i
CARBON NANODOTS DARI KLOROFIL DAUN
PEPAYA SEBAGAI SUPLEMEN FERTILIZER
Skripsi
disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Fisika
oleh
Yuvita Kiki Wulandari 4211416016
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2020
ii
iii
iv
MOTTO
Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan.
(Q.S. Al-Inshirah:6)
Konsisten itu merupakan salah satu kunci dari kesuksesan.
(B.J. Habibie)
Impian itu bekerja sangat sederhana, dengan izin-Nya, dengan
kekuasaan-Nya, dengan kebesaran-Nya. Impikanlah dan percaya.
Maka semua akan dibawa pada apa yang diimpikan.
(Ustad Yusuf Mansur)
PERSEMBAHAN
Untuk Ayah, Ibu, dan Kakakku.
Bapak-Ibu Dosen.
Sahabat-sahabatku.
Teman-teman Suckseed 2016.
Almamaterku.
v
PRAKATA
Alhamdulillah, puji syukur penulis kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW beserta keluarga beliau, sahabat-sahabat beliau, dan orang-orang yang senantiasa mengikuti risalah beliau hingga akhir zaman.
Alhamdulillah, penulis berhasil menyelesaikan skripsi dengan judul “Carbon Nanodots dari Klorofil Daun Pepaya sebagai Suplemen Fertilizer” dengan tepat waktu. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan Stata Satu Program Studi Fisika Universitas Negeri Semarang.
Skripsi ini dapat terselesaikan tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Dr. Mahardika Prasetya Aji, M.Si. sebagai dosen pembimbing yang telah membimbing dan meberikan arahan dengan penuh kesabaran serta meluangkan waktu untuk selalu memberikan saran, masukan, dan motivasi selama proses penelitian hingga penyelesaian skripsi ini.
2. Dr. Suharto Linuwih, M.Si. selaku ketua jurusan Fisika yang telah memberikan dukungan selama penyusunan skripsi ini.
3. Dr. Masturi, M.Si. selaku dosen wali yang senantiasa membimbing dan memberikan dukungan untuk terselesaikannya skripsi ini.
4. Teknisi Laboratorium Fisika, R. Muttaqin, S.Si., Wasi Sakti Wiwit P., S.Pd., dan Natalia Erna S., S.Pd. yang telah membantu selama proses penelitian skripsi ini.
5. Ayah dan Ibu atas segala doa dan motivasi untuk terselesaikannya skripsi ini. 6. Kakakku, keluargaku, serta saudara-saudaraku yang selalu memberikan
dukungan.
7. Sahabat-sahabatku, Yoan, Risca, dan Nurul yang selalu memberikan semangat dan motivasi.
vi
8. Teman-teman sekaligus keluarga fisika, Adhe, Marathur, Dhea Para, Jenny, Dea Ratna, Mae, Nisrina, Mba Ita, Mba Fina, dan Mba Ika yang selalu membersamai dan membantu selama proses penelitian serta selalu memberikan dukungan.
9. Teman-teman Suckseed 2016.
10. Semua pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis juga memohon maaf apabila dalam penyusunan skripsi ini terdapat banyak kekurangan karena keterbatasan yang dimiliki penulis. Penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri maupun bagi pembaca sekalian. Saran dan kritik sangat penulis harapkan demi menyempurnakan kajian ini. Semoga penelitian yang telah dilakukan dapat menjadikan sumbangsih bagi kemajuan riset di Indonesia. Amin.
Semarang, Juli 2020
vii
ABSTRAK
Wulandari, Yuvita Kiki. (2020). Carbon Nanodots dari Klorofil Daun Pepaya
sebagai Suplemen Fertilizer. Skripsi, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Dr. Mahardika Prasetya Aji, M.Si.
Kata kunci: C-Dots, suplemen fertilizer, klorofil, absorbansi, laju pertumbuhan
Tanaman membutuhkan unsur hara makro yang digunakan sebagai nutrisi untuk pertumbuhan. Ketersediaan unsur hara dapat dipenuhi dengan pemberian fertilizer. Namun penyerapan unsur hara sangat lambat sehingga diperlukan suplemen
fertilizer berukuran nanometer untuk memacu pertumbuhan tanaman. Pada
umumnya nanopartikel yang digunakan sebagai suplemen fertilizer seperti ZnO, Cu, Ag, Fe2O3, dan Fe3O4 merupakan bahan-bahan anorganik yang dapat memberi dampak buruk bagi tanaman dan makhluk hidup yang mengonsumsinya. Penelitian ini bertujuan untuk menggunakan suplemen fertilizer dari bahan organik yang menggunakan C-Dots dari klorofil daun pepaya. Ekstrak klorofil daun pepaya diperoleh melalui metode maserasi. Sintesis C-Dots dari ekstrak klorofil pepaya menggunakan metode microwave dengan variasi waktu 10 menit, 20 menit, 30 menit, 40 menit, 50 menit, dan 60 menit. Ekstrak klorofil yang telah diradiasi menggunakan microwave berpendar saat diradiasi menggunakan UV light mengindikasikan telah terbentuk C-Dots. Karakteristik sifat optik C-Dots berupa spektrum absorbansi yang terletak pada panjang gelombang 200-437 nm. Karakteristik peak pertama terletak pada panjang gelombang 255 nm dan peak kedua terletak pada panjang gelombang 333 nm. Perubahan sifat optik dapat teramati dari perubahan intensitas transmitansi yang terjadi pada gugus fungsi aromatik. C-Dots dari ekstrak klorofil daun pepaya yang telah terbentuk diaplikasikan sebagai suplemen fertilizer pada tanaman terung hijau. Fertilizer yang digunakan yaitu NPK. Aplikasi C-Dots sebagai suplemen fertilizer dilakukan setiap empat hari sekali selama 60 hari. C-Dots paling optimum diaplikasikan pada tanaman yaitu C-Dots yang diradiasi microwave selama 40 menit. Sementara itu, laju pertumbuhan tanaman dengan diberi suplemen fertilizer lebih cepat daripada tanaman tanpa diberi suplemen fertilizer. Hal ini menunjukkan bahwa C-Dots dari ekstrak klorofil daun pepaya dapat diaplikasikan sebagai suplemen fertilizer.
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... ii
PERNYATAAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iii
MOTTO ... iii
PRAKATA ... v
ABSTRAK ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Tujuan Penelitian ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan Skripsi ... 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Daun Pepaya (Carica papaya Linn.) ... 5
2.1.1. Klorofil ... 7
2.2 Nanopartikel sebagai Fertilizer ... 9
2.3 Carbon nanodots (C-Dots) ... 11
2.3.1. Struktur dan Sintesis C-Dots ... 12
2.3.2. Sifat Optik C-Dots ... 14
2.3.3. C-Dots sebagai Fertilizer ... 18
2.4 Mekanisme Transport Nanopartikel pada Tanaman ... 19
2.4.1. Transport Apoplastik ... 21
2.4.2. Transport Simplastik ... 21
BAB 3 METODE PENELITIAN... 24
ix
3.2 Alat dan Bahan ... 26
3.3 Prosedur Penelitian ... 26
3.3.1. Ektraksi Klorofil Daun Pepaya ... 26
3.3.2. Sintesis C-Dots ... 26
3.3.3. Karakterisasi C-Dots ... 27
3.3.4. Uji Performa C-Dots pada Tanaman ... 28
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN... 30
4.1. Sifat Optik C-Dots dari Klorofil Daun Pepaya ... 34
4.1.1. Spektrum Absorbansi ... 34
4.1.2. Energi gap ... 36
4.2. Analisis Gugus Fungsi C-Dots dari Klorofil Daun Pepaya... 37
4.2.1. Karakterisasi FTIR ... 37
4.3. Uji Performa C-Dots sebagai Fertilizer ... 39
4.3.1. Dimensi Tanaman ... 41
4.3.2. Laju Pertumbuhan Tanaman ... 43
BAB 5 PENUTUP ... 48
5.1. Kesimpulan ... 48
5.2. Saran ... 48
DAFTAR PUSTAKA ... 49
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Rerata kandungan klorofil total………...6 Tabel 4.1. Energi gap C-Dots………...36 Tabel 4.2. Dimensi tanaman terung hijau………..41
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Daun pepaya (Carica papaya Linn.) ………..……..6
Gambar 2.2. Struktur klorofil a………...8
Gambar 2.3. Enam jenis material nano sebagai pembawa nutrien………10
Gambar 2.4. Pengaruh nanopartikel Cu terhadap pertumbuhan tanaman……….11
Gambar 2.5. Representasi struktur C-Dots………12
Gambar 2.6. Skema sintesis C-Dots dari kulit semangka………..12
Gambar 2.7. Representasi metode sintesis C-Dots………13
Gambar 2.8. Skema pembentukan C-Dots menggunakan teknik microwave……14
Gambar 2.9. Spektrum absorbansi C-Dots dari jus pisang………15
Gambar 2.10. Diagram tingkat energi dengan transisi elektronik……….16
Gambar 2.11. Mekanisme fluorescence dan phosphorescence……….17
Gambar 2.12. Benih kecambah yang dibudidayakan dalam larutan C-Dots…….19
Gambar 2.13. Skema aplikasi nanopartikel pada tanaman………20
Gambar 2.14. Mekanisme pergerakan nanopartikel pada tanaman………...23
Gambar 3.1. Diagram alir penelitian………...25
Gambar 3.2. Ilustrasi treatment C-Dots pada tanaman………..28
Gambar 4.1. Perbandingan sampel C-Dots yang diradiasi dan tanpa diradiasi….30 Gambar 4.2. Ilustrasi sintesis C-Dots dari klorofil daun pepaya………...31
Gambar 4.3. Spektrum absorbansi C-Dots dari klorofil daun pepaya…………...34
Gambar 4.4. Spektrum transmitansi C-Dots dari klorofil daun pepaya ………....37
Gambar 4.5. Pertumbuhan tanaman terung hijau………...40
Gambar 4.6. Pola pengukuran dimensi tanaman………42
Gambar 4.7. Grafik laju pertumbuhan tanaman terung hijau……….43
Gambar 4.8. Grafik gradien laju pertumbuhan tanaman terung hijau……...…….44
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Hasil Perhitungan Energi Gap C-Dots ... 56
Lampiran 2. Hasil Karakterisasi FTIR ... 60
Lampiran 3. Hasil Pengukuran Dimensi Tanaman ... 63
Lampiran 4. Dokumentasi Penelitian ... 72
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tanaman membutuhkan unsur hara makro seperti Nitrogen (N), Fospor (P), dan Kalium (K) untuk pertumbuhan. Unsur hara N berfungsi mempercepat pertumbuhan tanaman, pembentukan protein dan klorofil pada daun. Unsur P berperan dalam meningkatkan metabolisme tanaman. Sedangkan unsur K berperan penting dalam proses fotosinteis. Kekurangan unsur hara makro menyebabkan pertumbuhan tanaman berjalan lambat, menyebabkan daun menguning, dan buah yang dihasilkan akan kerdil (Rosi et al., 2018).
