Para insinyur di Universitas California San Diego telah mengembangkan bentuk baru pengendalian hama menggunakan nanopartikel yang berasal dari virus tanaman untuk menghantarkan pestisida jauh ke dalam tanah, menargetkan nematoda parasit di tingkat akar tanaman. Pendekatan ini menjanjikan pengurangan kebutuhan akan penggunaan pestisida yang berlebihan, menurunkan biaya, dan meminimalkan dampak terhadap lingkungan, sehingga menandai langkah maju yang signifikan dalam pertanian berkelanjutan dan pertanian presisi.
Metode pengendalian hama baru berbasis nanoteknologi memungkinkan masuknya pestisida ke dalam tanah, sehingga menawarkan solusi efektif untuk memerangi infestasi nematoda di tingkat akar sekaligus mengurangi kerusakan lingkungan.
Suatu bentuk pengendalian hama pertanian yang baru suatu hari nanti mungkin akan muncul—pengendalian hama tanaman yang menyerang tanaman jauh di bawah tanah dengan cara yang ditargetkan dan menggunakan lebih sedikit pestisida.
Para insinyur di Universitas California San Diego telah mengembangkan nanopartikel, terbuat dari virus tanaman, yang dapat mengantarkan molekul pestisida ke kedalaman tanah yang sebelumnya tidak dapat dijangkau. Kemajuan-kemajuan ini berpotensi membantu petani secara efektif memerangi nematoda parasit yang mengganggu zona perakaran tanaman, sekaligus meminimalkan biaya, penggunaan pestisida, dan toksisitas lingkungan.
Tantangan Infestasi Nematoda
Mengontrol serangan yang disebabkan oleh nematoda perusak akar telah lama menjadi tantangan di bidang pertanian. Salah satu penyebabnya adalah jenis pestisida yang digunakan untuk melawan nematoda cenderung menempel pada lapisan atas tanah sehingga sulit mencapai akar dimana nematoda menyebabkan kerusakan. Akibatnya, petani seringkali menggunakan pestisida dalam jumlah berlebihan, serta air untuk membilas pestisida hingga ke akar-akarnya. Hal ini dapat menyebabkan pencemaran tanah dan air tanah.
Untuk menemukan solusi yang lebih berkelanjutan dan efektif, tim yang dipimpin oleh Nicole Steinmetz, seorang profesor nanoengineering di UC San Diego Jacobs School of Engineering dan direktur pendiri Center for Nano-ImmunoEngineering, mengembangkan tanaman virus Partikel nano yang dapat mengangkut molekul pestisida jauh ke dalam tanah, tepat di tempat yang dibutuhkan. Karya ini dirinci dalam makalah yang diterbitkan di Surat Nano.
Tim Steinmetz mendapat inspirasi dari nanomedicine, di mana nanopartikel diciptakan untuk pengiriman obat yang ditargetkan, dan mengadaptasi konsep ini ke dalam pertanian. Gagasan untuk menggunakan kembali dan mendesain ulang bahan biologis untuk berbagai aplikasi juga menjadi area fokus Pusat Sains dan Rekayasa Penelitian Material (MRSEC) UC San Diego, yang dipimpin oleh Steinmetz.
“Kami sedang mengembangkan pendekatan pertanian presisi di mana kami menciptakan nanopartikel untuk menghasilkan pestisida yang ditargetkan,” kata Steinmetz, penulis senior studi tersebut. “Teknologi ini menjanjikan peningkatan efektivitas pengobatan di lapangan tanpa perlu meningkatkan dosis pestisida.”
Inovasi Nanopartikel untuk Pertanian Presisi
Keuntungan dari pendekatan ini adalah virus mosaik hijau ringan tembakau, yaitu virus tanaman yang memiliki kemampuan untuk berpindah melalui tanah dengan mudah. Para peneliti memodifikasi nanopartikel virus ini, menjadikannya tidak menular ke tanaman dengan cara menghilangkannya RNA. Mereka kemudian mencampurkan nanopartikel ini dengan larutan pestisida dalam air dan memanaskannya, menciptakan nanopartikel berbentuk bola seperti virus yang dikemas dengan pestisida melalui sintesis satu wadah sederhana.
