, dan oleh karena itu disebabkan oleh sebab lain.
Kesimpulan yang sama dapat dicapai ketika mempertimbangkan fenomena tersebut menangis tanaman. Jika Anda memotong pucuk tanaman dan menempelkan tabung kaca pada ujung potongannya, cairan akan naik melaluinya. Analisis menunjukkan bahwa ini adalah air dengan zat terlarut - getah. Dalam beberapa kasus, terutama di musim semi, tangisan juga terlihat saat cabang tanaman dipotong. Penentuan tersebut menunjukkan bahwa volume cairan (getah) yang dikeluarkan jauh lebih besar daripada volume sistem perakaran. Jadi, menangis bukan sekadar keluarnya cairan akibat luka. Semua hal di atas mengarah pada kesimpulan bahwa tangisan, seperti talang, dikaitkan dengan adanya aliran air satu arah melalui sistem akar, tidak bergantung pada transpirasi. Gaya yang menyebabkan aliran air satu arah melalui bejana berisi zat terlarut, tidak bergantung pada proses transpirasi, disebut tekanan akar. Kehadiran tekanan akar memungkinkan kita untuk berbicara tentang motor ujung bawah arus air. Tekanan akar dapat diukur dengan memasang pengukur tekanan di ujung kiri setelah memotong bagian tanaman di atas tanah, atau dengan menempatkan sistem akar dalam serangkaian larutan dengan konsentrasi berbeda-beda dan memilih larutan yang berhenti menangis. Ternyata tekanan akar kurang lebih 0,1 - 0,15 MPa (D.A. Sabinin). Penentuan yang dilakukan oleh peneliti Soviet L.V. Mozhaeva dan V.N. Zholkevich menunjukkan bahwa konsentrasi larutan eksternal yang berhenti menangis jauh lebih tinggi daripada konsentrasi pasok. Hal ini memungkinkan kami untuk berpendapat bahwa menangis dapat melawan gradien konsentrasi. Juga telah terbukti bahwa menangis hanya terjadi dalam kondisi di mana semua proses kehidupan sel terjadi secara normal. Tidak hanya terbunuhnya sel-sel akar, tetapi juga penurunan intensitas aktivitas vitalnya, terutama intensitas respirasi, menghentikan tangisan. Dengan tidak adanya oksigen, di bawah pengaruh racun pernafasan, dan ketika suhu turun, tangisan berhenti. Semua hal di atas memungkinkan D.A. Sabinin memberikan definisi berikut: tanaman menangis- Ini adalah aliran air dan nutrisi satu arah seumur hidup, tergantung pada pemrosesan asimilasi aerobik. D.A. Sabinin mengajukan diagram yang menjelaskan mekanisme aliran air satu arah di akar. Menurut hipotesis ini, sel-sel akar terpolarisasi ke arah tertentu. Hal ini diwujudkan dalam kenyataan bahwa di kompartemen berbeda dari sel yang sama, proses metabolisme berbeda. Di salah satu bagian sel, terjadi proses penguraian yang intensif, khususnya pati menjadi gula, akibatnya konsentrasi getah sel meningkat. Di ujung sel yang berlawanan, proses sintesis mendominasi, yang menyebabkan konsentrasi zat terlarut di bagian sel ini menurun. Harus diingat bahwa semua mekanisme ini hanya akan bekerja jika terdapat cukup air di lingkungan dan metabolisme tidak terganggu.
Menurut hipotesis lain, ketergantungan tanaman menangis pada intensitas respirasi tidak langsung. Energi respirasi digunakan untuk memasok ion ke sel-sel korteks, dari mana ion-ion tersebut diserap ke dalam pembuluh xilem. Akibatnya konsentrasi garam di pembuluh xilem meningkat sehingga menyebabkan mengalirnya air.
Pergerakan air melalui tanaman
Air diserap oleh sel-sel akar, di bawah pengaruh perbedaan potensial air yang timbul akibat transpirasi, serta kekuatan tekanan akar, berpindah ke jalur xilem. Menurut konsep modern, air dalam sistem akar bergerak tidak hanya melalui sel-sel hidup. Pada tahun 1932, ahli fisiologi Jerman, Munch, mengembangkan gagasan tentang keberadaan dua volume yang relatif independen di sistem akar tempat air bergerak - apoplast dan simplas. Apoplas – Ini adalah ruang bebas akar, yang meliputi ruang antar sel, membran sel, dan pembuluh xilem. Sederhana – Ini adalah kumpulan protoplas dari semua sel, dibatasi oleh membran semi permeabel. Berkat banyaknya plasmodesmata yang menghubungkan protoplas sel individu, simplas mewakili satu sistem. Apoplas tersebut ternyata tidak bersambung, melainkan terbagi menjadi dua jilid. Bagian pertama apoplas terletak di korteks akar sebelum sel endodermal, bagian kedua terletak di sisi lain sel endodermal, dan termasuk pembuluh xilem. Sel endoderm, berkat sabuk Kasparia, merupakan penghalang pergerakan air melalui ruang bebas (ruang antar sel dan membran sel). Untuk dapat masuk ke pembuluh xilem, air harus melewati membran semi permeabel dan terutama melalui apoplas dan hanya sebagian melalui simplas. Namun pada sel endodermal, pergerakan air ternyata terjadi di sepanjang simplas. Selanjutnya air masuk ke pembuluh xilem. Kemudian pergerakan air terjadi melalui sistem pembuluh darah akar, batang dan daun.
