Pemakanan dalam Tumbuhan, nota ulang kaji

Gambaran keseluruhan

Tumbuhan menghasilkan makanan sendiri melalui fotosintesis dan mengambil nutrien mineral dari tanah. Bab ini merangkumi nutrien mineral yang diperlukan tumbuhan, cara ia menyerap air dan mineral, dan kepelbagaian pemakanan tumbuhan.

Fotosintesis sendiri diterokai secara mendalam di halaman proses; di sini fokus ialah nutrien dan penyerapan.

Setiap makronutrien mempunyai peranan khusus dan gejala kekurangan yang boleh dikenali. Terlalu sedikit nitrogen, yang membina protein dan klorofil, menyebabkan pertumbuhan terbantut dan daun tua menguning; terlalu sedikit fosforus, diperlukan untuk akar dan pemindahan tenaga, memberi pertumbuhan akar lemah dan daun keunguan; terlalu sedikit kalium menyebabkan tepi daun kuning dan mengeriting; dan terlalu sedikit magnesium khususnya menghalang klorofil baharu terbentuk, menghasilkan daun kuning dengan urat masih hijau (klorosis interurat).

Tumbuhan turut memperoleh sesetengah nutrien melalui perkongsian dengan organisma lain. Bakteria Rhizobium yang hidup dalam nodul akar kekacang seperti kacang pea dan kacang buncis mengikat gas nitrogen dari udara kepada sebatian yang boleh digunakan tumbuhan, manakala tumbuhan membekalkan bakteria itu dengan karbohidrat, satu hubungan mutualisme yang dimanfaatkan dalam putaran tanaman.

Banyak tumbuhan turut membentuk persatuan mikoriza dengan kulat tanah, yang meningkatkan dengan ketara luas permukaan akar tersedia untuk menyerap air dan ion mineral, terutamanya fosforus, sebagai balasan gula.

Bab ini sering dinilai dengan memberi gambar atau huraian gejala kekurangan dan meminta calon menamakan mineral yang kurang serta menerangkan peranannya, atau dengan menghuraikan tumbuhan luar biasa, seperti yang memerangkap serangga atau tumbuh pada pokok, dan bertanya bagaimana ia memperoleh nutrien. Menamakan ion tertentu atau hubungan tertentu, bukan sekadar 'kekurangan nutrien', ialah yang memberi markah penuh.

18.1 Nutrien Tak Organik Utama

Tumbuhan memerlukan satu set nutrien tak organik daripada tanah selain karbohidrat yang dihasilkannya melalui fotosintesis. Nutrien yang diperlukan dalam jumlah besar, dipanggil makronutrien, termasuk nitrogen, fosforus, kalium dan magnesium, manakala nutrien yang diperlukan hanya dalam jumlah kecil, dipanggil mikronutrien, termasuk zat besi, mangan, zink dan boron.

Setiap nutrien memainkan peranan tertentu, jadi kekurangan mana-mana satu daripadanya menghasilkan gejala kekurangan yang boleh dikenali dan bukan sekadar pertumbuhan lemah secara umum.

Nitrogen ialah komponen protein dan klorofil, jadi kekurangannya menyebabkan pertumbuhan terbantut dan daun tua menguning. Fosforus diperlukan untuk pertumbuhan akar dan pemindahan tenaga, jadi kekurangannya memberi pertumbuhan akar lemah dan daun keunguan.

Kekurangan kalium menyebabkan tepi daun kuning dan mengeriting. Magnesium khususnya ialah komponen klorofil, jadi kekurangannya menghalang klorofil baharu terbentuk manakala urat kekal hijau, menghasilkan klorosis interurat.

Soalan peperiksaan bagi standard kandungan ini biasanya memberi gambar atau huraian bertulis gejala kekurangan dan meminta calon menamakan ion nutrien yang kurang serta mewajarkan jawapan dengan mengaitkan gejala itu kepada peranan khusus nutrien tersebut; menamakan ion dengan tepat, bukannya menulis jawapan umum seperti kekurangan nutrien, itulah yang membezakan jawapan bermarkah penuh daripada jawapan sebahagian.