Kekurangan unsur hara pada tanaman dapat dipenuhi dengan pemberian suplemen tambahan berupa pupuk (fertilizer) sehingga tanaman dapat tumbuh dengan optimal. Penyerapan unsur hara dari tanah ke tanaman melalui akar dengan mekanisme difusi. Unsur hara diikat oleh rambut-rambut akar dengan prinsip interaksi elektrostatik dan kemudian didistribusikan hingga ke bagian daun (Huang
et al., 2015). Namun aliran massa unsur hara yang melalui akar ini sangat lambat,
sehingga teknologi yang digunakan saat ini dengan memberi tambahan pupuk dalam ukuran yang sangat kecil dalam orde nanometer (Ram et al., 2018). Di samping itu, peningkatan penyerapan unsur hara dilakukan dengan pemberian beberapa jenis logam dengan ukuran nanometer seperti seng oksida (ZnO), tembaga (Cu), perak (Ag), hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4) dan lain-lain (Jangid et al., 2018; Du et al., 2018; Das et al., 2018; Boutchuen et al., 2019; Jayarambabu et al., 2018 ). Ukuran partikel logam yang sangat kecil menyebabkan interaksi elektrostatik sangat kuat sehingga partikel-partikel logam mampu mengikat unsur-unsur hara. Di samping itu, ukuran partikel logam yang sangat kecil memudahkan partikel-partikel logam tersebut dalam menyerap unsur-unsur hara (Elmer et al., 2018).
Keberadaan bahan anorganik nanopartikel yang berperan mengikat dan membawa unsur hara dalam tanaman dapat memberi dampak yang buruk bagi
2
tanaman dan makhluk hidup yang mengkonsumsinya. Namun peranannya yang begitu penting untuk meningkatkan efektivitas serapan unsur hara, sehingga sangat diperlukan nanopartikel dari bahan organik dan tidak beracun. Nanopartikel dari bahan organik dan sifatnya yang tidak beracun diperoleh dari salah satu bahan karbon seperti carbon nanodots (C-Dots) (Ali et al., 2019).
C-Dots adalah jenis material baru dari keluarga karbon dengan ukuran partikelnya di bawah <10 nm, tidak beracun dan memiliki gugus dengan muatan-muatan di permukaan yang sangat reaktif terhadap ion-ion logam. C-Dots dapat diperoleh dari proses polimerisasi dan karbonisasi dari bahan alam (organik) seperti kulit manggis, lemon dan bawang merah (Aji et al., 2017; Monte-Filho et al., 2019). Keberadaan muatan permukaan dari C-Dots yang sangat reaktif terhadap ion-ion logam menjadikan C-Dots berpotensi digunakan sebagai bahan pengikat dan pembawa unsur hara untuk memacu pertumbuhan tanaman (Chen et al., 2018). C-Dots dari bahan organik mampu memacu pertumbuhan tanaman (Aji et al., 2020). Keberadaan pigmen dalam bahan-bahan organik menjadi salah satu sumber karbon untuk sintesis C-Dots. Pigmen klorofil merupakan pigmen berwarna hijau yang mengandung cincin porphyrin. Porphyrin merupakan molekul yang tersusun dari karbon (C), Hidrogen (H), dan Nitrogen (N) (Shen et al., 2016). Kandungan karbon yang tinggi dalam klorofil berpotensi menjadi sumber karbon dalam pembuatan C-Dots. Sedangkan keberadaan unsur N dalam klorofil dapat menjadi unsur yang sangat penting sebagai fertilizer untuk tanaman.
Klorofil paling banyak ditemukan pada daun tumbuhan. Daun dengan kandungan klorofil tertinggi diperoleh pada jenis daun pepaya. Kandungan klorofil total pada daun pepaya mencapai 80,076 mg/L (Maulana et al., 2015). Kandungan ini lebih tinggi dari klorofil daun puring dengan kandungan klorofil total mencapai 33,48 mg/L (Gogahu et al., 2016). Fokus penelitian ini yaitu memanfaatkan keberadaan rantai-rantai karbon dan unsur nitrogen di dalam klorofil daun pepaya sebagai sumber pembuatan C-Dots dan penggunaannya sebagai suplemen fertilizer. Perlu ditegaskan bahwa karakterisasi optik dan lainnya itu adalah karakterisasi yang lazim untuk memastikan bahwa kondisi dot sudah terbentuk.
3
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan permasalahan yang teridentifikasi pada latar belakang, rumusan masalah dalam penelitian ini yaitu:
1. Bagaimana karakteristik sifat optik C-Dots dari klorofil daun pepaya (Carica
papaya Linn.)?
2. Bagaimana kinerja C-Dots dari klorofil daun pepaya (Carica papaya Linn.) sebagai suplemen fertilizer pada tanaman?
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini yaitu:
1. Tanaman yang digunakan dalam penelitian ini yaitu terung hijau.
2. Fertilizer yang digunakan yaitu jenis NPK.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang dicapai dari penelitian ini yaitu:
1. Mengetahui karakteristik sifat optik C-Dots dari klorofil daun pepaya (Carica
papaya Linn.).
2. Mengetahui kinerja C-Dots dari klorofil daun pepaya (Carica papaya Linn.) sebagai suplemen fertilizer pada tanaman.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini antara lain:
1. Memberikan pengetahuan tentang sintesis C-Dots dari klorofil daun pepaya (Carica papaya Linn.).
2. Memberikan pengetahuan tentang karakteristik sifat optik C-Dots dari klorofil daun pepaya (Carica papaya Linn.).
3. Memberikan pengetahuan tentang pemanfaatan C-Dots dari klorofil daun pepaya (Carica papaya Linn.) sebagai suplemen fertilizer pada tanaman.
4
1.6 Sistematika Penulisan Skripsi
Sistematika penulisan skripsi dibagi menjadi tiga bagian yaitu bagian pendahuluan, bagian isi, dan bagian akhir. Bagian pendahuluan skripsi terdiri dari halaman judul, halaman pernyataan keaslian, halaman pengesahan, motto dan persembahan, prakata, abstrak, daftar isi, daftar tabel, daftar gambar, dan daftar lampiran.
Bagian isi skripsi terdiri dari lima bab yang tersusun atas bab 1 yaitu pendahuluan yang berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan skripsi; bab 2 yaitu tinjauan pustaka yang berisi kajian teori dan hasil-hasil penelitian terdahulu yang mendukung penelitian; bab 3 yaitu metode penelitian yang berisi pelaksanaan penelitian, alat dan bahan yang digunakan, serta prosedur yang dilakukan dalam penelitian; bab 4 yaitu hasil dan pembahasan yang membahas tentang hasil penelitian dan analisis data; bab 5 yaitu penutup yang berisi kesimpulan hasil penelitian yang telah dilakukan serta saran-saran yang berkaitan dengan hasil penelitian.
