idrar enzimi inhibitörü NBPT

Azotlu gübre olarak üre, dünya tarımındaki en önemli gübredir. Bununla birlikte, topraktaki üre, büyük miktarda azot kaybını çözmek ve üre azotunun kullanım etkinliğini azaltmak için topraktaki üreaz enzimi tarafından hızla ayrışır. Aynı zamanda, üre hidrolizine bağlı olarak, topraktaki amonyak konsantrasyonu artar. Bu, tohum çimlenmesine ve bitkilere toksiktir. Üre hidrolizini inhibe etmek için bir idrar enzimi inhibitörünün kullanılması, yukarıdaki problemleri çözmek için önemli yöntemlerden biri olarak önerilmiştir. İdrar enzimi inhibitörleri, amonyağın, amonyağın ayrışması için ayrışmasının azaltılmasıyla yüzey gübrelemesinin (üre) etkinliğini artırabilir.

NBPT idrar enzimi inhibitörleri aşağıdaki özelliklere sahiptir: NBPT, yaygın toprak ve iklim koşullarında daha yüksek idrar enzimi inhibe edici aktiviteye sahiptir. NBPT, tohum toksisitesi riskini azaltabilir, amonyak uçuculuğunu azaltabilir ve mahsul verimini ve protein içeriğini önemli ölçüde artırabilir. NBPT'nin insanlar, mahsuller ve mahsul tüketen ve tüketen insanlar üzerinde zararlı etkileri yoktur.

NBPT

Uygulamalar: İnce kimyasal tesisler.
Üretim koşulları: Su, elektrik, buhar ve diğer kamu işleri tesisleri bulunmalıdır.

Üeaz inhibitörlerinin tarımda yaygın şekilde kullanılmasına rağmen, azot (N) alımı ve asimilasyon üzerindeki etkileri hakkında çok az bilgi bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı, hidroponik olarak yetiştirilen mısır bitkilerinde, N- (n-butil) tiyofosforik triamid'in (NBPT), fizyolojik ve transkripsiyonel düzeyde üre beslenmesindeki etkilerini araştırmaktı. Besin çözeltisinde NBPT'nin varlığı, bitkilerin bir N kaynağı olarak üre kullanma kapasitesini sınırladı; bu, üre alım oranındaki bir düşüş ve 15N birikimiyle gösterilmiştir. Dikkate değer bir şekilde, bu olumsuz etkiler, yalnızca bitkiler üre ile beslendiğinde ortaya çıktı, çünkü NBPT nitrat ile beslenen bitkilerde 15N birikimini değiştirmedi. NBPT ayrıca, üre N kaynağı olarak kullanıldığında, nitrat veya amonyum ile yetiştirilen bitkiler üzerinde hiçbir etkisi olmadığında, Arabidopsis bitkilerinin büyümesini de bozmuştur. Bu cevap, en azından kısmen, NBPT'nin yüksek afiniteli üre taşıma sistemi üzerindeki doğrudan etkisiyle ilgilidir. NBPT'nin üre alımı üzerindeki etkisi, ZmDUR3 ve dur3-nakavt aşırı eksprese eden Arabidopsis çizgileri; Sonuçlar, sadece taşıma değil aynı zamanda üre asimilasyonunun inhibitör tarafından tehlikeye atılabileceğini göstermektedir. Bu hipotez, aşırı miktarda üre birikimi ve NBPT ile işlem görmüş bitkilerde amonyum konsantrasyonunda bir azalma ile güçlendirildi. Ayrıca, transkripsiyonel analizler mısır köklerinde olduğunu gösterdi NBPT Tedavi, ureic-N asimilasyonunun ve amonyum taşınmasının sitosolik yolunda yer alan genlerin ekspresyonunu ciddi şekilde bozmuştur. NBPT ayrıca, üre tarafından yüksek oranda indüklenen ve muhtemelen kazanımının düzenlenmesinde önemli bir rol oynayan bir transkripsiyon faktörünü kodlayan bir genin ekspresyonunu da sınırladı. Bu çalışma, NBPT'nin mısır bitkilerinde üre beslenmesine büyük ölçüde müdahale edebileceğini, akını ve aşağıdaki asimilasyon yolunu kısıtlayabileceğini gösteren kanıtlar sunar.

Giriş

Üre, dünyadaki en fazla kullanılan azot (N) gübresidir ve yıllık 50 milyon tonun üzerinde bir miktarda dünya gübre tüketiminin% 50'sinden fazlasını oluşturmaktadır (Uluslararası Gübre Sanayicileri Derneği, 2008). Üre gübre kullanımında son on yıldaki inanılmaz artış, esas olarak rekabetçi fiyatından ve taşıma ve dağıtım maliyetlerini düşürmeyi sağlayan yüksek N içeriğinden (kütlenin% 46'sı) kaynaklanmaktadır (Miller ve Cramer, 2004).

Her ne kadar deneysel kanıtlar bitkilerin yaprak uygulaması yoluyla tedarik edildiklerinde üre kullanma kabiliyetlerini bildirmiş olsalar da (Wittwer ve diğerleri, 1963; Nicolaud ve Bloom, 1998; Witte ve diğerleri, 2002), ortak bir agronomik uygulama; toprak gübreleme ile bitkileri. İnorganik N kaynaklarını kullanmanın yanı sıra, bitkileri de içeren bitkilerin bozulmamış üre alabildikleri gösterilmiştir (inceleme için, bkz. Kraiser ve diğerleri, 2011; Nacry ve diğerleri, 2013). Özel olarak, mısır bitkileri, sırasıyla bir DUR3 taşıyıcı ve aquaporinlerin aracılık ettiği yüksek ve düşük afiniteli üre elde etmek için kök hücrelerde özel transmembran taşıma sistemlerine sahiptir (Gaspar ve diğerleri, 2003; Gu ve diğerleri, 2012; Zanin ve diğerleri). ve diğerleri, 2014; Liu ve diğerleri, 2015; Yang ve diğerleri, 2015).

