Pertumbuhan dan Perkembangan

A.       Pola Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan

Pertumbuhan dan perkembangan merupakan suatu koordinasi yang baik dari banyak peristiwa pada tahap yang berbeda. Pertumbuhan menunjukkan suatu pertambahan dalam ukuran yang dapat diukur sebagai pertambahan panjang, lebar atau luas dan dapat pula diukur berdasarkan pertambahan volume, massa atau berat. Pertambahan ukuran tersebut juga menandai adanya pertambahan jumlah sel dan jaringan tubuh pada makhluk hidup tersebut. Pertumbuhan pada makhluk hidup dapat berlangsung secara permanen, misalnya pada pertambahan tinggi yang hanya bisa bertambah dan tak bisa kembali ke keadaan awal lagi. Namun pertumbuhan dapat juga berlangsung secara non-permanen misalnya pada perubahan berat yang bisa naik turun.

Contoh pertumbuhan:

1. Bertambahnya tinggi tumbuhan kecambah.

2. Bertambahnya berat badan.

Perkembangan dapat didefenisikan sebagai suatu perubahan teratur dan berkembang yang disertai dengan diferensiasi, organogenesis, dan diakhiri dengan terbentuknya individu baru yang lengkap baik secara morfologis, anatomis, maupun fisiologis.

Contoh perkembangan:

1. Perkembangan emosi, cara berpikir, dan tingkah laku manusia seiring bertambahnya usia.

2. Berfungsinya alat-alat reproduksi pada makhluk hidup saat dewasa.

Tahap-Tahap Pertumbuhan pada Tumbuhan

1. Tahap awal pertumbuhan

Mula-mula biji melakukan imbibisi (penyerapan air) sampai ukuran bijinya bertambah dan menjadi lunak. Saat air masuk ke dalam biji, enzim-enzim mulai aktif sehingga menghasilkan berbagai reaksi kimia. Kerja enzim ini antara lain, mengaktifkan metabolisme di dalam biji dengan mensintesis cadangan makanan sebagai persediaan cadangan makanan pada saat perkecambahan berlangsung.

2. Perkecambahan

Perkecambahan terjadi karena pertumbuhan radikula (calon akar) dan pertumbuhan plumula (calon batang). Faktor yang memengaruhi perkecambahan adalah air, kelembapan, oksigen, dan suhu. Perkecambahan biji ada dua macam, yaitu:

a. Tipe perkecambahan di atas tanah (Epigeal)

Perkecambahan epigeal merupakan perkecambahan yang ditandai dengan bagian hipokotil memanjang sehingga plumula dan kotiledon terangkat ke atas permukaan tanah. Kotiledon sebagai cadangan energi akan melakukan proses pembelahan dengan sangat cepat untuk membentuk daun agar dapat melakukan proses fotosintesis. Misalnya pada perkecambahan kacang hijau (Phaseolus radiates).

Gambar 1. Perkecambahan epigeal

          

b. Tipe perkecambahan di bawah tanah (hipogeal)

Perkecambahan hipogeal merupakan perkecambahan yang ditandai dengan terbentuknya plumulayang menembus kulit biji dan muncul ke permukaan tanah, sedangkan kotiledon tetap berada di dalam tanah (hipokotil tetap berada di dalam tanah). Contoh: perkecambahan kacang kapri (Pisum sativum).

Gambar 2. Perkecambahan hipogeal

3. Pertumbuhan primer dan sekunder

Pertumbuhan dapat terjadi secara primer dan sekunder. Pertumbuhan primer merupakan pertumbuhan yang terjadi karena adanya aktivitas meristem primer yang terdapat pada ujung akar dan ujung batang dimulai sejak tumbuhan masih berupa embrio. Sedangkan pertumbuhan sekunder terjadi pada bagian kambium yang mengakibatkan batang bertambah besar. Ciri-ciri jaringan meristem ini adalah mempunyai dinding sel yang tipis, bervakuola kecil/tidak bervakuola, sitoplasma pekat dan sel-selnya belum terspesialisasi.

a. Pertumbuhan primer

Pertumbuhan primer pada tumbuhan hanya terjadi pada bagian yang aktif membelah dan tumbuh, yang disebut jaringan meristem. Pada jaringan meristem terdapat bagian titik tumbuh akar dan titik tumbuh batang.