Dari pembuluh batang, air mengalir melalui tangkai daun atau pelepah daun ke dalam daun. Pada helaian daun terdapat pembuluh penghantar air di dalam urat. Pembuluh darah secara bertahap bercabang dan menjadi lebih kecil. Semakin padat jaringan pembuluh darah, semakin sedikit hambatan yang ditemui air ketika berpindah ke sel mesofil daun. Kadang-kadang terdapat begitu banyak cabang kecil urat daun sehingga menyuplai air ke hampir setiap sel. Semua air di dalam sel berada dalam keadaan setimbang. Dengan kata lain, dalam arti jenuh dengan air, terjadi keseimbangan antara vakuola, sitoplasma dan membran sel, potensial airnya sama. Air berpindah dari sel ke sel karena gradien gaya hisap.
Semua air di pabrik mewakili satu sistem yang saling berhubungan. Karena antar molekul air ada kekuatan adhesi(kohesi), air naik ke ketinggian yang jauh lebih besar dari 10 m. Gaya adhesi meningkat, karena molekul air memiliki afinitas yang lebih besar satu sama lain. Gaya kohesif juga terjadi antara air dan dinding bejana.
Derajat ketegangan benang air pada bejana bergantung pada perbandingan proses penyerapan dan penguapan air. Semua ini memungkinkan organisme tumbuhan untuk mempertahankan satu sistem air dan tidak harus mengisi kembali setiap tetes air yang menguap.
Jika udara memasuki bagian-bagian tertentu dari bejana, mereka tampaknya terputus dari arus konduksi air secara umum. Ini adalah jalur pergerakan air melalui tumbuhan (Gbr. 1).
Beras. 1. Jalur air pada tumbuhan.
Laju pergerakan air di seluruh tumbuhan berubah sepanjang hari. Pada siang hari, jumlahnya jauh lebih besar. Pada saat yang sama, berbagai jenis tanaman berbeda dalam kecepatan pergerakan air. Perubahan suhu dan pengenalan inhibitor metabolik tidak mempengaruhi pergerakan air. Pada saat yang sama, proses ini, seperti yang diharapkan, sangat bergantung pada laju transpirasi dan diameter bejana penghantar air. Pada wadah yang lebih lebar, hambatan air lebih kecil. Namun, harus diingat bahwa gelembung udara dapat masuk ke dalam wadah yang lebih luas atau dapat terjadi gangguan lain pada aliran air.
Video: Pergerakan air dan bahan organik di sepanjang batang.
Xilem tumbuhan berbunga terdiri dari dua jenis struktur yang mengangkut air, trakeid dan pembuluh. Serangga. 8.2.1 kita telah membicarakan tentang tampilan sel yang bersesuaian di mikroskop cahaya, serta dalam mikrograf yang diperoleh dengan menggunakan mikroskop elektron pemindaian (Gbr. 8.11). Kami akan mempertimbangkan struktur xilem sekunder (kayu) pada bagiannya. 21.6.6.
Xilem bersama dengan floem membentuk jaringan konduktif pada tumbuhan tingkat tinggi. Kain ini terdiri dari apa yang disebut bundel konduktif, yang terdiri dari struktur tubular khusus. Pada Gambar. Gambar 14.15 menunjukkan susunan ikatan pembuluh dan letaknya pada batang utama tumbuhan dikotil dan monokotil.
14.19. Ringkaslah dalam bentuk tabel perbedaan struktur batang primer pada tumbuhan dikotil dan monokotil.
14.20. Berapakah bentuk tiga dimensi komponen jaringan berikut: a) epidermis; b) xilem; c) pericycle dicotyledon dan d) empulur?
Bahwa air dapat bergerak ke atas xilem dapat ditunjukkan dengan sangat mudah dengan merendam ujung bawah potongan batang dalam larutan encer pewarna seperti eosin. Pewarna naik melalui xilem dan menyebar ke seluruh jaringan urat daun. Jika diambil bagian tipis dan dilihat di bawah mikroskop cahaya, zat warna akan ditemukan di xilem.
