Bahan Kimia untuk Tumbuhan

Pengembangan bahan kimia untuk melindungi tanaman pertanian merupakan kegiatan yang penting dalam industri kimia. Tanpa mereka, banyak tanaman akan mengalami kerusakan. Beberapa bahan kimia insektisida ini, juga sangat penting dalam memerangi penyakit manusia dan hewan. Sifat lingkungan dan toksikologi bahan kimia ini telah membaik selama enam dekade terakhir. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan bahan kimia yang tidak hanya ampuh, tetapi juga khusus untuk tujuan yang diperlukan. Karena hama dapat berkembang dan tahan terhadap bahan kimia perlindungan tanaman maka perlu pengembangan produk baru yang terus menerus.

Tiga kelompok bahan kimia mendominasi ini bagian dari industri kimia (Gambar 1). Diantaranya:

Herbisida: zat yang membunuh atau menghambat pertumbuhan tanaman yang tidak diinginkan (gulma)

Insektisida: zat yang membunuh hama arthropoda, yaitu serangga dan tungau

Fungisida: zat yang merusak atau mencegah pertumbuhan jamur patogen

Ketiga bahan tersebut adalah pestisida

Efektivitas pestisida merupakan hasil dari perakitan 3D yang tepat dari kelompok-kelompok struktur kimia bahan aktif tertentu. Jika beberapa senyawa dari kelompok kimia tertentu diketahui telah ber khasiat, maka bahan tersebut bisa dijadikan bahan dasar untuk target molekul biokimia tertentu misalnya protein dari hama. Kelompok set ini disebut toxophor, toxicophor-toxicopor ini dijelaskan dalam unit, unit ini ditandai dengan shading.

Pengembangan bahan kimia baru

Diperkirakan bahwa biaya sekitar ribuan dollar untuk menemukan produk baru, menguji secara menyeluruh untuk thasil dan keamanannya bagi lingkungan, dan mengembangkan teknik pembuatan skala pabrik. Dibutuhkan rata-rata 10 sampai 15 tahun untuk melakukan hal ini sehingga tidak mengherankan bahwa, di seluruh dunia hanya sekitar 12 bahan kimia yang diperkenalkan setiap tahun. Namun, bahan kimia ini merupakan kunci untuk produksi makanan

Kadang-kadang meniru cara alam sendiri melindungi tanaman dapat memberikan jawaban untuk sintesis hemat biaya pembuatan bahan kimia perlindungan tanaman ini. Piretroid, digunakan sebagai insektisida, adalah contoh dari proses ini. Lainnya adalah kelas fungisida, yaitu strobilurins, yang meniru strobilurin fungisida alami, turunan asam propanoat p-metoksi.

Ada pencarian terus-menerus untuk pestisida dengan penurunan risiko. Ini digunakan dalam jumlah kecil, tidak rentan terhadap hama mengembangkan resistensi, memiliki toksisitas rendah untuk organisme non-target (manusia, burung, ikan dan tumbuhan). Idealnya organisme non-target tidak memiliki target yang sama yang dipengaruhi oleh pestisida atau tidak berbagi kerentanan target yang dieksploitasi oleh pestisida.

Ada banyak ratusan pestisida digunakan dan dikembangkan. Unit ini menjelaskan beberapa contoh spesifik saat ini sedang digunakan dari masing-masing tiga kelompok -herbicides, insektisida dan fungisida.

Herbisida

Herbisida digunakan untuk mengontrol pertumbuhan tanaman yang tidak diinginkan (gulma). herbisida modern umumnya bertindak dengan membatasi pertumbuhan. Mereka menghambat aksi satu atau lebih dari banyak reseptor yang mengkatalisis reaksi yang penting untuk pertumbuhan tanaman. Ada beberapa kelompok herbisida, tetapi auksin dapat membunuh dengan merangsang pertumbuhan yang berlebihan. Dengan herbisida selektif, gulma target akan terpengaruh terlebih dahulu dari tanaman, herbisida akan terdegradasi lebih cepat dalam tanaman, atau penyerapan atau translokasi bahan aktif berbeda dari gulma. herbisida non-selektif membunuh tanaman serta gulma.

