Kepentingan Nanoteknologi dalam Sektor Pertanian di Malaysia

Oleh: Khalisanni Khalid, Ahli YSN-ASM
Program Agri-Nanoteknologi, Pusat Penyelidikan Bioteknologi dan Nanoteknologi, Institut Penyelidikan dan Kemajuan Pertanian Malaysia (MARDI)

Bidang nanoteknologi adalah bidang teknologi yang semakin berkembang pada masa kini. Nanoteknologi adalah satu teknologi yang melibatkan kajian ke atas bahan yang berskala nano iaitu merangkumi saiz (dalam sekurang-kurangnya satu dimensi) dalam julat antara 1 hingga 1000 nanometer. Walau bagaimanapun, takrifan bahan berskala nano biasanya adalah 1 hingga 100 nm (Roco, 1999). Ia berkembang secara pesat di seluruh dunia dan menjadi salah satu daripada cabang bidang sains moden yang giat diterokai (Sweeney, Seal & Vaidyanathan, 2003). Pelbagai usaha telah dibuat oleh pihak yang berkepentingan untuk menghasilkan komponen-komponen elektronik yang lebih kecil, penghasilan pemangkin tindak balas kimia yang lebih cekap, penghantaran ubat ke dalam sistem badan yang lebih tepat serta peningkatan produktiviti dan mutu keluaran hasil dalam pelbagai sektor termasuk pertanian (Jalal, Abdullah, Zulfakar, & Bais, 2016).

Sektor pertanian merupakan antara sektor utama yang mendapat faedah daripada evolusi nanoteknologi. Aplikasi nanoteknologi dalam sektor pertanian membawa kepada suatu perubahan yang berupaya meningkatkan produktiviti dalam sektor ini dan secara langsung membantu meningkatkan pendapatan para petani dan keluaran dalam negara kasar (KDNK). Sebagai negara yang masih bergantung kepada hasil komoditi pertanian seperti beras, kelapa sawit dan getah, Malaysia memerlukan nanoteknologi dalam proses dan kaedah melibatkan pengeluaran hasil tanaman dan penghasilan produk hiliran dari hasil pertanian. Antara bidang nanoteknologi yang berkaitan dengan pertanian adalah bahan biopestisid, baja dan bahan salutan.

Organisma perosak seperti serangga, bakteria mahupun rumput lalang adalah masalah utama yang menjejaskan pertumbuhan tanaman di seluruh dunia. Pada kebiasaannya, masalah ini dikawal dengan penggunaan racun perosak yang secara umumnya adalah bersifat toksik. Selain daripada merosakkan tanaman, penggunaan racun perosak toksik yang berlebihan boleh menyebabkan masalah kesihatan yang serius kepada petani (contoh kanser dan lelah), dan mengganggu ekosistem tanaman seperti mengurangkan kesuburan tanah, pencemaran air dan kerintangan penyakit (Tilman et al., 2002). Oleh itu, nanoteknologi menyediakan suatu platform bagi menyelesaikan masalah ini. Dalam penyelidikan nano biopestisid, sebatian biologi seperti Aloin (dari pokok Aloe Vera) digunakan sebagai agen enkapsulasi kepada garam argentum (bahan antimikrob) untuk membentuk sebatian nanopartikel yang stabil (Rajah 1). Saiz nano ini dapat membantu sebatian ini diserap oleh organisma perosak dengan lebih optimum dan seterusnya mengurangkan penggunaan racun perosak toksik tadi (Devi & Maji, 2011).

Aplikasi nanoteknologi dalam bidang pertanian juga tertumpu kepada pemprosesan dan penghasilan sebatian baja. Baja nano adalah baja yang mempunyai sebatian atau molekul berskala nano.  Antara baja nano yang sedang dikaji secara mendalam adalah baja urea-hydroxyapatite (HA). Pada dasarnya, HA (Rajah 2) adalah sebatian bioseramik yang digunakan dalam aplikasi perubatan dan pergigian bagi penyaluran sebatian nutrien seperti kalsium, fosfat dan mineral lain secara perlahan (‘slow release’) kepada tulang dan tisu mamalia (Uskoković & Uskoković, 2011). Disebabkan keupayaan ini, HA sesuai digunakan di dalam bidang pertanian untuk menyalurkan nutrien seperti fosfat dan nitrogen dengan lebih cekap dan khusus untuk tanaman. Bagi tujuan penghasilan baja nano HA, sumber nutrien iaitu urea diformulasi dengan bahan nano HA yang mana meningkatkan luas permukaan interaksi dan berupaya melepaskan nitrogen secara perlahan kepada tumbuhan. Keadaan ini adalah disebabkan oleh pengaruh sifat ikatan kimia antara nitrogen (dalam urea) dengan HA. Tambahan pula, kehadiran cas di dalam baja nano HA juga mampu menarik ion nitrat agar boleh dimanfaatkan oleh bahagian tumbuhan (akar, daun). Penggunaan baja yang bukan bersaiz nano dalam pertanian akan menyebabkan proses pelepasan nutrien yang berlebihan dan tidak seragam seterusnya melibatkan proses larut lesap ke dalam tanah, pencemaran alam sekitar dan kerugiaan modal para petani.