Fakta bahwa xilem menghantarkan air paling baik ditunjukkan melalui eksperimen dengan “dering”. Eksperimen semacam itu dilakukan jauh sebelum isotop radioaktif mulai digunakan, sehingga sangat mudah untuk melacak jalur suatu zat dalam organisme hidup. Dalam salah satu versi percobaan, cincin kulit kayu dengan floem dipotong. Jika percobaannya tidak terlalu lama, “dering” seperti itu tidak mempengaruhi naiknya air di sepanjang batang. Namun, jika Anda mengupas sepotong kulit kayu dan memotong xilemnya tanpa merusak potongan kulit kayu tersebut, tanaman akan cepat layu.
Teori apa pun yang menjelaskan pergerakan air melalui xilem pasti memperhitungkan pengamatan berikut:
1. Pembuluh xilem adalah tabung mati dengan lumen sempit, diameternya bervariasi dari 0,01 mm pada kayu “musim panas” hingga sekitar 0,2 mm pada kayu “pegas”.
2. Air dalam jumlah besar diangkut dengan relatif cepat: pada pohon-pohon tinggi, laju kenaikan air tercatat mencapai 8 m3/jam, sedangkan pada tanaman lain seringkali sekitar 1 m3/jam.
3. Untuk mengangkat air melalui pipa-pipa tersebut ke puncak pohon yang tinggi, diperlukan tekanan sekitar 4000 kPa. Pohon tertinggi - sequoia raksasa California (tumbuhan runjung yang tidak memiliki pembuluh dan hanya trakeid) dan pohon eukaliptus Australia - tingginya lebih dari 100 m. Air naik melalui tabung kapiler tipis karena tegangan permukaan yang tinggi di bawah pengaruh gaya kapiler; namun, karena gaya-gaya ini saja, bahkan melalui pembuluh xilem tertipis sekalipun, air tidak akan naik melebihi 3 m.
Semua pengamatan ini dijelaskan secara memuaskan oleh teori mencengkeram(kohesi), atau teori ketegangan. Menurut teori ini, naiknya air dari akar disebabkan oleh penguapan air dari sel-sel daun. Seperti yang telah kami katakan di bagian. 14.3, penguapan menyebabkan penurunan potensi air sel-sel yang berdekatan dengan xilem. Oleh karena itu, air masuk ke sel-sel ini dari getah xilem, yang memiliki potensi air lebih tinggi; dalam melakukan hal ini, ia melewati dinding sel selulosa lembab dari pembuluh xilem di ujung vena, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 14.7.
Pembuluh xilem terisi air, dan saat air meninggalkan pembuluh, timbul tegangan pada kolom air. Hal ini ditularkan ke seluruh batang dari daun hingga akar berkat mencengkeram(kohesi) molekul air. Molekul-molekul ini cenderung “menempel” satu sama lain karena bersifat polar dan tertarik satu sama lain oleh gaya listrik dan kemudian disatukan oleh ikatan hidrogen (Bagian 5.1.2). Selain itu, mereka cenderung menempel pada dinding pembuluh darah di bawah pengaruh kekuatan adhesi. Kohesi molekul air yang tinggi berarti diperlukan gaya tarik yang relatif besar untuk memecah kolom air; dengan kata lain kolom air mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Ketegangan pada pembuluh xilem mencapai suatu kekuatan sehingga dapat menarik seluruh kolom air ke atas, menciptakan aliran massa; dalam hal ini, air memasuki dasar kolom tersebut di akar dari sel akar yang berdekatan. Dinding pembuluh xilem juga harus memiliki kekuatan tinggi dan tidak tertekan ke dalam.
Kekuatan ini disediakan oleh lignin dan selulosa. Bukti bahwa isi pembuluh xilem dipengaruhi oleh gaya tarik yang besar diperoleh dengan mengukur perubahan harian diameter batang pohon menggunakan alat yang disebut dendrometer. Nilai minimum dicatat pada siang hari ketika laju transpirasi maksimum. Kompresi kecil pada masing-masing pembuluh xilem bertambah dan memberikan penurunan diameter seluruh batang yang dapat diukur.
Perkiraan kekuatan tarik kolom getah xilem berkisar antara 3000 hingga 30.000 kPa, dengan nilai yang lebih rendah diperoleh baru-baru ini. Daun mempunyai potensi air sekitar -4000 kPa, dan kekuatan kolom getah xilem mungkin cukup untuk menahan tegangan yang ditimbulkan. Tentu saja ada kemungkinan kolom air terkadang pecah, terutama pada bejana berdiameter besar.
