Sains Tumbuhan — Nota JomSkor

Jenis Tumbuhan: Berbunga dan Tidak Berbunga

Tumbuhan terbahagi kepada tumbuhan berbunga (angiosperma) yang menghasilkan buah dan biji benih, dan tumbuhan tidak berbunga seperti alga, kulat, lumut dan paku pakis yang membiak melalui spora tanpa bunga, buah atau biji benih. Gimnosperma (contoh pain) juga tidak berbunga tetapi menghasilkan biji benih terdedah.

• Tumbuhan berbunga: Monokotiledon (satu kotiledon) dan Dikotiledon (dua kotiledon).
• Lima famili monokotiledon: rumput (Poaceae), palma (Palmae), pisang (Musaceae), orkid (Orchidaceae) dan herba (Zingiberaceae).
• Lima famili dikotiledon: tumbuhan bergetah (Euphorbiaceae), kekacang (Leguminosae), terung (Solanaceae), jambu (Myrtaceae) dan bunga bertangkai (Asteraceae).
• Tumbuhan tidak berbunga: alga, kulat, lumut dan paku pakis — semuanya membiak melalui spora.
• Kulat tidak berklorofil dan tidak boleh berfotosintesis, manakala alga dan lumut berklorofil.

Struktur Luaran Tumbuhan (Morfologi)

Struktur luaran (morfologi) terbahagi kepada empat bahagian utama: akar, batang, daun dan bunga. Setiap satu mempunyai fungsi tersendiri.

• Akar: dua jenis iaitu akar tunjang dan akar serabut. Berfungsi menguatkan/menegakkan tumbuhan serta menyerap air dan garam mineral.
• Tujuh bahagian akar: pangkal akar, batang akar, cabang akar, rambut akar, serabut akar, hujung akar dan tudung akar (melindungi hujung akar semasa menembusi tanah).
• Batang: dikategori kepada batang berkayu (ada lentisel) dan batang tidak berkayu. Menyokong tumbuhan, mengangkut air/garam mineral dan hasil fotosintesis.
• Daun: berklorofil untuk fotosintesis; juga melakukan respirasi, transpirasi dan translokasi. Struktur daun tunggal atau majmuk.
• Bunga: organ pembiakan angiosperma. Bahagian jantan (stamen: anter + filamen) menghasilkan debunga; bahagian betina (pistil: stigma, stil, ovari, ovul) menghasilkan ovul. Sepal melindungi bunga semasa kudup.

Struktur Dalaman Tumbuhan (Anatomi)

Struktur dalaman (anatomi) terdiri daripada lima bahagian utama: stomata, xilem, floem, epidermis dan kambium. Terdapat dua jenis tisu iaitu tisu meristem (sel muda aktif) dan tisu kekal (sel matang).

• Stomata: liang pada epidermis yang disempadani sel pengawal; mengawal pertukaran gas dan air. Terbuka pada waktu siang, tertutup pada waktu malam.
• Xilem: dinding paling keras; mengangkut air dan garam mineral dari akar ke daun serta menguatkan batang.
• Floem: dinding nipis; mengangkut/mengedar hasil fotosintesis (bahan organik) dari daun ke seluruh tumbuhan.
• Epidermis: satu lapisan sel yang melindungi tisu primer daripada kekeringan dan kecederaan; epidermis bawah daun ada lebih banyak stomata.
• Kambium: terletak antara xilem dan floem; membentuk xilem sekunder dan floem sekunder — hanya ada pada dikotiledon, menyebabkan batang membesar (pertumbuhan sekunder).

Perbezaan Monokotiledon dan Dikotiledon

Struktur luaran monokotiledon dan dikotiledon dibezakan melalui lima perkara: akar, batang, urat daun, bilangan ranggi bunga dan bilangan kotiledon.

• Akar: Monokotiledon = akar serabut; Dikotiledon = akar tunjang.
• Batang: Monokotiledon = batang tidak berkayu; Dikotiledon = batang berkayu.
• Urat daun: Monokotiledon = urat daun selari; Dikotiledon = urat daun jejala.
• Ranggi bunga: Monokotiledon = tiga atau gandaan tiga dalam satu pusar; Dikotiledon = empat atau lima ranggi.
• Biji benih: Monokotiledon = satu kotiledon; Dikotiledon = dua kotiledon.
• Kambium: hanya dikotiledon mempunyai kambium (batang boleh membesar); monokotiledon tiada kambium.

Pertumbuhan dan Percambahan Biji Benih

Pertumbuhan tumbuhan bermula daripada percambahan biji benih. Biji benih terdiri daripada tiga bahagian: testa (selaput luar), embrio dan kotiledon. Percambahan berlaku apabila air dan udara diserap melalui mikropil.

