A. PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Pertumbuhan merupakan pertambahan yang bersifat tidak dapat balik dalam ukuran pada semua sistem biologi. Pertumbuhan ini diatur oleh pesan hormonal dan respon dari lingkungan (panjang hari, temperatur rendah, perubahan persediaan air. Pertumbuhan berikutnya disebut diferensiasi, yang didefinisikan sebagai pengontrolan gen dan hormonal serta lingkungan yang mengubah struktur dan biokimiawi perubahan ini terjadi pada hewan dan tanaman saat berkembang.
Pada umumnya daerah pertumbuhan terletak pada bagian bawah meristem apikal dari tunas dan akar. Daerah tumbuh pada tumbuhan terjadi pada meristem apikal yang dimana pertumbuhannya berbeda-beda baik di akar maupun di batang. Pada akar, terdapat tiga zona yang penting dalam pertumbuhan dan perkembangan akar. Zona tersebut adalah zona pembelahan, zona pemanjangan, serta zona diferensiasi.
Pada akar, selain terjadi pertumbuhan yang berasal dari pembelahan meristem, terdapat pula pertumbuhan rambut akar dari sel epidermisnya. Hal ini terjadi karena diferensiasi pada sel epidermis akar tersebut. Pertumbuhan akar dan rambut akan sangat penting bagi tumbuhan untuk mengambil air dan nutrien dari lingkungan. Apabila keduanya tidak tumbuh dan berkembang dengan baik, pertumbuhan dan perkembangan tanaman tentu tidak akan berjalan dengan baik.
Pada praktikum ini dilakukan pengamatan pembentukan akar dan rambut akan setelah biji yang tumbuh radikulanya diinkubasi dalam ruangan yang lembab 24 jam selama . Hal ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana pertumbuhan akar dan rambut akar di dalam ruangan yang lembab.
2. Permasalahan
Bagaimana pertumbuhan akar dan rambut akar yang diinkubasi di dalam ruang lembab?
3. Tujuan
Mengetahui pertumbuhan akar dan rambut akar yang diinkubasi dalam ruang lembab selama 24 jam.
B. TINJAUAN PUSTAKA
Tumbuhan merupakan organisme hidup yang menunjukkan adanya ciri pertumbuhan dan perkembangan. Pertumbuhan pada tanaman merupakan pertambahan kuantitatif yang dapat terukur. Pertumbuhan tanaman tidak terlepas dari pembesaran sel individu yang kemudian mengalami ekspansi serta pembelahan sel.
Dalam pembesaran sel, hal yang paling berperan adalah adanya pembesaran vakuola hingga 95% dari volum sel tersebut (McCann, 2001). Pada tumbuhan, ekspansi suatu sel harus dikoordinasikan dengan seluruh sel tetangganya. Oleh sebab itu, pertumbuhan suatu sel tidak hanya dipengaruhi oleh faktor genetik di dalamnya namun juga faktor eksternal yang ada. Selain itu, satu hal yang terjadi dalam pertumbuhan sel adalah adanya proses pelunakan pada dinding sel tanaman. Pelunakan dinding sel mengakibatkan adanya pembesaran sel ketika turgor di dalam sel meningkat. Akibatnya, volume ruang di dalam dinding sel menjadi lebih besar untuk dapat menampung pertumbuhan protoplas yang ada (McCann, 2001).
Air merupakan bagian penting dalam pertumbuhan tanaman karena air dapat berperan sebagai pelarut, pembawa nutrien, serta fasilitator tekanan turgor sehingga tumbuhan dapat tumbuh tegak (Robbins, 2015). Tumbuhan merupakan organisme sesil yang perkembangan dan fisiologisnya sangat terkait dengan kondisi lingkungan. Air diambil oleh tumbuhan dari tanah melalui akar. Proses bagaimana akar dapat mengenali keberadaan air merupakan bagian yang penting dalam pertumbuhan tanaman.
Membran sel tanaman merupakan bagian yang bersifat permeabel terhadap molekul kecil tak bermuatan. Dengan demikian, keadaan lingkungan mikro yang ada di tanah akan berdampak pada konsentrasi air yang ada di dalam tanah. Saat akan berada di dalam lingkungan yang hipoosmotik, air akan memasuki sel akar hingga terjadi keseimbangan lingkungan luar dan lingkungan dalam sel akar, begitu pula sebaliknya. Namun demikian, akar ternyata memiliki mekanisme untuk merespon lingkungan yang bersifat hiperosmotik.