Kritik terhadap teori ini menunjukkan bahwa setiap gangguan pada kontinuitas kolom jus harus segera menghentikan seluruh aliran, karena bejana harus diisi dengan udara dan uap air (fenomena tersebut kavitasi). Kavitasi dapat disebabkan oleh guncangan yang kuat, batang yang bengkok, atau kekurangan air. Diketahui bahwa selama musim panas, kandungan air di batang pohon berangsur-angsur berkurang dan kayu terisi udara. Ini digunakan dalam industri perkayuan karena kayunya memiliki daya apung yang lebih baik. Namun pecahnya kolom air pada beberapa bejana tidak terlalu mempengaruhi laju perpindahan air. Hal ini dapat dijelaskan oleh fakta bahwa air berpindah dari satu wadah ke wadah lainnya atau melewati sumbat udara, bergerak melalui sel parenkim yang berdekatan dan dindingnya. Selain itu, menurut perhitungan, untuk mempertahankan laju aliran yang diamati, setidaknya sebagian kecil kapal cukup untuk berfungsi pada waktu tertentu. Di beberapa pohon dan semak, air hanya bergerak melalui lapisan kayu terluar yang paling muda, yang disebut kayu gubal. Pada kayu ek dan abu, misalnya, air mengalir terutama melalui bejana tahun ini, dan sisa kayu gubal berfungsi sebagai cadangan air. Selama musim tanam, semakin banyak kapal baru yang ditambahkan setiap saat, namun sebagian besar terbentuk pada awal musim, ketika laju aliran jauh lebih tinggi.
Gaya kedua yang terlibat dalam pergerakan air melalui xilem adalah tekanan akar. Hal ini dapat dideteksi dan diukur pada saat tajuk dipotong, dan batang dengan akar terus mengeluarkan sari dari pembuluh xilem. Proses eksudasi ini ditekan oleh sianida dan penghambat respirasi lainnya dan berhenti ketika terjadi kekurangan oksigen atau penurunan suhu. Agar mekanisme ini bekerja, tampaknya diperlukan sekresi aktif garam dan zat larut air lainnya ke dalam getah xilem yang mengurangi potensi air. Air kemudian memasuki xilem melalui osmosis dari sel akar tetangga.
Tekanan hidrostatik positif saja sekitar 100-200 kPa (dalam kasus luar biasa hingga 800 kPa), yang diciptakan oleh tekanan akar, biasanya tidak cukup untuk memastikan pergerakan air ke atas xilem, namun kontribusinya pada banyak tanaman tidak diragukan lagi. Namun, pada bentuk herba yang bertransfusi perlahan, tekanan ini cukup untuk menyebabkan gutasi. Gutasi- ini adalah keluarnya air berupa tetesan-tetesan cairan pada permukaan tumbuhan (sedangkan pada saat transpirasi, air keluar dalam bentuk uap). Semua kondisi yang mengurangi transpirasi, misalnya cahaya redup, kelembapan tinggi, dll., mendorong terjadinya gutasi. Hal ini cukup umum terjadi pada banyak tanaman di hutan hujan tropis dan sering terlihat pada ujung daun bibit muda.
14.21. Sebutkan sifat-sifat xilem yang menjamin pengangkutan air dan zat-zat terlarut di dalamnya dalam jarak jauh.
Xilem tumbuhan berbunga berisi dua jenis struktur penghantar air - trakeid dan pembuluh darah. Dalam artikel tersebut kita telah membahas tentang tampilan struktur ini dalam mikroskop cahaya, serta dalam mikrograf yang diperoleh dengan menggunakan mikroskop elektron pemindaian. Struktur xilem sekunder (kayu) dibahas dalam artikel. Xilem dan floem membentuk jaringan penghantar tumbuhan tingkat tinggi atau pembuluh darah. Jaringan ini terdiri dari apa yang disebut ikatan pembuluh, yang struktur dan distribusinya pada batang tumbuhan dikotil dengan struktur primer ditunjukkan pada gambar.
Apa air naik melalui xilem, dapat dengan mudah ditunjukkan dengan merendam ujung potongan pucuk dalam larutan pewarna encer, seperti eosin. Cairan berwarna, menyebar ke batang, mengisi jaringan urat yang mengalir melalui daun. Jika sayatan tipis kemudian diambil dan diperiksa di bawah mikroskop cahaya, ditemukan pewarna di xilem.
Bukti yang lebih spektakuler air naik melalui xilem berikan eksperimen dengan "dering". Eksperimen semacam itu dilakukan jauh sebelum isotop radioaktif mulai digunakan, sehingga sangat mudah untuk melacak jalur zat dalam organisme hidup. Dalam salah satu versi percobaan, cincin kulit kayu yang sempit dihilangkan dari batang kayu bersama dengan floem, yaitu floem. Cukup lama setelah itu, pucuk-pucuk yang terletak di atas cincin yang dipotong terus tumbuh secara normal: oleh karena itu, deringan tersebut tidak mempengaruhi naiknya air di sepanjang batang. Namun, jika Anda mengangkat sepotong kulit kayu dan memotong sepotong kayu, yaitu xilem, dari bawahnya, tanaman akan cepat layu. Dengan demikian, air berpindah ke pucuk dari tanah tepatnya di sepanjang jaringan konduktif ini.