Bagian akhir skripsi terdiri dari daftar pustaka yang digunakan sebagai acuan dalam penulisan skripsi dan berisi lampiran-lampiran.
5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Daun Pepaya (Carica papaya Linn.)
Tanaman pepaya (Carica papaya Linn.) berasal dari Meksiko dan Amerika Selatan. Tanaman ini menyebar ke berbagai benua (Gunde et al, 2016) dan masuk ke negara-negara tropis termasuk Indonesia. Bagian tanaman pepaya yang sering dimanfaatkan yaitu buah dan daun. Buah pepaya yang sudah matang dapat langsung dimakan atau dapat juga diolah menjadi masakan. Sementara itu, daun pepaya biasa dijadikan sebagai sayur dan obat-obatan.
Klassifikasi botani tanaman pepaya (Carica papaya Linn.) menurut Gunde et al.
(2016) Kingdom : Plantae Subkingdom : Tracheobionta Kelas : Magnoliopsida Subkelas : Dilleniidae Divisi : Magnoliophyta Superdivisi : Spermatophyta Ordo : Brassicales Famili : Caricaceae Genus : Carica
Species : Carica papaya Linn. (Gunde et al., 2016)
6
Gambar 2.1. Daun pepaya (Carica papaya Linn.)
Daun pepaya seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.1. mengandung klorofil (Setiari et al, 2009), senyawa alkaloid karpain, karikaksantin, violaksantin, papain, saponin, flavonoid, dan tannin (Milind et al, 2011). Daun pepaya memiliki kandungan klorofil tertinggi di antara daun tanaman yaitu kemangi, kangkung, cincau, bayam, pegangan, dan singkong, seperti ditunjukkan Tabel 2.1. (Setiari et
al, 2009).
Table 2.1. Rerata kandungan klorofil total, klorofil a dan klorofil b (mg/g) pada
beberapa tanaman sayuran
Jenis Tanaman
Klorofil
Total Klorofil a Klorofil b
Kemangi 13.8200 a 10.8500 a 2.9750 ab Kangkung 16.7667 a 13.1911 ab 3.5856 ab Cincau 21.5350 bc 16.1200 bc 5.4250 bcd Bayam 23.0222 bcd 18.2622 cd 4.7700 abc Pegagan 24.2911 cd 17.7611 bcd 6.5467 cde Singkong 27.4467 cd 19.6592 cd 7.8033 de Pepaya 29.5975 d 21.4850 d 8.1300 e
Penelitian lain yang dilakukan oleh Maulana et al (2015), kandungan klorofil tertinggi diperoleh pada daun pepaya. Kandungan klorofil total pada daun pepaya mencapai 80,076 mg/L (Maulana et al, 2015). Kandungan ini lebih tinggi dari
7
klorofil daun puring dengan kandungan klorofil total mencapai 33,48 mg/L (Gogahu et al, 2016).
2.1.1. Klorofil
Klorofil merupakan pigmen berwarna hijau yang mengandung cincin
porphyrin dengan sebuah ion magnesium (Mg2+) yang berada di tengah yang saling berikatan melalui rantai hidrofobik. Terdapat beberapa jenis klorofil yaitu, klorofil a, b, c, dan d. Perbedaan dari keempat jenis klorofil tersebut dapat dilihat dari struktur dan jumlah atom penyusunnya, dengan rumus empiris yaitu C55H72O5N4Mg (klorofil a), C55H70O6N4Mg (klorofil b), C35H30O5N4Mg (klorofil c1), C35H28O5N4Mg (klorofil c2), dan C54H70O6N4Mg (klorofil d). Struktur klorofil a seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2. (Inanc, 2011).
Perbedaan komposisi kimia berpengaruh pada warna daun yang dihasilkan. Klorofil a menampakkan warna biru-hijau, sedangkan klorofil b menampakkan warna kuning-hijau (Ngamwonglumlert et al, 2017). Klorofil terdapat pada jaringan tanaman dan berada dalam lamella organel interseluler yaitu kloroplas. Klorofil dilindungi oleh protein yang membentuk suatu kompleks klorofilprotein. Kompleks ini dikelilingi oleh protein-lipid bilayer sehingga membuat klorofil stabil di dalamnya (Miazek et al, 2013). Klorofil a mempunyai gugus metil (CH3), sehingga bersifat kurang polar. Sedangkan klorofil b mengikat gugus formil (CHO) sehingga bersifat polar (Rahayuningsih et al. 2018).
Pigmen klorofil berperan penting dalam proses fotosintesis pada tumbuhan. Hal ini karena pigmen tersebut dapat menyerap radiasi matahari dan melepaskan electron dalam proses fotokimia, sehingga dapat megubah energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat). Dengan demikian, kandungan klorofil akan mempengaruhi keberlangsungan proses fotosintesis (Sumenda et al, 2011). Struktur klorofil memiliki bagian kepala (head) dan ekor (tail) kecuali klorofil c. Bagian kepala tersusun oleh cincin porphyrin sedangkan bagian ekor tersusun dari 20 gugus karbon (C) yang disebut phytol (Inanc, 2011). Struktur klorofil ditunjukkan oleh Gambar 2.2.
8
Gambar 2.2. Struktur klorofil a (Inanc, 2011).
Salah satu bahan organik yang mengandung unsur hara makro adalah pigmen klorofil. Pigmen klorofil mengandung cincin porphyrin. Porphyrin merupakan molekul yang tersusun dari karbon (C), Hidrogen (H), dan Nitrogen (N) (Zhou et
al, 2017). Unsur C dalam klorofil sangat berpotensi untuk dijadikan C-Dots.
Keberadaan muatan permukaan dari C-Dots yang sangat reaktif terhadap ion-ion logam menjadikan C-Dots berpotensi digunakan sebagai bahan pengikat dan pembawa unsur hara untuk pemacu pertumbuhan tanaman (Chen, 2018). Nitrogen merupakan salah satu unsur hara makro yang diperlukan tanaman. Keberadaan unsur N dalam klorofil dapat menjadi unsur yang sangat penting sebagai suplemen
9
2.2 Nanopartikel sebagai Fertilizer
Nanopartikel didefinisikan sebagai partikel yang sangat kecil kurang dari satu dimensi dengan ukuran kurang dari 100 nm (Hasan, 2015). Teknologi nanopartikel telah banyak diaplikasikan pada bidang pertanian salah satunya yaitu sebagai
fertilizer. Fertilizer merupakan zat alami atau sintesis berbahan dasar kimia yang
digunakan untuk meningkatkan pertumbuhan dan kesuburan tanaman (Li et al., 2019). Fertilizer dapat meningkatkan persediaan air dan menyaring cairan berlebih sehingga dapat meningkatkan efektivitas tanah (Senna et al., 2015). Aplikasi nanopartikel sebagai fertilizer karena penyerapan unsur hara yang diberikan melalui
fertilizer pada umumnya tidak dengan mudah terserap oleh akar tanaman. Oleh
karena itu, diperlukan fertilizer yang berukuran nano. Hal ini karena nanopartikel yang berukuran 5-20 nm dapat dengan mudah masuk dan diserap oleh sel dinding akar tanaman (Liu et al., 2015). Beberapa material nano yang digunakan sebagai
fertilizer seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Nanopartikel sebagai fertilizer berperan sebagai agen pembawa nutrien (carrier) yang aman bagi pengguna, ramah lingkungan, dan kompatibel dengan media tanam, tanaman, dan organisme lain. Fertilizer mampu diformulasikan “disetel” untuk melepaskan nutrisi secara terkendali. Fertilizer dengan kemampuan “controlled release” mampu memperpanjang umur nutrien dalam tanah atau media tanam, artinya secara efektif mampu menjaga pasokan nutrien untuk tanaman secara berkelanjutan selama periode pertumbuhan yang lebih lama serta meningkatkan efisiensi penggunaan nutrien. Hal ini mampu mengurangi frekuensi pemberian fertilizer pada tanaman dan biaya yang digunakan (Guo et al., 2018).
Nanopartikel sebagai fertilizer dapat meningkatkan kandungan nutrisi pada tanah, aktivitas enzim dalam tanah, mikroorganisme, mengurangi hilangnya nutrien dan meningkatkan ekologi tanah (Teng et al., 2018). Nanopartikel sebagai fertilizer memiliki luas permukaan khusus yang lebih besar sehingga nutrien lebih mudah diserap oleh tanaman, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi fertilizer. Selain itu juga mampu memperbaiki sifat fisik dan kimia dari tanah dan memelihara persediaan air (Yu et al., 2015).