Pada stress lingkungan hiperosmotik, tumbuhan akan mampu merespon dengan mengaktifkan gen OSCA1 yang mengkodekan channel kalsium (Yuan et al 2014). Hal ini akan mengakibatkan penurunan pertumbuhan akar serta penutupan stomata. Selain gen OSCA1, terdapat pula gen MSL yang berperan sebagai osmosensor yang terlibat dalam stres hipoosmotik dengan membuat plastida membengkak untuk mencegah hipoosmotik terjadi di dalam sel akar (Wilson et al, 2014). Selain itu, terdapat protein yang dihasilkan oleh gen FER yang dapat menghasilkan reseptor-like kinase yang terlibat dalam mekanisme mekanosensing. Keberadaan aktifitas gen ini mengakibatkan terekspresinya gen touch-responsive dan terjadinya pertumbuhan akar (Shih et al, 2014).
Pertumbuhan akar terjadi karena adanya ekspansi sel pada zona pemanjangan. Dalam masa pemanjangan, sel mengalami pelunakan dinding sel oleh adanya enzim yang mengakibatkan turgor di dalam sel menurun (Schopfer, 2006). Hal tersebut mengakibatkan terjadinya pemasukan air ke dalam sel dan mengakibatkan pembentangan dinding sel. Dalam penelitian yang dilakukan oleh Boyer et al (2010), diketahui bahwa pertumbuhan akar tanpa adanya suplai air terhenti. Hal ini mengindikasikan bahwa keberadaan air berperan penting terhadap pertumbuhan akar. Selain itu, akar juga tumbuh dengan adanya gaya hidrotropisme (Moriwaki et al, 2012). Ujung akar akan cenderung tumbuh mengarah pada lingkungan yang memiliki ketersediaan air yang tinggi.
Pertumbuhan akar juga dipengaruhi oleh faktor lain seperti adanya sinyal lingkungan mengenai ketersediaan air, kontak mekanis, dan gradien gas yang berfungsi dalam memberikan informasi dalam pengembangan pola pertumbuhan dan kemungkinan-kemungkinan lain (Robbins, 2015). Pengelolaan tanah yang baik juga akan berdampak pada kemampuan akar menembus substrat tanah sehingga mempengaruhi pertumbuhan akar (Ohorela, 2011). Selain itu, pertumbuhan akar lateral juga dipengaruhi oleh adanya hormon auksin pada tumbuhan. Selain hormon auksin, hormon giberellin juga berperan penting dalam pengukuran status air dengan adanya status internal air serta molekul signaling yang ada di dalam sel. Giberellin kemudian mampu mengaktifasi gen yang berkaitan dengan pertumbuhan sel dan mengasilkan uptake air yang meningkatkan konsentrasi air di dalam sel.
Dalam lingkungan dengan cekaman kekeringan, karakter akar seringkali dijadikan sebagai ciri kekurangan air yang dialami oleh tanaman. Beberapa karakter morfologi yang dimiliki akar diantaranya pemanjangan akar, pertambahan luas dan kedalaman sistem perakaran, serta perluasan distribusi akar secara vertikal dan horizontal. Selain itu, berat kering pada akar juga akan mengalami peningkatan (Nio, 2013).
Pembentukan rambut akar
Rambut akar berasal dari trikoblas, yaitu sel yang secara spesifik akan berkembang menjadi rambut akan akan tetapi belum menunjukkan adanya rambut akar secara morfologi (Schiefelbein et al, 2008). Dalam morofogenesis rambut akar, tanaman menghasilkan bentuk tubular panjang menyerupai rambut yang berperan dalam penyerapan air dan nutrien dari medium tumbuh. Pembentukan pola pembelahan sel trikoblas dan atrikoblas terjadi dengan adanya pembelahan simetrik dan asimetrik, serta adanya pengaruh posisi sel (Gambar 1).
Rambut akar akan muncul diantaran dua sel kortikal yang berjajaran. Sel ini kemudian disebut dengan sel H. Sedangkan sel yang tidak berada di dua sel kortikal disebut dengan sel N. Sel H dan sel N kemudian dapat dibedakan secara jelas dari sel N. Beberapa kriteria yang dapat membedakan keduanya diantaranya perbedaan kecepatan pembelahan, perbedaan panjang sel, perbedaan densitas sitoplasmik, perbedaan kecepatan pertumbuhan vakuola, perbedaan variasi permukaan sel, serta perbedaan organisasi kromatin.