1)  Titik tumbuh akar

Titik tumbuh akar adalah bagian pada jaringan meristem yang memiliki tudung akar (kaliptra). Tudung akar berperan untuk menembus tanah. Pada daerah titik tumbuh ini terdapat jaringan meristem yang aktif berfungsi sebagai cadangan makanan untuk membantu proses pemanjangan akar.

Berdasarkan struktur jaringan meristem sel penyusun akar tumbuhan, titik tumbuh akar digolongkan menjadi daerah pembelahan sel, daerah pemanjangan sel, dan daerah diferensiasi. Daerah pembelahan terdapat pada bagian ujung akar yang sel-selnya membelah secara cepat. Pada daerah pemanjangan, sel mengalami pemanjangan dan mengalami proses diferensiasi di dalam strukturnya. Ada bagian yang dibentuk menjadi protoderm, meristem dasar, dan prokambium. Protoderm adalah jaringan yang akan menjadi epidermis. Meristem dasar adalah bagian yang dibentuk untuk menjadi jaringan dasar. Prokambium adalah jaringan yang dibentuk untuk menjadi stele. Pada daerah diferensiasi, proses organogenesis telah berjalan sempurna sehingga lapisan epidermis telah berdiferensiasi dengan jelas dan memiliki bulu-bulu akar. Bulu-bulu akar berperan untuk menyerap mineral-mineral dari dalam tanah. Oleh karena proses diferensiasi pertama kali terjadi di daerah tersebut, daerah diferensiasi disebut jaringan primer. Pertumbuhan akan menyebabkan terjadinya pemanjangan pada sel-sel akar.

2) Titik tumbuh batang

Titik tumbuh batang adalah jaringan meristem pada batang yang berfungsi untuk tumbuhnya batang. Titik tumbuh batang dapat diamati pada tumbuhan yang memiliki tunas berupa kuncup. Jaringan meristem yang membelah membentuk massa berbentuk kubah. Apabila daun muncul dari kuncup tunas disebut primordia. Tunas samping yang dibentuk akan menjadi cabang batang.

Batang juga memiliki daerah pemanjangan sel. Pada daerah ini jaringan yang dibentuk juga akan mengalami proses diferensiasi. Jaringan meristem batang dibagi menjadi meristem embrional dan meristem kambium. Meristem embrional ditemukan pada saat perkecambahan, sedangkan meristem kambium ditemukan pada tumbuhan yang sudah mengalami pertumbuhan dan perkembangan secara sempurna.

b. Pertumbuhan sekunder

Setelah mengalami pertumbuhan primer, selanjutnya tumbuhan mengalami pertumbuhan sekunder. Pertumbuhan sekunder akan mengakibatkan bertambah besarnya diameter batang. Umumnya hanya tumbuhan berbiji terbuka (gimnospermae) dan dikotil (berkeping dua) yang mengalami pertumbuhan sekunder. Pada monokotil tidak terjadi pertumbuhan sekunder, kecuali pada sebagian kelompok saja, seperti palem-paleman (Palmae). Pertumbuhan sekunder dapat diamati pada setiap tahap pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Tahap pertambahan panjang akar dan batang disebut pertumbuhan primer. Pada tahap berikutnya terlihat makin lama batang tumbuhan semakin besar, disebut pertumbuhan sekunder.

Pada pertumbuhan sekunder, yang aktif membelah adalah sel-sel meristem yang terdapat pada kambium. Kambium terletak di antara xilem dan floem. Pembelahan terjadi secara radial, yaitu pembelahan sel yang terdapat di sekitar xilem mengarah ke dalam dan sel-sel yang terdapat di bagian floem mengarah ke luar. Bagian tersebut disebut jaringan meristem kambium. Akibat pertumbuhan tersebut akan dibentuk xilem sekunder dan floem sekunder. Pertumbuhan jaringan ini akan membentuk jaringan melingkar yang disebut lingkaran tahun.

