ингибитор фермента мочи NBPT

Мочевина как азотное удобрение является важнейшим удобрением в мировом сельском хозяйстве. Тем не менее, мочевина в почве быстро разлагается с помощью фермента уреазы в почве, что приводит к разложению большого количества потери азота и снижению эффективности использования азота мочевины. В то же время из-за гидролиза мочевины концентрация аммиака в почве увеличивается. Это токсично для прорастания семян и растений. Использование ингибитора мочевого фермента для ингибирования гидролиза мочевины было предложено в качестве одного из важных методов решения вышеуказанных проблем. Ингибиторы ферментов мочи могут повысить эффективность поверхностного оплодотворения (мочевины), уменьшая разложение аммиака для разложения аммиака.

Ингибиторы мочевого фермента NBPT имеют следующие характеристики: NBPT обладает более высокой ингибирующей активностью в отношении мочевого фермента в обычных почвенных и климатических условиях. NBPT может снизить риск токсичности семян, снизить улетучивание аммиака и значительно повысить урожайность и содержание белка. NBPT не оказывает вредного воздействия на людей, сельскохозяйственные культуры и людей, которые потребляют и потребляют сельскохозяйственные культуры.

NBPT

Приложения: Мелкие химические заводы.
Условия производства: Должны быть вода, электричество, пар и другие объекты общественных работ.

Несмотря на широкое использование ингибиторов уреазы в сельском хозяйстве, имеется мало информации об их влиянии на поглощение и усвоение азота (N). Целью данной работы было изучение на физиологическом и транскрипционном уровне влияния N- (н-бутил) тиофосфорного триамида (NBPT) на питание мочевиной у растений, выращенных на гидропонике, кукурузы. Присутствие NBPT в питательном растворе ограничивало способность растений использовать мочевину в качестве N-источника; это было продемонстрировано снижением скорости поглощения мочевины и накопления 15N. Примечательно, что эти отрицательные эффекты были очевидны только тогда, когда растения питались мочевиной, так как NBPT не изменял накопление 15N в растениях, питающихся нитратами. NBPT также нарушал рост растений арабидопсиса, когда мочевина использовалась в качестве N-источника, не оказывая влияния на растения, выращенные с нитратами или аммонием. Этот ответ был связан, по крайней мере частично, с прямым воздействием NBPT на систему транспорта мочевины с высоким сродством. Влияние NBPT на поглощение мочевины было дополнительно оценено с использованием линий арабидопсиса со сверхэкспрессией ZmDUR3 и dur3-нокаутом; результаты показывают, что ингибитор может поставить под угрозу не только транспорт, но и усвоение мочевины. Эта гипотеза была подкреплена чрезмерным накоплением мочевины и снижением концентрации аммония на NBPT-обработанных растениях. Кроме того, транскрипционный анализ показал, что в корнях кукурузы NBPT лечение сильно нарушало экспрессию генов, участвующих в цитозольном пути ассимиляции мочевины-N и транспорта аммония. NBPT также ограничивал экспрессию гена, кодирующего фактор транскрипции, высоко индуцируемый мочевиной и, возможно, играющий решающую роль в регуляции его приобретения. Эта работа доказывает, что NBPT может сильно влиять на питание мочевины у растений кукурузы, ограничивая приток, а также следующий путь ассимиляции.

Вступление

Мочевина является наиболее часто используемым азотным (N) удобрением в мире, ежегодный объем которого составляет более 50 миллионов тонн, что составляет более 50% мирового потребления N удобрений (Международная ассоциация производителей удобрений, 2008). Невероятный рост использования мочевинных удобрений в последние десятилетия в основном обусловлен их конкурентоспособной ценой и высоким содержанием N (46% по массе), что позволяет снизить расходы на транспортировку и распределение (Miller and Cramer, 2004).

Хотя экспериментальные данные свидетельствуют о способности растений использовать мочевину как таковую при подаче листьев (Wittwer et al., 1963; Nicolaud and Bloom, 1998; Witte et al., 2002), распространенной агрономической практикой является поставка мочевины в организм. посевы путем удобрения почвы. Помимо использования неорганических источников азота, было показано, что растения, включая сельскохозяйственные культуры, способны поглощать неповрежденную мочевину (см. Обзор Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). В частности, растения кукурузы обладают выделенными трансмембранными транспортными системами в клетках корня для получения мочевины с высоким и низким сродством, опосредованной транспортером DUR3 и аквапоринами, соответственно (Gaspar et al., 2003; Gu et al., 2012; Zanin et al. al., 2014; Liu et al., 2015; Yang et al., 2015).