Gambar 1. Lokasi Sel H dan Sel N
Terdapat beberapa gen yang berperan dalam pembentukan rambut akar. Beberapa diantaranya adalah gen SCM, TTG, GL3/EGL3, ETG, TRY, dan WER. Dalam regulasinya, sel H memiliki reseptor SCM pada membrannnya yang berfungsi mengikat WER. Tidak aktifan WER akan mengakibatkan reduksi kompleks TTG, GL3/EGL3 menginaktifasi GL2 sehingga gen spesifik rambut akar (gen ekspansin) akan terekspresi. Gen tersebut kemudian akan berperan dalam mengkode protein sekretori, elemen skeletal, serta komponen pembentuk dinding sel untuk membentuk struktur rambut akar (Jones et al, 2006).
C. METODE
1. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah lempeng kaca, ember, serta karet gelang. Bahan-bahan yang digunakan diantaranya kacang tolo (Vigna sp), kertas buram, serta air.
2. Cara Kerja
Pada kegiatan ini, biji kacang tolo yang sudah direndam dan muncul akar sekitar 1 mm dipilih untuk digunakan. Biji tersebut kemudian diikatkan pada lempeng kaca yang telah diberi kertas buram dengan menggunakan karet gelang. Setelah itu, lempengan kaca kemudian dimasukan ke dalam ember berisi air untuk diinkubasi gelap selama 24 jam. Setelah inkubasi selesai, pertumbuhan akar dan rambut akar diamati.
D. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada praktikum ini dilakukan inkubasi kecambah kacang tolo (Vigna sp) di dalam ruang lembab dan gelap untuk mengetahui bagaimana pertumbuhan akar dan rambut akarnya. Setelah inkubasi selama 24 jam, kecambah kacang tolo teramati mengalami pertambahan panjang dan muncul rambut akar.
Tabel 1. Hasil Pengamatan Pertumbuhan Akar dan Rambut Akar
Waktu | Dokumentasi | Keterangan |
Sebelum inkubasi | 
| Akar terlihat belum memiliki rambut akar. |
Setelah inkubasi 24 jam |
 | Akar terlihat tumbuh dan memiliki rambut akar. |
Pada hasil pengamatan diatas, diketahui bahwa akar Vigna sp mengalami pertambahan panjang setelah inkubasi selama 24 jam. Selain itu, berdasarkan hasil pengamatan juga dapat diamati terdapat rambut akar yang terbentuk. Namun demikian, rambut akar baru muncul beberapa milimeter dari ujung akar Vigna sp. Hal ini menunjukkan bahwa pada daerah meristem (di ujung akar) serta daerah pemanjangan (di atas ujung akar), tidak terjadi adanya diferensiasi. Diferensiasi terjadi di daerah zona diferensiasi. Pada zona diferensiasi, sel-sel akar Vigna sp telah memasuki tahapan untuk siap terdistribusi fungsinya secara spesifik berdasarkan sinyal-sinyal yang diterima oleh masing-masing sel tersebut.
Dalam praktikum, digunakan kertas buram sebagai pelapis kaca. Keberadaan kertas buram tersebut mengakibatkan air yang berada dalam ember inkubasi dapat naik sesuai kemampuan kapilaritasnya dan menyediakan lingkungan yang basah bagi Vigna sp. Sesuai dengan ulasan pada landasan teori, air memiliki peran yang sangat penting dalam pertumbuhan akar.
Akar tanaman mampu membaca kondisi lingkungannya dengan adanya sinya hiperosmotik maupun hipoosmotik dari lingkungan. Pada lingkungan hiperosmotik, tanaman akan merespon dengan adanya reseptor Ca2+ di akar sehingga keberadaan Ca2+ di akar akan menjadi sinyal bagi sel-sel tanaman. keberadaan Ca2+ akan menjadi tanda bahwa lingkungan tersebut merupakan lingkungan yang hiperosmotik. Lingkungan yang hiperosmotik tentu menjadi stres tersendiri bagi tanaman sehingga tanaman akan merespon dengan menghambat pertumbuhan akar di daerah tersebut. Sebaliknya, keberadaan lingkungan yang hipoosmotik akan berdampak pada kemampuan tanaman untuk tumbuh. Namun pada batasan tertentu sel akar juga perlu membatasi pemasukan air dari lingkungan.