Tanamanku Mangga Yuen ini dulu tumbuh subur,tetapi setelah sering tak semprot hormon auksin tak kira makin cepat tumbuh, eh malah sulit, mungkin kalau berlebihan bisa menjadi herbisida ya

Herbisida dapat bertindak dalam beberapa cara:

kontak langsung dengan jaringan tanaman, misalnya paraquat adalah herbisida kontak khas

Dengan translokasi (herbisida sistemik), dimana senyawa tersebut memiliki kemampuan untuk diserap oleh bagian udara tanaman dan diangkut ke akar (basipetal translokasi); glifosat dan hormon pertumbuhan termasuk kelompok ini

Dengan serapan akar dan transportasi, pada bagian atas dari tanaman (translokasi acropetal)

Dengan kombinasi dari kedua metode tersebut; triketones adalah contoh dari kelompok ini karena mereka diangkut ke bawah dan ke atas

1. Bipyridylium

Ini adalah herbisida non-selektif yang bertindak dengan mengganggu fotosintesis. Paraquat adalah salah satu senyawa yang paling digunakan

Meskipun sangat beracun jika tertelan, Senyawa ini bisa dengan erat berikatan dengan tanah dan cepat dinonaktifkan. Senyawa paraquat sering dijual dengan nama dagang seperti Weedol dan Gramoxone.

2. Auxins

Auxins adalah hormon tanaman. Senyawa turunan yang paling penting dari kelompok ini adalah indole-3-etanoat asam (indole-3-il) asetat acid, IAA).

Senyawa ini berfungsi dengan mengawali pertumbuhan tanaman, tetapi karena diberikan dalam  dosis tinggi, maka hormon ini bisa membunuh tanaman dan dengan demikian bertindak sebagai herbisida. Contoh dari auksin sintetis adalah 2,4-Dichlorophenoxy  butanoic Acid, sering dikenal sebagai 2,4-D.

Senyawa ini sering digunakan dalam bentuk  garam atau ester. Merupakan herbisida sistemik dan sekali diserap tindakan melalui translokasi. Dua auxin yang dijual secara komersial yang meniru IAA adalah picloram dan aminopyralid. Kedua senyawa ini selektif untuk tanaman berdaun lebar yang menyerap herbisida melalui daun dan mentranslokasi ke akar. Senyawa ini dapat digunakan untuk membunuh gulma

Kedua senyawa ini bisa terdegradasi oleh mikroorganisme di dalam tanah dan fotokimia pada daun tanaman.

3. Glycin

Glifosat ((N-fosfonometil) glisin) adalah senyawa sistemik non-selektif yang berguna dalam mengendalikan gulma berdaun lebar dan rumput. Ini adala herbisida yang paling banyak digunakan dengan penjualan tahunan baik lebih dari 3 miliar Euro.

Glisin adalah herbisida yang diserap oleh daun dan kemudian translokasi ke akar. Dengan menghambat aksi enzim mencegah produksi asam amino aromatik yang dibutuhkan oleh tanaman dalam sintesis protein. Enzim ini tidak ada pada mamalia, glifosat memiliki sedikit toksisitas. Senyawa ini sangat efektif dan cepat terdegradasi dalam tanah dan oleh cahaya. Senyawa ini dipasarkan dengan banyak nama termasuk Roundup dan Tumbleweed.

Meskipun glifosat adalah herbisida non-selektif, benih selektif jagung (jagung) dan kedelai telah dikembangkan (melalui rekayasa genetika) dimana tanaman dapat menahan herbisida. Dengan demikian, bidang dapat disemprot dengan herbisida dan tanaman transgenik ini akan tetap hidup tanpa terpengaruhi herbisida tersebut. Biji jagung ini digunakan di banyak bagian dunia tetapi belum diizinkan di sebagian besar negara Uni Eropa, kecuali dalam uji coba terkontrol sangat ketat karena perhatian publik tentang pengaruh tanaman transgenik terhadap lingkungan.

