Faktor Ekstrinsik Pertumbuhan-Perkembangan Tumbuhan

Tumbuhan merupakan makhluk hidup yang memiliki kemampuan untuk tumbuh dan berkembang. Pertumbuhan tumbuhan adalah proses peningkatan ukuran sel, jaringan, organ, atau individu secara kuantitatif. Perkembangan tumbuhan adalah proses perubahan bentuk, struktur, atau fungsi sel, jaringan, organ, atau individu secara kualitatif.

Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan dipengaruhi oleh berbagai faktor, baik intrinsik maupun ekstrinsik. Faktor intrinsik adalah faktor yang berasal dari dalam tumbuhan itu sendiri, seperti genetik, hormon, dan metabolisme. Faktor ekstrinsik adalah faktor yang berasal dari luar tumbuhan, seperti cahaya, suhu, air, nutrisi, gas, gravitasi, dan tekanan. Artikel ini akan membahas tentang faktor ekstrinsik pertumbuhan-perkembangan tumbuhan.

Cahaya

Cahaya adalah sumber energi utama bagi tumbuhan untuk melakukan fotosintesis. Fotosintesis adalah proses pengubahan energi cahaya menjadi energi kimia yang disimpan dalam bentuk karbohidrat. Karbohidrat ini kemudian digunakan untuk memenuhi kebutuhan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Cahaya mempengaruhi beberapa aspek pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, antara lain:

  • Intensitas cahaya. Intensitas cahaya adalah jumlah energi cahaya yang diterima oleh tumbuhan per satuan luas permukaan daun per satuan waktu. Intensitas cahaya yang tinggi dapat meningkatkan laju fotosintesis dan pertumbuhan tumbuhan. Namun, jika intensitas cahaya melebihi batas toleransi tumbuhan, dapat menyebabkan kerusakan pada klorofil dan fotosistem. Oleh karena itu, tumbuhan memiliki mekanisme adaptasi untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk ke dalam daun, seperti perubahan orientasi daun (heliotropisme), perubahan bentuk daun (fotomorfogenesis), dan pembentukan pigmen pelindung (antosianin).
  • Kualitas cahaya. Kualitas cahaya adalah spektrum warna cahaya yang diterima oleh tumbuhan. Kualitas cahaya yang berbeda dapat mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan secara berbeda pula. Misalnya, cahaya merah dan biru dapat meningkatkan laju fotosintesis dan pertumbuhan vegetatif tumbuhan. Cahaya merah jauh dapat merangsang pembungaan pada tanaman berhari pendek dan menghambat pembungaan pada tanaman berhari panjang. Cahaya hijau dapat menurunkan laju fotosintesis karena sebagian besar dipantulkan oleh klorofil.
  • Fotoperiodisme. Fotoperiodisme adalah respon fisiologis tumbuhan terhadap durasi siang dan malam. Fotoperiodisme mempengaruhi perkembangan reproduksi tumbuhan, terutama pembungaan. Tergantung pada jenis tanaman, ada beberapa kelompok fotoperiodik, yaitu:
    • Tanaman berhari pendek. Tanaman ini akan berbunga jika durasi siang lebih pendek dari durasi malam tertentu (kritis). Contoh tanaman ini adalah padi, jagung, kedelai, krisan, dan kacang tanah.
    • Tanaman berhari panjang. Tanaman ini akan berbunga jika durasi siang lebih panjang dari durasi malam kritis. Contoh tanaman ini adalah gandum, bunga matahari, lobelia, dan kentang.
    • Tanaman berhari netral. Tanaman ini tidak dipengaruhi oleh durasi siang dan malam dalam pembungaan. Contoh tanaman ini adalah tomat, mentimun, kapas, dan pisang.