Sintesis satu pot ini menawarkan beberapa keuntungan. Pertama, hemat biaya, hanya dengan beberapa langkah dan proses pemurnian yang mudah. Hasilnya adalah metode yang lebih terukur, yang membuka jalan bagi produk yang lebih terjangkau bagi petani, kata Steinmetz. Kedua, dengan hanya membungkus pestisida di dalam nanopartikel, dibandingkan mengikatnya secara kimia ke permukaan, metode ini mempertahankan struktur kimia asli pestisida.
“Jika kita menggunakan metode sintetik tradisional di mana kita menghubungkan molekul pestisida dengan nanopartikel, pada dasarnya kita akan menciptakan senyawa baru, yang harus melalui proses registrasi dan persetujuan peraturan yang benar-benar baru,” kata penulis utama studi Adam Caparco. , seorang peneliti postdoctoral di laboratorium Steinmetz. “Tetapi karena kami hanya merangkum pestisida dalam nanopartikel, kami tidak mengubah bahan aktifnya, sehingga kami tidak perlu mendapatkan persetujuan baru untuk itu. Hal ini dapat membantu mempercepat adopsi teknologi ini ke pasar.”
Selain itu, virus mosaik hijau muda tembakau telah disetujui oleh Badan Perlindungan Lingkungan (EPA) untuk digunakan sebagai herbisida untuk mengendalikan tanaman invasif yang disebut apel soda tropis. Perjanjian yang ada ini dapat lebih menyederhanakan jalur dari laboratorium ke pasar.
Manfaat dan Arah Masa Depan
Para peneliti melakukan percobaan di laboratorium untuk menunjukkan kemanjuran nanopartikel yang mengandung pestisida. Partikel nano diairi melalui kolom tanah dan berhasil mengangkut pestisida hingga kedalaman minimal 10 sentimeter. Solusinya dikumpulkan dari dasar kolom tanah dan ditemukan mengandung nanopartikel yang mengandung pestisida. Ketika para peneliti mengolah nematoda dengan larutan ini, mereka memusnahkan setidaknya setengah populasi nematoda di cawan petri.
Meskipun para peneliti belum menguji nanopartikel pada nematoda bawah tanah, mereka mencatat bahwa penelitian ini menandai kemajuan yang signifikan.
“Teknologi kami memungkinkan penggunaan pestisida yang dimaksudkan untuk memerangi nematoda di dalam tanah,” kata Caparco. “Pestisida ini saja tidak bisa menembus tanah. Namun dengan nanopartikel kami, mereka kini memiliki mobilitas tanah, dapat mencapai tingkat akar, dan berpotensi membunuh nematoda.”
Penelitian di masa depan akan melibatkan pengujian nanopartikel pada tanaman yang terinfestasi untuk menilai efektivitasnya dalam skenario pertanian dunia nyata. Laboratorium Steinmetz akan melakukan penelitian lanjutan ini bekerja sama dengan Laboratorium Penelitian Hortikultura AS. Timnya juga telah menetapkan rencana kemitraan industri yang bertujuan untuk memajukan nanopartikel menjadi produk komersial.
Referensi: “Pengiriman Nematisida Menggunakan Nanopartikel Bulat Berasal TMGMV” oleh Adam A. Caparco, Ivonne González-Gamboa, Samuel S. Hays, Jonathan K. Pokorski dan Nicole F. Steinmetz, 16 Juni 2023, Surat Nano.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01684
Rekan penulis termasuk Ivonne Gonzalez-Gamboa, Samuel S. Hays dan Jonathan K. Pokorski, UC San Diego.
Pekerjaan ini sebagian didukung oleh Departemen Pertanian AS (hibah NIFA-2020-67021-31255 dan NIFA-2022-67012-36698), National Science Foundation (CMMI 1901713) dan Pusat Sains dan Teknik Penelitian Material UC San Diego (MRSEC), yang didukung oleh National Science Foundation (hibah DMR-2011924). Pekerjaan ini dilakukan sebagian di San Diego Nanotechnology Infrastructure (SDNI) di UC San Diego, anggota National Nanotechnology Coordinated Infrastructure, yang didukung oleh National Science Foundation (hibah ECCS-1542148). Pekerjaan ini juga dilakukan sebagian di Inti Mikroskop Neurosains Departemen UC San Diego, didukung oleh Institut Kesehatan Nasional (NINDS P30NS047101).
NewsRoom.id
