urin enzym inhibitor NBPT

Urea som nitrogengjødsel er den viktigste gjødsel i verdens jordbruk. Ureaen i jorden blir imidlertid raskt nedbrudd av ureaseenzymet i jorda for å dekomponere en stor mengde nitrogentap og redusere utnyttelseseffektiviteten av urea nitrogen. Samtidig øker konsentrasjonen av ammoniakk i jorda på grunn av hydrolysen av urea. Dette er giftig for frøspredning og planter. Bruken av en urin-enzym-inhibitor for å hemme hydrolysen av urea har blitt foreslått som en av de viktige metodene for å løse de ovennevnte problemene. Urinenzymhemmere kan øke effektiviteten av overflategjødsel (urea) ved å redusere nedbrytningen av ammoniakk for å dekomponere ammoniakk.

NBPT urin enzym-hemmere har følgende egenskaper: NBPT har høyere heminenzymhemmende aktivitet i vanlige jord- og klimatiske forhold. NBPT kan redusere risikoen for frøtoksisitet, redusere ammoniakkvolatilisering og øke avlingen og proteininnholdet i betydelig grad. NBPT har ingen skadelige effekter på mennesker, avlinger og personer som forbruker og konsumerer avlinger.

NBPT

applikasjoner: Fine kjemiske anlegg.
Produksjonsbetingelser: Det må være vann, elektrisitet, damp og andre offentlige anleggsmuligheter.

Til tross for den utbredt bruk av ureasehemmere i landbruket, er lite informasjon tilgjengelig om deres effekt på nitrogenopptak og -aksimilering. Målet med dette arbeidet var å undersøke effekten av N- (n-butyl) tiofosfortriamid (NBPT) på urinstofnæring i hydroponisk dyrket maisplanter på fysiologisk og transkripsjonsnivå. Nærvær av NBPT i næringsoppløsningen begrenset kapasiteten til planter for å utnytte urea som en N-kilde; Dette ble vist ved en reduksjon i ureaopptakshastigheten og 15N akkumulering. Bemerkelsesverdig, disse negative effektene var tydelige bare når planter ble matet med urea, da NBPT ikke endret 15N akkumulering i nitratfôret planter. NBPT svekket også veksten av Arabidopsis-planter når urea ble brukt som N-kilde, uten å ha effekt på planter dyrket med nitrat eller ammonium. Dette svaret var i det minste delvis relatert til en direkte effekt av NBPT på urea-transportsystemet med høy affinitet. Virkningen av NBPT på ureaopptak ble ytterligere evaluert ved bruk av arabidopsis-linjer som overuttrykker ZmDUR3 og dur3-knockout; Resultatene tyder på at ikke bare transport, men også urea assimilering kan bli kompromittert av inhibitoren. Denne hypotesen ble forsterket av en overakkumulering av urea og en reduksjon i ammoniumkonsentrasjon i NBPT-behandlede planter. Videre viste transkripsjonsanalyser det i maisrøtter NBPT behandling alvorlig svekket uttrykket av gener involvert i den cytosoliske vei av ureisk-N assimilering og ammoniumtransport. NBPT begrenser også uttrykket for et gen som koder for en transkripsjonsfaktor som er sterkt indusert av urea og muligens spiller en avgjørende rolle i reguleringen av oppkjøpet. Dette arbeidet viser at NBPT kan forstyrre urea ernæring i maisplanter, begrense tilstrømning og følgende assimileringsvei.

Introduksjon

Urea er de mest brukte nitrogen (N) gjødselene i verden med en årlig mengde på over 50 millioner tonn som står for mer enn 50% av verdens N-gjødselforbruket (International Fertilizer Industry Association, 2008). Den utrolige økningen i bruk av urea gjødsel i løpet av de siste tiårene skyldes hovedsakelig konkurransedyktig pris og høyt N innhold (46% av massen), noe som gjør det mulig å redusere transport og distribusjonskostnader (Miller and Cramer, 2004).

Selv om eksperimentelle bevis rapporterte plantens evne til å bruke urea per se når det ble levert gjennom bladapplikasjon (Wittwer et al., 1963, Nicolaud and Bloom, 1998; Witte et al., 2002), er en vanlig agronomisk praksis å tilveiebringe urea til avlinger ved jordgjødsel. Foruten bruk av uorganiske N kilder, har planter, inkludert avlinger, vist seg å kunne ta opp intakt urinstof (for gjennomgang, se Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). Spesielt har maisplanter dedikerte transmembran transportsystemer i rotceller for oppkjøpet av urea med høy og lav affinitet, formidlet av henholdsvis en DUR3 transportør og aquaporiner (Gaspar et al., 2003; Gu et al., 2012; Zanin et al., 2014; Liu et al., 2015; Yang et al., 2015).