Suhu

Suhu adalah ukuran tingkat panas atau dingin suatu benda atau lingkungan. Suhu mempengaruhi laju reaksi kimia dalam sel tumbuhan, termasuk fotosintesis, respirasi, dan sintesis protein. Suhu juga mempengaruhi permeabilitas membran sel, transpirasi, dan translokasi. Suhu mempengaruhi beberapa aspek pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, antara lain:

  • Suhu optimum. Suhu optimum adalah suhu yang paling sesuai untuk pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Suhu optimum berbeda-beda untuk setiap jenis tumbuhan, tergantung pada adaptasinya. Misalnya, tanaman tropis memiliki suhu optimum yang lebih tinggi daripada tanaman subtropis atau temperat. Jika suhu optimum tercapai, laju fotosintesis dan respirasi akan seimbang, sehingga tumbuhan dapat tumbuh dengan optimal.
  • Suhu minimum. Suhu minimum adalah suhu terendah yang masih memungkinkan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Jika suhu turun di bawah suhu minimum, laju respirasi akan lebih tinggi daripada laju fotosintesis, sehingga tumbuhan akan mengalami defisit energi. Selain itu, suhu rendah dapat menyebabkan kerusakan pada membran sel, enzim, dan protein. Oleh karena itu, tumbuhan memiliki mekanisme adaptasi untuk melindungi diri dari suhu rendah, seperti akumulasi gula atau asam amino (krioprotektan), pembentukan es ekstraseluler, dan peningkatan tekanan osmotik.
  • Suhu maksimum. Suhu maksimum adalah suhu tertinggi yang masih memungkinkan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Jika suhu naik di atas suhu maksimum, laju fotosintesis akan menurun drastis karena kerusakan pada klorofil dan fotosistem. Selain itu, suhu tinggi dapat menyebabkan denaturasi enzim dan protein, perubahan struktur membran sel, dan stres oksidatif. Oleh karena itu, tumbuhan memiliki mekanisme adaptasi untuk melindungi diri dari suhu tinggi, seperti pembentukan protein stres panas (HSP), peningkatan aktivitas antioksidan, dan penurunan konduktivitas stomata.
  • Vernalisasi. Vernalisasi adalah proses induksi pembungaan oleh perlakuan dingin pada tanaman berbunga musiman. Vernalisasi diperlukan oleh beberapa jenis tanaman untuk memecahkan dormansi biji atau tunas. Vernalisasi mempengaruhi ekspresi gen yang terlibat dalam jalur pembungaan, seperti FLOWERING LOCUS C (FLC) dan FLOWERING LOCUS T (FT). Contoh tanaman yang memerlukan vernalisasi adalah kubis, lobak, bawang putih, gandum musim dingin, dan bunga tulip.

Air

Air adalah senyawa kimia yang terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen (H2O). Air merupakan komponen utama dalam protoplasma sel tumbuhan. Air juga berperan sebagai pelarut zat-zat hara, pengangkut hasil fotosintesis dan respirasi, serta pengatur suhu tubuh tumbuhan. Air mempengaruhi beberapa aspek pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, antara lain:

  • Ketersediaan air. Ketersediaan air adalah jumlah air yang dapat diakses oleh tumbuhan dari lingkungan. Ketersediaan air yang cukup dapat mendukung pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Namun, jika ketersediaan air berlebihan atau kurang dapat menyebabkan stres pada tumbuhan. Stres air berlebihan dapat menyebabkan genangan air di tanah (anaerobik), yang menghambat pernapasan akar dan menyebabkan keracunan etilen. Stres air kurang dapat menyebabkan dehidrasi sel, penurunan turgor, penutupan stomata, dan penghentian fotosintesis. Oleh karena itu, tumbuhan memiliki mekanisme adaptasi untuk mengatasi stres air, seperti akumulasi osmolit (gula, garam, asam organik), peningkatan akar (akar tunggang, akar napas, akar gantung), pengurangan daun (daun sukulen, daun berduri, daun berbulu), dan pembentukan kutikula atau lilin.
  • Potensial air. Potensial air adalah ukuran kemampuan air untuk melakukan kerja atau berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Potensial air terdiri dari beberapa komponen, yaitu potensial matriks, potensial tekanan, potensial gravitasi, dan potensial osmotik. Potensial air mempengaruhi gerakan air dalam tumbuhan, dari tanah ke akar, dari akar ke batang dan daun, dan dari daun ke udara. Potensial air juga mempengaruhi keseimbangan air dalam sel tumbuhan. Jika potensial air sel lebih tinggi daripada potensial air lingkungan, maka air akan keluar dari sel (plasmolisis). Jika potensial air sel lebih rendah daripada potensial air lingkungan, maka air akan masuk ke sel (turgor).
  • Transpirasi. Transpirasi adalah proses penguapan air dari permukaan tumbuhan, terutama melalui stomata pada daun. Transpirasi berperan dalam pendinginan tubuh tumbuhan, transportasi mineral dan hasil fotosintesis, serta pengaturan tekanan osmotik. Transpirasi dipengaruhi oleh beberapa faktor lingkungan, seperti suhu, kelembaban, angin, dan cahaya. Transpirasi juga dipengaruhi oleh beberapa faktor internal tumbuhan, seperti jumlah dan ukuran stomata, luas permukaan daun, dan aktivitas fotosintesis.