Toprak çözeltisinde üre stabilitesi, mikrobik üreazın aktivitesine, mikroorganizmalarda her zaman her yerde eksprese edilen ve toprağa salınan nikel bağımlı bir enzime bağlıdır (Watson ve diğ., 1994). Ayrıca üreaz aktivitesi, mikroorganizmaların bozunmasından sonra bile toprakta kalabilir (Watson ve ark. 1994). Bu enzim, üre'nin amonyum ve karbon dioksite hidrolizini katalize eder ve aktivitesi, toprağın organik madde miktarına ve su içeriğine bağlı olan mikrobiyal biyokütle ile orantılıdır. Amonyum bu formda değiştirilebilir katyon olarak kalabilir veya amonyak formunda uçabilir; ayrıca nitratlaştırma işleminin nitrat haline dönüştürülmesi için bir substrat görevi de görebilir. Bu nedenle, en azından kısa bir süre için, üre gübrelemesi, bitki köklerinin üre, amonyum ve nitrata eşzamanlı olarak maruz kalmasına neden olabilir (Mérigout ve diğerleri, 2008b).

Esas olarak, amonyak uçuculaşması ve nitrat liçi nedeniyle, üre hızlı hidrolizi, bitki beslenmesi için N kullanılabilirliğinin azalmasına ve üre gübrelerinin daha düşük kullanım verimliliğine yol açacaktır (Zaman ve diğ., 2008). Bu nedenle, üre gübresinden kaynaklanan amonyak emisyonlarını azaltmak için en çok kullanılan stratejilerden biri, üreaz inhibitörlerinin uygulanmasıdır. Üre hidrolizinin yavaşlamasının yanı sıra, bu moleküller, üre uygulama bölgesinden uzakta, bitki kökleri tarafından bozulmamış bir molekül olarak alınmasını lehine yayılmasını sağlar.

En umut verici ve test edilmiş toprak üreaz inhibitörü, aktivitesi okside olmuş formuna dönüşmesiyle ilişkili olan NBPT'dir (ticari adı Agrotain®) (Watson, 2005). NBPT, üreaz aktivitesinde karışık inhibisyonla etki eden üre (Medina ve Radel, 1988) yapısal bir analoğudur (Km ve azalmış Vmax; Juan ve diğerleri, 2009). Moleküler dinamik hesaplamalar, NBPT'nin üreaz aktif bölgenin her iki nikel atomunu koordine ettiğini ve üre türevli karbamatın oksijen atomunu bağladığını göstermiştir (Manunza ve diğerleri, 1999).

Üre inhibitörü ile birlikte üre içeren pazarlama formülasyonları bulmak sıra dışı değildir (Watson, 2005). Üeaz inhibitörlerinin aktivitesinin pH (Hendrickson ve Douglass, 1993), sıcaklık (Hendrickson ve O'Connor, 1987) ve toprak nemi içeriği (Sigunga ve diğerleri, gibi) çevresel faktörlerden etkilenebileceğini gösteren deneysel kanıtlar sağlanmıştır. 2002; Clough ve arkadaşları, 2004).

Bitkilerde NBPT'nin fizyolojik etkileri hakkında sınırlı bilgi bulunmaktadır (Watson ve Miller, 1996; Cruchaga ve diğerleri, 2011). Bazı türlerin, bitkilere üre ve NBPT ile geçici yaprak gelişimi ve nekrotik yaprak marjları gelişimi ile muamele edildiği zaman, belirgin toksisite semptomları gösterdiği bildirilmiştir (Watson ve Miller, 1996; Artola ve diğerleri, 2011; Cruchaga ve ark., 2011). Cruchaga ve diğ. (2011) NBPT'nin bezelye ve ıspanak kökleri tarafından alındığını ve yapraklara aktarıldığını bildirmiştir; bu nedenle NBPT, endojen yaprak ve kök üreaz aktivitesini düşünülebilir şekilde engelleyebilir (Watson ve Miller, 1996; Artola ve diğerleri, 2011; Cruchaga ve diğerleri, 2011; Ariz ve diğerleri, 2012). Ayrıca, glutamin sentetaz aktivitesi ve amino asit seviyesi, NBPT varlığında azalır (Artola ve diğerleri, 2011; Cruchaga ve diğerleri, 2011). Bu sonuçların tümü, üreaz inhibitörünün bitkiler için bir N kaynağı olarak üre kullanımını tehlikeye attığını göstermiştir, ancak NBPT'nin bu N kaynağının edinimi üzerindeki etkilerinin fizyolojik ve moleküler yönleri hakkında hala bilgi eksikliği vardır.

Mevcut araştırmanın amacı, NBPT'nin mısır bitkilerinin üre toplama kapasitesi üzerindeki kısa vadeli etkilerini incelemektir. Grubumuzdan önceki çalışmalar, in vivo olarak mısır köklerinde üre yüksek afinite taşıma sistemini tarif etmiş ve ürenin hızlı bir şekilde kazanımını indüklediğini göstermiştir (Zanin et al., 2014). Bu nedenle, bu çalışmada NBPT'nin etkisi, yüksek afiniteli akı sisteminin indüklenebilir bileşeninin işlevselliği üzerinde çalışılmıştır. Fizyolojik veriler, üre tarafından modüle edildiği bilinen genlerin transkripsiyonundaki değişikliklerin analizi ile desteklenmiştir.