В почвенном растворе стабильность мочевины строго зависит от активности микробной уреазы, никель-зависимого фермента, повсеместно экспрессируемого в микроорганизмах и высвобождаемого в почву (Watson et al., 1994). Более того, уреазная активность может сохраняться в почве даже после распада микроорганизмов (Watson et al., 1994). Этот фермент катализирует гидролиз мочевины в аммоний и диоксид углерода, и его активность пропорциональна микробной биомассе, которая, в свою очередь, зависит от количества органического вещества и содержания воды в почве. Аммоний может оставаться в этой форме в качестве обменного катиона или испаряться в форме аммиака; он также может служить субстратом для процесса нитрификации, превращаясь в нитрат. Таким образом, по крайней мере в течение коротких периодов времени, оплодотворение мочевины может привести к одновременному воздействию на корни растений мочевины, аммония и нитрата (Mérigout et al., 2008b).

Главным образом из-за улетучивания аммиака и выщелачивания нитратов, быстрый гидролиз мочевины приведет к снижению доступности N для питания растений и снижению эффективности использования удобрений с мочевиной (Zaman et al., 2008). Поэтому одной из наиболее часто используемых стратегий по снижению выбросов аммиака из мочевинных удобрений является применение ингибиторов уреазы. Помимо замедления гидролиза мочевины, эти молекулы обеспечивают диффузию мочевины вдали от места применения, что способствует ее поглощению корнями растений в качестве интактной молекулы.

Наиболее перспективным и испытанным ингибитором уреазы в почве является NBPT (торговое наименование Agrotain®), активность которого связана с превращением его в окисленную форму (Watson, 2005). NBPT является структурным аналогом мочевины (Medina and Radel, 1988), действующим со смешанным ингибированием активности уреазы (увеличение Km и снижение Vmax; Juan et al., 2009). Молекулярно-динамические расчеты показали, что NBPT координирует оба атома никеля активного центра уреазы и связывает атом кислорода карбамата, полученного из мочевины (Manunza et al., 1999).

Нет ничего необычного в том, чтобы найти маркетинговые составы, содержащие мочевину в комбинации с ингибитором уреазы (Watson, 2005). Получены экспериментальные данные, показывающие, что на активность ингибиторов уреазы могут влиять такие факторы окружающей среды, как рН (Hendrickson and Douglass, 1993), температура (Hendrickson and O'Connor, 1987) и содержание влаги в почве (Sigunga et al., 2002; Clough et al., 2004).

Имеется ограниченная информация о физиологических эффектах NBPT у растений (Watson and Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011). Сообщалось, что некоторые виды проявляли видимые симптомы токсичности, когда растения обрабатывали мочевиной и NBPT с кратковременным развитием ожогов листьев и некротических краев листьев (Watson and Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Кручага и соавт. (2011) сообщили, что NBPT поглощается корнями гороха и шпината и перемещается в листья; таким образом, NBPT может предположительно ингибировать активность эндогенной уреазы листьев и корней (Watson and Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012). Более того, активность глутаминсинтетазы и уровень аминокислот снижаются в присутствии NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). В целом эти результаты показали, что ингибитор уреазы поставил под угрозу использование мочевины в качестве источника N для растений, но по-прежнему не хватает знаний о физиологических и молекулярных аспектах влияния NBPT на приобретение этого источника N.

Целью настоящего исследования было изучение краткосрочного влияния NBPT на способность растений кукурузы усваивать мочевину. Предыдущие исследования нашей группы описали in vivo высокоаффинную транспортную систему мочевины в корнях кукурузы и показали, что мочевина быстро вызывает ее приобретение (Zanin et al., 2014). Поэтому в настоящей работе действие NBPT было изучено на функциональность индуцибельного компонента системы притока с высоким сродством. Физиологические данные были подтверждены анализом изменений в транскрипции генов, о которых известно, что они модулируются мочевиной.