inhibitor enzima urina NBPT

Urea kao dušično gnojivo je najvažnije gnojivo u svjetskoj poljoprivredi. Međutim, urea u tlu se brzo razgrađuje enzimom ureaze u tlu kako bi se razgradila velika količina gubitka dušika i smanjila učinkovitost korištenja dušika uree. Istodobno se zbog hidrolize uree povećava koncentracija amonijaka u tlu. To je otrovno za klijanje sjemena i biljke. Primjena inhibitora enzima mokraće za inhibiciju hidrolize ureje predložena je kao jedna od važnih metoda za rješavanje gore navedenih problema. Inhibitori enzima urina mogu povećati učinkovitost površinske gnojidbe (urea) smanjenjem raspadanja amonijaka do razgradnje amonijaka.

Inhibitori enzima mokraćne bakterije NBPT imaju sljedeće karakteristike: NBPT ima veću inhibitornu aktivnost enzima mokraće u zajedničkim tlima i klimatskim uvjetima. NBPT može smanjiti rizik od toksičnosti sjemena, smanjiti isparavanje amonijaka i znatno povećati prinos i sadržaj proteina. NBPT nema štetnih učinaka na ljude, usjeve i ljude koji konzumiraju i konzumiraju usjeve.

NBPT

Prijave: Fina kemijska postrojenja.
Proizvodni uvjeti: Mora postojati voda, struja, para i drugi javni radovi.

Unatoč široko rasprostranjenoj uporabi inhibitora ureaze u poljoprivredi, malo je informacija o njihovom učinku na unos i asimilaciju dušika (N). Cilj ovog rada bio je proučiti, na fiziološkoj i transkripcijskoj razini, učinke N- (n-butil) tiofosfornog triamida (NBPT) na hranjivost ureje u hidroponski uzgojenim biljkama kukuruza. Prisutnost NBPT u hranjivoj otopini ograničila je sposobnost biljaka da koriste ureu kao izvor N; to se pokazalo smanjenjem brzine apsorpcije uree i akumulacije 15N. Valja napomenuti da su ti negativni učinci bili vidljivi tek kada su biljke hranjene ureom, jer NBPT nije mijenjao akumulaciju 15N u biljkama koje su hranili nitrati. NBPT je također narušio rast biljaka Arabidopsis kada je urea korištena kao izvor N, dok nije imala učinka na biljke koje su uzgajane s nitratom ili amonijem. Taj je odgovor bio povezan, barem djelomično, s izravnim učinkom NBPT na sustav za transport uree s visokim afinitetom. Utjecaj NBPT-a na unos ureje dalje je ocjenjivan korištenjem linija prekomjernog eksprimiranja Arabidopsis ZmDUR3 i dur3-knockout; Rezultati upućuju na to da bi inhibitor mogao ugroziti ne samo transport nego i asimilaciju ureje. Ova hipoteza je pojačana prekomjernom akumulacijom uree i smanjenjem koncentracije amonijaka u biljkama tretiranim s NBPT. Nadalje, transkripcijske analize pokazale su da u korijenu kukuruza NBPT Liječenje je ozbiljno narušilo ekspresiju gena uključenih u citosolni put asimilacije ureic-N i transporta amonijaka. NBPT je također ograničio ekspresiju gena koji kodira za transkripcijski faktor visoko induciran uree i vjerojatno igra ključnu ulogu u regulaciji njegovog stjecanja. Ovaj rad pruža dokaze da NBPT može jako ometati hranjenje ureje u biljkama kukuruza, ograničavajući priljev kao i sljedeći asimilacijski put.

Uvod

Urea je najčešće korištena dušična (N) gnojiva u svijetu s godišnjom količinom od preko 50 milijuna tona koja čini više od 50% svjetske potrošnje gnojiva (International Fertilizer Industry Association, 2008). Nevjerojatan porast korištenja gnojiva za ureu tijekom posljednjih desetljeća uglavnom je rezultat njegove konkurentne cijene i visokog sadržaja N (46% mase), što omogućuje smanjenje troškova transporta i distribucije (Miller i Cramer, 2004).

Iako su eksperimentalni dokazi pokazali sposobnost biljaka da koriste ureju kao takvu kada se dostavljaju kroz primjenu lista (Wittwer et al., 1963; Nicolaud i Bloom, 1998; Witte et al., 2002), uobičajena agronomska praksa je opskrba ureje usjeva gnojidbom tla. Osim korištenja anorganskih izvora N, biljke, uključujući i usjeve, pokazale su se sposobnima za uzimanje nedirnute ureje (za pregled, vidi Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). Konkretno, biljke kukuruza posjeduju namjenske transmembranske transportne sustave u stanicama korijena za akviziciju ureje s visokim i niskim afinitetom, posredovanim DUR3 transporterom i akvaporinom, (Gaspar i sur., 2003; Gu i sur., 2012; al., 2014; Liu i sur., 2015; Yang i sur., 2015).