Aktivitas kambium yang membentuk xilem dan floem sering tidak seimbang dengan pertumbuhan kulit batang tumbuhan. Keadaan ini menyebabkan jaringan epidermis dan korteks luar menjadi pecah-pecah dan rusak. Rusaknya jaringan ini akan membahayakan jaringan di dalamnya. Tumbuhan mengatasi hal ini dengan membentuk kambium gabus (felogen) atau jaringan gabus yang akan membentuk felem ke arah luar dah feloderm ke arah dalam. Felem (lapisan gabus) merupakan sel-sel mati, sedangkan feloderm (korteks sekunder) merupakan sel-sel hidup. Pada beberapa tempat di jaringan gabus tersebut terdapat celah-celah gabus yang disebut lentisel yang berfungsi sebagai tempat masuknya air dan udara ke dalam sel-sel tumbuhan.

B.       Faktor-Faktor yang Memengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan

Pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan dipengaruhi oleh faktor internal dan eksternal. Faktor internal meliputi faktor keturunan (hereditas), enzim, dan hormon. Sementara itu, faktor eksternal meliputi intensitas cahaya, kecukupan air, suhu, dan mineral.

Faktor internal dan eksternal mengontrol pola pertumbuhan dan perkembangan antara lain melalui pengendalian aktivitas internal. Aktivitas internal tersebut berupa proses fotosintesis, respirasi, sintesis protein, sintesis klorofil, tekanan osmosis, dan mitosis.

1. Faktor Internal

a. Enzim

Enzim merupakan suatu makromolekul (protein) yang mempercepat suatu reaksi kimia dalam tubuh makhluk hidup. Enzim tidak ikut bereaksi, tetapi berfungsi menurunkan energi aktivasi dalam setiap reaksi yang terjadi. Dengan adanya enzim, energi yang diperlukan dalam setiap reaksi menjadi lebih rendah.

Enzim bekerja pada substrat, suhu, dan pH tertentu. Misalnya, enzim peroksida berperan dalam penguraian H₂O₂  menjadi H₂O dan O₂. Jika kondisi lingkungan (pH dan temperature) sesuai, enzim yang dilepas akan bekerja dengan aktivitas tinggi sehingga tumbuhan dapat tumbuh dengan optimal. Tumbuhan melakukan pengaturan kerja enzim sendiri agar suatu senyawa yang dihasilkan tidak terus-menerus dibentuk. Pengaturan ini dilakukan melalui pembentukan zat yang bersifat inhibitor (penghambat). Hal ini merupakan suatu sistem pengaturan untuk memelihara keseimbangan fisiologis dalam tubuhnya.

Suatu rangkaian reaksi tidak dapat berlangsung hanya dengan melibatkan satu jenis enzim, tetapi perlu melibatkan berbagai jenis enzim yang telah terpola secara teratur dalam suatu sistem. Perbedaan jenis gen menyebabkan terjadinya perbedaan respons pertumbuhan terhadap kondisi lingkungan yang sama.

b. Zat pengatur tumbuh (hormon tumbuh)

1)    Auksin

Auksin adalah suatu hormon yang ditemukan oleh F.W. Went pada 1928. Untuk merangsang pertumbuhan, hormon auksin hanya diperlukan 1x10^-8 gram untuk setiap liter air (1.000 gram air). Hormon ini dihasilkan dalam jumlah yang relatif kecil oleh suatu bagian tumbuhan yang didistribusikan ke seluruh tubuh tumbuhan. Bagian tumbuhan yang dapat membentuk auksin merupakan jaringan meristematik, seperti pada ujung koleoptil, daun muda atau kuncup, dan daun lembaga. Serbuk sari yang sedang berkecambah menjadi buluh sari juga menghasilkan auksin.

