Back to the topics list

pemupukan

Tujuan pembelajaran

• Apa itu pemupukan?
• Fertilisasi eksternal dan internal pada hewan
• Empat macam pembuahan pada tumbuhan
• Proses pembuahan pada hewan dan tumbuhan

Apa itu pemupukan?

Pemupukan adalah proses dimana gamet jantan dan betina menyatu bersama, memulai pengembangan organisme baru.

Gamet jantan atau 'sperma' dan gamet betina 'telur' atau 'ovum' adalah sel kelamin khusus, yang bersatu untuk memulai pembentukan zigot selama proses yang disebut reproduksi seksual.

Jenis pemupukan

Fertilisasi pada hewan

Proses pembuahan pada hewan dapat terjadi baik secara internal maupun eksternal, perbedaan yang sangat ditentukan oleh metode kelahirannya. Manusia memberikan contoh pembuahan internal sedangkan reproduksi kuda laut adalah contoh pembuahan eksternal.

Fertilisasi eksternal

Fertilisasi eksternal biasanya terjadi di lingkungan perairan di mana telur dan sperma dilepaskan ke dalam air. Setelah sperma mencapai sel telur, pembuahan terjadi.

Sebagian besar pembuahan eksternal terjadi selama proses pemijahan di mana satu atau beberapa betina melepaskan telurnya dan pejantan melepaskan sperma di area yang sama, pada waktu yang bersamaan. Pelepasan bahan reproduksi dapat dipicu oleh suhu air atau lamanya siang hari. Hampir semua ikan bertelur, seperti halnya krustasea (seperti kepiting dan udang), moluska (seperti tiram), cumi-cumi, dan echinodermata (seperti bulu babi dan teripang).

Pasangan ikan yang tidak bertelur dapat menunjukkan perilaku pacaran . Ini memungkinkan betina untuk memilih jantan tertentu. Pemicu pelepasan sel telur dan sperma (pemijahan) menyebabkan sel telur dan sperma ditempatkan di area yang kecil, sehingga meningkatkan kemungkinan terjadinya pembuahan.

Pemupukan eksternal di lingkungan perairan melindungi telur dari kekeringan. Pemijahan siaran dapat menghasilkan campuran gen yang lebih besar dalam suatu kelompok, yang mengarah ke keragaman genetik yang lebih tinggi dan peluang bertahan hidup spesies yang lebih besar di lingkungan yang tidak bersahabat. Untuk organisme akuatik sessile seperti spons, pemijahan yang disiarkan adalah satu-satunya mekanisme pembuahan dan kolonisasi lingkungan baru. Kehadiran telur yang telah dibuahi dan anak-anak yang berkembang di air memberikan peluang untuk pemangsaan yang mengakibatkan hilangnya keturunan. Oleh karena itu, jutaan telur harus diproduksi oleh individu, dan keturunan yang dihasilkan melalui metode ini harus matang dengan cepat. Tingkat kelangsungan hidup telur yang dihasilkan melalui pemijahan siaran rendah.

Pemupukan Dalam

Fertilisasi internal paling sering terjadi pada hewan darat, meskipun beberapa hewan air juga menggunakan metode ini. Ada tiga cara menghasilkan keturunan setelah pembuahan internal.

• Dalam ovipar, telur yang telah dibuahi diletakkan di luar tubuh betina dan berkembang di sana, menerima makanan dari kuning telur yang merupakan bagian dari telur. Ini terjadi pada sebagian besar ikan bertulang, banyak reptil, beberapa ikan bertulang rawan, sebagian besar amfibi, dua mamalia, dan semua burung. Reptil dan serangga menghasilkan telur kasar, sedangkan burung dan kura-kura menghasilkan telur dengan konsentrasi kalsium karbonat yang tinggi di cangkangnya, membuatnya keras. Telur ayam adalah contoh dari jenis kedua ini.

• Dalam ovovipar, telur yang telah dibuahi dipertahankan pada betina, tetapi embrio memperoleh makanannya dari kuning telur dan yang muda berkembang sempurna saat menetas. Ini terjadi pada beberapa ikan bertulang (seperti guppy Lebistes reticulatus ), beberapa hiu, beberapa kadal, beberapa ular (seperti ular garter Thamnophis sirtalis ), beberapa ular beludak, dan beberapa hewan invertebrata (seperti kecoa mendesis Madagaskar Gromphadorhina portentosa ).

• Dalam viviparitas, anak muda berkembang di dalam betina, menerima makanan dari darah ibu melalui plasenta. Keturunannya berkembang pada betina dan lahir hidup. Ini terjadi pada sebagian besar mamalia, beberapa ikan bertulang rawan, dan beberapa reptil.

Fertilisasi internal memiliki keuntungan melindungi telur yang telah dibuahi dari dehidrasi di darat. Embrio diisolasi di dalam betina, yang membatasi predasi pada yang muda. Fertilisasi internal meningkatkan pembuahan telur oleh pejantan tertentu. Lebih sedikit keturunan yang dihasilkan melalui metode ini, tetapi tingkat kelangsungan hidup mereka lebih tinggi daripada pemupukan eksternal.