• Semasa percambahan, radikal muncul dahulu (membentuk akar), diikuti plumul (membentuk pucuk).
• Percambahan epigeal: kotiledon keluar dari tanah bersama plumul.
• Percambahan hipogeal: kotiledon kekal di bawah tanah, hanya plumul terkeluar.
• Pertumbuhan primer: pembahagian sel meristem pada hujung pucuk — memanjang dan menegak pada akar dan batang.
• Pertumbuhan sekunder: pengembangan sel meristem pada kambium — menambah diameter batang dan akar (dikotiledon).

Fotosintesis

Fotosintesis ialah proses tumbuhan menghasilkan makanan (glukosa/karbohidrat) dan membebaskan oksigen menggunakan cahaya matahari, karbon dioksida dan air. Ia berlaku dalam kloroplas yang mengandungi pigmen klorofil, terutamanya pada daun.

• Berlaku dalam dua peringkat: tindak balas cahaya (fotokimia) dan tindak balas gelap (biokimia).
• Tindak balas cahaya: berlaku di granum, memerlukan cahaya. Fotolisis memecahkan air (H2O) menjadi ion H+ dan OH-. Hasil: O2, ATP dan NADPH2.
• Tindak balas gelap: berlaku di stroma tanpa cahaya (Kitaran Calvin). Fiksasi karbon dioksida bergabung dengan hidrogen membentuk karbohidrat/glukosa.
• Kloroplas menukarkan cahaya matahari, CO2 dan air menjadi glukosa; banyak terdapat dalam sel mesofil palisad.

6CO_2 + 6H_2O -> (cahaya + klorofil) -> C_6H_{12}O_6 + 6O_2

Empat Proses Fisiologi Lain: Respirasi, Penyerapan, Translokasi, Transpirasi

Selain fotosintesis, empat lagi proses utama fisiologi tumbuhan menyokong kehidupan dan tumbesaran tumbuhan.

• Respirasi: penguraian glukosa untuk menghasilkan tenaga. Aerob (dengan O2): C6H12O6 + 6O2 -> 6H2O + 6CO2 + ATP. Anaerob (tanpa O2): C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2 + ATP. Kebanyakan respirasi berlaku dalam mitokondria.
• Penyerapan: resapan air dan garam mineral dari tanah oleh akar melalui osmosis (dari larutan kepekatan rendah ke tinggi merentasi membran separa telap).
• Translokasi: pengangkutan bahan organik (glukosa, asid amino) melalui floem dari daun ke bahagian lain tumbuhan.
• Transpirasi: kehilangan air dari permukaan daun ke atmosfera melalui stomata (dan sedikit melalui lentisel).
• Faktor kadar transpirasi: pergerakan udara, kelembapan bandingan, keamatan cahaya dan suhu.
• Larutan hipotonik menyebabkan sel segah; larutan hipertonik menyebabkan plasmolisis (sel mengecut); larutan isotonik mengekalkan bentuk sel.

Hubung Kait Fotosintesis dengan Proses Lain

Fotosintesis berkait rapat dengan respirasi, penyerapan, translokasi dan transpirasi. Kadar fotosintesis mesti melebihi kadar respirasi untuk pertumbuhan berlaku.

• Respirasi menghasilkan CO2 dan air yang diperlukan semula untuk fotosintesis.
• Penyerapan: semakin banyak air dan garam mineral diserap, semakin tinggi kadar fotosintesis.
• Translokasi: peningkatan glukosa dalam floem meningkatkan tekanan osmosis daun, mengalirkan hasil fotosintesis ke bahagian lain.
• Transpirasi: semakin tinggi kadar transpirasi, semakin tinggi penyerapan CO2, meningkatkan kadar fotosintesis.
• Titik keseimbangan: aras keamatan cahaya apabila kadar penghasilan CO2 dalam respirasi = kadar penggunaan CO2 dalam fotosintesis.

Faktor Mempengaruhi Kadar Fotosintesis dan Kesan Terhadap Pertumbuhan

Kadar fotosintesis dipengaruhi oleh faktor luaran (persekitaran) dan faktor dalaman (struktur tumbuhan). Kekurangan faktor-faktor ini memberi kesan buruk terhadap pertumbuhan.