Teori apa pun yang menjelaskan pengangkutan air melalui xilem, tidak dapat mengabaikan pengamatan berikut.
1. Unsur anatomi xilem- tabung mati tipis, diameternya bervariasi dari 0,01 mm pada kayu "musim panas" hingga 0,2 mm pada kayu "pegas".
2. Jumlah besar air bergerak melalui xilem dengan kecepatan yang relatif tinggi: untuk pohon tinggi kecepatannya mencapai 8 m/jam, dan untuk tanaman lain sekitar 1 m/jam.
3. Untuk mengangkat air melalui tabung tersebut ke puncak pohon yang tinggi diperlukan tekanan sekitar 4000 kPa. Pohon tertinggi - kayu sequoia di California dan kayu putih di Australia - mencapai ketinggian lebih dari 100 m. Air mampu naik melalui tabung tipis yang dapat dibasahi karena tegangan permukaannya yang tinggi (fenomena ini disebut kapilaritas), tetapi hanya karena gaya-gaya ini. bahkan melalui pembuluh xilem tertipis pun air tidak naik melebihi 3 m.
Penjelasan yang memuaskan untuk ini Teori linkage memberikan fakta(kohesi), atau teori ketegangan. Menurut teori ini, naiknya air dari akar disebabkan oleh penguapan oleh sel-sel daun. Seperti yang telah kami katakan di artikel, penguapan mengurangi potensi air sel mesofil yang berdekatan dengan xilem, dan air masuk ke sel-sel ini dari getah xilem, yang potensi airnya lebih tinggi; dalam melakukannya, ia melewati dinding sel lembab di ujung vena, seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Pembuluh xilem mengisi kolom air terus menerus; saat air meninggalkan bejana, ketegangan tercipta di kolom ini; itu ditransmisikan dari batang ke akar karena adhesi (kohesi) molekul air. Molekul-molekul ini cenderung “menempel” satu sama lain karena bersifat polar dan tertarik satu sama lain oleh gaya listrik dan kemudian disatukan oleh ikatan hidrogen. Selain itu, mereka tertarik pada dinding pembuluh xilem, yaitu mereka menempel padanya. Kohesi molekul air yang kuat membuat kolomnya sulit dipecah - ia memiliki kekuatan tarik yang tinggi. Tegangan tarik pada sel xilem menghasilkan gaya yang mampu menggerakkan seluruh kolom air ke atas melalui mekanisme aliran volumetrik. Dari bawah, air masuk ke xilem dari sel akar tetangga. Sangat penting bahwa dinding elemen xilem kaku dan tidak runtuh ketika tekanan di dalam turun, seperti yang terjadi ketika Anda menyedot koktail melalui sedotan lembut. Kekakuan dinding disediakan oleh lignin. Bukti bahwa cairan di dalam pembuluh xilem mengalami tekanan (peregangan) yang tinggi dapat dilihat dari fluktuasi harian diameter batang pohon, yang diukur dengan alat yang disebut dendrograf.
Diameter minimum ditandai pada hari ketika laju transpirasi tertinggi. Pasca ketegangan air dalam wadah xilem menarik dindingnya sedikit ke dalam (karena adhesi), dan kombinasi kompresi mikroskopis ini menghasilkan “penyusutan” keseluruhan laras, yang dicatat oleh perangkat.
Perkiraan kekuatan untuk pecahnya kolom getah xilem bervariasi dari 3000 hingga 3000 kPa, dengan nilai yang lebih rendah diperoleh kemudian. Daun mempunyai potensi air sekitar -4000 kPa, dan kekuatan kolom getah xilem mungkin cukup untuk menahan tegangan yang ditimbulkan. Tentu saja ada kemungkinan kolom air terkadang pecah, terutama pada bejana berdiameter besar.
Kritik terhadap teori yang disebutkan tekankan bahwa setiap pelanggaran kontinuitas kolom sari harus segera menghentikan seluruh aliran, karena bejana akan terisi udara dan uap (fenomena kavitasi). Kavitasi dapat disebabkan oleh guncangan yang kuat, batang yang bengkok, dan kekurangan air. Diketahui bahwa selama musim panas, kandungan air di batang pohon berangsur-angsur berkurang dan kayu terisi udara. Penebang memanfaatkan hal ini karena pohon seperti itu lebih mudah mengapung. Namun, pecahnya kolom air di beberapa bejana memiliki pengaruh yang kecil terhadap kecepatan aliran volumetrik secara keseluruhan. Mungkin faktanya adalah air mengalir ke pembuluh paralel atau melewati sumbat udara, bergerak sepanjang sel parenkim yang berdekatan dan sepanjang dinding. Selain itu, menurut perhitungan, untuk mempertahankan laju aliran yang diamati, setidaknya sebagian kecil elemen xilem dapat berfungsi pada waktu tertentu. Pada beberapa pohon dan semak, air hanya mengalir melalui kayu terluar yang lebih muda, yang disebut kayu gubal. Pada kayu ek dan abu, misalnya, fungsi konduktif dilakukan terutama oleh pembuluh darah tahun ini, dan sisa kayu gubal berperan sebagai cadangan air. Pembuluh xilem baru terbentuk sepanjang musim tanam, tetapi terutama di awal, ketika kecepatan aliran air maksimum.