Ada laporan bahwa beberapa gulma telah menjadi resisten terhadap glifosat. Namun beberapa tanaman, misalnya kedelai, sedang dikembangkan yang juga tahan terhadap auksin seperti 2,4-D dan petani akan dapat menggunakan campuran glifosat dan auksin. Glufosinate lain adalah herbisida non-selektif.

Glufosinate menghambat pembentukan glutamin sintetase, enzim yang membentuk asam amino glutamin dari glutamat yaitu proses penting untuk fotosintesis. Gulma di sekitar tanaman kedelai transgenik di AS telah dikendalikan dengan menyemprotkan seluruh bidang dengan larutan glufosinate, yang dipasarkan sebagai Ignite.

Tanaman Kedelai Transgenik di Amerika Serikat (Gb. Bayer CropScience)

4. Sulfonilurea

Ciri Khas dari bahan kimia ini adalah potensi mereka di berbagai gulma dan keselamatan untuk mamalia dan lingkungan. Senyawa bertindak pada tanaman dengan cara memblokir biosintesis asam amino esensial (valin dan isoleusin), sehingga dengan demikian mencegah pembelahan sel dan pertumbuhan sel.

Metsulfuron adalah contoh lain dari herbisida yang mengontrol gulma pada tanaman padi-padian dan dipasarkan misalnya sebagai Atlantis.

Senyawa ini adalah herbisida sistemik selektif yang diserap oleh dedaunan sebelum translokasi melalui tanaman. Mereka sangat berguna dalam mengendalikan rumput dan gulma dikotil tahunan di tanaman seperti jagung dan terdegradasi dalam tanah. Sebuah contoh terkenal senyawa ini adalah nicosulfuron yang dipasarkan, misalnya, sebagai Accent yang digunakan untuk mengendalikan gulma di jagung.

5. Triketon

Triketones bertindak dengan menghambat enzim yang akan menyebabkan pembentukan senyawa yang dibutuhkan dalam biosintesis karotenoid. Ini, pada gilirannya, memainkan peran kunci dalam menyerap energi cahaya untuk fotosintesis dan melindungi klorofil dari kerusakan fotokimia. Triketon bertindak melalui aplikasi pada dedaunan atau melalui akar. Dalam kedua kasus ada translokasi melalui tanaman. Mereka sangat efektif dalam mengendalikan berbagai gulma. Terdegradasi tanah cukup cepat. Tembotrione adalah contoh yang memungkinkan mengendali rumput dan daun luas dalam jagung dan dijual dengan nama dagang Laudis.

Gulma di bidang jagung ini telah dikendalikan dengan tembotrione. Telah diterapkan dalam kombinasi dengan senyawa yang memicu degradasi mesotrione di jagung tapi tidak di gulma. Senyawa tersebut dikenal sebagai safeners.

Gulma di Jagung yang telah di semprot (Gb, Bayern Corpscience)

Mesotrione adalah contoh lain dari kelas ini herbisida dan dijual dengan berbagai nama dagang, termasuk Callisto.

6. Inhibitor karboksilase asetil-CoA

Beberapa herbisida bertindak dengan menghambat aksi enzim, asetil-CoA karboksilase, yang penting untuk biosintesis asam karboksilat (lemak), yang dibutuhkan oleh tanaman untuk produksi membran sel. Contohnya adalah pinoxaden yang sangat berguna dalam menangani rumput di tanaman gandum.

Inhibitor adalah herbisida selektif yang diserap oleh daun tanaman dan bertindak mengikuti translokasi. Mereka terdegradasi dalam tanah. Di antara nama dagang untuk pinoxaden adalah Axial.

Insektisida

Pasar dunia untuk insektisida didominasi oleh senyawa yang mengganggu sistem saraf dari invertebrata hama, karena organ target ini biasanya memberikan kontrol yang cepat. Insektisida yang bekerja pada tempat sasaran seperti acetylcholinesterase (organofosfat dan metil karbamat), saluran tvoltaged-gated sodium (piretroid), reseptor nicotinic acetylcholine (neonicotinoids) dan saluran klorida ligan-gated (lakton dan phenylpyrazoles makrosiklik) terhitung lebih dari 75% dari total penjualan.

