Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Pada Tumbuhan

Pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan yang Anda lihat, merupakan hasil interaksi antara faktor dalam (internal) dan faktor luar (eksternal). Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan yang berasal dari dalam tumbuhan disebut faktor internal. Adapun faktor eksternal merupakan faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan yang berasal dari luar tumbuhan. Apa saja faktor-faktor tersebut?

1. Faktor Internal yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan

Faktor internal yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan dapat dibedakan atas faktor intraseluler dan faktor interseluler. Faktor  intraseluler adalah faktor dari dalam sel, berupa gen yang mempengaruhi sifat tumbuhan dan memberikan potensi bagi tumbuhan untuk tumbuh dan berkembang. Adapun faktor interseluler adalah faktor dari luar sel (tetapi masih dalam tumbuhan tersebut), berupa zat tumbuh atau disebut juga hormon. Kali ini akan dibahas lebih dalam mengenai faktor interseluler yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan.

Adapun faktor intraseluler tidak dibahas lebih dalam karena sudah tercakup dalam bahasan pola pewarisan sifat.

Para ahli botani telah lama mengetahui bahwa satu bagian tumbuhan dapat mempengaruhi bagian tumbuhan lain. Contohnya, menghilangkan ujung pucuk umumnya merangsang pertumbuhan tunas ketiak daun; biji biasanya berkecambah lebih cepat jika dipisahkan dari buahnya. Pengaruh ini sering dikaitkan dengan  hormon tumbuhan  atau  zat pengatur tumbuh, yaitu molekul organik yang dihasilkan oleh satu bagian tumbuhan dan ditransportasikan ke bagian lain yang dipengaruhinya.

Terdapat lima kelompok hormon tumbuhan, yaitu auksin, giberelin, sitokinin,  asam absisat, dan  gas etilen. Kelima jenis hormon tersebut memiliki kelebihan dan pengaruh yang berbeda-beda terhadap sel-sel pada jaringan. Misalnya, auksin dapat merangsang pembesaran sel, sedangkan sitokinin dapat merangsang pembelahan sel.

Hormon tumbuhan tidak spesifik seperti hormon hewan. Bahkan mungkin tidak ada satu fase pertumbuhan tumbuhan yang hanya dipengaruhi oleh satu jenis hormon. Pengaruh hormon tumbuhan tidak spesifik dan dipengaruhi oleh hormon lain dan molekul lain. Berikut ini tabel fungsi utama beberapa hormon tumbuhan.

Tabel. Fungsi Hormon Tumbuhan

a. Auksin

Sekitar tahun 1880, Charles Darwin dan putranya Francis Darwin, melakukan penelitian awal tentang fototropisme.  Fototropisme adalah pertumbuhan tumbuhan menuju sumber cahaya. Darwin mencoba mengungkap pertanyaan, mengapa tumbuhan tumbuh menuju sumber cahaya. Mereka meneliti koleoptil rumput kenari (Phalaris canariensis) dan gandum (Avena sativa). Mereka menyimpulkan bahwa pertumbuhan koleoptil menuju cahaya dikendalikan oleh koleoptil.

Percobaan yang dilakukan oleh Darwin dan Boysen–Jensen.

Beberapa tahun kemudian pada 1913, seorang ahli botani Denmark, Peter Boysen-Jensen, menguji penelitian Darwin. Penelitiannya menegaskan bahwa fototropisme disebabkan oleh zat kimia yang dapat berpindah tempat.

Akhirnya pada 1926,  Frits Went, seorang peneliti dari Belanda memodifikasi penelitian Boysen-Jensen dan berhasil mengekstrak zat pengatur fototropisme pada tumbuhan rumput. Zat tumbuh atau hormon ini diberi nama auksin. Secara kimiawi, auksin ini bernama  indolacetic acid (IAA). Setelah banyak penelitian tentang hormon, diketahui bahwa IAA ditemukan pada banyak tumbuhan.