Kekuatan kedua memastikan pergerakan air melalui xilem, - tekanan akar. Hal ini dapat dideteksi dan diukur pada saat tajuk dipotong, dan batang dengan akar terus mengeluarkan sari dari pembuluh xilem selama beberapa waktu. Proses ini ditekan oleh penghambat respirasi, seperti sianida, dan berhenti ketika terjadi kekurangan oksigen dan penurunan suhu. Beroperasinya mekanisme ini tampaknya disebabkan oleh sekresi aktif garam dan zat larut air lainnya ke dalam getah xilem. Akibatnya, potensi airnya turun dan air memasuki xilem dari sel akar tetangga melalui osmosis.
Mekanisme ini menciptakan tekanan hidrostatik sekitar 100-200 kPa (dalam kasus luar biasa 800 kPa); salah satu dari dia untuk air naik melalui xilem biasanya tidak cukup, tetapi pada banyak tumbuhan, hal ini tidak diragukan lagi berkontribusi terhadap pemeliharaan aliran xilem. Dalam bentuk herba yang bertransfusi perlahan, tekanan ini cukup untuk menyebabkan mutasi pada tanaman tersebut. Ini adalah nama yang diberikan untuk pelepasan air pada permukaan tumbuhan1 dalam bentuk tetesan cairan, bukan uap. Semua kondisi yang menghambat transpirasi, seperti cahaya rendah dan kelembapan tinggi, mendorong terjadinya gutasi. Hal ini umum terjadi pada banyak spesies hutan hujan tropis dan sering terlihat pada ujung daun bibit rumput.
Pohon redwood yang ditemukan di California termasuk pohon tertinggi di dunia. Mereka mencapai ketinggian 110 meter. Beberapa pohon berumur 2000-3000 tahun! Sulit untuk menyampaikan kesan abadi yang ditinggalkan oleh berjalan-jalan di antara para raksasa ini. Kebenaran tentang penciptaan diungkapkan dengan penuh kuasa di sini. Sel-sel pohon disusun membentuk akar, batang, kulit kayu, kolom air, cabang dan daun. Pohon itu menyerupai pabrik kimia raksasa. Proses kimia yang sangat kompleks terjadi di sini dengan sempurna.
Yang menakjubkan adalah pohon besar ini tumbuh dari biji kecil seberat 58 gram. Bayangkan saja: semua informasi tentang perkembangan dan pengorganisasian raksasa-raksasa ini tertanam dalam DNA mereka, dalam sebuah benih kecil berbentuk bulat. Benih tersebut memenuhi semua “instruksi” yang ditemukan dalam DNA-nya dan berubah menjadi struktur raksasa, penampilan dan ukurannya tidak ada bandingannya. Luar biasa, bukan?
Sequoia raksasa "Jenderal Sherman". Tingginya 83,8 m, dan keliling batang pada pangkalnya 34,9 m. Pohon tersebut berumur 2500 tahun. Pohon ini dianggap sebagai organisme hidup terbesar di Bumi. Bobotnya bersama dengan sistem akarnya adalah 2.500 ton. Volume pohonnya 17.000 meter kubik, 10 kali lebih besar dari volume paus biru.
Kitab Suci mengatakan: “Tuhan maha agung dalam kekuasaan-Nya, dan siapakah guru seperti Dia? Ingatlah untuk mengagungkan pekerjaan-Nya yang dilihat orang. Semua orang dapat melihatnya; seseorang dapat melihatnya dari jauh". (Ayub 36:22-25) Sesungguhnya semua orang dapat melihat pekerjaan-Nya.
Menaikkan air setinggi gedung 30 lantai
Melalui dedaunanmu sequoia mengeluarkan hingga 600 liter air per hari, sehingga terus-menerus mengangkat air dari akar ke cabang, mengatasi gaya gravitasi. Bagaimana pohon yang tidak memiliki pompa mekanis dapat melakukan hal ini? 100 meter adalah ketinggian yang sungguh mengesankan, sebanding dengan dua bangunan 14 lantai. Ternyata di dalam bagasi pohon sequoia ada sistem khusus tabung sempit yang saling berhubungan yang disebut xilem. Jaringan internal pohon yang kompleks ini berfungsi mengalirkan air dari akar ke daun. Tabung xilem membentuk sel-sel yang terletak satu di atas yang lain. Bersama-sama mereka membentuk kolom yang sangat panjang, memanjang dari akar melalui batang hingga daun. Untuk "memompa" air, sequoia harus membentuk kolom air yang terus menerus di dalam pipa ini.