Auksin dapat ditransportasikan dari sel yang satu ke sel yang lain. Sistem transportasi auksin bersifat polar, yaitu dari ujung batang menuju ke akar. Peran auksin pada tumbuhan adalah sebagai berikut.

a)  Berpengaruh terhadap pemanjangan sel,pembelahan sel, dan diferensiasi sel.

b) Merangsang aktivitas kambium dan pembentukan pembuluh floem dan xilem.

c)  Memelihara dinding sel agar bersifat elastis dan merangsang pembentukan dinding sel, tetapi tidak merangsang pembentukan dinding sel sekunder.

d) Menghambat rontoknya buah yang masih muda dan juga menghambat gugurnya daun.

e) Merangsang pembentukan akar dan mempertahankan sifat geotropism batang (batang bersifat geotropism negatif).

f)  Merangsang pembentukan bunga.

g) Merangsang pembuahan tanpa biji.

Pada beberapa tumbuhan, pembuahan tidak didahului proses penyerbukan. Dengan menyemprotkan hormon auksin pada kepala putik, bakal buah tumbuh menjadi buah tanpa biji, yang disebut partenokarpi.

2)    Etilen (H₂C = CH₂)

Etilen merupakan hormon yang berupa gas (gas etilen). Meningkatnya kandungan auksin dalam tubuh tumbuhan akan menghambat pembentukan etilen. Etilen berfungsi:

a)  Menghambat perkembangan akar

b) Menghambat pembentukan bunga

c)  Meningkatkan proses pematangan buah

d) Merangsang terjadinya epinasti (daun tumbuh meggulung atau menekuk)

3)    Giberelin

Seorang ahli berkebangsaan Jepang pada 1926 mengekstrak suatu senyawa dari jamur parasit Gibberella fujikuroi. Senyawa hasil ekstraksi tersebut dapat mempercepat pertumbuhan. Pada 1938, seorang peneliti berkebangsaan Jepang memberi nama asam giberelat. Kemudian, disebut giberelin (1955). Fungsi giberelin adalah sebagai berikut:

a)  Merangsang pertumbuhan batang dan daun sehingga dapat tumbuh tiga kali lipat ukuran normal.

b) Tidak merangsang pembentukan akar pada konsentrasi rendah tetapi pada konsentrasi tinggi merangsang pembentukan akar.

c)  Menghilangkan sifat kerdil secara genetik pada tumbuhan.

d) Merangsang pembentukan bunga pada tumbuhan yang berbunga jika lama pencahayaan lebih dari 12 jam (long-day plant).

e) Merangsang pembelahan dan pemanjangan sel.

f)  Merangsang perkecambahan dengan merangsang endosperma untuk mensistesis α-amilase dan enzim hidrolisa lainnya.

Giberelin terdiri atas beberapa macam, meliputi GA₁, GA₂, dan GA₃. Walaupun struktur molekulnya relatif sama tapi pengaruh yang ditimbulkan berbeda, misalnya hormon giberelin yang satu berpengaruh terhadap pertumbuhan, sedangkan yang lain berpengaruh terhadap pembentukan bunga.

4)    Sitokinin

Pada 1954 di Universitas Wiconsin, Foolke Skoog menemukan zat tumbuh sitokinin. Berdasarkan penelitian, sitokinin dapat merangsang pembelahan sel empulur tembakau. Sitokinin atau kinetin merupakan turunan dari senyawa purin yang dibentuk dalam akar dan diangkut ke seluruh tubuh tumbuhan melalui xilem. Beberapa fungsi sitokinin adalah sebagai berikut.

a)    Merangsang pembelahan sel dan merangsang pemanjangan titik tumbuh.

b)   Merangsang pembesaran batang dan akar serta merangsang pembentukan akar cabang.

c)    Merangsang pembentukan pucuk dan mampu merangsang berakhirnya dormansi biji.

d)   Merangsang pertumbuhan dan perkembangan embrio.

e)   Menghambat penuaan daun melalui peningkatan pengiriman garam mineral ke daun.

f)    Merangsang sintesis protein dan RNA untuk menyintesis substansi lain

5)    Asam Absisat

Setelah sejak tahun 1960 diadakan analisis terhadap tumbuhan, akhirnya ditemukan zat inhibitor yang dinamakan dokmin β-inhibitor dan absisin. Keduanya merupakan substansi yang sama, dinamakan asam absisat (ABA).