IAA merupakan salah satu senyawa auksin alami. Terdapat beberapa auksin alami lain yang ditemukan pada tumbuhan, yaitu 4-chloro-IAA dan phenylacetic acid, namun, mereka lebih tidak aktif dibandingkan IAA. Selain auksin alami, terdapat juga auksin sintetis, yakni 2,4 D (2,4- dichlorophenoxyacetic acid) dan NAA (naphthaleneacetic acid).

IAA bergerak melalui sel-sel parenkim di korteks dan jaringan pembuluh. Pada batang, IAA bergerak secara  basipetal, artinya IAA bergerak menuju dasar, bahkan jika batang dibalikkan. Pada akar, IAA bergerak secara  akropetal, artinya bergerak menuju pucuk. Pengaruh auksin terhadap pertumbuhan dan perkembahan adalah sebagai berikut.

1. Merangsang pemanjangan sel pada kecambah rumput dan tumbuhan herba. Penyebaran auksin pada batang tidak merata sehingga daerah dengan banyak auksin mengalami pemanjangan sel dan membuat batang membengkok.
2. Merangsang pembentukan akar
3. Merangsang pembentukan buah tanpa biji
4. Merangsang diferensiasi jaringan pembuluh sehingga merangsang pertumbuhan diameter batang
5. Merangsang absisi (pengguguran daun)
6. Berperan dalam dominansi apikal, yaitu keadaan pertumbuhan batang terus ke atas dan tidak menghasilkan cabang. Jika ujung batang dipotong, dominansi apikal akan hilang dan tumbuhan menghasilkan cabang dari tunas ketiak.

Auksin merangsang pemanjangan sel pada konsentrasi tertentu. Rentang konsentrasi ini berbeda pada akar dan batang. Jika konsentrasi auksin terlalu tinggi, pemanjangan akar dan batang akan terhambat. Karena hal itu, auksin konsentrasi tinggi dapat digunakan sebagai herbisida.

Gambar: Pengaruh konsentrasi auksin terhadap pemanjangan sel

b. Giberelin

Setelah penelitian Frits Went dipublikasikan, para ahli botani Jepang pada tahun 1926 mulai melakukan penelitian yang mengungkap adanya hormon tumbuhan baru, giberelin. Ewiti Kurosawa dan rekan-rekannya meneliti tanaman padi (Oryza sativa) yang terkena penyakit foolish seedling. Penyakit ini menyebabkan tanaman pucat dan luar biasa panjang. Diduga disebabkan infeksi jamur Gibberella fujikuroi.

Akhirnya E. Kurosawa berhasil mengisolasi zat yang dihasilkan jamur Gibberella yang menyebabkan penyakit tersebut. Zat ini dinamakan giberelin. Lebih dari delapan jenis giberelin telah didapatkan dari berbagai jamur dan tumbuhan. Penamaan giberelin disingkat GA (gibberellic acid) dan diberi nomor. Contohnya, GA3  adalah giberelin yang didapat dari jamur Gibberella fujikuroi dan paling banyak dipelajari.

Giberelin terdapat pada tumbuhan angiospermae, gymnospermae, lumut, tumbuhan paku, dan jamur. Dalam angiospermae, giberelin terdapat pada biji muda, pucuk batang, ujung akar, dan daun muda. Giberelin ditransportasikan ke seluruh bagian tumbuhan melalui xilem dan floem.

Terdapat beberapa pengaruh giberelin terhadap tumbuhan, yaitu:

1. merangsang pemanjangan batang dan pembelahan sel;
2. merangsang perkecambahan biji dan memecah dormansi biji;
3. merangsang perbungaan dan pembentukan buah.

Pengaruh giberelin (kanan) terhadap tumbuhan

c. Sitokinin

Pada 1940, ahli botani Johannes van Overbeek melakukan penelitian yang menyimpulkan bahwa embrio tanaman tumbuh lebih cepat jika ditambahkan air buah kelapa. Air buah kelapa tersebut merupakan cairan endospermae buah kelapa yang banyak mengandung asam nukleat. Kemudian pada 1950,  Folke Skoog dan siswanya,  Carlos Miller mencampurkan DNA sperma ikan hering pada kultur jaringan tembakau. Sel-sel kultur jaringan tersebut mulai membelah diri.