10
Gambar 2.3. Enam jenis material nano sebagai pembawa nutrien (Guo et al.,
2018)
Penelitian yang dilakukan oleh Ajirloo (2015) tentang pengaruh K-nano
fertilizer dan N-nano fertilizer terhadap tanaman tomat telah berhasil membuktikan
bahwa aplikasi 400 kg/ha K-nano fertilizer mampu meningkatkan tinggi tanaman dan diameter batang tanaman tomat. Sedangkan aplikasi N-nano fertilizer mampu meningkatkan hasil panen seperti jumlah buah tiap tanaman, berat buah, maupun diameter buah tanaman tomat (Ajirloo et al., 2015). Namun penggunaan nanopartikel sebagai fertilizer juga harus memperhatikan konsentrasi karena diperlukan konsentrasi yang paling optimum untuk menghasilkan pengaruh yang signifikan terhadap tanaman, penelitian yang telah dilakukan Hafeez (2015) menunjukkan bahwa semakin banyak konsentrasi nanopartikel yang diberikan dapat menghambat laju pertumbuhan tanaman seperti ditunjukkan Gambar 2.4. (Hafeez et al., 2015).
11
Gambar 2.4. Pengaruh nanopartikel Cu terhadap pertumbuhan tanaman gandum
dengan konsentrasi berturut-turut 50, 40, 30, 20, 10, dan 0 ppm.
Beberapa material lain yang telah disintesis menjadi nanopartikel sebagai
fertilizer antara lain TiO2 yang diaplikasikan pada tanaman gandum (Jiang et al., 2017), SiO2 yang diaplikasikan pada tanaman gandum (Behboudi et al., 2018), CeO2 yang diaplikasikan pada tanaman selada (Gui et al., 2015), dan RuO2 yang diaplikasikan pada tanaman brokoli (Hussain et al., 2015).
2.3 Carbon nanodots (C-Dots)
Carbon nanodots (C-Dots) merupakan salah satu jenis nanopartikel berbahan
dasar karbon (Carbon nanoparticles) yang berukuran kurang dari 10 nm. Contoh jenis-jenis carbon nanoparticles lainnya adalah graphene, carbon nanotubes, dan
fullerenes. Perbedaan C-Dots dengan jenis carbon nanoparticles lainnya
didasarkan pada dimensi dan bentuk strukturnya (Yan et al., 2016). C-Dots merupakan penemuan terbaru kelompok famili karbon yang secara tidak sengaja ditemukan oleh Xu et al. pada 2004 yaitu selama proses purifikasi Single Walled
Carbon Nanotubes (SWCNTs) (Xu et al., 2004). C-Dots didefinisikan sebagai
nanopartikel berbentuk quasi-sferis yang berdiameter kurang dari 10 nm dengan jarak spasi antar kisi 0.18-0.24 nm (Wu et al., 2017). Secara umum C-Dots berbentuk inti amorf atau nanokristalin dengan gugus sp2 (Sciortino et al., 2018).
12
2.3.1. Struktur dan Sintesis C-Dots
Struktur morfologi C-Dots seringkali berbentuk quasi-sferis dan strukturnya dapat menjadi graphitic, amorphous, atau mencirikan inti kristalin C3N4 (Sciortino
et al., 2018) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5. Inti dan struktur C-Dots
bergantung pada proses sintesis C-Dots.
Gambar 2.5. Representasi struktur C-Dots (Sciortino et al., 2018)
C-Dots sangat populer karena memiliki sifat optik yang khusus, biokompatibilitas baik, rendah toksisitas, sintesis mudah, dan sumber prekursor yang serba guna (Chan et al., 2018). Salah satu karakteristik C-Dots yaitu memiliki sifat fluorescence (dapat berpendar) dengan gradien warna biru hingga merah mendekati daerah infrared (Liu et al., 2019). C-Dots dapat memancarkan cahaya biru (Zhou et al., 2012), hijau (Dias et al., 2019), atau merah (Miao et al., 2017). Contoh sintesis C-Dots dari bahan organik yang menghasilkan warna biru ketika diradiasi sinar UV seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Skema sintesis C-Dots dari kulit semangka yang memancarkan
13
C-Dots dapat disintesis melalui berbagai metode. Sintesis C-Dots diklasifikasikan menjadi dua yaitu metode top-down dan bottom-up seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.7. Metode top-down yaitu sintesis nanopartikel dengan cara memecah partikel berukuran besar seperti graphite menjadi partikel berukuran nanometer. Metode ini terdiri dari arc-discharge, laser ablation, ultrasonic
treatment, electrochemical oxidation, dan chemical oxidation. Sedangkan metode bottom-up merupakan metode sintesis yang sederhana antara lain microwave, thermal decomposition, hydrothermal treatment, template routes, dan plasma treatment. (Chan et al., 2018; Das et al., 2018).
Gambar 2.7. Representasi metode sintesis C-Dots (Rawat et al., 2015)
Metode sintesis C-Dots yang paling sederhana yaitu dengan teknik
microwave. Selain sederhana, proses sintesis C-Dots berlangsung lebih cepat dan
menggunakan energi yang rendah sehingga menghindari sintesis multi-step (Xiao
et al., 2013). Metode pemanasan menggunakan microwave, proses karbonisasi
molekul-molekul organik yang kecil berlangsung lebih cepat seiring meningkatnya waktu pemanasan (microwave). Dengan menggunakan metode pemanasan, ukuran C-Dots dipengaruhi oleh waktu dan suhu selama proses pemanasan (heat treatment) seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.8.
14
Gambar 2.8. Skema pembentukan C-Dots menggunakan teknik microwave (He et al., 2017)
Melimpahnya sumber karbon di alam menjadikan C-Dots banyak diteliti. Berbagai sumber karbon telah diteliti untuk menghasilkan C-Dots antara lain berasal dari sari lemon (Ding et al., 2017), kulit buah naga dan kulit buah manggis (Hepriyadi et al., 2018), kulit manggis (Aji et al., 2017), sari tomat (Miao et al., 2016), kulit durian (Praneerad et al., 2019). C-Dots telah banyak digunakan untuk aplikasi biomaging (Zheng et al., 2017), sensing (Xu et al., 2015), lighting (Sarswat
et al., 2015), dan fertilizer (Wang et al., 2018).
2.3.2. Sifat Optik C-Dots
Secara umum C-Dots efektif menyerap cahaya pada rentang panjang gelombang 230-340 nm dengan tail (ekor) memanjang ke daerah cahaya tampak. Pita serapan pertama terletak sekitar panjang gelombang 230-280 nm yang terkait dengan transisi 𝜋 − 𝜋∗ ikatan 𝐶 = 𝐶 dari inti karbon, sementara pita kedua terletak sekitar panjang gelombang 300-340 nm yang disebabkan oleh transisi 𝑛 − 𝜋∗ dari gugus permukaan 𝐶 = 𝑂 (Ganiga et al., 2016; Han et al.,2016). Sekitar daerah panjang gelombang 350 nm transisi 𝑛 → 𝜋∗ terjadi karena ikatan karbon yang mengandung N atau O (Sharma et al., 2017). Puncak absorbansi C-Dots teramati pada daerah UV dengan absorbansi maksimum pada panjang gelombang 283 nm dengan ekor memanjang ke daerah cahaya tampak seperti ditunjukkan pada Gambar 2.9.
15
Gambar 2.9. Spektrum absorbansi C-Dots dari jus pisang (De et al., 2013)
Absorbansi C-Dots pada daerah UV-Vis terjadi karena transisi elektronik molekul-molekul C-Dots, spektrum UV terletak pada panjang gelombang 200-400 nm dan spektrum Visible light terletak pada panjang gelombang 400-800 nm. Cahaya dari spektrum UV-Vis cukup aktif untuk mendorong elektron valensi keluar dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah. Elektron valensi terbagi menjadi tiga jenis elektron orbital yaitu 𝜎 (bonding orbital), 𝜋 (bonding orbital), dan n (non-bonding orbital). Sigma (𝜎) cenderung memiliki tingkat energi yang lebih rendah daripada 𝜋 yang mana energinya lebih rendah daripada orbital n. Orbital anti-bonding (𝜎∗ dan 𝜋∗) merupakan orbital dengan tingkat energi tertinggi. Diagram tingkat energi menunjukkan transisi elektronik seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10. Transisi elektron dari Highest Occupied
Molecular Orbital (HOMO) ke Lowest Unoccupied Molecular Orbital dan
16
Gambar 2.10. Diagram tingkat energi dengan transisi elektronik (Sagadevan et al., 2014)
Selain absorbansi, sifat optik C-Dots yang paling menarik yaitu terkait dengan photoluminescene. Photoluminescence merupakan salah satu fenomena
luminescene berdasarkan sumber energi yang digunakan yaitu foton atau cahaya.
Emisi cahaya merupakan hasil dari eksitasi oleh radiasi elektromagnetik (Murthy
et al., 2013). C-Dots dapat berpendar (fluorescence) ketika diradiasi menggunakan
sinar UV (Liu et al., 2019). Fluorescene merupakan fenomena luminescene yang diklasifikasikan berdasarkan durasi emisi (𝜏𝑐) yaitu apabila emisi cahaya terjadi 𝜏𝑐 < 10−8s. Oleh karena itu, emisi cahaya dari proses fluorescence terjadi hampir bersamaan ketika material diradiasi dan berhenti mengemisikan cahaya ketika radiasi dihentikan (Murthy et al., 2013). Apabila emisi cahaya terjadi 𝜏𝑐 > 10−8s maka disebut phosphorescence. Perbedaan antara keduanya dapat dijelaskan menggunakan diagram Jablonski seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11.