Pohon itu mempertahankan air sepanjang hidupnya. Ingat bagaimana angin kencang membengkokkan pohon dan dahan. Namun, karena tabung konduktif terdiri dari jutaan bagian kecil yang disatukan, aliran air tetap tertahan. Satu tabung padat tidak akan menyelesaikan tugas ini. Karena air biasanya tidak mengalir ke atas, bagaimana pohon bisa memompa air setinggi itu? Akar “menarik” air ke atas, dan aksi kapilaritas (kemampuan air untuk naik sedikit di sepanjang dinding tabung) menambah tekanan. Namun, kekuatan ini memastikan sequoia menaikkan air hanya 2-3 meter. Kekuatan pendorong yang mendasarinya adalah penguapan dan tarik-menarik antar molekul air. Molekul memiliki partikel bermuatan positif dan negatif, sehingga mereka menempel satu sama lain dengan kekuatan yang sangat besar, yang menurut pengukuran eksperimental, adalah 25-30 atmosfer (1 atmosfer sama dengan tekanan atmosfer normal di permukaan laut).
Sistem distribusi ditunjukkan pada penampang. Pipa transmisi terdiri dari sel dan dirancang untuk mengangkut zat: air dan mineral ke daun melalui berbagai saluran. Salah satu ciri penting sistem ini pada tumbuhan adalah pembaruan terus-menerus pada saluran xilem dan floem.
Ini cukup untuk mendorong kapal selam Perang Dunia II yang mengapung di kedalaman 350 meter di bawah air. Sequoia ia dengan mudah mempertahankan tekanan 14 atmosfer di bagian atas kolom air. Air yang menguap dari daun menghasilkan daya isap. Molekul air menguap dari daun dan, berkat gaya tarik-menarik molekul, ia menarik molekul lain di sekitarnya. Hal ini menciptakan sedikit pengisapan pada kolom air dan menarik air dari sel-sel daun di sekitarnya. Molekul-molekul ini, pada gilirannya, menarik molekul-molekul di sekitarnya. Rantai geraknya berlanjut hingga ke permukaan tanah dan memindahkan air dari akar ke puncak pohon, seperti halnya pompa mengangkat air dari pipa tegak ke permukaan.
Kami memahami hal itu pohon Ia sendiri tidak dapat menghasilkan sistem yang sedemikian rumit, setelah belajar menggunakan fisika air dan energi Matahari dengan begitu bijak. Segala Kemuliaan kita panjatkan hanya kepada Tuhan, Pencipta langit dan bumi. Pohon-pohon raksasa menjadi saksi historisitas kitab Kejadian, yang mengungkapkan kepada kita asal muasalnya yang sebenarnya: “Dan Allah berfirman: Biarlah bumi menghasilkan rumput hijau, rumput yang berbiji, pohon-pohon yang subur, yang menghasilkan buah menurut jenisnya, yang benihnya ada di bumi. Dan itu menjadi begitu". (Kejadian 1:11-12)
Baca juga
Tembakan super dari wilayah Kanada!2 tahun lalu - Baca 16 menit Fosil Hidup Mengonfirmasi PenciptaanSetahun yang lalu - Baca 27 menit Bagaimana caranya agar daun tidak meleleh saat fotosintesis?Setengah tahun yang lalu - Baca 5 menit Kuda Laut Setahun yang lalu - Baca 15 menit Fosil hidup: crinoid tidak berubah dalam '150 juta tahun'Setahun yang lalu - Baca 3 menit
Tumbuhan tingkat tinggi terbagi menjadi organ-organ yang menjalankan fungsi berbeda-beda, tetapi memiliki banyak kesamaan sifat, termasuk kebutuhan unsur hara, zat dan air agar proses fisiologis dapat berlangsung. Karena air tidak diserap oleh semua organ, tetapi terutama oleh sistem akar, maka diperlukan pergerakan ke seluruh tanaman. Proses ini merupakan apa yang disebut arus ke atas. Perlu dicatat bahwa nama ini tidak mencerminkan arah, tetapi sifat pergerakan dan lokalisasinya pada tumbuhan. Ini melewati terutama melalui jaringan mati batang atau tangkai daun - pembuluh atau trakea pada angiospermae dan trakeid pada gymnospermae. Namun lokalisasi ini tidak mutlak: air juga dapat bergerak melalui elemen anatomi lainnya, misalnya melalui sistem floem.
Air dengan mineral dan zat terlarut di dalamnya naik melalui pembuluh kayu.