Setelah sekian lama melakukan percobaan, Skoog dan Miller berhasil mengisolasi zat yang menyebabkan pembelahan sel. Zat ini dinamai kinetin. Adapun kelompok zat kinetin ini disebut  sitokinin karena zat tersebut merangsang pembelahan sel (sitokinesis).

Selain kinetin, ditemukan juga sitokinin lain, seperti zeatin (dari jagung), zeatin ribosida, dan BAP (6-benzilaminopurin). Sitokinin diisolasi dari tumbuhan angiospermae, gymnospermae, lumut, dan tumbuhan paku. Pada angiospermae, sitokinin banyak terdapat pada biji, buah, dan daun muda. Sitokinin ditransportasikan melalui xilem, floem, dan sel parenkim.

Sitokinin memiliki pengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan, antara lain:

1. bersama auksin mengatur pembelahan sel, pembentukan sistem tajuk dan sistem akar;
2. merangsang pembelahan sel dan pembesaran kotiledon;
3. mempengaruhi organogenesis (pembentukan organ);
4. menghambat kerusakan klorofil pada daun gugur;
5. merangsang pembentukan tunas batang.

Pengaruh sitokinin (kiri) terhadap tumbuhan

d. Gas Etilen

Etilen merupakan hormon tumbuhan pertama dalam bentuk gas. Jika buah jeruk yang sudah matang disatukan bersama buah pisang, buah pisang tersebut matang lebih cepat karena jeruk mengeluarkan gas etilen. Penemuan hormon ini pada tumbuhan kali pertama diungkapkan oleh R. Gane pada 1934.

(a) Pisang saja, (b) pisang yang telah disimpan bersama jeruk matang, dan (c) pisang yang telah disimpan bersama etilen cair. Semakin tinggi kadar etilen, semakin cepat pisang matang

Etilen dibuat tumbuhan dan menyebabkan pematangan yang lebih cepat pada banyak buah, termasuk pisang. Pembentukan gas etilen memerlukan O2  dan dihambat oleh CO2 .

Semua bagian tumbuhan angiospermae dapat menghasilkan gas etilen. Pembentukannya terutama terjadi di akar, meristem apikal pucuk, modus, bunga yang gugur, dan buah matang. Gas etilen memiliki pengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan, di antaranya sebagai berikut.

1. Pematangan buah. Para pedagang sering menyimpan buah dalam wadah yang diberi gas CO2 pada saat pengiriman agar buah lebih lama matang dan matang setelah sampai tujuan. Terkadang pedagang memeram buah matang dengan buah yang baru agar cepat matang.
2. Gas etilen menghambat perbungaan pada banyak tumbuhan. Akan tetapi, pada beberapa jenis tumbuhan, gas etilen merangsang perbungaan. Contohnya pada pohon mangga dan nanas.
3. Merangsang absisi (pengguguran daun).
4. Bersama giberelin menentukan ekspresi organ kelamin tumbuhan, contohnya pada mentimun.

e. Asam Absisat

Penemuan berbagai hormon tumbuhan memberikan jalan baru untuk menjelaskan pertumbuhan dan perkembangan. Para ilmuwan menduga bahwa ada zat atau hormon tumbuhan lain yang tidak hanya merangsang, tetapi menghambat pertumbuhan dan perkembangan. Pada sekitar 1940- an Torsten Hemberg dari Swedia melaporkan adanya zat inhibitor (penghambat) yang mencegah efek IAA terhadap dormansi tunas kentang. Hemberg memberi nama zat penghambat ini dormin, karena pengaruhnya terhadap dormansi tunas.

Pada awal 1960, Philip Woreing meneliti temuan Hemberg. Ia melaporkan bahwa pemberian dormin dapat menginduksi dormansi. Pada waktu yang sama, F.T. Addicott menemukan zat yang merangsang absisi buah tanaman kapas. Ia memberi nama zat ini  abscisin. Para ahli botani terkejut mengetahui bahwa dormin dan  abscisin adalah zat yang sama. Zat ini kemudian diberi nama asam absisat atau ABA.