Asam absisat mempercepat proses penuaan daun dan merangsang terjadinya gugur daun. Selain itu, ABA dapat menghambat pertumbuhan dan menghambat pembelahan sel sehingga menyebabkan pertumbuhan abnormal.

Selain kelima jenis hormon tersebut, ada pula vernalis, rizokalin, traumalin, dan florigen. Vernalin merangsang pembungaan pada temperatur rendah, dan merangsang perkembangan anteridium pada gametofit (tumbuhan penghasil gamet). Rizokalin merangsang pembentukan akar dan traumalin merangsang pembentukan kalus pada bagian tubuh yang luka. Florigen ditemukan oleh ahli botani berkebangsaan Rusia. Florigen dibentuk di dalam daun yang selanjutnya diangkut ke pucuk untuk merangsang pembentukan bunga.

Selain membentuk hormon, tumbuhan juga membentuk vitamin seperti, riboflavin (vitamin B12), asam askorbat (vitamin C), tiamin (vitamin B1), asam nikotinik, dan piridoksin (vitamin B6) yang dibentuk dalam daun. Vitamin penting untuk pertumbuhan akar. Vitamin berperan dalam sintesis koenzim dan pembentukan hormon tumbuhan.

2. Faktor Eksternal

a. Makanan (nutrisi)

Moore, et al (1995: 470) mengungkapkan bahwa nutrien yang dibutuhkan oleh makhluk hidup terdiri atas elemen makro dan elemen mikro. Elemen yang dibutuhkan dalam jumlah besar disebut makronutrien, contohnya karbon, oksigen, hydrogen, nitrogen, sulfur, phosphor, kalium, dan magnesium. Sementara itu elemen yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit disebut mikronutrien, seperti besi, klor, tembaga, magnesium, seng, molibdonum, boron, dan nikel.

Defisiensi adalah keadaan tumbuhan yang kekurangan nutrient, contohnya jika kekurangan Fe dan Mg daun akan menguning (klorosis) karena Fe berfungsi sebagai biokatalisator dalam pembentukan klorofil dan juga merupakan salah satu unsur yang diperlukan pada pembentukan enzim respirasi. Sementara itu Mg merupakan unsur inti klorofil.

b. Cahaya

Cahaya tampak, seperti merah, biru, nila, dan violet berperan sebagai sumber energi dalam proses fotosintesis. Sementara itu, cahaya inframerah berperan dalam menentukan suhu lingkungan. Hasil fotosintesis akan dipergunakan untuk pertumbuhan dan aktivitas hidup yang lain. Pertumbuhan kecambah yang ditempatkan di tempat teduh akan berlangsung cepat, tetapi abnormal (tubuh lemah). Keadaan ini dinamakan etiolasi.

Cahaya dapat merubah leukoplas menjadi kloroplas. Tersedianya cahaya yang memadai akan meningkatkan pembentukan kloroplas. Tumbuhan yang sejenis dapat memiliki ukuran daun yang berbeda jika tumbuh di tempat yang tingkat pencahayaannya berbeda. Daun yang mendapatkan cukup cahaya ukurannya akan cukup kecil, tetapi jaringan mesofilnya lebih tebal dari daun yang kekurangan cahaya, tinggi batangnya pun berbeda. Tumbuhan yang kurang mendapatkan cahaya lebih tinggi daripada tumbuhan yang mendapatkan cukup pencahayaan.

Stomata pada tumbuhan yang hidup di tempat kurang cahaya berjumlah sedikit tetapi berukuran besar. Adapun tumbuhan yang hidup di tempat yang cukup cahaya memiliki jumlah stomata yang lebih banyak dan berukuran kecil. Selain itu, sistem perakarannya lebih lebat dibandingkan dengan sistem perakaran yang kurang mendapatkan cahaya.