18.2 Penyerapan Air dan Garam Mineral

Air memasuki akar terutamanya melalui sel rambut akar melalui osmosis, bergerak daripada larutan tanah yang lebih cair ke sap sel yang lebih pekat. Setiap sel rambut akar ialah unjuran panjang dan nipis daripada sel epidermis, yang meningkatkan dengan ketara luas permukaan bersentuhan dengan tanah, manakala dindingnya yang nipis memendekkan jarak yang perlu dilalui air; dengan bilangan sel ini yang sangat banyak meliputi sistem akar, penyerapan menjadi cekap secara keseluruhan.

Ion mineral pula, sebaliknya, biasanya diserap melalui pengangkutan aktif dan bukan osmosis, kerana kepekatan sesuatu ion dalam larutan tanah selalunya lebih rendah daripada kepekatannya di dalam sel rambut akar. Menggerakkan ion menentang cerun kepekatannya sendiri memerlukan tenaga, yang dibekalkan oleh respirasi dalam sel akar; inilah sebabnya sel akar mengandungi bilangan mitokondria yang agak tinggi.

Satu perbezaan yang kerap diuji dalam peperiksaan ialah penyerapan air tidak memerlukan tenaga metabolik, kerana ia mengikut cerun potensi air, manakala penyerapan ion mineral memerlukan tenaga metabolik, kerana ia sering bertindak menentang cerun kepekatan; oleh itu, akar yang kekurangan oksigen atau substrat respirasi masih boleh menyerap sedikit air tetapi menyerap jauh lebih sedikit ion mineral.

Menyiasat Keperluan Mineral: Eksperimen Kultur Air

Peranan khusus setiap makronutrien ditetapkan secara eksperimen menggunakan kultur air, biasa dipanggil hidroponik, di mana tumbuhan ditanam dengan akarnya dalam larutan nutrien yang mengandungi setiap ion mineral yang diketahui dan bukan tanah. Dengan menyediakan satu set persediaan yang serupa dan sengaja meninggalkan satu ion bernama daripada hanya satu larutan, sebarang gejala kekurangan yang terhasil boleh dikaitkan dengan ion yang kurang itu, kerana setiap pemboleh ubah lain dikawal.

Penyiasatan kultur air yang direka dengan betul memerlukan satu persediaan kawalan mengandungi larutan nutrien lengkap, tumbuhan daripada spesies dan saiz awal yang sama pada setiap persediaan, serta keadaan cahaya, suhu dan pengudaraan yang serupa sepanjang eksperimen, supaya satu-satunya perbezaan antara kawalan dan persediaan ujian ialah ion tunggal yang sedang disiasat.

Hidroponik turut digunakan secara komersial untuk menanam tanaman seperti salad dan tomato tanpa tanah, terutamanya di kawasan tanah tinggi yang lebih sejuk, dengan membekalkan semua ion mineral diperlukan secara terus dan berterusan dalam larutan nutrien; aplikasi ini sering digunakan dalam soalan peperiksaan yang meminta calon menerangkan satu kelebihan menanam tanaman dengan cara ini, seperti kawalan yang lebih tepat terhadap ion mineral yang diterima tumbuhan.

18.3 Kepelbagaian Pemakanan Tumbuhan: Tumbuhan Parasit dan Epifit

Tidak semua tumbuhan memperoleh semua nutriennya melalui penyerapan akar biasa digabungkan dengan fotosintesis. Tumbuhan parasit seperti Rafflesia tiada klorofil sendiri dan menarik air, mineral dan makanan terus daripada tumbuhan perumah hidup melalui struktur penyerapan khusus, biasanya memudaratkan perumah dalam proses ini.

Epifit, seperti banyak spesies orkid, tumbuh pada dahan atau batang pokok semata-mata untuk sokongan fizikal dan langsung tidak menarik nutrien daripada tisu perumah. Sebaliknya, epifit menyerap air dan mineral yang diperlukannya daripada air hujan yang mengalir turun kulit kayu, daripada kelembapan dalam udara sekeliling, dan daripada debris tumbuhan reput yang terkumpul di sekeliling akarnya sendiri, jadi pokok yang menyokongnya tidak dimudaratkan.