17
Gambar 2.11. Mekanisme fluorescence dan phosphorescence berdasarkan
Diagram Jablonski (Li et al., 2018)
Fluorescence terjadi ketika elektron yang dikenai foton maka energi radiasi
yang masuk mengeksitasi elektron dari keadaan dasar (ground state) (S0) ke tingkat energi yang lebih tinggi (singlet state) (S1, S2,…, Sn). Elektron akan tereksitasi kembali ke tingkat yang lebih rendah (S1), kemudian tereksitasi ke tingkat yang lebih rendah lagi (S0) dalam waktu 10 ns sambil memancarkan cahaya. Sedangkan pada emisi phosphorescence, sebelum sampai ke ground state elektron mengalami transisi ke triplet state (Tn, T2 dan T1), elektron yang stabil kemudian tereksitasi ke bawah dari T2 ke T1. Kemudian elektron tereksitasi ke ground state sambil memancaekan cahaya. Transisi elektron dari singlet state ke triplet state menyebabkan penundaan (delay) waktu mencapai 10 s. Sehingga yang cahaya dipancarkan setelah mencapai waktu 10 s (Baryshnikov et al., 2017; Li et al., 2018).
Beberapa C-Dots yang telah disintesis dari bahan organik yaitu berasal dari kulit manggis yang menujukkan spektrum serapan pada panjang gelombang 350-550 nm (Aji et al., 2017). Sementara C-Dots dari kulit durian menunjukkan spektrum serapan pada panjang gelombang 200-600 nm (Praneerad et al., 2019). Penelitian lainnya juga telah dilakukan sintesis C-Dots dari kulit buah naga dan
18
kulit buah manggis, keduanya menunjukkan spektrum serapan pada panjang gelombang 280-350 nm (Hepriyadi et al., 2018).
2.3.3. C-Dots sebagai Fertilizer
C-Dots telah menarik perhatian di bidang pertanian untuk meningkatkan pertumbuhan dan produksi tanaman (Li et al., 2019). Qu et al. pada 2012 telah mengungkap biokompabilitas C-Dots pada kecambah (Qu et al., 2012), sejak saat itu potensi C-Dots terhadap tanaman banyak diteliti termasuk pertumbuhan tanaman, fotosintesis, dan resistensi terhadap tekanan komponen biotik maupun abiotik (Wang et al., 2018; Chandra et al., 2014; Su et al., 2018; Li et al., 2018). Selain itu pemberian C-Dots juga meningkatkan proses fiksasi nitrogen oleh bakteri
Azobacter sp (Wang et al., 2018). Potensi C-Dots sebagai fertilizer telah berhasil
disintesis oleh Wang et al (2018) dari asam sitrat monohidrat dan thiourea untuk menghasilkan C-Dots yang kaya akan Nitrogen (N-CDots) (Wang et al., 2018). Urea merupakan sumber yang kaya akan kandungan nitrogen (N) sehingga digunakan sebagai fertilizer pada tanaman(Kottegoda et al., 2017).
Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Wang et al (2018), N-CDots diaplikasikan pada kecambah kacang seperti ditunjukkan pada Gambar 2.12. membuktikan bahwa benih kecambah yang dibudidayakan dalam larutan N-Cdots (0.2 mg/mL) mengalami pertumbuhan lebih cepat daripada benih kecambah yang hanya diberi air murni. Namun benih kecambah yang diberi konsentrasi N-Cdots lebih tinggi yaitu 4.0 mg/mL pertumbuhannya terhambat dan lebih kecil daripada benih kecambah yang hanya menggunakan air murni (Wang et al., 2018). Hal ini membuktikan bahwa konsentrasi berpengaruh pada pertumbuhan tanaman. Seperti halnya dengan penggunaan pupuk apabila terlalu berlebihan maka tanaman akan mati, begitu pula apabila kekurangan pupuk. Jadi diperlukan konsentrasi yang optimum.
19
(a)
(b)
Gambar 2.12. (a) Benih kecambah yang dibudidayakan dalam larutan N-Cdots
(0.2 mg/mL) dengan pembanding air murni, dan (b) dalam larutan N-Cdots (4.0 mg/mL) dengan pembanding air murni
2.4 Mekanisme Transport Nanopartikel pada Tanaman
Secara umum, interaksi tanaman dengan nanopartikel dibagi menjadi tiga yaitu: i) deposisi nanopartikel pada permukaan tanaman (misalnya pada daun, akar, atau batang), ii) penetrasi nanopartikel melalui kutikula dan epidermis, dan iii) transport dan transformasi pada tanaman (Su et al., 2019). Terdapat beberapa metode aplikasi nanopartikel pada tanaman antara lain: 1) aplikasi pada daun, 2) aplikasi pada akar (terutama membasahi tanah), dan 3) secara injeksi pada batang. Skema aplikasi nanopartikel pada tanaman ditunjukkan oleh Gambar 2.13.
20
Gambar 2.13. Skema aplikasi nanopartikel pada tanaman (Su et al., 2019)
Aplikasi nanopartikel pada tanaman melalui akar, batang, dan daun adalah tiga metode yang paling umum digunakan. Nanopartikel ditransportasikan ke bagian lain dari tanaman melalui sistem vaskuler (Lv et al., 2019). Aplikasi pada akar merupakan metode yang paling sederhana dengan proses irigasi secara rutin pada tanaman dan aplikasinya sering dipadukan dengan fertilizer (Geisler-Lee et
al., 2014). Berdasarkan beberapa penelitian yang telah dilakukan, penyerapan
nanopartikel melalui akar tanaman bergantung pada ukuran partikel tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa bentuk dan dimensi nanopartikel juga berpengaruh terhadap proses penyerapan nanopartikel dari akar hingga ke pucuk tanaman (Antisari et al., 2014). Selain itu penyerapan nanopartikel pada konsentrasi tinggi dibatasi oleh homoagregasi antar partikel dan heretoagregasi antara nanopartikel dengan partikel-partikel pada permukaan tanah atau akar (Su et al., 2019).
21
Mekanisme transport nanopartikel dari akar ke dalam tanaman terbagi menjadi dua yaitu: apoplastik dan simplastik.
2.4.1. Transport Apoplastik
Ketika nanopartikel melewati dinding sel yang berpori, partikel-partikel mengalami difusi di dalam ruang antara dinding sel dan membran plasma yang mengacu pada tekanan osmosis atau gaya kapilaritas (Lin et al., 2009). Nanopartikel masuk ke epidermis akar dan korteks melalui jalur apoplastik. Jalur apoplastik penting untuk pergerakan partikel secara radial di dalam jaringan tanaman dan memungkinkan nanopartikel untuk mencapai silinder pusat akar dan jaringan vaskuler (jaringan pengangkut). Sementara di dalam silinder pusat, nanopartikel bergerak menuju bagian aerial melalui xylem, mengikuti aliran transpirasi. Namun, untuk menjangkau xylem melalui akar maka harus melewati pita Kasparian (Casparian strip) yang mana harus dilakukan menggunakan jalur simplastik melalui sel endodermal (Perez-de-Luque, 2017).
2.4.2. Transport Simplastik
Transport simplastik melibatkan pergerakan air dan zat-zat antara sel-sel yang berdekatan dengan sitoplasma melalui plasmodesmata (Roberts et al., 2003). Jalur simplastik dianggap sebagai jalur yang lebih penting dalam proses pengangkutan nanopartikel ke tanaman. Melalui transport simplastik, nanopartikel di dalam sel tanaman dapat mengalami beberapa proses antara lain:
• Endositosis : nanopartikel yang dikelilingi oleh membran plasma yang melipat membentuk vesikula, dan kemudian masuk ke dalam sel.
• Pore formation : beberapa bahan nanopartikel dapat mengganggu membran plasma yang kemudian menyebabkan pembentukan pori-pori untuk menyeberang ke dalam sel dan secara langsung mampu menjangkau sitosol tanpa diselubungi oleh organel apapun.
• Carrier proteins : nanopartikel dapat mengikat protein disekitarnya, termasuk protein membran sel yang dapat bertindak sebagai carrier selama proses penyerapan di dalam sel. Secara khusus, aquaporin (protein dalam membran sel yang membentuk pori-pori) dianggap mampu berperan sebagai transporter nanopartikel di dalam sel. Pengaruh hidrofobik ataupun hidrofilik dapat
22
mengubah interaksi nanopartikel dengan membran sel tanaman. Nanopartikel yang bersifat hidrofobik cenderung melekat pada inti hidrofobik membran tanpa mengahasilkan kebocoran dalam membran. Sedangkan nanopartikel yang bersifat hidrofilik membantu proses absopsi pada permukaan bilayer dan cenderung mengikat vesikel intraseluler.