Pemupukan pada tanaman

Pemupukan pada tanaman terjadi setelah penyerbukan dan perkecambahan. Penyerbukan terjadi melalui transfer serbuk sari - yang merupakan mikrogamet jantan dari tumbuhan berbiji, menghasilkan sperma - dari satu tumbuhan ke stigma (organ reproduksi betina) tumbuhan lain. Butir serbuk sari mengambil air dan perkecambahan terjadi.

Butir serbuk sari yang berkecambah menumbuhkan tabung serbuk sari, yang tumbuh dan menembus ovula (struktur telur tanaman) melalui pori yang disebut mikropil. Sperma kemudian ditransfer melalui tabung serbuk sari dari serbuk sari.

Pada tumbuhan berbunga, peristiwa pembuahan sekunder terjadi. Dua sperma ditransfer dari setiap butir serbuk sari, salah satunya membuahi sel telur untuk membentuk zigot diploid. Inti sel sperma kedua menyatu dengan dua inti haploid yang terkandung dalam gamet betina kedua yang disebut sel pusat. Pembuahan kedua ini membentuk sel triploid, yang kemudian membengkak dan membentuk tubuh buah.

Pemupukan sendiri

Proses pembuahan, yang melibatkan pembuahan silang antara gamet dari dua individu yang berbeda, jantan dan betina, disebut alogami. Autogami, juga dikenal sebagai pembuahan sendiri, terjadi ketika dua gamet dari satu individu melebur; ini terjadi pada hermafrodit, seperti cacing pipih dan tumbuhan tertentu.

Proses Pemupukan

Pemupukan Tanaman

Perpaduan dua unit reproduksi seksual (gamet) yang berbeda disebut pembuahan. Proses ini ditemukan oleh Strasburger (1884).

1. PERTUMBUHAN

Perkecambahan butir serbuk sari pada kepala putik dan pertumbuhan tabung serbuk sari: Butir serbuk sari mencapai kepala putik penerima melalui tindakan penyerbukan. Butir serbuk sari, setelah melekat pada kepala putik, menyerap air dan membengkak. Setelah saling mengenal dan menerima butir serbuk sari, butir serbuk sari berkecambah (in vivo) untuk menghasilkan tabung serbuk sari yang tumbuh menjadi stigma menuju rongga ovarium.

GB Amici (1824) menemukan tabung polen di Portulaca oleracea. Umumnya, hanya satu tabung polen yang dihasilkan oleh satu butir polen (monosiphonous). Tetapi beberapa tanaman seperti anggota Cucurbitaceae menghasilkan banyak tabung polen ( polysiphonous ). Tabung polen mengandung inti vegetatif atau inti tabung dan dua gamet jantan. Kemudian, sel vegetatif merosot. Tabung serbuk sari sekarang mencapai ovula setelah melewati gaya.

2. MASUKNYA TABUNG POLLEN KE DALAM ovula

Setelah mencapai ovarium, tabung serbuk sari memasuki bakal biji. Tabung serbuk sari dapat memasuki ovula melalui salah satu dari rute berikut:

A. Porogami - Ketika tabung serbuk sari memasuki ovula melalui mikropil, itu disebut porogami . Ini adalah jenis yang paling umum, misalnya Lily

B. Chalazogami - Masuknya tabung polen ke dalam ovula dari daerah chalazal dikenal sebagai chalazogami. Chalazogamy kurang umum, misalnya Casuarina, Juglans, Betula, dll.

C. Mesogami - Tabung serbuk sari memasuki ovula melalui bagian tengah yaitu melalui integumen (misalnya Cucurbita, Populus ) atau melalui corong (misalnya Pistacia ).

3. MASUKNYA TABUNG POLLEN KE DALAM KANTUNG EMBRIO

Tabung serbuk sari memasuki kantung embrio hanya dari ujung mikropil terlepas dari cara masuknya ke dalam ovula. Tabung serbuk sari melewati antara sinergid dan sel telur atau masuk ke salah satu sinergid melalui alat filiform. Sinergid mengarahkan pertumbuhan tabung serbuk sari dengan mengeluarkan beberapa zat kimia ( sekresi kemotropik ). Ujung tabung serbuk sari masuk ke dalam satu sinergid. Sinergid yang ditembus mulai merosot. Setelah penetrasi, ujung tabung serbuk sari membesar dan pecah melepaskan sebagian besar isinya termasuk dua gamet jantan dan inti vegetatif ke dalam sinergid.

4. PEMUPUKAN GANDA

Inti dari kedua gamet jantan dilepaskan di kantung embrio. Satu gamet jantan menyatu dengan telur untuk membentuk zigot diploid. Proses tersebut dinamakan syngamy atau pemupukan generatif.