18.3 Kepelbagaian Pemakanan Tumbuhan: Tumbuhan Pemakan Serangga dan Mutualisme

Tumbuhan pemakan serangga seperti tumbuhan periuk kera atau Venus flytrap masih berfotosintesis secara normal untuk membuat karbohidrat sendiri; ia memerangkap dan mencerna serangga terutamanya untuk mendapatkan tambahan nitrogen dan mineral lain yang terhad dalam tanah yang kurang subur, sering bertakung air, tempat tumbuhan ini biasanya tumbuh. Venus flytrap mempunyai rambut pencetus sensitif pada daun berengselnya yang menutup pantas apabila disentuh dua kali berturut-turut, manakala tumbuhan periuk kera mempunyai perangkap dalam, licin, dilapisi nektar yang dijatuhi serangga dan tidak dapat dipanjat keluar; kedua-duanya kemudian merembeskan enzim pencernaan untuk memecah mangsa dan menyerap nutrien yang dibebaskan.

Sesetengah tumbuhan memperoleh nutrien tambahan melalui perkongsian mutualisme dengan organisma lain dan bukan dengan memerangkap mangsa. Bakteria Rhizobium yang hidup dalam nodul akar pada kekacang seperti kacang pea, kacang buncis dan kacang tanah mengikat gas nitrogen dari udara kepada sebatian yang boleh diserap tumbuhan, manakala tumbuhan membekalkan bakteria dengan karbohidrat, jadi kedua-dua organisma mendapat manfaat.

Banyak akar tumbuhan turut membentuk persatuan mikoriza dengan kulat tanah, yang benangnya yang halus meluaskan dengan ketara luas permukaan berkesan untuk menyerap air dan ion mineral, terutamanya fosforus, sebagai balasan gula yang dihasilkan tumbuhan.

Fokus peperiksaan: membezakan gejala kekurangan yang serupa

Dua pasang gejala kekurangan sering dikelirukan dalam jawapan peperiksaan. Pasangan pertama ialah kekurangan nitrogen dan kekurangan magnesium, kedua-duanya menjadikan daun kuning: kekurangan nitrogen menjadikan keseluruhan daun tua kuning kerana nitrogen mudah alih dan ditarik balik daripada daun tua dahulu, manakala kekurangan magnesium menyebabkan klorosis interurat, menguning antara urat sementara urat itu sendiri kekal hijau, kerana magnesium khususnya diperlukan untuk membuat klorofil baharu.

Pasangan kedua ialah kekurangan zat besi dan kekurangan magnesium, kedua-duanya melibatkan klorosis tetapi muncul pada daun berbeza: zat besi tidak boleh bergerak dengan mudah daripada bahagian tua ke bahagian muda tumbuhan, jadi kekurangan zat besi ditunjukkan dahulu sebagai klorosis pada daun termuda berhampiran titik tumbuh, manakala magnesium mudah alih dan ditarik balik daripada daun tua dahulu, jadi kekurangan magnesium muncul di situ sebaliknya. Menyatakan daun mana yang terjejas dahulu biasanya bernilai satu markah berasingan daripada menamakan ion yang kurang itu sendiri.

