инхибитор на ензима в урината NBPT

Уреята като азотен тор е най-важният тор в света. Обаче уреята в почвата бързо се разгражда от уреазен ензим в почвата, за да се разложи голямо количество загуба на азот и да се намали ефективността на използване на азот от урея. В същото време, поради хидролизата на уреята, концентрацията на амоняк в почвата се увеличава. Това е токсично за кълняемостта на семената и растенията. Използването на инхибитор на уринен ензим за инхибиране на хидролизата на уреята е предложено като един от важните методи за решаване на горните проблеми. Инхибиторите на ензима в урината могат да повишат ефикасността на повърхностното торене (урея) чрез намаляване на разлагането на амоняка до разграждане на амоняка.

NBPT инхибиторите на уринни ензими имат следните характеристики: NBPT има по-висока инхибираща активност на ензим в урината при общи почвени и климатични условия. NBPT може да намали риска от токсичност на семената, да намали изпаряването на амоняк и до голяма степен да увеличи добива и съдържанието на протеини. NBPT няма вредно въздействие върху хората, културите и хората, които консумират и консумират култури.

NBPT

Приложения: Фини химически растения.
Производствени условия: Трябва да има вода, електричество, пара и други обществени съоръжения.

Въпреки широкото използване на инхибитори на уреазата в селското стопанство, има малко информация за техния ефект върху азотното (N) поглъщане и асимилация. Целта на тази работа е да изследва, на физиологично и транскрипционно ниво, ефектите на N- (n-бутил) тиофосфорния триамид (NBPT) върху храненето с урея в хидропонно отглежданите царевични растения. Наличието на NBPT в хранителния разтвор ограничи капацитета на растенията да използват урея като N-източник; това е показано чрез намаляване на скоростта на поглъщане на урея и натрупването на 15N. Трябва да се отбележи, че тези отрицателни ефекти се проявяват само когато растенията се хранят с карбамид, тъй като NBPT не променя натрупването на 15N в растенията, хранени с нитрати. NBPT също така нарушава растежа на растенията Arabidopsis, когато се използва урея като N-източник, без да има ефект върху растенията, отглеждани с нитрат или амоний. Този отговор беше свързан, поне частично, с директния ефект на NBPT върху високоафинитетната система за транспортиране на урея. Влиянието на NBPT върху усвояването на урея е допълнително оценено, използвайки линии на прекомерно експресиране на Zabiduris ZmDUR3 и dur3-нокаут; Резултатите показват, че не само транспортирането, но и усвояването на урея може да бъде компрометирано от инхибитора. Тази хипотеза е подсилена от свръх-натрупване на урея и намаляване на концентрацията на амоний в третираните с NBPT растения. Освен това, транскрипционните анализи показват, че при корените на царевицата NBPT лечението сериозно нарушава експресията на гени, участващи в цитозолния път на уреична N асимилация и амониев транспорт. NBPT също ограничава експресията на ген, кодиращ транскрипционен фактор, силно индуциран от уреята, и вероятно играе решаваща роля в регулирането на неговото придобиване. Тази работа предоставя доказателства, че NBPT може силно да повлияе на храненето с урея при растенията на царевица, като ограничава притока, както и следващия път на асимилация.

Въведение

Карбамидът е най-често използваният азотен (N) тор в света с годишно количество от над 50 милиона тона, което представлява повече от 50% от световната консумация на N торове (International Fertilizer Industry Association, 2008). Невероятното увеличение на употребата на урея за последните десетилетия се дължи главно на неговата конкурентна цена и високото съдържание на N (46% от масата), което позволява намаляване на разходите за транспорт и разпространение (Miller and Cramer, 2004).

Въпреки че експерименталните доказателства съобщават за способността на растенията да използват карбамид per se, когато се доставят чрез прилагане на листа (Wittwer et al., 1963; Nicolaud and Bloom, 1998; Witte et al., 2002), обща агрономична практика е да доставят урея до култури чрез почвено торене. Освен използването на неорганични източници на N, растенията, включително културите, са доказали, че могат да поемат непокътната урея (за преглед, виж Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). По-специално, царевичните растения притежават специализирани трансмембранни транспортни системи в клетките на корените за придобиване на карбамид с висок и нисък афинитет, опосредствани съответно от DUR3 транспортер и аквапорини (Gaspar et al., 2003; Gu et al., 2012; Zanin et al. al., 2014; Liu et al., 2015; Yang et al., 2015).