Nutrisi

Nutrisi adalah zat-zat hara yang dibutuhkan oleh tumbuhan untuk pertumbuhan dan perkembangan. Nutrisi dapat dibedakan menjadi dua kelompok, yaitu makronutrien dan mikronutrien. Makronutrien adalah nutrisi yang dibutuhkan oleh tumbuhan dalam jumlah besar, seperti karbon ©, hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N), fosfor (P), kalium (K), kalsium (Ca), magnesium (Mg), dan belerang (S). Mikronutrien adalah nutrisi yang dibutuhkan oleh tumbuhan dalam jumlah kecil, seperti besi (Fe), mangan (Mn), seng (Zn), tembaga (Cu), boron (B), molibdenum (Mo), klorin (Cl), nikel (Ni), dan kobalt (Co). Nutrisi mempengaruhi beberapa aspek pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, antara lain:

  • Sumber nutrisi. Sumber nutrisi adalah tempat atau cara tumbuhan mendapatkan nutrisi dari lingkungan. Sumber nutrisi yang utama bagi tumbuhan adalah tanah dan udara. Tanah menyediakan nutrisi anorganik yang larut dalam air tanah, seperti N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl, Ni, dan Co. Udara menyediakan nutrisi organik yang berasal dari fotosintesis atau fiksasi nitrogen atmosferik oleh bakteri simbiotik atau bebas hidup di tanah atau akar tumbuhan leguminosa.
  • Ketersediaan nutrisi. Ketersediaan nutrisi adalah jumlah nutrisi yang dapat diambil oleh tumbuhan dari sumber nutrisinya. Ketersediaan nutrisi dipengaruhi oleh beberapa faktor lingkungan dan internal tumbuhan. Faktor lingkungan yang mempengaruhi ketersediaan nutrisi antara lain pH tanah, kandungan bahan organik tanah, kandungan bahan organik tanah, suhu tanah, kelembaban tanah, dan aktivitas mikroorganisme tanah. Faktor internal tumbuhan yang mempengaruhi ketersediaan nutrisi antara lain jenis akar, luas permukaan akar, rasio akar-daun, dan transportasi nutrisi dalam tumbuhan.
  • Kebutuhan nutrisi. Kebutuhan nutrisi adalah jumlah nutrisi yang diperlukan oleh tumbuhan untuk pertumbuhan dan perkembangan optimal. Kebutuhan nutrisi berbeda-beda untuk setiap jenis tumbuhan, tergantung pada fase pertumbuhannya, kondisi lingkungannya, dan tujuan budidayanya. Jika kebutuhan nutrisi terpenuhi, tumbuhan akan tumbuh dengan sehat dan produktif. Namun, jika kebutuhan nutrisi tidak terpenuhi, tumbuhan akan mengalami defisiensi atau toksisitas nutrisi. Defisiensi nutrisi adalah kekurangan nutrisi yang menyebabkan gangguan fisiologis atau morfologis pada tumbuhan, seperti klorosis, nekrosis, kerdil, kaku, dan steril. Toksisitas nutrisi adalah kelebihan nutrisi yang menyebabkan keracunan atau kerusakan pada tumbuhan, seperti pengendapan garam, pengikatan ion esensial, perubahan pH sel, dan stres oksidatif.