Konsep utama untuk dikuasai

• Nutrien tak organik utama, Makronutrien (contoh nitrogen, fosforus, kalium) diperlukan dalam jumlah besar; mikronutrien dalam jumlah kecil.
• Peranan nutrien, Nitrogen diperlukan untuk protein, magnesium untuk klorofil; kekurangan nutrien menyebabkan gejala kekurangan tertentu.
• Penyerapan air, Air masuk ke sel rambut akar melalui osmosis, bergerak menuruni cerun potensi air.
• Penyerapan garam mineral, Ion mineral diserap melalui pengangkutan aktif, yang perlukan tenaga kerana tanah selalunya lebih cair daripada sel.
• Adaptasi rambut akar, Sel rambut akar panjang dan nipis dengan luas permukaan besar untuk mempercepat penyerapan.
• Kepelbagaian pemakanan tumbuhan, Sesetengah tumbuhan parasit, epifit atau pemakan serangga, memperoleh nutrien dengan cara luar biasa.
• Gejala kekurangan makronutrien, Kekurangan nitrogen menyebabkan pertumbuhan terbantut dan daun tua menguning kerana nitrogen diperlukan untuk protein dan klorofil; kekurangan fosforus memberi pertumbuhan akar lemah dan daun keunguan; kekurangan kalium menyebabkan tepi daun kuning dan mengeriting; dan kekurangan magnesium menyebabkan klorosis interurat kerana magnesium ialah komponen klorofil.
• Pengikatan nitrogen dan nodul akar, Bakteria Rhizobium hidup dalam bengkak dipanggil nodul akar pada akar kekacang seperti kacang pea, kacang buncis dan kacang tanah. Bakteria itu mengikat gas nitrogen dari udara kepada sebatian nitrat dan ammonium yang boleh diserap tumbuhan, manakala tumbuhan membekalkan bakteria dengan karbohidrat, menjadikan ini hubungan mutualisme dan bukan parasitisme.
• Persatuan mikoriza, Banyak akar tumbuhan membentuk perkongsian dengan kulat tanah dipanggil mikoriza. Benang kulat meluaskan dengan ketara luas permukaan berkesan sistem akar, menyerap tambahan air dan ion mineral, terutamanya fosforus, daripada isipadu tanah lebih besar, dan sebagai balasan kulat menerima gula yang dihasilkan tumbuhan melalui fotosintesis.
• Contoh bernama pemakanan pelbagai, Rafflesia ialah tumbuhan parasit tanpa klorofil sendiri yang menarik air dan makanan terus daripada tumbuhan menjalar perumah; tumbuhan periuk kera dan Venus flytrap bersifat pemakan serangga, memerangkap dan mencerna serangga terutamanya untuk nitrogen sambil masih berfotosintesis; dan banyak orkid bersifat epifit, menggunakan pokok hanya untuk sokongan fizikal dan menyerap air serta mineral dari hujan dan udara.
• Menyiasat keperluan mineral, Menanam tumbuhan dalam kultur air (hidroponik), larutan nutrien dengan satu ion mineral sengaja ditinggalkan, membolehkan gejala kekurangan tertentu diperhatikan dan dikaitkan dengan ion yang kurang itu, iaitu cara peranan setiap makronutrien mula-mula ditetapkan secara eksperimen.
• Mikronutrien, Mikronutrien seperti zat besi, mangan, zink dan boron diperlukan hanya dalam jumlah kecil tetapi masih penting; contohnya, zat besi diperlukan untuk membuat klorofil dan kekurangannya turut menyebabkan daun menguning, kelihatan serupa dengan kekurangan magnesium tetapi menjejaskan daun muda dahulu berbanding daun tua.
• Cara Venus flytrap dan periuk kera memerangkap serangga, Venus flytrap mempunyai rambut pencetus sensitif pada daun berengselnya yang menutup pantas apabila disentuh dua kali berturut-turut, memerangkap serangga, manakala periuk kera mempunyai perangkap dalam, licin, dilapisi nektar yang dijatuhi serangga dan tidak dapat dipanjat keluar; kedua-duanya kemudian merembeskan enzim pencernaan untuk memecah mangsa dan menyerap nutrien yang dibebaskan.

Senarai semak ingatan pantas

1. Boleh anda takrif dan terangkan Nutrien tak organik utama?
2. Boleh anda takrif dan terangkan Peranan nutrien?
3. Boleh anda takrif dan terangkan Penyerapan air?
4. Boleh anda takrif dan terangkan Penyerapan garam mineral?
5. Boleh anda takrif dan terangkan Adaptasi rambut akar?
6. Boleh anda takrif dan terangkan Kepelbagaian pemakanan tumbuhan?
7. Boleh anda takrif dan terangkan Gejala kekurangan makronutrien?
8. Boleh anda takrif dan terangkan Pengikatan nitrogen dan nodul akar?
9. Boleh anda takrif dan terangkan Persatuan mikoriza?
10. Boleh anda takrif dan terangkan Contoh bernama pemakanan pelbagai?
11. Boleh anda takrif dan terangkan Menyiasat keperluan mineral?
12. Boleh anda takrif dan terangkan Mikronutrien?
13. Boleh anda takrif dan terangkan Cara Venus flytrap dan periuk kera memerangkap serangga?

Soalan lazim

Lagi untuk Pemakanan dalam Tumbuhan

Sumber:SRC-DSKP-EN