Zigot diploid akhirnya berkembang menjadi embrio. Gamet jantan lainnya berfusi dengan dua inti kutub (atau inti sekunder) untuk membentuk inti endosperma primer triploid. Proses ini disebut triple fusion atau pemupukan vegetatif. Kedua tindakan pembuahan ini merupakan proses pembuahan ganda. Pembuahan ganda hanya terjadi pada angiospermae.

Proses Fertilisasi pada Hewan

Fertilisasi adalah proses di mana sperma haploid tunggal menyatu dengan telur haploid tunggal untuk membentuk zigot. Sperma dan sel telur masing-masing memiliki fitur khusus yang memungkinkan proses ini.

Telur adalah sel terbesar yang diproduksi di sebagian besar spesies hewan. Sel telur manusia kira-kira 16 kali lebih besar dari sel sperma manusia. Telur dari spesies yang berbeda mengandung jumlah kuning telur yang bervariasi, nutrisi untuk mendukung pertumbuhan embrio yang sedang berkembang. Telur dikelilingi oleh lapisan agar-agar , terdiri dari glikoprotein (protein yang memiliki gula menempel padanya), yang melepaskan chemoattractants spesifik spesies (atraktor kimiawi) yang memandu sperma ke sel telur. Pada mamalia, lapisan ini disebut zona pelusida . Pada mamalia plasenta, lapisan sel folikel mengelilingi zona pelusida. Lapisan zona pelusida/jelly dipisahkan dari telur oleh membran yang disebut vitelline envelope , yang berada di luar membran plasma sel. Tepat di bawah membran plasma telur terdapat butiran kortikal, vesikel yang mengandung enzim yang akan mendegradasi protein yang menahan selubung vitelline di sekitar membran plasma saat terjadi pembuahan.

Sperma adalah salah satu sel terkecil yang diproduksi di sebagian besar spesies hewan. Sperma terdiri dari kepala yang berisi DNA yang padat, ekor flagela untuk berenang, dan banyak mitokondria untuk memberi tenaga bagi pergerakan sperma. Selaput plasma sperma mengandung protein yang disebut bindin, yang merupakan protein spesifik spesies yang mengenali dan mengikat reseptor pada membran plasma telur. Selain nukleus, kepala sperma juga mengandung organel yang disebut akrosom, yang mengandung enzim pencernaan yang akan mendegradasi lapisan jeli/zona pelusida untuk memungkinkan sperma mencapai membran plasma sel telur.

Untuk memastikan bahwa keturunannya hanya memiliki satu set kromosom diploid yang lengkap, hanya satu sperma yang dapat melebur dengan satu sel telur. Perpaduan lebih dari satu sperma dengan sel telur atau polispermi secara genetik tidak sesuai dengan kehidupan dan mengakibatkan kematian zigot. Ada dua mekanisme yang mencegah polispermi: polispermi "blok cepat" menjadi polispermi dan polispermi "blok lambat".

Langkah-langkah pemupukan di atas dan lainnya dibahas di bawah ini:

• Sperma tertarik dan berkontak dengan lapisan jeli/zona pelusida.
• Interaksi antara reseptor pada sel sperma dan glikoprotein pada sel telur memulai reaksi akrosom. Enzim pencernaan dilepaskan dari akrosom, dan mereka menghancurkan lapisan jeli / zona pelusida sehingga menciptakan jalur bagi sperma untuk mendekati sel telur.
• Sperma mencapai membran plasma telur dan sperma dan membran plasma telur melebur. Interaksi ini dimediasi oleh protein pengikat sperma, yang berikatan dengan protein reseptor pengikat pada membran plasma telur. Interaksi ini spesifik untuk spesies, dengan versi yang sedikit berbeda dari protein bindin dan protein reseptor bindin pada setiap spesies yang berbeda.
• Penggabungan sperma dan membran sel telur memulai depolarisasi listrik seluruh membran plasma telur, untuk sementara (selama 10-20 detik) mencegah sperma lain melebur dengan membran plasma telur. Depolarisasi membran ini, yang diperantarai oleh masuknya ion natrium, merupakan penghambat cepat polispermi.
• Depolarisasi membran memulai gelombang silang kalsium yang dilepaskan melintasi membran plasma.
• Gelombang kalsium memulai reaksi kortikal di dalam telur: butiran kortikal menyatu dengan membran plasma telur, melepaskan enzim pencernaan yang menurunkan protein reseptor bindin yang berfungsi sebagai tempat berlabuhnya sperma, dan protein yang menahan lapisan vitellin pada membran plasma.
• Hasil reaksi kortikal mengangkat lapisan vitelline dari membran plasma telur, untuk membuat amplop pembuahan. Selubung pembuahan adalah penghalang yang mencegah sperma tambahan mencapai sel telur, dan merupakan penghambat lambat polispermi.
• Peristiwa tersebut berujung pada aktivasi sel telur, menyebabkan sel telur mengenali bahwa pembuahan telah terjadi dan menghasilkan inisiasi perkembangan.