inhibitoru močového enzymu NBPT

Močovina jako dusíkaté hnojivo je nejdůležitějším hnojivem ve světovém zemědělství. Nicméně, močovina v půdě je rychle rozložena ureázovým enzymem v půdě, aby rozložila velké množství ztrát dusíku a snížila účinnost využití močovinového dusíku. Současně se v důsledku hydrolýzy močoviny zvyšuje koncentrace amoniaku v půdě. To je toxické pro klíčení semen a rostliny. Jako jeden z důležitých způsobů řešení výše uvedených problémů bylo navrženo použití inhibitoru močového enzymu k inhibici hydrolýzy močoviny. Inhibitory enzymů moči mohou zvýšit účinnost povrchového hnojení (močoviny) snížením rozkladu amoniaku na rozklad amoniaku.

NBPT inhibitory enzymů v moči mají následující charakteristiky: NBPT má vyšší inhibiční aktivitu na enzymy v moči ve společných půdních a klimatických podmínkách. NBPT může snížit riziko toxicity semen, snížit prchavost amoniaku a do značné míry zvýšit výnos plodin a obsah bílkovin. NBPT nemá žádné škodlivé účinky na lidi, plodiny a lidi, kteří konzumují a konzumují plodiny.

NBPT

Aplikace: Čisté chemické provozy.
Výrobní podmínky: Musí existovat voda, elektřina, pára a jiná zařízení pro veřejné práce.

Navzdory širokému použití inhibitorů ureázy v zemědělství je k dispozici málo informací o jejich účinku na příjem dusíku (N) a asimilaci. Cílem této práce bylo studium účinků N- (n-butyl) triamidu kyseliny thiofosforečné (NBPT) na výživu močoviny v hydroponicky pěstovaných rostlinách kukuřice na fyziologické a transkripční úrovni. Přítomnost NBPT v živném roztoku omezovala schopnost rostlin využívat močovinu jako zdroj N; to bylo prokázáno snížením rychlosti příjmu močoviny a akumulací 15N. Pozoruhodné je, že tyto negativní účinky byly patrné pouze tehdy, když byly rostliny krmeny močovinou, protože NBPT neměnila akumulaci 15N v rostlinách krmených dusičnany. NBPT také narušil růst rostlin Arabidopsis, když byla močovina použita jako N-zdroj, přičemž neměla žádný vliv na rostliny pěstované s dusičnanem nebo amoniakem. Tato odezva byla alespoň zčásti spojena s přímým účinkem NBPT na transportní systém s vysokou afinitou. Vliv NBPT na vychytávání močoviny byl dále hodnocen pomocí linií nadměrného exprimování ZmDUR3 a dur3 knockoutem Arabidopsis; Výsledky naznačují, že inhibitor by mohl ohrozit nejen transport, ale také asimilaci močoviny. Tato hypotéza byla posílena nadměrnou akumulací močoviny a snížením koncentrace amoniaku v rostlinách ošetřených NBPT. Dále transkripční analýzy ukázaly, že v kořenech kukuřice NBPT léčba vážně zhoršila expresi genů podílejících se na cytosolické dráze ureické-N asimilace a transportu amoniaku. NBPT také omezil expresi genu kódujícího transkripční faktor vysoce indukovaný močovinou a možná hrající klíčovou roli v regulaci jeho získání. Tato práce poskytuje důkazy o tom, že NBPT může silně ovlivňovat výživu močoviny v kukuřičných rostlinách, omezovat přítok a následující asimilační cestu.

Úvod

Močovina je nejpoužívanějším dusíkatým (N) hnojivem na světě s ročním objemem více než 50 milionů tun, což představuje více než 50% světové spotřeby hnojiv (International Fertilizer Industry Association, 2008). Neuvěřitelné zvýšení použití močovinového hnojiva v posledních desetiletích je způsobeno především jeho konkurenční cenou a vysokým obsahem N (46% hmotnosti), což umožňuje snížit náklady na dopravu a distribuci (Miller a Cramer, 2004).

Ačkoliv experimentální důkazy uvádějí schopnost rostlin používat močovinu per se při aplikaci listovou aplikací (Wittwer a kol., 1963; Nicolaud a Bloom, 1998; Witte a kol., 2002), běžnou agronomickou praxí je dodávat močovinu do močoviny. pěstování půdy. Kromě použití anorganických zdrojů N bylo prokázáno, že rostliny, včetně plodin, jsou schopny absorbovat neporušenou močovinu (viz přehled Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). Zvláště kukuřičné rostliny mají vyhrazené transmembránové transportní systémy v kořenových buňkách pro získání močoviny s vysokou a nízkou afinitou, zprostředkovanou DUR3 transportérem a aquaporiny (Gaspar et al., 2003; Gu a kol., 2012; al., 2014; Liu a kol., 2015; Yang et al., 2015).