Untuk bahan senyawa dengan mekanisme lain seperti gangguan perkembangan serangga biasanya lebih selektif (baik dengan membedakan antara spesies atau siklus hidup mereka), tetapi senyawa tersebut umumnya jauh lebih lambat dalam bereaksi dengan serangga sasaran

1. Senyawa organofosfat

Pertama kali diperkenalkan pada tahun 1944, senyawa organofosfat (OP) secara ekonomi merupakan bahan kimia termasuk kelompok yang paling sukses dan beragam insektisida. Lebih dari 100 bahan aktif yang berbeda termasuk dikenal dalam kelas ini. Salah satu senyawa organofosfat yang dianggap paling sukses adalah klorpirifos. Insektisida ini non-sistemik, digunakan pada kedua dedaunan dan tanah, mempengaruhi perut dan mempengaruhi pernapasan dari hama.

Kutu daun tidak terkendali (kebul) menyerang pohon beech yang baru ditanam.

Semua senyawa organofosfat bertindak dengan mengikat ireversibel pada enzim acetylcholinesterase (AChE). Yaitu dengan cara mencegah hidrolisis asetilkolin neurotransmitter di sistem saraf pusat (SSP) dan mengarah ke jangka waktu eksitasi saraf. Hal ini kemudian menyebabkan kelumpuhan dan selanjutnya kematian serangga dan predator mereka. OP digunakan untuk mengontrol hampir semua hama termasuk Lepidoptera (misalnya ngengat), Coleoptera (misalnya kumbang), Diptera (misalnya lalat, seperti lalat putih, dan nyamuk), Hemiptera (misalnya kutu daun dan wereng). Selain itu mereka mengontrol nematoda (cacing parasit) dan tungau. Empat contoh adalah:

Kerugian utama dari sebagian besar dari senyawa OP adalah toksisitas mereka untuk vertebrata dan ini telah menghasilkan pencarian untuk senyawa lain untuk menggantikan senyawa ini. Senyawa organofosfat cepat dipecah oleh aksi enzimatik dalam tanah.

2. Metil karbamat

Merupakan kelompok penting yang lain dari inhibitor AChE, diperkenalkan pada akhir 1950-an, metil karbamat biasanya kurang beracun untuk organisme non-target dari senyawa organofosfat. Fitur struktural mereka ditemukan dalam produk alami diisolasi pada awal tahun 1864, yaitu physostigmine (eserine), struktur yang akhirnya dijelaskan pada tahun 1925.

Senyawa ini efektif untuk mempersingkat umur hidup tetapi lebih selektif dalam efeknya. Pirimicarb adalah salah satu karbamat metil paling penting untuk kontrol kutu. Diluncurkan sebagai semprotan daun sayuran, tanaman yang subur dan buah-buahan di awal 1970-an dan tidak berbahaya bagi serangga penyerbuk dan predator kutu. karbamat banyak diterapkan lain adalah aldicarb yang digunakan terutama sebagai insektisida tanah dan Bendiocarb yang sangat penting untuk kontrol nyamuk dewasa malaria transmisi.

3. Lakton makrosiklik (avermectins dan milbemycins)

Semua lakton makrosiklik alami dan semi-sintetik beranggota-16 mengganggu sistem yang mengontrol aliran ion klorida. Ini menutup impuls listrik di sel-sel saraf dari organisme target mereka.

Avermektin dan emamectin benzoat alami didasarkan pada struktur di atas. avermectin yang diproduksi oleh fermentasi dari mikroorganisme tanah Actinomycetes (dari genus Streptomyces) dan benzoat emamectin disintesis dari abamektin dalam serangkaian reaksi kimia. Contoh lain terjadi secara alami adalah milbemycin.

Seluruh kelompok dari lakton makrosiklik menunjukan potensi yang belum pernah terjadi sebelumnya terhadap tungau dan serangga serta nematoda (misalnya cacing parasit). Avermektin digunakan dalam berbagai tanaman seperti jeruk, buah pome (misalnya, apel dan pir), sayuran dan kapas. Milbemectin terutama digunakan untuk memerangi berbagai tungau yang berbeda dalam teh dan buah-buahan pome (msalnya buah apel), dan juga terhadap pinus nematoda kayu yang menghancurkan pohon-pohon pinus di Jepang dan bagian dari Amerika Serikat.