Adanya sinyal keberadaan air pada lingkungan akar akan mengakibatkan sel mengalami pelunakan dinding sel oleh adanya enzim yang mengakibatkan turgor di dalam sel menurun (Schopfer, 2006). Hal tersebut akan diiringi dengan terjadinya pemasukan air ke dalam sel dan mengakibatkan pembentangan dinding sel. dengan demikian, sel akan tetap terus tumbuh untuk memasukan air dan nutrien ke dalam sel-selnya dengan adanya stimulus berupa air. Hal ini dapat pula dikatakan oleh adanya pengaruh hidrotropisme pada pertumbuhan akar.
Pembentangan sel dipengaruhi pula oleh adanya hormon giberelin. Aktifasi hormon giberelin di sel akar mengakibatkan sel-sel akar mampu melunakkan dinding selnya pada proses pembentangan yang mengakibatkan ruang internal sel membesar. Akibatnya, protoplas akan mengalami pertambahan volume dengan adanya air yang masuk.
Hormon giberelin juga memiliki peran yang penting untuk membentuk rambut akar. Keberadaan hormon giberelin akan mampu menstimulasi aktivasi gen ekspansin serta gen lain pada sel epidermis yang berujung pada pembentukan rambut akar. Reseptor SCM pada sel H epidermis akar akan menerima sinyal dari dalam tumbuhan. Adanya sinyal yang ditangkap oleh reseptor tersebut akan berdampak pada tidak terekspresinya gen GL2 pada sel H. Hal ini mengakibatkan gen-gen rambut akar seperti gen ekspansin serta gen lain yang berperan dalam pembentukan turambuts, struktur membran tertentu, serta komposisi internal sel tertentu akan teraktifasi sehingga sel epidermis dapat mengalami penonjolan keluar. Penonjolan keluar ini kemudian mengakibatkan sel epidermis tersebut memiliki luas permukaan yang lebih banyak untuk dapat menyerap air dan nutrien dari medium hidupnya.
E. KESIMPULAN
Akar tanaman yang diinkubasi pada ruangan yang lembab selama 24 jam dapat mengalami pertumbuhan akar dan rambut akar.
F. DAFTAR PUSTAKA
Jones MA, Raymond MJ, Smirnoff N. 2006. Analysis of the root-hair morphogenesis transcriptome reveals the molecular identity of six genes with roles in root-hair development in Arabidopsis. Jurnal. The Plant Journal 45, 83-100.
Moriwaki T, Miyazawa Y, Kobayashi A, Takahashi H. 2012.Molecular mechanisms of hydrotropism in seedling roots of Arabidopsis thaliana (Brassicaceae). American Journal of Botany 100, 25–34
Nio, Song Ai, patricia Torey. 2013. Karakter Morfologi Akar sebagai Indikator Kekurangan Air pada Tanaman. Jurnal. Bioslogos Vol 3 No. 1
Ohorela, Zainuddin. 2011. Respon Pertumbuhan dan Produksi Tanaman Kedelai pada Sistem Olah Tanah yang Berbeda. Jurnal. J. Agronomika vol 1 92-98
Robbins, Neil E., Jose R. Dinneny. 2015. The divining root: moisture-driven responses of roots at the micro and macro scale. Jurnal. Journal of Experimental Botany: Apr 66(8): 2145-2154
Schopfer P. 2006. Biomechanics of plant growth. American Journal of Botany 93, 1415–1425
Shih H, Miller ND, Dai C, Spalding EP, Monshausen GB. 2014. The receptor-like kinase FERONIA is required for mechanical signal transduction in Arabidopsis seedlings. Current Biology 24, 1887–1892
Wilson ME, Basu MR, Bhaskara GB, Verslues PE, Haswell E. 2014. Plastid osmotic stress activates cellular stress responses in Arabidopsis thaliana . Plant Physiology 165, 119–128
Yuan F, Yang H, Xue Y, et al. 2014. OSCA1 mediates osmotic-stress-evoked Ca2+ increases vital for osmosensing in Arabidopsis . Nature 10.1038/nature13593