I jordoppløsningen er stabiliteten av urea strenge avhengig av aktiviteten til den mikrobielle ureasen, et nikkel-avhengig enzym som uttrykkes ubiquitously i mikroorganismer og frigjøres i jord (Watson et al., 1994). Videre kan ureaseaktivitet fortsette i jorda selv etter nedbryting av mikroorganismer (Watson et al., 1994). Dette enzymet katalyserer hydrolysen av urea til ammonium og karbondioksid, og dens aktivitet er proporsjonal med mikrobiell biomasse, som igjen avhenger av mengden organisk materiale og vanninnholdet i jorda. Ammonium kan forbli i denne form som utbytbar kation eller volatiliseres i form av ammoniakk; det kan også fungere som et substrat for nitrifikasjonsprosessen blir transformert til nitrat. I det minste for korte perioder kan urea-befruktning resultere i samtidig eksponering av planterøtter til urea, ammonium og nitrat (Migigout et al., 2008b).

Hovedsakelig på grunn av ammoniakkutslipp og nitratutvasking, ville den hurtige hydrolysen av urea føre til redusert N-tilgjengelighet for planteernæring og lavere brukseffektivitet av urea gjødsel (Zaman et al., 2008). Så en av de mest brukte strategiene for å redusere ammoniakkutslipp fra urea gjødsel er å bruke ureasehemmere. I tillegg til å redusere ureahydrolyse tillater disse molekylene diffusjonen av urea langt borte fra applikasjonsområdet, som favoriserer opptaket som et intakt molekyl ved planterøttene.

Den mest lovende og testede jord urease inhibitoren er NBPT (handelsnavn Agrotain®), hvis aktivitet er forbundet med omdannelsen til oksidert form (Watson, 2005). NBPT er en strukturell analog av urea (Medina og Radel, 1988) som virker med blandet inhibering på ureaseaktivitet (økt Km og redusert Vmax, Juan et al., 2009). Molekylære dynamiske beregninger viste at NBPT koordinerer begge nikkelatomene på ureaseaktivt sted og binder oksygenatomet i urea-avledet karbamat (Manunza et al., 1999).

Det er ikke uvanlig å finne markedsføringsformuleringer som inneholder urea i kombinasjon med ureasehemmer (Watson, 2005). Eksperimentelle bevis har blitt gitt som viser at aktiviteten til ureasehemmere kunne påvirkes av miljøfaktorer som pH (Hendrickson og Douglass, 1993), temperatur (Hendrickson og O'Connor, 1987) og jordfuktighetsinnhold (Sigunga et al., 2002; Clough et al., 2004).

Begrenset informasjon er tilgjengelig om NBPs fysiologiske effekter i planter (Watson og Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011). Det har blitt rapportert at enkelte arter viste synlige symptomer på toksisitet når planter ble behandlet med urea og NBPT med transient utvikling av bladskår og nekrotiske bladmarginer (Watson og Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Cruchaga et al. (2011) rapporterte at NBPT tas opp av ert og spinatrøtter og translokeres til bladene; NBPT kan således tenkes å hemme aktiviteten til endogen blad og rot urease (Watson og Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012). Videre reduseres glutaminsyntetaseaktivitet og aminosyrenivå i nærvær av NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Samlet sett viste disse resultatene at ureaseinhibitoren kompromitterte bruken av urea som en kilde til N for planter, men det er fortsatt mangel på kunnskap om de fysiologiske og molekylære aspektene av NBPT-effekter ved oppkjøpet av denne N-kilden.

Målet med den nåværende forskningen var å studere korttidseffektene av NBPT på kapasiteten til maisplanter for å erverve urea. Tidligere studier fra vår gruppe beskrev in vivo høyaffinitetstransportsystemet av urea i maisrøtter og viste at urea raskt fremkaller oppkjøpet (Zanin et al., 2014). I det foreliggende arbeidet ble derfor NBPT 's handling studert på funksjonaliteten til den inducerbare komponenten av høyaffinitetsinnstrømningssystemet. Fysiologiske data ble støttet ved analyse av endringer i transkripsjon av gener kjent som modulert av urea.