Produk ini non-sistemik dan dihilangkan dengan cepat dari lingkungan setelah penggunaan. Fotolisis di permukaan tanaman cepat, dan mereka mengikat erat tanah, di mana mereka dengan cepat terdegradasi oleh mikroorganisme tanah. Dengan demikian, tidak ada pencucian atau bioakumulasi terjadi. Karena penyerapan cepat ke dedaunan yang disemprot dan dikombinasikan dengan degradasi cepat dari residu permukaan, sehingga kelompok insektisida ini aman untuk digunakan.

4. Phenylpyrazol

Jenis yang terkenal dari kelompok  insektisida ini adalah fipronil, yang dapat digunakan pada dedaunan, tanah dan benih. Namun, fipronil memiliki kemampuan terbatas untuk mentranslokasi melalui tanaman. tsistem kerja fipronil adalah dengan mengganggu konsentrasi ion klorida di sel spesies hama seperti Lepidoptera (ngengat), Coleoptera (kumbang) dan Diptera (lalat, nyamuk). Sebagai contoh, senyawa ini secara luas digunakan sebagai semprotan daun untuk kontrol daun-dan wereng padi di Asia Tenggara.

Aplikasi lain dari phenylpyrazol termasuk pengendalian hama perkotaan seperti semut dan kecoa di dalam ruangan dan di rumput. Mereka juga sangat efektif dalam mengendalikan rayap. Dalam perawatan kesehatan hewan, mereka digunakan pada kucing dan anjing untuk memerangi kutu dan kutu.

5. Nereistoxin dan neonicotinoid

Banyak penelitian telah dilakukan untuk menemukan bahan kimia untuk mencegah asetilkolin reseptor nicotinic (nAChR) supaya tidak berfungsi dengan benar. Senyawa nAChR merupakan reseptor penting dalam memungkinkan lewatnya ion natrium dan kalium dalam sel-sel saraf sehingga mempengaruhi sistem saraf pusat. contoh pertama dari insektisida ini adalah Cartap, thiosultap, bensultap dan thiocyclam.

Senyawa-senyawa ini dapat memecah baik dengan bantuan air atau cahaya untuk menghasilkan toksin, nereistoxin, zat alami yang pertama kali diisolasi dari cacing laut Lumbrineris heteropoda Marenz, yang bertindak secara efektif melumpuhkan hama.

Kelompok lain dari insektisida yang mempengaruhi reseptor asetilkolin nikotinat adalah neonicotinoid yang sekarang yang paling cepat berkembang dari kelompok utama keempat insektisida untuk perlindungan tanaman. Senyawa ini aktif terhadap berbagai hama serangga, dan dan menunjukan aktivitas baik melalui oral (konsumsi) dan lewat kontak dengan senyawa. Mereka memiliki tingkat kemanjuran tinggi, dan relatif aman untuk lingkungan dan toksikologi yang menguntungkan . Hal ini telah menyebabkan penggunaan  yang cepat dari bahan ini di berbagai daerah pertanian untuk mengkontrol secara cepat dari berbagai hama pengunyah dan mengisap dengan dampak minimal pada serangga yang bermanfaat. Seperti nikotin alkaloid alami (digunakan untuk waktu yang lama dalam bentuk ekstrak air tembakau).

neonicotinoid bertindak selektif dan sangat merangsang sistem saraf pusat serangga. Berikut ini adalah contoh dari kelas pestisida ini:

Mereka telah terbukti memiliki efek jangka panjang, baik ketika digunakan pada daun dan biji. Selanjutnya, mereka memiliki risiko yang relatif rendah untuk organisme non-target, meskipun baru-baru ada kekhawatiran bahwa mereka mungkin berkontribusi terhadap penurunan yang signifikan dalam populasi lebah madu. Lembaga lingkungan hidup di beberapa negara sedang mengevaluasi bukti untuk ini.