V půdním roztoku je stabilita močoviny striktně závislá na aktivitě mikrobiální ureasy, enzymu závislého na niklu, který je všudypřítomně exprimován v mikroorganismech a uvolňován do půdy (Watson et al., 1994). Aktivita ureázy může v půdě přetrvávat i po rozpadu mikroorganismů (Watson et al., 1994). Tento enzym katalyzuje hydrolýzu močoviny na amoniak a oxid uhličitý a jeho aktivita je úměrná mikrobiální biomase, která zase závisí na množství organické hmoty a obsahu vody v půdě. Amonium by mohlo zůstat v této formě jako výměnný kationt nebo těkavý ve formě amoniaku; může také sloužit jako substrát pro nitrifikační proces, který se transformuje na dusičnany. Proto může hnojení močovinou přinejmenším po krátkou dobu vést k současné expozici kořenů rostlin močovině, amonnému a dusičnanovému produktu (Mérigout et al., 2008b).

Rychlá hydrolýza močoviny by vedla zejména k prchavosti amoniaku a louhování dusičnanů, což by vedlo ke snížené dostupnosti N pro výživu rostlin a nižší účinnosti využití močovinových hnojiv (Zaman et al., 2008). Jednou z nejpoužívanějších strategií snižování emisí amoniaku z hnojiva močoviny je použití inhibitorů ureázy. Kromě zpomalení hydrolýzy močoviny umožňují tyto molekuly difúzi močoviny daleko od místa aplikace, což podporuje její příjem jako intaktní molekuly kořenů rostlin.

Nejslibnějším a testovaným inhibitorem ureasy půdy je NBPT (obchodní název Agrotain®), jehož aktivita je spojena s přeměnou na jeho oxidovanou formu (Watson, 2005). NBPT je strukturní analog močoviny (Medina a Radel, 1988) působící se smíšenou inhibicí na aktivitu ureázy (zvýšená Km a snížená Vmax; Juan et al., 2009). Molekulární dynamické výpočty ukázaly, že NBPT koordinuje oba atomy niklu aktivního místa ureasy a váže atom kyslíku karbamátu odvozeného z močoviny (Manunza et al., 1999).

Není neobvyklé najít marketingové formulace obsahující močovinu v kombinaci s inhibitorem ureázy (Watson, 2005). Byly poskytnuty experimentální důkazy, které ukazují, že aktivita inhibitorů ureázy by mohla být ovlivněna faktory prostředí, jako je pH (Hendrickson a Douglass, 1993), teplota (Hendrickson a O'Connor, 1987) a obsah půdní vlhkosti (Sigunga et al., 2002, Clough et al., 2004).

Omezené informace jsou k dispozici o fyziologických účincích NBPT v rostlinách (Watson a Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011). Bylo popsáno, že některé druhy vykazovaly viditelné příznaky toxicity, když byly rostliny ošetřeny močovinou a NBPT s přechodným vývojem listových popálenin a nekrotických listových okrajů (Watson a Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Cruchaga a kol. (2011) uvedli, že NBPT je převzata kořeny hrachu a špenátu a přemístěna na listy; NBPT tak může potenciálně inhibovat aktivitu endogenní listové a kořenové ureázy (Watson a Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012). Aktivita glutaminu a syntetická aminokyselina jsou navíc sníženy v přítomnosti NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Celkově tyto výsledky ukázaly, že inhibitor ureázy narušil použití močoviny jako zdroje N pro rostliny, ale stále ještě chybí znalosti o fyziologických a molekulárních aspektech účinků NBPT na získání tohoto zdroje N.

Cílem současného výzkumu bylo studium krátkodobých účinků NBPT na schopnost rostlin kukuřice získat močovinu. Předchozí studie z naší skupiny popsaly in vivo transportní systém močoviny v kořenech kukuřice s vysokou afinitou a ukázali, že močovina rychle indukuje jeho akvizici (Zanin et al., 2014). Proto byla v této práci studována účinnost NBPT na funkčnost indukovatelné složky influxního systému s vysokou afinitou. Fyziologická data byla podpořena analýzou změn v transkripci genů, o nichž je známo, že jsou modulovány močovinou.