• Plasmodesmata : nanopartikel masuk ke dalam sel yaitu melalui plasmodesmata (saluran terbuka pada dinding sel yang menjadi penghubung antar sel yang bersebelahan) sehingga menggunakan jalur simplastik karena mekanisme ini penting untuk proses translokasi pada tanaman melalui floem. Selama di dalam sel, nanopartikel mengandung endosom atau protein kompleks dapat melakukan transport secara efisien ke sel-sel tetangga melalui plasmodesmata
• Ion channels : saluran ion mampu bertindak sebagai jalan untuk nanopartikel masuk ke dalam sel
Karakteristik nanopartikel mempengaruhi bagaimana mereka diserap dan ditranslokasikan pada tanaman yang menyangkut metode aplikasinya pada tanaman. Nanopartikel dapat berinteraksi dengan mikroorganisme dan senyawa-senyawa di dalam tanah, yangmana dapat memudahkan atau menghambat proses absorbsinya. Nanopartikel dapat mengikuti jalur apoplastik atau simplastik untuk bergerak ke atas atau ke bawah, dan bergerak secara radial untuk berpindah dari satu jalur ke jalur yang lainnya (Perez-de-Luque, 2017).
23
Faktor yang mempengaruhi transport dan penyerapan nanopartikel pada tanaman seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.14. mulai dari mekanisme pemberian nanopartikel pada tanaman, pergerakan nanopartikel pada tanaman hingga masuk ke sel-sel tanaman.
Gambar 2.14. Mekanisme pergerakan nanopartikel pada tanaman
48
BAB 5
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan penelitian yang telah dilakukan yaitu:
1. C-Dots dari klorofil daun pepaya memiliki karakteristik sifat optik yaitu berkaitan dengan spektrum absorbansi. C-Dots dari klorofil daun pepaya memiliki serapan yang paling optimum pada rentang panjang gelombang 285-356 nm.
2. C-Dots dari klorofil daun pepaya sangat berpotensi diaplikasikan sebagai suplemen fertilizer untuk meningkatkan laju pertumbuhan tanaman. C-Dots dari klorofil daun pepaya mampu meningkatkan laju pertumbuhan tanaman secara signifikan serta mempercepat proses pembungaan pada tanaman terung hijau.
5.2. Saran
Berdasarkan penelitian sintesis C-Dots dari klorofil daun pepaya sebagai suplemen fertilizer pada tanaman terung hijau. Maka saran untuk penelitian selanjutnya yaitu melakukan penelitian untuk menentukan estimasi konsentrasi
fertilizer yang optimum dan meneliti hingga tanaman berbuah untuk mengamati
49
DAFTAR PUSTAKA
Aji, M.P., Wiguna, P. A., Susanto, Wicaksono, R., & Sulhadi. (2015). Identification of Carbon Dots in Wsaste Cooking Oil. Advanced Materials Research, 1123, 402–405.
Aji, M. P., Susanto, Wiguna, P. A., & Sulhadi. (2017). Facile synthesis of luminescent carbon dots from mangosteen peel by pyrolysis method. Journal
of Theoretical and Applied Physics, 11(2), 119–126.
Aji, M. P., Sholikhah, L., & Silmi, F. I. (2020). Carbon dots from dragonfruit peels as growth-enhancer on ipomoea aquatica vegetable cultivation. Advances in
Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 11(3), 35005.
Afrozi, A.S., & Sudaryanto. (2016). Penambahan N pada TiO2 dan Pengaruhnya pada Energi Band Gap TiO2 sebagai Bahan pengolah Limbah.
PENAMBAHAN N PADA TiO2 DAN PENGARUHNYA PADA ENERGI BAND GAP TiO2 SEBAGAI BAHAN PENGOLAH LIMBAH, (August).
Ajirloo, A. R., Morad, S., & Zahra, R. M. (2015). Effect of K Nano-Fertilizer and N Bio-Fertilizer on Yield and Yield Components of Tomato. International
Journal of Advanced Biological and Biomedical Research, 3(1), 138–143.
Ali, S., Rizwan, M., Noureen, S., Anwar, S., Ali, B., Naveed, M., … Ahmad, P. (2019). Combined use of biochar and zinc oxide nanoparticle foliar spray improved the plant growth and decreased the cadmium accumulation in rice (Oryza sativa L.) plant. Environmental Science and Pollution Research,
26(11), 11288–11299.
Antisari, L.V., Carbone, S., Gatti, A., Vianello, G., & Nannipieri, P. (2015). Uptake and translocation of metals and nutrients in tomato grown in soil polluted with metal oxide (CeO2, Fe3O4, SnO2, TiO2) or metallic (Ag, Co, Ni) engineered nanoparticles. Environmental Science and Pollution Research, 22(3), 1841– 1853.
Bao, L., Liu, C., Zhang, Z. L., & Pang, D. W. (2015). Photoluminescence-tunable carbon nanodots: Surface-state energy-gap tuning. Advanced Materials,
27(10), 1663–1667.
Baryshnikov, G., Minaev, B., & Ågren, H. (2017). Theory and Calculation of the Phosphorescence Phenomenon. Chemical Reviews, 117(9), 6500–6537. Behboudi, F., Tahmasebi Sarvestani, Z., Zaman Kassaee, M., Modares Sanavi, S.
A. M., & Sorooshzadeh, A. (2018). Improving growth and yield of wheat under drought stress via application of SiO2 nanoparticles. Journal of
Agricultural Science and Technology, 20(7), 1479–1492.
Boutchuen, A., Zimmerman, D., Aich, N., Masud, A. M., Arabshahi, A., & Palchoudhury, S. (2019). Increased plant growth with hematite nanoparticle fertilizer drop and determining nanoparticle uptake in plants using multimodal approach. Journal of Nanomaterials, 2019, 7–9.
Chan, K. K., Yap, S. H. K., & Yong, K. T. (2018). Biogreen Synthesis of Carbon Dots for Biotechnology and Nanomedicine Applications. In Nano-Micro
50
Chandra, S., Pradhan, S., Mitra, S., Patra, P., Bhattacharya, A., Pramanik, P., & Goswami, A. (2014). High throughput electron transfer from carbon dots to chloroplast: A rationale of enhanced photosynthesis. Nanoscale, 6(7), 3647– 3655.
Chen, H. (2018). Metal based nanoparticles in agricultural system: Behavior, transport, and interaction with plants. Chemical Speciation and Bioavailability,
30(1), 123–134.
Dager, A., Uchida, T., Maekawa, T., & Tachibana, M. (2019). Synthesis and characterization of Mono-disperse Carbon Quantum Dots from Fennel Seeds: Photoluminescence analysis using Machine Learning. Scientific Reports, 9(1), 1–10.
Dai, B., Wu, C., Lu, Y., Deng, D., & Xu, S. (2017). Synthesis and formation mechanism of s-doped carbon dots from low-molecule-weight organics.
Journal of Luminescence, 190(December 2016), 108–114.
Das, A., Gude, V., Roy, D., Chatterjee, T., De, C. K., & Mandal, P. K. (2017). On the Molecular Origin of Photoluminescence of Nonblinking Carbon Dot.
Journal of Physical Chemistry C, 121(17), 9634–9641.
Das, C. K., Srivastava, G., Dubey, A., Roy, M., Jain, S., Sethy, N. K., … Das, M. (2016). Nano-iron pyrite seed dressing: a sustainable intervention to reduce fertilizer consumption in vegetable (beetroot, carrot), spice (fenugreek), fodder (alfalfa), and oilseed (mustard, sesamum) crops. Nanotechnology for
Environmental Engineering, 1(1).
Das, R., Bandyopadhyay, R., & Pramanik, P. (2018). Carbon quantum dots from natural resource: A review. Materials Today Chemistry, 8, 96–109.
De, B., & Karak, N. (2013). A green and facile approach for the synthesis of water soluble fluorescent carbon dots from banana juice. RSC Advances, 3(22), 8286–8290.
Dias, C., Vasimalai, N., Sárria, M. P., Pinheiro, I., Vilas-Boas, V., Peixoto, J., & Espiña, B. (2019). Biocompatibility and bioimaging potential of fruit-based carbon dots. Nanomaterials, 9(2).
Ding, H., Ji, Y., Wei, J. S., Gao, Q. Y., Zhou, Z. Y., & Xiong, H. M. (2017). Facile synthesis of red-emitting carbon dots from pulp-free lemon juice for bioimaging. Journal of Materials Chemistry B, 5(26), 5272–5277.
Ding, H., Yu, S. B., Wei, J. S., & Xiong, H. M. (2016). Full-color light-emitting carbon dots with a surface-state-controlled luminescence mechanism. ACS
Nano, 10(1), 484–491.
Ðorđević, L., Arcudi, F., D’Urso, A., Cacioppo, M., Micali, N., Bürgi, T., … Prato, M. (2018). Design principles of chiral carbon nanodots help convey chirality from molecular to nanoscale level. Nature Communications, 9(1).