Gas

Gas adalah zat yang memiliki bentuk dan volume yang tidak tetap. Gas merupakan komponen penting dalam atmosfer bumi. Gas mempengaruhi beberapa aspek pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan, antara lain:

  • Karbon dioksida (CO2). Karbon dioksida adalah gas yang merupakan substrat utama fotosintesis. Karbon dioksida diambil oleh tumbuhan melalui stomata pada daun. Konsentrasi karbon dioksida di udara rata-rata adalah sekitar 0,04% (400 ppm). Konsentrasi karbon dioksida yang tinggi dapat meningkatkan laju fotosintesis dan pertumbuhan tumbuhan. Namun, konsentrasi karbon dioksida yang terlalu tinggi dapat menyebabkan penurunan konduktivitas stomata dan transpirasi, serta perubahan komposisi kimia daun.
  • Oksigen (O2). Oksigen adalah gas yang merupakan produk samping fotosintesis dan substrat utama respirasi. Oksigen dilepaskan oleh tumbuhan melalui stomata pada daun. Konsentrasi oksigen di udara rata-rata adalah sekitar 21%. Konsentrasi oksigen yang rendah dapat menghambat laju respirasi dan pertumbuhan tumbuhan. Konsentrasi oksigen yang tinggi dapat meningkatkan laju respirasi dan transpirasi, tetapi juga dapat menyebabkan stres oksidatif.
  • Nitrogen (N2). Nitrogen adalah gas yang merupakan komponen utama protein dan asam nukleat. Nitrogen tidak dapat diambil langsung oleh tumbuhan dari udara karena ikatannya sangat kuat. Nitrogen harus diubah menjadi bentuk yang lebih sederhana dan larut dalam air, seperti nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), amonium (NH4+), atau amida (NH2). Proses perubahan nitrogen ini disebut fiksasi nitrogen. Fiksasi nitrogen dapat dilakukan oleh beberapa bakteri simbiotik atau bebas hidup di tanah atau akar tumbuhan leguminosa.
  • Etilen (C2H4). Etilen adalah gas yang merupakan hormon tumbuhan yang berperan dalam berbagai proses fisiologis, seperti pematangan buah, pembungaan, abscisi daun dan bunga, dormansi biji, dan respon stres. Etilen diproduksi oleh tumbuhan dari asam amino metionin melalui jalur biosintesis etilen. Etilen juga dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, seperti suhu, cahaya, oksigen, karbon dioksida, air, dan luka mekanik.

Gravitasi

Gravitasi adalah gaya tarik menarik antara dua benda yang memiliki massa. Gravitasi mempengaruhi arah pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Tumbuhan memiliki kemampuan untuk mendeteksi dan menyesuaikan diri dengan gravitasi, yang disebut gravitropisme atau geotropisme. Gravitropisme dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

  • Gravitropisme positif. Gravitropisme positif adalah respon tumbuhan untuk tumbuh sejajar dengan arah gravitasi. Contoh tumbuhan yang menunjukkan gravitropisme positif adalah akar, yang tumbuh ke bawah menuju sumber air dan nutrisi di tanah.
  • Gravitropisme negatif. Gravitropisme negatif adalah respon tumbuhan untuk tumbuh berlawanan dengan arah gravitasi. Contoh tumbuhan yang menunjukkan gravitropisme negatif adalah batang, yang tumbuh ke atas menuju sumber cahaya di udara.

Tekanan

Tekanan adalah gaya yang diberikan oleh suatu benda atau zat per satuan luas permukaan. Tekanan mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan secara langsung maupun tidak langsung. Tekanan dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

  • Tekanan hidrostatik. Tekanan hidrostatik adalah tekanan yang disebabkan oleh berat air atau cairan lainnya. Tekanan hidrostatik mempengaruhi keseimbangan air dalam sel tumbuhan. Jika tekanan hidrostatik luar lebih besar daripada tekanan hidrostatik dalam sel, maka air akan masuk ke sel (turgor). Jika tekanan hidrostatik luar lebih kecil daripada tekanan hidrostatik dalam sel, maka air akan keluar dari sel (plasmolisis).
  • Tekanan atmosferik. Tekanan atmosferik adalah tekanan yang disebabkan oleh berat udara atau gas lainnya. Tekanan atmosferik mempengaruhi ketersediaan gas dalam lingkungan tumbuhan. Jika tekanan atmosferik tinggi, maka konsentrasi gas di udara juga tinggi, sehingga memudahkan tumbuhan untuk mengambil gas melalui stomata. Jika tekanan atmosferik rendah, maka konsentrasi gas di udara juga rendah, sehingga menyulitkan tumbuhan untuk mengambil gas melalui stomata.