В почвения разтвор стабилността на уреята е строго зависима от активността на микробната уреаза, никел-зависим ензим, повсеместно експресиран в микроорганизми и изпуснат в почвата (Watson et al., 1994). Освен това уреазната активност може да продължи в почвата дори след разпадането на микроорганизмите (Watson et al., 1994). Този ензим катализира хидролизата на карбамида в амониев и въглероден диоксид и неговата активност е пропорционална на микробната биомаса, която от своя страна зависи от количеството на органичното вещество и съдържанието на вода в почвата. Амонийът може да остане в тази форма като заменим катион или да се изпари под формата на амоняк; той може също да служи като субстрат за процеса на нитрификация, който се трансформира в нитрат. Така, поне за кратки периоди от време, оплождането с урея може да доведе до едновременно излагане на корените на растенията на карбамид, амоний и нитрат (Mérigout et al., 2008b).

Главно поради изпаряването на амоняка и излужването на нитрати, бързата хидролиза на урея води до намаляване на наличността на N за хранене на растенията и до по-ниска ефективност на използване на торове с урея (Zaman et al., 2008). Така че една от най-използваните стратегии за намаляване на емисиите на амоняк от уреа тор е да се прилагат уреазни инхибитори. Освен забавяне на хидролизата на урея, тези молекули позволяват дифузия на урея далеч от мястото на приложение, благоприятстващо поемането му като непокътната молекула от корените на растенията.

Най-обещаващият и тестван инхибитор на почвената уреаза е NBPT (търговско наименование Agrotain®), чиято активност е свързана с превръщането му в окислена форма (Watson, 2005). NBPT е структурен аналог на карбамид (Medina и Radel, 1988), действащ със смесено инхибиране на уреазната активност (увеличен Km и намален Vmax; Juan et al., 2009). Молекулярно динамичните изчисления показват, че NBPT координира двата никелови атома на уреазния активен сайт и свързва кислородния атом на карбамида, получен от урея (Manunza et al., 1999).

Не е необичайно да се намерят маркетингови формулировки, съдържащи карбамид в комбинация с уреазен инхибитор (Watson, 2005). Предоставени са експериментални доказателства, показващи, че активността на уреазни инхибитори може да бъде повлияна от фактори на околната среда като рН (Hendrickson and Douglass, 1993), температура (Hendrickson и O'Connor, 1987) и съдържание на влага в почвата (Sigunga et al., 2002; Clough et al., 2004).

Има ограничена информация за физиологичните ефекти на NBPT в растенията (Watson and Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011). Докладвано е, че някои видове показват видими симптоми на токсичност, когато растенията са третирани с урея и NBPT с преходно развитие на листа и некротични листа (Watson and Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011 г.). Cruchaga et al. (2011) съобщават, че NBPT се поглъща от корени на грах и спанак и се премества в листата; по този начин NBPT може да инхибира активността на ендогенния листа и коренната уреаза (Watson and Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012). Освен това, активността на глутамин синтетазата и нивото на аминокиселините се намаляват в присъствието на NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Общо тези резултати показват, че уреазният инхибитор компрометира употребата на урея като източник на N за растенията, но все още липсват знания за физиологичните и молекулярните аспекти на ефектите на NBPT при придобиването на този N източник.

Целта на настоящото изследване беше да се проучат краткосрочните ефекти на NBPT върху капацитета на царевичните растения за придобиване на карбамид. Предишни проучвания от нашата група описаха in vivo системата за високоафинитетен транспорт на карбамид в корените на царевицата и показаха, че уреята бързо предизвиква нейното придобиване (Zanin et al., 2014). Следователно, в настоящата работа е изследвано действието на NBPT върху функционалността на индуциращия компонент на системата за приток на висок афинитет. Физиологичните данни бяха подкрепени от анализ на промените в транскрипцията на гени, за които е известно, че са модулирани с урея.