4.2 - Pengangkutan Air dan Garam Mineral

Keupayaan Air

Keupayaan air ( $ψ$ ) ialah ukuran tenaga bebas molekul air dalam sesuatu larutan.
Air tulen mempunyai keupayaan air yang paling tinggi. Apabila bahan terlarut (seperti mineral atau gula) dilarutkan di dalam air, keupayaan air akan menurun (menjadi lebih negatif).
Air sentiasa bergerak mengikut cerun keupayaan air, iaitu dari kawasan keupayaan air tinggi (kurang negatif) ke kawasan keupayaan air rendah (lebih negatif) secara osmosis.

Laluan Air dan Garam Mineral dari Tanah ke Xilem

Air dan garam mineral diserap dari tanah oleh sel rambut akar. Terdapat dua laluan utama pergerakan air merentasi korteks akar:

Laluan Apoplas

Air dan garam mineral terlarut bergerak melalui bahagian bukan hidup tumbuhan, iaitu dinding sel dan ruang antara sel.
Pergerakan melalui laluan ini adalah cepat kerana tidak perlu merentasi membran plasma.
Walau bagaimanapun, apabila air sampai di lapisan endodermis, laluannya dihalang oleh jalur Casparian (penebalan suberin yang kalis air).
Ini memaksa air dan garam mineral merentasi membran plasma yang telap memilih untuk memasuki sitoplasma sel, lalu bertukar ke laluan simplas. Ini membolehkan sel endodermis mengawal jenis dan kuantiti garam mineral yang masuk ke dalam silinder vaskular.

Laluan Simplas

Air dan garam mineral bergerak melalui bahagian hidup sel, iaitu sitoplasma.
Air bergerak dari sel ke sel yang bersebelahan melalui jambatan sitoplasma yang dikenali sebagai plasmodesma.
Pergerakan melalui laluan ini adalah lebih perlahan disebabkan oleh rintangan daripada sitoplasma dan organel sel.

Mekanisme Pengangkutan Air dari Akar ke Daun

Untuk membolehkan air sampai ke bahagian atas tumbuhan yang tinggi, tiga daya fizikal bekerjasama: tekanan akar, tindakan kapilari, dan tarikan transpirasi.

Tekanan Akar

Ion mineral dipam secara aktif dari tanah ke dalam vakuol sel rambut akar.
Ini menyebabkan keupayaan air di dalam sap sel rambut akar menjadi lebih rendah berbanding keupayaan air di dalam tanah.
Air dari tanah meresap masuk ke dalam sel rambut akar secara osmosis.
Kemasukan air secara berterusan ini menghasilkan satu tekanan hidrostatik di dalam xilem akar yang dikenali sebagai tekanan akar, yang menolak air ke atas ke dalam xilem batang.
Nota: Tekanan akar tidak mencukupi untuk mengangkut air ke puncak pokok yang tinggi, tetapi memainkan peranan penting dalam tumbuhan herba yang rendah.

Tindakan Kapilari

Tindakan kapilari ialah pergerakan air ke atas melalui tiub yang sempit seperti salur xilem. Tindakan ini dihasilkan oleh dua daya fizikal:
Daya Kohesi: Daya tarikan antara molekul air dengan molekul air yang lain disebabkan oleh ikatan hidrogen. Daya ini memegang molekul-molekul air bersama-sama membentuk satu urus air yang berterusan di dalam salur xilem.
Daya Adhesi: Daya tarikan antara molekul air dengan dinding selulosa salur xilem yang bersifat hidrofilik. Daya ini menghalang molekul air daripada jatuh ke bawah disebabkan oleh tarikan graviti.

Tarikan Transpirasi

Transpirasi ialah kehilangan wap air dari tumbuhan, terutamanya melalui stoma yang terbuka pada daun.
Apabila transpirasi berlaku, air menyejat dari dinding sel mesofil berspan yang basah ke dalam ruang antara sel, dan kemudian meresap keluar ke atmosfera melalui stoma.
Penyejatan ini menyebabkan sel mesofil kehilangan air, lalu menurunkan keupayaan airnya berbanding sel-sel bersebelahan.
Air ditarik secara osmosis dari sel bersebelahan, yang akhirnya menarik air dari salur xilem daun.
Keadaan ini menghasilkan satu daya tarikan yang berterusan, dikenali sebagai tarikan transpirasi, yang menarik urus air di dalam xilem dari akar ke atas sehingga ke daun.

Gutasi

Gutasi ialah proses penyingkiran air berlebihan secara perlahan dalam bentuk titisan air melalui liang khas yang dipanggil hidatod pada pinggir daun.
Gutasi berlaku pada waktu malam atau awal pagi apabila kelembapan relatif udara adalah tinggi, kadar transpirasi adalah rendah, dan tekanan akar adalah tinggi.
Tekanan akar yang tinggi menolak air keluar dalam bentuk cecair melalui hidatod.

Perbezaan antara Gutasi dan Transpirasi

Bentuk Air yang Dibebaskan: Gutasi membebaskan air dalam bentuk cecair (titisan air), manakala transpirasi membebaskan air dalam bentuk wap air.
Struktur yang Terlibat: Gutasi berlaku melalui hidatod, manakala transpirasi berlaku terutamanya melalui stoma, lentisel, dan kutikel.
Kandungan Air: Air gutasi mengandungi bahan organik dan tidak organik terlarut (garam mineral, gula), manakala wap air transpirasi ialah air tulen.
Keadaan Persekitaran: Gutasi berlaku pada waktu malam atau awal pagi yang sejuk dan lembap dengan kelembapan tanah yang tinggi, manakala transpirasi paling tinggi pada hari yang panas, kering, berangin, dan cerah.
Jenis Tumbuhan: Gutasi terhad kepada tumbuhan herba dan rumput yang rendah, manakala transpirasi berlaku dalam semua tumbuhan vaskular.