• Faktor luaran: keamatan cahaya, kepekatan karbon dioksida dan peningkatan suhu (suhu optimum 25-30 C; setiap peningkatan 10 C menggandakan kadar sehingga optimum).
• Faktor dalaman: jumlah klorofil, kedudukan daun, bentuk daun (nipis dan lebar), anatomi daun (stomata) dan pertumbuhan tumbuhan (daun muda lebih aktif).
• Faktor pengehad: apabila satu faktor mencapai maksimum, faktor lain (contoh CO2 atau suhu) menjadi pengehad yang menghentikan peningkatan.
• Kesan kekurangan cahaya: etiolasi — batang tumbuh cepat tetapi lemah, daun mengecil dan pucat.
• Kesan kekurangan air: tumbuhan layu, sel plasmolisis; suhu melebihi 55 C membunuh tisu tumbuhan.
• Kekurangan CO2 dan klorofil: kesukaran menghasilkan glukosa, tumbesaran terbantut, daun bertukar warna.

Contoh soalan

(a) Berikan maksud fotosintesis. [2 markah] (b) Nyatakan empat bahan atau faktor yang diperlukan untuk proses fotosintesis berlaku. [4 markah]

• (a) Fotosintesis ialah proses yang dilakukan oleh tumbuhan untuk menghasilkan makanan (glukosa) dan membebaskan oksigen menggunakan cahaya matahari, karbon dioksida dan air.
• (b) Cahaya matahari sebagai sumber tenaga untuk memecahkan molekul air.
• (b) Karbon dioksida (CO2) sebagai bahan mentah dalam tindak balas gelap.
• (b) Air (H2O) yang diserap oleh akar melalui osmosis.
• (b) Klorofil dalam kloroplas untuk memerangkap tenaga cahaya.

Contoh soalan

Nyatakan lima perbezaan antara tumbuhan monokotiledon dan tumbuhan dikotiledon dari segi struktur luaran.

• Akar: monokotiledon mempunyai akar serabut, manakala dikotiledon mempunyai akar tunjang.
• Batang: monokotiledon mempunyai batang tidak berkayu, manakala dikotiledon mempunyai batang berkayu.
• Urat daun: monokotiledon mempunyai urat daun selari, manakala dikotiledon mempunyai urat daun jejala.
• Ranggi bunga: monokotiledon mempunyai tiga atau gandaan tiga dalam satu pusar, manakala dikotiledon mempunyai empat atau lima ranggi.
• Biji benih: monokotiledon mempunyai satu kotiledon, manakala dikotiledon mempunyai dua kotiledon.

Contoh soalan

Terangkan lima proses utama fisiologi tumbuhan.

• Fotosintesis - proses menghasilkan makanan (glukosa) dan membebaskan oksigen menggunakan cahaya matahari, CO2 dan air.
• Respirasi - proses penguraian glukosa untuk menghasilkan tenaga (ATP), air dan karbon dioksida.
• Penyerapan - proses resapan air dan garam mineral dari tanah oleh akar secara osmosis.
• Translokasi - proses pengangkutan hasil fotosintesis (bahan organik) melalui floem dari daun ke bahagian lain tumbuhan.
• Transpirasi - proses kehilangan air dari permukaan daun ke atmosfera melalui stomata dan lentisel.

Contoh soalan

(a) Nyatakan tiga faktor luaran yang mempengaruhi kadar fotosintesis. [3 markah] (b) Terangkan kesan kekurangan cahaya terhadap pertumbuhan tumbuhan. [3 markah]

• (a) Keamatan cahaya - semakin tinggi keamatan cahaya, semakin meningkat kadar fotosintesis sehingga faktor pengehad dicapai.
• (a) Kepekatan karbon dioksida - peningkatan kepekatan CO2 meningkatkan kadar fotosintesis selagi tiada faktor pengehad.
• (a) Peningkatan suhu - kadar fotosintesis meningkat sehingga suhu optimum (25-30 C); suhu terlalu tinggi merosakkan enzim.
• (b) Kekurangan cahaya menyebabkan kesan etiolasi iaitu batang tumbuh lebih cepat tetapi lemah.
• (b) Daun mengecil daripada saiz sebenar dan berwarna pucat akibat kekurangan klorofil.
• (b) Kadar fotosintesis rendah menyebabkan tumbuhan tidak dapat menghasilkan makanan secukupnya.

Contoh soalan

Nyatakan fungsi bahagian struktur dalaman tumbuhan berikut: (a) Xilem (b) Floem (c) Stomata (d) Kambium.

• (a) Xilem - mengangkut air dan garam mineral dari akar ke daun serta menguatkan batang tumbuhan.
• (b) Floem - mengangkut dan mengedar hasil fotosintesis (bahan organik) dari daun ke seluruh bahagian tumbuhan.
• (c) Stomata - mengawal pertukaran gas (CO2 dan O2) dan kehilangan air semasa transpirasi.
• (d) Kambium - membentuk xilem sekunder dan floem sekunder, menyebabkan batang dikotiledon membesar (pertumbuhan sekunder).