Adanya perbedaan letak geografis pun menyebabkan perbedaan lamanya pencahayaan yang diterima oleh tumbuhan. Di daerah yang memiliki empat musim, kadang-kadang waktu siang lebih panjang dari waktu malam, atau bisa juga waktu malam lebih panjang dari waktu siang.

Respons tumbuhan terhadap waktu terang dan waktu gelap dinamakan fotoperiodisme. Respons tumbuhan yang dimaksud adalah pertumbuhan, perkembangan, dan reproduksi. Fotoperiodisme pada tumbuhan dikendalikan oleh fitokrom. Fitokrom adalah suatu substansi yang berwarna biru pucat berupa protein yang terdistribusikan pada jaringan tumbuhan dengan konsentrasi yang rendah. Fitokrom menerima cahaya merah (λ = 660 nm) dan inframerah (λ = 730 nm).

Berdasarkan respon tumbuhan terhadap panjang waktu terang dan waktu gelap, dapat dibedakan menjadi tumbuhan hari pendek, tumbuhan hari panjang, dan tumbuhan hari netral. Tumbuhan hari pendek (short-day plant) adalah tumbuhan yang membentuk bunga jika waktu terang lebih pendek dari waktu gelap, contohnya kedelai, tembakau, stroberi, dan krisan. Tumbuhan hari panjang (long-day plant) adalah tumbuhan yang membentuk bunga jika waktu terang lebih panjang dari waktu gelap, contohnya gandum, bit, dan bayam. Tumbuhan hari netral (neutral-day plant) adalah tumbuhan yang waktu berbunganya tidak dipengaruhi oleh lamanya penyinaran, contohnya kapas, jagung, kacang merah, dan mentimun.

c. Suhu

Suhu berkaitan dengan aktivitas enzim dan kandungan air dalam tubuh tumbuhan. Semakin tinggi suhu, semakin cepat laju transpirasi dan semakin rendah kandungan air pada tumbuhan, sehingga proses pertumbuhan makin lambat. Suhu yang rendah dapat merangsang berakhirnya masa dorman pada pucuk atau biji. Perlakuan suhu yang rendah akan merangsang pembentukan ruas yang lebih panjang daripada perlakuan suhu yang tinggi. Suhu ysng berubah-ubah dapat merangsang perkecambahan biji. Peristiwa ini dinamakan vernalisasi.

Termoperiodisme adalah kondisi pertumbuhan suatu jenis tumbhan yang dipengatuhi oleh perbedaan suhu pada siang dan malam. Tanaman tomat akan tumbuh baik jika suhu siang 26⁰ C dan suhu malam 20⁰ C. Pembentukan buah terjadi jika suhu malam 15⁰ C dan tidak membentuk buah jika suhu malam 25⁰ C.

d. Air

Air berfungsi sebagai media reaksi kimia di dalam sel dan menunjang proses fotosintesis dan menjaga kelembaban. Kandungan air yang terdpaat di dalam tanah berfungsi sebagai pelarut unsure hara di dalam tanaha sehingga unsure hara mudah diserap oleh tumbuhan. Selain itu, air memelihara suhu tanah yang berperan dalam proses pertumbuhan. Pertumbuhan akan lebih aktif pada malam hari daripada siang hari karena pada malam hari kandungan air dalam tumbuhan lebih tinggi dari siang hari.

e. pH

Pada kondisi tanah netral, unsur-unsur yang diperlukan, seperti Ca, Mg, P, dan K tersedia dalam jumlah yang cukup. Jika pH tanahnya asam, unsur yang tersedia adalah Al, Mo, dan Zn. Mineral ini dapat meracuni tumbuhan.

f. Oksigen

Kadar oksigen dalam tanah selalu berlawanan dengan kadar air dalam tanah. Jika kadar air tinggi, kadar O₂ akan rendah. Keberadaan O₂ dalam tanah sangat penting untuk respirasi sel-sel akar yang akan berkaitan dengan penyerapan unsur hara (transportasi aktif).

SUMBER :   Aryulina, Diah. Choirul M. Syalfinah M. Endang W. 2006. Biologi 1 SMA dan MA untuk Kelas X. Jakarta : Esis.