Bagaimanakah Akar Tumbuhan Menentukan Arah Bawah?

Bayangkan sebiji benih kacang yang tertanam dalam keadaan mengiring. Apabila benih itu bercambah, akar utamanya biasanya tidak terus memanjang mengikut arah asal. Sebaliknya, akar tersebut beransur-ansur membengkok ke bawah.

Keadaan ini berlaku walaupun tumbuhan tidak mempunyai mata, telinga atau sistem saraf. Bagaimanakah akar dapat memberikan gerak balas terhadap arah graviti? Jawapannya terletak pada geotropisme.

Apakah geotropisme?

Akar utama kebanyakan anak benih menunjukkan geotropisme positif, iaitu pertumbuhan ke arah tarikan graviti. Sebaliknya, pucuk utama lazimnya menunjukkan geotropisme negatif kerana tumbuh menjauhi arah tersebut. Gerak balas ini membantu akar tumbuh ke dalam tanah, tempat akar dapat mencengkam tumbuhan serta menyerap air dan nutrien mineral.

Namun, graviti bukan satu-satunya faktor yang mempengaruhi arah pertumbuhan akar. Kelembapan tanah, halangan fizikal dan keadaan persekitaran juga boleh mengubah laluan pertumbuhannya. Geotropisme tidak bermaksud akar sentiasa tumbuh lurus ke bawah. Akar sisi, misalnya, boleh tumbuh pada sudut tertentu berbanding arah graviti.

Bagaimanakah akar mengesan graviti?

Berhampiran hujung akar terdapat tudung akar, iaitu struktur yang melindungi tisu muda ketika akar menembusi tanah. Di bahagian tengah tudung akar terdapat sekumpulan sel yang dikenali sebagai sel kolumela. Sel kolumela mengandungi amiloplas, iaitu sejenis plastid yang menyimpan kanji.

Amiloplas tertentu bertindak sebagai statolit, iaitu struktur yang boleh berubah kedudukan di dalam sel akibat graviti. Apabila akar berada dalam kedudukan menegak, amiloplas cenderung berkumpul pada bahagian bawah sel. Jika akar dialihkan kepada kedudukan mengiring, amiloplas akan bergerak dan mendap ke arah bahagian sel yang kini berada di bawah. Perubahan kedudukan amiloplas membantu mencetuskan proses pengisyaratan yang membolehkan sel mengesan perubahan orientasi akar terhadap graviti.

Penyelidikan terhadap tumbuhan model Arabidopsis thaliana menunjukkan bahawa kandungan kanji dalam amiloplas mempengaruhi kepekaan akar terhadap graviti. Walau bagaimanapun, mekanisme ini tidak boleh dianggap sebagai satu-satunya cara tumbuhan mengesan graviti. Sesetengah tumbuhan mutan yang tidak menghasilkan kanji masih menunjukkan gerak balas graviti, walaupun kepekaannya boleh berkurang.

Apakah yang berlaku selepas graviti dikesan?

Perubahan kedudukan amiloplas membantu mencetuskan tindak balas biokimia yang mempengaruhi pengangkutan auksin. Auksin ialah kumpulan hormon tumbuhan yang mengawal pelbagai proses pertumbuhan dan perkembangan.

Dalam akar yang dialihkan kepada kedudukan mengiring, protein pengangkut tertentu membantu mengubah arah pergerakan auksin. Akibatnya, auksin diagihkan secara tidak sekata, dengan pengumpulan auksin yang lazimnya lebih tinggi pada bahagian bawah akar. Keadaan ini menghasilkan perbezaan tindak balas terhadap auksin antara kedua-dua sisi akar. Pengagihan ini melibatkan beberapa protein pengangkut, termasuk protein daripada keluarga PIN dan AUX1. Namun, protein tersebut tidak semuanya menjalankan fungsi yang sama. Ada yang membantu mengarahkan aliran auksin, manakala yang lain memudahkan kemasukannya ke dalam sel.

Kajian terhadap Arabidopsis thaliana menunjukkan bahawa pengangkutan auksin melalui tudung akar sisi menuju ke zon pemanjangan merupakan langkah penting dalam gerak balas geotropisme akar.

Mengapakah akar membengkok?

Akar membengkok kerana sel pada kedua-dua sisinya tidak memanjang pada kadar yang sama. Dalam akar utama yang sedang bergerak balas terhadap graviti, tindak balas terhadap auksin yang lebih tinggi pada bahagian bawah zon pemanjangan mengurangkan kadar pemanjangan sel di kawasan tersebut. Pada masa yang sama, sel di bahagian atas memanjang dengan lebih cepat.

Apabila satu sisi memanjang lebih cepat daripada sisi yang lain, akar mula melengkung. Hasilnya, hujung akar beransur-ansur menghala ke bawah.

Adakah hujung akar yang membengkok?

Hujung akar memainkan peranan penting dalam pengesanan graviti, tetapi pembengkokan melibatkan pertumbuhan sel di kawasan berhampiran hujung akar yang dikenali sebagai zon pemanjangan. Zon pemanjangan terletak lebih jauh dari hujung akar berbanding tudung akar, dengan zon pembahagian sel berada di antaranya.

Apabila isyarat daripada kawasan pengesanan graviti mempengaruhi pengagihan auksin, sel dalam zon pemanjangan memberikan gerak balas melalui perubahan kadar pertumbuhan. Dengan kata lain, kawasan yang mengesan rangsangan dan kawasan yang menghasilkan pembengkokan tidak semestinya berada pada kedudukan yang sama. Penyelidikan menggunakan pengimejan dan pengubahsuaian tindak balas auksin dalam tisu tertentu menunjukkan bahawa tindak balas auksin pada sel epidermis di zon pemanjangan memainkan peranan penting dalam pembengkokan akar Arabidopsis thaliana.

Mengapakah geotropisme penting?

Geotropisme membantu tumbuhan mengekalkan arah pertumbuhan akar yang sesuai walaupun kedudukan biji benih berubah semasa ditanam. Keupayaan ini amat berguna ketika percambahan kerana biji benih tidak semestinya berada dalam orientasi yang sama di dalam tanah. Namun, geotropisme bukan jaminan bahawa akar akan menemui air atau nutrien. Akar masih perlu memberikan gerak balas terhadap keadaan tanah yang sebenar.

Melalui gabungan pengesanan graviti, pengangkutan hormon dan pertumbuhan sel yang tidak sekata, tumbuhan dapat menyesuaikan arah pertumbuhannya tanpa memerlukan otot atau sistem saraf.