Asam absisat terdapat pada angiospermae, gymnospermae, dan lumut tetapi tidak pada lumut hati. ABA bergerak ke seluruh bagian tumbuhan melalui xilem, floem, dan parenkim. Tidak terdapat ABA sintetik. ABA memiliki beberapa pengaruh terhadap pertumbuhan dan perkembangan, di antaranya sebagai berikut.

1. Mengatur dormansi tunas dan biji
2. ABA memiliki pengaruh yang berlawanan dengan hormon tumbuhan lain. Misalnya, ABA menghambat produksi amilase pada biji yang diberi giberelin. ABA juga menghambat pemanjangan dan per- tumbuhan sel yang dirangsang oleh IAA.
3. Menyebabkan penutupan stomata
4. Meskipun ABA menghambat pertumbuhan, tetapi tidak bersifat racun terhadap tumbuhan.

2. Faktor Eksternal yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan Tumbuhan

Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan sangat dipengaruhi oleh lingkungan. Terdapat beberapa faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan, yaitu nutrisi, air, cahaya, suhu, kelembapan, dan gravitasi.

a. Nutrisi

Tumbuhan memerlukan setidaknya enam belas elemen penting. Karbon, hidrogen, oksigen, fosfor, potasium, nitrogen, sulfur, kalsium dan magnesium diperlukan dalam jumlah relatif banyak dan disebut makronutrien. Zat besi, klor, tembaga, mangan, seng, boron, dan molybdenum diperlukan dalam jumlah sedikit dan disebut mikronutrien.

Elemen-elemen penting didapat dari lingkungan dengan jumlah dan bentuk yang berbeda-beda. Setelah diserap, zat-zat tersebut dapat menjadi bagian struktur tumbuhan dan berfungsi dalam metabolisme. Zat-zat tersebut juga dapat menjadi zat pemacu dan penghambat enzim serta mempengaruhi tekanan osmosis sel.

Berikut disajikan tabel unsur makro dan mikro bagi tumbuhan dan gejala kekurangan (defisiensi) unsur tersebut. 

Tabel Unsur-Unsur Penting bagi Tumbuhan

Semua unsur yang diperlukan oleh tumbuhan terkecuali karbon, didapatkan melalui akar. Absorpsi ini dibantu oleh luas penampang akar dan adanya ion-ion pada membran sel.

Dengan adanya pengetahuan tentang unsur-unsur yang diperlukan tumbuhan, manusia mulai mengembangkan cara pemupukan, hidroponik dan kultur jaringan. Hidroponik adalah cara pembudidayaan tanaman tanpa tanah. Sebagai penggantinya, tumbuhan ditanam pada air yang mengandung unsur-unsur yang diperlukannya. Selain air, penanaman hidroponik dapat juga dilakukan pada medium pasir dan kerikil

Kultur jaringan merupakan teknik pengembangbiakan tanaman dalam medium bernutrisi dan dilakukan secara aseptik. Jaringan yang digunakan bermacam-macam, bahkan sel pun dapat digunakan. Hasil kultur jaringan berupa tanaman baru yang sifatnya sama dengan induknya dalam jumlah yang banyak.

b. Cahaya

Tumbuhan memerlukan cahaya sebagai syarat terjadinya fotosintesis. Tanpa fotosintesis, tumbuhan tidak dapat menyintesis makanannya. Hal ini berakibat terganggunya pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Bukti yang sangat jelas terlihat pada tumbuhan yang hidup di tempat gelap. Tumbuhan tersebut tumbuh cepat dengan batang yang lebih panjang, ramping, dan rapuh serta daun yang tidak lebar dan pucat. Pertumbuhan tumbuhan di tempat gelap ini disebut  etiolasi. Pada tumbuhan yang tumbuh di tempat terang, tumbuh lebih pendek, batang kokoh, dan daun hijau, lebar, serta lebih tebal. 

Pertumbuhan kecambah di (a) tempat gelap dan (b) di tempat terang.

Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan terutama perbungaan juga dipengaruhi oleh lamanya pencahayaan. Pada daerah dengan empat musim, lama siang hari dapat mencapai 16–20 jam sehingga dikenal tiga macam tumbuhan, yaitu tumbuhan berhari pendek, tumbuhan berhari panjang, dan tumbuhan berhari netral. Respons tumbuhan terhadap lamanya pencahayaan ini disebut fotoperiodisme. Meskipun penelitian lebih lanjut menegaskan bahwa fotoperiodisme dipengaruhi lamanya gelap dan bukan lamanya penyinaran. Akan tetapi istilah tumbuhan berdasarkan lamanya penyinaran masih tetap digunakan. Oleh karena itu, tumbuhan berhari pendek sebenarnya adalah tumbuhan bermalam panjang dan tumbuhan berhari panjang sebenarnya adalah tumbuhan bermalam pendek. Gambar berikut memperlihatkan  perbedaan pengaruh lama pencahayaan terhadap tumbuhan berhari pendek dan tumbuhan berhari panjang.

(a) Tumbuhan hari pendek dan (b) tumbuhan hari panjang

Perbungaan pada tumbuhan ini bergantung pada periode kritis gelap. Pada gambar terlihat bahwa tumbuhan berhari pendek tidak akan berbunga jika periode gelapnya tidak melebihi 10 jam gelap. Apa yang terjadi jika periode gelapnya terganggu cahaya?

Pada tumbuhan berhari panjang, tumbuhan akan berbunga jika lama gelap lebih pendek daripada periode kritis gelap (kurang dari 10 jam). Periode kritis ini berbeda-beda pada setiap spesies. Para petani menggunakan pengetahuan ini untuk memanen bunga di luar musimnya. Tumbuhan berhari pendek contohnya dahlia (Dahlia sp.), stroberi (Fragaria vesca), krisan (Chrisantemum  sp.), dan aster (Aster novae-angliae). Adapun tumbuhan berhari panjang contohnya kentang (Solanum tuberosum) dan gandum (Avena sativa).

Tumbuhan berhari netral masa perbungaannya tidak bergantung lamanya pemaparan cahaya. Contoh tumbuhan ini yaitu bunga matahari (Helianthus annus), dan mawar (Rosa hibrida).

Setelah penemuan fotoperiodisme pada tumbuhan, para ilmuwan berusaha menjawab pertanyaan baru bagaimana tumbuhan mengetahui fotoperiodisme. Pada tumbuhan terdapat pigmen yang dapat menangkap cahaya, yaitu fitokrom. Fitokrom ini akan berubah bentuk pada malam dan siang hari karena penyerapan cahaya spektrum merah dan infra merah.

Arah cahaya juga dapat mempengaruhi pertumbuhan dan perkem- bangan tumbuhan. Hal ini berhubungan dengan hormon auksin dan telah Anda pelajari sebelumnya.

c. Suhu

Suhu mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Karena suhu berpengaruh terhadap laju metabolisme, fotosintesis, respirasi, dan transpirasi tumbuhan.

Suhu tinggi merusakkan enzim sehingga metabolisme tidak berjalan baik. Suhu rendah pun menyebabkan enzim tidak aktif dan metabolisme terhenti. Oleh karena itu, tumbuhan memiliki suhu optimum antara 10–38°C. Adapun tumbuhan tidak akan bertahan pada suhu di bawah 0°C dan di atas 40°C.

d. Gravitasi

Akar tumbuhan selalu tumbuh mengarah ke bawah. Peristiwa ini disebut  gravitropisme. Proses ini dipengaruhi oleh kalsium dan IAA. Hal ini menyebabkan batang tumbuh ke atas dan akar tumbuh ke bawah. IAA pada batang menyebabkan pemanjangan batang, sedangkan pada akar akan menghambat pertumbuhan akar. Gravitropisme penting bagi tumbuhan karena:

1. pertumbuhan akar ke bawah meningkatkan kemungkinan akar mendapat air dan mineral;
2. batang dan daun akan mendapatkan cahaya matahari untuk fotosintesis.