Jika kita memperhitungkan seluruh panjang jalur arus naik, maka dapat dibagi menjadi dua bagian yang panjangnya tidak sama.
1. Unsur histologis mati di tengah jalur pembuluh darah atau trakeid. Panjang bagian ini cukup besar, namun air melewatinya dengan relatif mudah, karena ia bergerak secara pasif di sepanjang elemen mati tanpa mengalami hambatan yang berarti dari elemen tersebut.
2. Sel-sel hidup akar dan daun, terletak pada awal dan akhir jalur pergerakan. Jalur ini pendek secara spasial, namun diatasi dengan susah payah, karena membran sel mencegah pergerakan air.
Pergerakan air dalam arus ke atas penting dalam kehidupan tumbuhan. Arus ini memasok air ke seluruh organ dan jaringan, menjadikannya turgor. Aliran air ke atas menangkap ion-ion mineral yang diserap oleh akar, mengangkutnya dan dengan demikian memfasilitasi distribusi (tetapi tidak penyerapan!) ke seluruh tanaman.
Agar air dapat bergerak melalui tumbuhan (dan tidak hanya bergerak, tetapi naik), diperlukan sejumlah energi tertentu, yang titik penerapannya terletak di ujung arus, sehingga disebut motor akhir.
Motor ujung bawah, atau tekanan akar. Perannya dimanifestasikan terutama selama penyerapan aktif - injeksi air. Dengan partisipasi protein kontraktil, ia tidak hanya menyuplai air ke sistem akar, tetapi juga mendorongnya lebih jauh ke dalam pembuluh akar dan ke atas batang. Injeksi air
Proses aktif yang bergantung pada energi yang paling menonjol di korteks akar. Gaya yang dikembangkan oleh motor ujung kecil (sekitar 0,15 MPa); dapat memastikan pengangkatan air hingga ketinggian tidak lebih dari satu meter, yaitu cukup untuk tanaman herba dan semak kecil.
Symplast adalah sistem protoplas tanaman yang saling berhubungan. Protoplas sel tetangga dihubungkan satu sama lain melalui plasmodesmata - tali sitoplasma yang melewati pori-pori di dinding sel. Air dengan zat apa pun yang terlarut di dalamnya, setelah memasuki protoplas satu sel, dapat bergerak lebih jauh sepanjang simplas tanpa melintasi membran apa pun. Pergerakan ini terkadang difasilitasi oleh aliran sitoplasma yang teratur.
Apoplast adalah sistem dinding sel yang berdekatan yang membentuk jaringan kontinu di seluruh tumbuhan. Hingga 50% dari kerangka selulosa tersebut adalah semacam “ruang bebas” yang dapat ditempati oleh air. Ketika menguap ke ruang antar sel dari permukaan sel mesofil, tegangan timbul pada lapisan air apoplastik yang terus menerus, dan keseluruhannya, menurut mekanisme aliran volumetrik, ditarik ke tempat penurunan karena kohesi. (“adhesi”) molekul air. Air memasuki apoplas dari xilem.
Motor ujung atas, atau kekuatan hisap transpirasi. Dengan penguapan air yang konstan di daun tanaman, gaya hisap (1 - 1,5 MPa) terganggu, menyedot air dari sel terdekat dan diteruskan ke sel berikutnya tempat air bergerak, hingga ke pembuluh. Tidak ada sitoplasma di dalam pembuluh, oleh karena itu tidak ada tekanan osmotik, dan penyerapan cairan terjadi dengan partisipasi seluruh besarnya gaya isap. Ini memungkinkan Anda menaikkan air beberapa meter, bertindak seperti pompa hidrolik. Kekuatan ini cukup untuk menyediakan air bagi semak dan pohon yang relatif kecil.
Naiknya air ke atas batang pohon
Motor ujung dapat menaikkan air hingga ketinggian 10 m. Namun banyak tanaman berkayu memiliki batang yang lebih panjang, sehingga kedua motor ujung tidak dapat mengangkat air. Pada tumbuhan seperti itu, gaya adhesi antar molekul air membantu, yang sangat besar dan dapat mencapai 30 - 35 MPa. Gaya ini cukup untuk menaikkan air sejauh 1 - 2 km, yang jauh lebih tinggi daripada ketinggian pohon mana pun.
Kekuatan perekat molekul air hanya bekerja dalam kondisi tertentu: aliran air dalam bejana harus mengalir terus menerus, tanpa gelembung udara. Jika udara masuk ke dalamnya, yang mungkin terjadi jika terluka atau terpotong, pergerakan air akan terganggu. Hal ini menjelaskan layunya pucuk tanaman berkayu dengan daun dan bunga (misalnya lilac), jika tidak segera dimasukkan ke dalam air setelah dipotong, tetapi setelah beberapa waktu.