Kajian terbaru kesan produk baja nano dalam bentuk cecair terhadap pertumbuhan pokok sedang dilaksanakan bagi membuktikan keberkesanan baja nano untuk kegunaan pertanian (Mohd Nor, Zamri, Sabki, & Khalisanni, 2018). Antara kajian yang dijalankan adalah memformulasikan kepekatan baja nano yang berbeza ke atas pertumbuhan anak benih pokok betik (variasi Sekaki). Dapatan kajian awal menunjukkan penggunaan baja nano ke atas anak benih pokok betik ini meningkatkan pertumbuhan pokok sebanyak 30 sehingga 40 peratus berbanding dengan penggunaan baja biasa atau konvensional. Penyelidikan di bawah Rancangan Malaysia ke 11 (RMK11) ini memfokuskan buah-buahan premium seperti betik, melon, durian dan sebagainya. Pembangunan produk baja nano dijangka dapat membantu para petani serta usahawan di Malaysia dalam mengurangkan kos import baja sekaligus meningkatkan hasil keluaran pertanian dua kali ganda lebih tinggi dari sebelumnya.

Selain daripada penggunaan di dalam biopestisid dan baja, nanoteknologi juga diaplikasikan sebagai salutan bagi memanjangkan tempoh jangka hayat buah yang hendak dieksport dan melindungi benih tanaman yang bernilai tinggi (Shi, wang, Liu, Wu, Wei & Li, 2013). Formulasi penyalutan ini biasanya mengandungi bahan bio teraktif (‘bioactive compound’) yang bertindak sebagai perencat enzim kawalan pertumbuhan dan kematangan, anti mikrob penyakit tanaman dan sebagainya. Oleh kerana proses pengoksidaan yang berlaku secara semulajadi menyebabkan banyak buah-buahan tidak sesuai untuk dimakan selepas suatu jangka masa yang tertentu, maka teknologi ini dapat meningkatkan jangka hayat kesegaran buah-buahan (Rajah 5). Ia juga dapat mengurangkan kerugian para pengusaha dan membantu mengekalkan nutrisi buah-buahan dan sayur-sayuran yang dieksport.

Oleh yang demikian, pengetahuan dan kesedaran orang ramai terhadap aplikasi nanoteknologi dalam bidang pertanian dan perladangan perlu diperluaskan agar teknologi ini boleh dimanfaatkan sepenuhnya, seterusnya meningkatkan pendapatan petani dan negara.

Rujukan

1. Devi, N., & Maji, T. K. (2011). Neem seed oil: Encapsulation and controlled release-search for a greener alternative for pest control. In Pesticides in the Modern World-Pesticides Use and Management. IntechOpen.
2. Jalal, W. N. W., Abdullah, H., Zulfakar, M. S., & Bais, B. (2016). Fabrikasi GPS antena menggunakan bahan zink aluminat berstruktur nano didopkan dengan kobalt. Sains Malaysiana, 45(8), 1243-1252.
3. Mohd Nor, M.R., Zamri, I., Sabki, S. & Khalisanni, K. (2018) Effect of nano fertilizer on number of leaves and chlorophyll reading for dwarfed long bean (Vigna sesquipedalis), Transaction of Malaysian Society of Plant Physiology 25, 41-44
4. Roco, M. C. (1999). Nanoparticles and nanotechnology research. Journal of Nanoparticle Research, 1(1), 1-6.
5. Shi, S., Wang, W., Liu, L., Wu, S., Wei, Y., & Li, W. (2013). Effect of chitosan/nano-silica coating on the physicochemical characteristics of longan fruit under ambient temperature. Journal of Food Engineering, 118(1), 125-131.
6. Sweeney, A. E., Seal, S., & Vaidyanathan, P. (2003). The promises and perils of nanoscience and nanotechnology: Exploring emerging social and ethical issues. Bulletin of Science, Technology & Society, 23(4), 236-245.
7. The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). (2017, August 11). Material-independent nanocoating antimicrobial spray extends the shelf life of produce. ScienceDaily. Retrieved December 7, 2018 from sciencedaily.com/releases/2017/08/170811085045.htm
8. Tilman, D., Cassman, K. G., Matson, P. A., Naylor, R., & Polasky, S. (2002). Agricultural sustainability and intensive production practices. Nature, 418(6898), 671.
9. Uskoković, V., & Uskoković, D. P. (2011). Nanosized hydroxyapatite and other calcium phosphates: chemistry of formation and application as drug and gene delivery agents. Journal of biomedical materials research Part B: Applied biomaterials, 96(1), 152-191.