U tlu otopine stabilnost ureje je strogo ovisna o aktivnosti mikrobne ureaze, enzima ovisnog o niklu koji se ekspresionira u mikroorganizmima i otpušta u tlo (Watson i sur., 1994). Nadalje, aktivnost ureaze može postojati u tlu čak i nakon raspada mikroorganizama (Watson i sur., 1994). Ovaj enzim katalizira hidrolizu uree u amonij i ugljični dioksid, a njegova aktivnost je proporcionalna mikrobnoj biomasi, koja pak ovisi o količini organske tvari i sadržaju vode u tlu. Amonij bi mogao ostati u tom obliku kao izmjenjivi kation ili ispariti u obliku amonijaka; također može poslužiti kao supstrat za proces nitrifikacije koji se pretvara u nitrat. Tako, barem u kratkim vremenskim razdobljima, oplodnja ureje može rezultirati istovremenom izloženošću korijena biljaka urei, amoniju i nitratu (Mérigout et al., 2008b).

Uglavnom zbog isparavanja amonijaka i ispiranja nitrata, brza hidroliza ureje dovela bi do smanjenja dostupnosti N za ishranu biljaka i do smanjene učinkovitosti korištenja gnojiva ureje (Zaman i sur., 2008). Stoga je jedna od najčešće korištenih strategija za smanjenje emisija amonijaka iz gnojiva za ureu primjena inhibitora ureaze. Osim usporavanja hidrolize uree, te molekule dopuštaju difuziju ureje daleko od mjesta primjene, što pogoduje njegovom prihvaćanju kao netaknute molekule od korijena biljke.

Najperspektivniji i najiskusniji inhibitor tlačne ureaze je NBPT (trgovački naziv Agrotain®), čija je aktivnost povezana s pretvorbom u njegov oksidirani oblik (Watson, 2005). NBPT je strukturni analog ureje (Medina i Radel, 1988) koji djeluje s mješovitom inhibicijom na aktivnost ureaze (povišen Km i smanjuje Vmax; Juan et al., 2009). Molekularno dinamički izračuni pokazali su da NBPT koordinira oba atoma nikla ureaznog aktivnog mjesta i veže atom kisika karbamata dobivenog iz ureje (Manunza i sur., 1999).

Nije neobično pronaći marketinške formulacije koje sadrže ureu u kombinaciji s inhibitorom ureaze (Watson, 2005). Dostavljeni su eksperimentalni dokazi koji pokazuju da na aktivnost inhibitora ureaze mogu utjecati faktori okoline kao što su pH (Hendrickson i Douglass, 1993), temperatura (Hendrickson i O'Connor, 1987) i sadržaj vlage u tlu (Sigunga i sur., 2002; Clough i sur., 2004).

Dostupne su ograničene informacije o fiziološkim učincima NBPT u biljkama (Watson i Miller, 1996; Cruchaga i sur., 2011). Prijavljeno je da su neke vrste pokazivale vidljive simptome toksičnosti kada su biljke tretirane ureom i NBPT s prolaznim razvojem oporina lišća i nekrotičnim rubovima lista (Watson i Miller, 1996; Artola i sur., 2011; Cruchaga i sur., 2011; 2011). Cruchaga i sur. (2011) izvijestili su da se NBPT uzima korijenje graška i špinata i premješta u lišće; prema tome, NBPT može inhibirati aktivnost endogenog lista i korijenske ureaze (Watson i Miller, 1996; Artola i sur., 2011; Cruchaga i sur., 2011; Ariz et al., 2012). Osim toga, aktivnost glutamin sintetaze i razina aminokiselina su smanjeni u prisutnosti NBPT (Artola i sur., 2011; Cruchaga i sur., 2011). Ovi rezultati pokazali su da inhibitor ureaze kompromitira uporabu ureje kao izvora N za biljke, ali još uvijek nedostaje znanje o fiziološkim i molekularnim aspektima učinaka NBPT na stjecanje ovog N izvora.

Cilj ovog istraživanja bio je proučiti kratkoročne učinke NBPT na sposobnost biljaka kukuruza za dobivanje ureje. Prethodne studije iz naše grupe opisivale su in vivo visoko afinitetni transportni sustav ureje u korijenu kukuruza i pokazale su da urea brzo inducira njegovo stjecanje (Zanin i sur., 2014). Stoga je u ovom radu proučavano djelovanje NBPT-a na funkcionalnost inducibilne komponente visokog afiniteta. Fiziološki podaci podržani su analizom promjena u transkripciji gena za koje se zna da se moduliraju pomoću ureje.