Du, W., Tan, W., Yin, Y., Ji, R., Peralta-Videa, J. R., Guo, H., & Gardea-Torresdey, J. L. (2018). Differential effects of copper nanoparticles/microparticles in agronomic and physiological parameters of oregano (Origanum vulgare).
Science of the Total Environment, 618, 306–312.
Elmer, W., Latorre-Roche, R. De, Pagano, L., Majumdar, S., Zuverza-Mena, N., Dimkpa, C., … White, J. C. (2018). Effect of metalloid and metal oxide
51
nanoparticles on fusarium wilt of watermelon. Plant Disease, 102(7), 1394– 1401.
Ganiga, M., & Cyriac, J. (2016). FRET based ammonia sensor using carbon dots.
Sensors and Actuators, B: Chemical, 225, 522–528.
Geisler-Lee, J., Brooks, M., Gerfen, J., Wang, Q., Fotis, C., Sparer, A., … Geisler, M. (2014). Reproductive Toxicity and Life History Study of Silver Nanoparticle Effect, Uptake and Transport in Arabidopsis thaliana.
Nanomaterials, 4(2), 301–318.
Gogahu, Y., Nio, S. A., & Siahaan, P. (2016). Konsentrasi Klorofil pada Beberapa Varietas Tanaman Puring (Codiaeum varigatum L.). Jurnal MIPA, 5(2), 76. Gui, X., Zhang, Z., Liu, S., Ma, Y., Zhang, P., He, X., … Cao, W. (2015). Fate and
phytotoxicity of CeO2 nanoparticles on lettuce cultured in the potting soil environment. PLoS ONE, 10(8), 1–10.
Gunde, M.C., & Nikhil D, A. (2016). Nutritional, medicinal and pharmacological properties of papaya (Carica papaya linn.): A review. Journal of Innovations
in Pharmaceuticals and Biological Sciences, 3(1), 162–169. Retrieved from
www.jipbs.com
Guo, H., White, J. C., Wang, Z., & Xing, B. (2018). Nano-enabled fertilizers to control the release and use efficiency of nutrients. Current Opinion in
Environmental Science and Health, 6(January), 77–83.
Hafeez, A., Razaaq, A., Mahmood, T., & Jhanzab, H.M. (2015). Potential of Copper Nanoparticles to Increase Growth and Yield of Wheat. Journal of Nanoscience
with Advanced Technology, 1(1), 6–11.
Han, C., Wang, R., Wang, K., Xu, H., Sui, M., Li, J., & Xu, K. (2016). Highly fluorescent carbon dots as selective and sensitive “on-off-on” probes for iron(III) ion and apoferritin detection and imaging in living cells. Biosensors
and Bioelectronics, 83, 229–236.
Hasan, S. (2014). A Review on Nanoparticles : Their Synthesis and Types.
Research Journal of Recent Sciences Res . J . Recent . Sci . Uttar Pradesh ( Lucknow Campus ), 4, 1–3.
He, G., Shu, M., Yang, Z., Ma, Y., Huang, D., Xu, S., … Xu, L. (2017). Microwave formation and photoluminescence mechanisms of multi-states nitrogen doped carbon dots. Applied Surface Science, 422, 257–265.
Hepriyadi, S. U., & Isnaeni, . (2018). Synthesis and Optical Characterization of Carbon Dot from Peels of Dragon Fruit and Pear. Omega: Jurnal Fisika Dan
Pendidikan Fisika, 4(1), 19.
Hu, S., Trinchi, A., Atkin, P., & Cole, I. (2015). Tunable photoluminescence across the entire visible spectrum from carbon dots excited by white light.
Angewandte Chemie - International Edition, 54(10), 2970–2974.
Huang, Y. W., Lee, H. J., Tolliver, L. M., & Aronstam, R. S. (2015). Delivery of nucleic acids and nanomaterials by cell-penetrating peptides: Opportunities and challenges. BioMed Research International, 2015, 11–13.
Hussain, I., Singh, A., Singh, H., Singh, S. C., & Singh, N. B. (2015). Physiological response of broccoli exposed to RuO2 nanoparticle. Tropical Plant Research,
52
Inanc, A.L. (2011). Chlorophyll: Structural Properties, Health Benefits and Its Occurrence in Virgin Olive Oils. Academic Gida, 9(2), 26-32.
Jangid, B., Srinivas, A., Kumar, R. M., Ramprakash, T., Prasad, T., Kumar, K. A., … Kumar, V. (2019). Influence of zinc oxide nanoparticles foliar application on zinc uptake of rice (Oryza sativa L.) under different establishment methods.
International Journal of Chemical Studies, 7(1), 257–261.
Jayarambabu, N., Rao, K. V., Park, S. H., & Rajendar, V. (2018). Biogenic synthesized Fe 3 O 4 nanoparticles affect on growth parameter of maize (Zea mays L.). Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 13(4), 903–913. Jia, X., Li, J., & Wang, E. (2012). One-pot green synthesis of optically pH-sensitive carbon dots with upconversion luminescence. Nanoscale, 4(18), 5572–5575. Jiang, F., Shen, Y., Ma, C., Zhang, X., Cao, W., & Rui, Y. (2017). Effects of TiO2
nanoparticles on wheat (Triticum aestivum L.) seedlings cultivated under super-elevated and normal CO2 conditions. PLoS ONE, 12(5), 1–14.
Kottegoda, N., Sandaruwan, C., Priyadarshana, G., Siriwardhana, A., Rathnayake, U. A., Berugoda Arachchige, D. M., … Amaratunga, G. A. J. (2017). Urea-Hydroxyapatite Nanohybrids for Slow Release of Nitrogen. ACS Nano, 11(2), 1214–1221.
Li, H., Huang, J., Liu, Y., Lu, F., Zhong, J., Wang, Y., … Kang, Z. (2019). Enhanced RuBisCO activity and promoted dicotyledons growth with degradable carbon dots. Nano Research, 12(7), 1585–1593.
Li, H., Huang, J., Lu, F., Liu, Y., Song, Y., Sun, Y., … Kang, Z. (2018). Impacts of carbon dots on rice plants: Boosting the growth and improving the disease resistance [Research-article]. ACS Applied Bio Materials, 1(3), 663–672. Li, Q., Tang, Y., Hu, W., & Li, Z. (2018). Fluorescence of Nonaromatic Organic
Systems and Room Temperature Phosphorescence of Organic Luminogens: The Intrinsic Principle and Recent Progress. Small, 14(38), 1–20.
Lin, S., Reppert, J., Hu, Q., Hudson, J. S., Reid, M. L., Ratnikova, T. A., … Ke, P. C. (2009). Uptake, translocation, and transmission of carbon nanomaterials in rice plants. Small, 5(10), 1128–1132.
Liu, M. L., Chen, B. Bin, Li, C. M., & Huang, C. Z. (2019). Carbon dots: Synthesis, formation mechanism, fluorescence origin and sensing applications. Green
Chemistry, 21(3), 449–471.
Liu, R., & Lal, R. (2015). Potentials of engineered nanoparticles as fertilizers for increasing agronomic productions. Science of the Total Environment, 514, 131–139.
Lv, J., Christie, P., & Zhang, S. (2019). Uptake, translocation, and transformation of metal-based nanoparticles in plants: recent advances and methodological challenges. Environmental Science: Nano, 6(1), 41–59.
Maulana, E., Pramono, S. H., Fanditya, D., & Julius, M. (2015). Effect of Chlorophyll Concentration Variations from Extract of Papaya Leaves on Dye-Sensitized Solar Cell. 070, 9(1), 49–52.
Miao, H., Wang, L., Zhuo, Y., Zhou, Z., & Yang, X. (2016). Label-free fluorimetric detection of CEA using carbon dots derived from tomato juice. Biosensors and
53
Miao, X., Yan, X., Qu, D., Li, D., Tao, F. F., & Sun, Z. (2017). Red Emissive Sulfur, Nitrogen Codoped Carbon Dots and Their Application in Ion Detection and Theraonostics. ACS Applied Materials and Interfaces, 9(22), 18549–18556. Miazek, K., & Ledakowicz, S. (2013). Chlorophyll extraction from leaves, needles
and microalgae: A kinetic approach. International Journal of Agricultural and
Biological Engineering, 6(2), 107–115.
Milind, Parle., & Gurdita R. (2011). Basketful Benefits of Papaya. International
Research Journal of Pharmacy, 2(7), 6–12.
Murthy, K. V. R., & Virk, H. S. (2014). Luminescence phenomena: An introduction.
Defect and Diffusion Forum, 347(December), 1–34.
Patidar, R., Rebary, B., Sanghani, D. A., Bhadu, G. R., & Paul, P. (2017). Fluorescent carbon nanoparticles obtained from charcoal via green methods and their application for sensing Fe3+ in an aqueous medium. Luminescence,
32(8), 1466–1472.
Pérez-de-Luque, A. (2017). Interaction of nanomaterials with plants: What do we need for real applications in agriculture? Frontiers in Environmental Science,
5(APR).
Praneerad, J., Neungnoraj, K., In, I., & Paoprasert, P. (2019). Environmentally friendly supercapacitor based on carbon dots from durian peel as an electrode.
Key Engineering Materials, 803, 115–119.
Qu, D., Yang, D., Sun, Y., Wang, X., & Sun, Z. (2019). White Emissive Carbon Dots Actuated by the H-/J-Aggregates and Förster Resonance Energy Transfer [Rapid-communication]. Journal of Physical Chemistry Letters, 10(14), 3849– 3857.
Qu, S., Wang, X., Lu, Q., Liu, X., & Wang, L. (2012). A Biocompatible Fluorescent Ink Based on Water-Soluble Luminescent Carbon Nanodots. Angewandte
Chemie, 124(49), 12381–12384.
Rahayuningsih, E., Pamungkas, M. S., Olvianas, M., & Putera, A. D. P. (2018). Chlorophyll extraction from suji leaf (Pleomele angustifolia Roxb.) with ZnCl2 stabilizer. Journal of Food Science and Technology, 55(3), 1028–1036. Ram, P., Kumar, R., Rawat, A., Singh, V. P., & Pandey, P. (2018). Nanomaterials
for efficient plant nutrition. International Journal of Chemical Studies, 6(3), 867–871.
Rawat, R. S. (2015). Dense Plasma Focus - From Alternative Fusion Source to Versatile High Energy Density Plasma Source for Plasma Nanotechnology.
Journal of Physics: Conference Series, 591(1).
Reckmeier, C. J., Schneider, J., Susha, A. S., & Rogach, A. L. (2016). Luminescent colloidal carbon dots: optical properties and effects of doping [Invited]. Optics
Express, 24(2), A312.
Roberts, A. G., & Oparka, K. J. (2003). Plasmodesmata and the control of symplastic transport. Plant, Cell and Environment, 26(1), 103–124.
Rosi, A., & Roviq, M. (2018). Pengaruh Dosis Pupuk NPK pada Pertumbuhan dan
Hasil Tiga Varietas Kedelai ( Glycine max ( L .) Merr .) The Effects Of Doses NPK Fertilizers On Growth and Yield Of Three Soybean Varieties ( Glycine max ( L .) Merr .). 6(10), 2445–2452.
54
Sagadevan, S., & Murugasen, P. (2014). Studies on Optical, Mechanical and Electrical Properties of Organic Nonlinear Optical Toluidine p-Toluenesulfonate Single Crystal. Journal of Crystallization Process and
Technology, 04(02), 99–110.
Sarswat, P. K., & Free, M. L. (2015). Light emitting diodes based on carbon dots derived from food, beverage, and combustion wastes. Physical Chemistry
Chemical Physics, 17(41), 27642–27652.
Sciortino, A., Cannizzo, A., & Messina, F. (2018). Carbon Nanodots : A Review —
From the Current Understanding of the Fundamental Photophysics to.
Senna, A. M., Braga Do Carmo, J., Santana Da Silva, J. M., & Botaro, V. R. (2015). Synthesis, characterization and application of hydrogel derived from cellulose acetate as a substrate for slow-release NPK fertilizer and water retention in soil. Journal of Environmental Chemical Engineering, 3(2), 996–1002. Setiari, N. (2009). Eksplorasi Kandungan Klorofil pada beberapa Sayuran Hijau
sebagai Alternatif Bahan Dasar Makanan Tambahan. 11(1), 6–10.
Sharma, A., Gadly, T., Neogy, S., Ghosh, S. K., & Kumbhakar, M. (2017). Molecular Origin and Self-Assembly of Fluorescent Carbon Nanodots in Polar Solvents. Journal of Physical Chemistry Letters, 8(5), 1044–1052.
Shen, Y., Li, J., Gu, R., Yue, L., Zhan, X., & Xing, B. (2017). Phenanthrene-triggered Chlorosis is caused by elevated Chlorophyll degradation and leaf moisture. Environmental Pollution, 220, 1311–1321.
Strauss, V., Margraf, J. T., Dolle, C., Butz, B., Nacken, T. J., Walter, J., … Guldi, D. M. (2014). Carbon nanodots: Toward a comprehensive understanding of their photoluminescence. Journal of the American Chemical Society, 136(49), 17308–17316.
Su, L. X., Ma, X. L., Zhao, K. K., Shen, C. L., Lou, Q., Yin, D. M., & Shan, C. X. (2018). Carbon Nanodots for Enhancing the Stress Resistance of Peanut Plants.
ACS Omega, 3(12), 17770–17777.
Su, Y., Ashworth, V., Kim, C., Adeleye, A. S., Rolshausen, P., Roper, C., … Jassby, D. (2019). Delivery, uptake, fate, and transport of engineered nanoparticles in plants: A critical review and data analysis. Environmental Science: Nano, 6(8), 2311–2331.
Sumenda, L. (2011). Analisis Kandungan Klorofil Daun Mangga (Mangifera indica L.) pada Tingkat Perkembangan Daun yang Berbeda. Jurnal Bios Logos, 1(1). Teng, Q., Zhang, D., Niu, X., & Jiang, C. (2018). Influences of application of
slow-release Nano-fertilizer on green pepper growth, soil nutrients and enzyme activity. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 208(1). Wang, A., Kang, F., Wang, Z., Shao, Q., Li, Z., Zhu, G., … Li, Y. Y. (2019). Facile
Synthesis of Nitrogen-Rich Carbon Dots as Fertilizers for Mung Bean Sprouts.
Advanced Sustainable Systems, 3(3), 1800132.
Wang, H., Li, H., Zhang, M., Song, Y., Huang, J., Huang, H., … Kang, Z. (2018). Carbon Dots Enhance the Nitrogen Fixation Activity of Azotobacter Chroococcum. ACS Applied Materials and Interfaces, 10(19), 16308–16314. Wang, H., Zhang, M., Song, Y., Li, H., Huang, H., Shao, M., … Kang, Z. (2018). Carbon dots promote the growth and photosynthesis of mung bean sprouts.
55
Wang, S., Sun, W., Yang, D., & Yang, F. (2020). Soybean-derived blue photoluminescent carbon dots. Beilstein Journal of Nanotechnology, 11, 606– 619.
Wu, Z. L., Liu, Z. X., & Yuan, Y. H. (2017). Carbon dots: Materials, synthesis, properties and approaches to long-wavelength and multicolor emission.
Journal of Materials Chemistry B, 5(21), 3794–3809.
Xia, C., Zhu, S., Feng, T., Yang, M., & Yang, B. (2019). Evolution and Synthesis of Carbon Dots: From Carbon Dots to Carbonized Polymer Dots. Advanced
Science, 6(23).
Xiao, D., Yuan, D., He, H., & Gao, M. (2013). Microwave assisted one-step green synthesis of fluorescent carbon nanoparticles from ionic liquids and their application as novel fluorescence probe for quercetin determination. Journal
of Luminescence, 140, 120–125.
Xu, H., Yang, X., Li, G., Zhao, C., & Liao, X. (2015). Green Synthesis of Fluorescent Carbon Dots for Selective Detection of Tartrazine in Food Samples. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63(30), 6707–6714. Xu, X., Ray, R., Gu, Y., Ploehn, H. J., Gearheart, L., Raker, K., & Scrivens, W. A.
(2004). Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments. Journal of the American Chemical Society,
126(40), 12736–12737.
Yan, Q. L., Gozin, M., Zhao, F. Q., Cohen, A., & Pang, S. P. (2016). Highly energetic compositions based on functionalized carbon nanomaterials.
Nanoscale, 8(9), 4799–4851.
Zheng, Y., Xie, G., Zhang, X., Chen, Z., Cai, Y., Yu, W., … Lei, B. (2017). Bioimaging Application and Growth-Promoting Behavior of Carbon Dots from Pollen on Hydroponically Cultivated Rome Lettuce. ACS Omega, 2(7), 3958–3965.
Zhou, J., Sheng, Z., Han, H., Zou, M., & Li, C. (2012). Facile synthesis of fluorescent carbon dots using watermelon peel as a carbon source. Materials
Letters, 66(1), 222–224.
Zhou, S. qin, Chen, T. nan, Ji, G. fu, & Wang, E. ren. (2017). IR Spectra of Different O2-Content Hemoglobin from Computational Study: Promising Detector of Hemoglobin Variant in Medical Diagnosis. Interdisciplinary Sciences:
Computational Life Sciences, 9(2), 322–331.
Zulfajri, M., Gedda, G., Chang, C. J., Chang, Y. P., & Huang, G. G. (2019). Cranberry Beans Derived Carbon Dots as a Potential Fluorescence Sensor for Selective Detection of Fe3+ Ions in Aqueous Solution. ACS Omega, 4(13), 15382–15392.
