مثبط إنزيم البول NBPT

اليوريا كسماد النيتروجين هو أهم الأسمدة في الزراعة في العالم. ومع ذلك ، يتحلل اليوريا في التربة بسرعة عن طريق إنزيم اليوريا في التربة لتتحلل كمية كبيرة من فقدان النيتروجين وتقليل كفاءة استخدام نيتروجين اليوريا. في الوقت نفسه ، وبسبب التحلل المائي لليوريا ، يزداد تركيز الأمونيا في التربة. هذا سامة لإنبات البذور والنباتات. لقد تم اقتراح استخدام مثبط إنزيم بولي لتثبيط التحلل المائي لليوريا كأحد الطرق المهمة لحل المشكلات المذكورة أعلاه. يمكن لمثبطات إنزيم البول زيادة فعالية الإخصاب السطحي (اليوريا) عن طريق الحد من تحلل الأمونيا لتتحلل الأمونيا.

تتميز مثبطات الإنزيم البولي NBPT بالخصائص التالية: يحتوي NBPT على نشاط تثبيط إنزيم بولي أعلى في التربة الشائعة والظروف المناخية. يمكن أن يقلل NBPT من خطر سمية البذور ، ويقلل من تطاير الأمونيا ، ويزيد من غلة المحاصيل ومحتوى البروتين إلى حد كبير. NBPT ليس له آثار ضارة على الناس والمحاصيل والأشخاص الذين يستهلكون ويستهلكون المحاصيل.

NBPT

تطبيقات: مصانع كيماوية دقيقة.
ظروف الإنتاج: يجب أن يكون هناك الماء والكهرباء والبخار وغيرها من المرافق العامة.

على الرغم من الاستخدام الواسع لمثبطات اليوريا في الزراعة ، لا تتوفر سوى معلومات قليلة عن تأثيرها على امتصاص النيتروجين (N) واستيعابه. وكان الهدف من هذا العمل هو دراسة ، على المستوى الفسيولوجي والنسخ ، آثار N- (n- بوتيل) ثيميد الفسفوريك (NBPT) على تغذية اليوريا في نباتات الذرة المزروعة بالماء. أدى وجود NBPT في محلول المغذيات إلى الحد من قدرة النباتات على استخدام اليوريا كمصدر N ؛ وقد تجلى ذلك في انخفاض معدل امتصاص اليوريا وتراكم 15N. تجدر الإشارة إلى أن هذه الآثار السلبية كانت واضحة فقط عندما تم تغذية النباتات باليوريا ، لأن NBPT لم يغير تراكم 15N في النباتات التي تغذيها النترات. NBPT أضعفت أيضا نمو نبات الأرابيدوبسيس عندما تم استخدام اليوريا كمصدر N ، في حين لم يكن لها أي تأثير على النباتات المزروعة بالنترات أو الأمونيوم. ارتبط هذا الرد ، على الأقل جزئيًا ، بالتأثير المباشر لـ NBPT على نظام نقل اليوريا العالي التقارب. تم تقييم تأثير NBPT على امتصاص اليوريا بشكل أكبر باستخدام خطوط Arabidopsis overexpressing ZmDUR3 و dur3-knockout ؛ النتائج تشير إلى أنه ليس فقط النقل ولكن أيضا يمكن أن تتأثر استيعاب اليوريا من قبل المانع. تم تعزيز هذه الفرضية من خلال الإفراط في تراكم اليوريا وانخفاض تركيز الأمونيوم في النباتات التي عولجت بـ NBPT. علاوة على ذلك ، أظهرت التحاليل النصية أنه في جذور الذرة NBPT العلاج أضعف بشدة التعبير عن الجينات المشاركة في المسار الخلوي لاستيعاب ureic-N ونقل الأمونيوم. حدد NBPT أيضًا التعبير عن ترميز الجينات لعامل النسخ الناجم عن اليوريا وربما يلعب دورًا مهمًا في تنظيم عملية الاستحواذ. يقدم هذا العمل دليلًا على أن NBPT يمكن أن يتداخل بشدة مع تغذية اليوريا في نباتات الذرة ، مما يحد من التدفق بالإضافة إلى مسار الاستيعاب التالي.

المقدمة

اليوريا هي أكثر الأسمدة النيتروجينية (N) شيوعًا في العالم ، حيث تبلغ قيمتها السنوية أكثر من 50 مليون طن تمثل أكثر من 50٪ من الاستهلاك العالمي للأسمدة N (رابطة صناعة الأسمدة الدولية ، 2008). تعود الزيادة غير المألوفة في استخدام سماد اليوريا خلال العقود الماضية بشكل أساسي إلى سعره التنافسي وارتفاع نسبة النيتروجين (46٪ من الكتلة) ، مما يسمح بتخفيض تكاليف النقل والتوزيع (Miller and Cramer ، 2004).

على الرغم من أن الأدلة التجريبية قد أبلغت عن قدرة النباتات على استخدام اليوريا في حد ذاته عندما يتم توفيرها من خلال تطبيق الأوراق (Wittwer et al. ، 1963 ؛ Nicolaud and Bloom ، 1998 ؛ Witte et al. ، 2002) ، فإن الممارسة الزراعية الشائعة تتمثل في توفير اليوريا إلى المحاصيل عن طريق التسميد التربة. إلى جانب استخدام مصادر N غير العضوية ، فقد ثبت أن النباتات ، بما في ذلك المحاصيل ، قادرة على تناول اليوريا سليمة (للمراجعة ، انظر Kraiser et al. ، 2011 ؛ Nacry et al. ، 2013). على وجه الخصوص ، تمتلك نباتات الذرة أنظمة مخصصة لنقل الغشاء في الخلايا الجذرية لاكتساب اليوريا بدرجة تقارب عالية ومنخفضة ، بوساطة بواسطة ناقل DUR3 وأكوابرين ، على التوالي (Gaspar et al. ، 2003 ؛ Gu et al. ، 2012 ؛ Zanin et al.، 2014؛ Liu et al.، 2015؛ Yang et al.، 2015).

في محلول التربة ، يعتمد استقرار اليوريا اعتمادًا تامًا على نشاط اليوريا الميكروبي ، وهو إنزيم يعتمد على النيكل يتم التعبير عنه في كل مكان في الكائنات الحية الدقيقة ويطلق في التربة (واتسون وآخرون ، 1994). علاوة على ذلك ، يمكن أن يستمر نشاط اليوريا في التربة حتى بعد تحلل الكائنات الحية الدقيقة (واتسون وآخرون ، 1994). يحفز هذا الإنزيم تحلل اليوريا إلى الأمونيوم وثاني أكسيد الكربون ويتناسب نشاطه مع الكتلة الحيوية الميكروبية التي تعتمد بدورها على كمية المادة العضوية والمحتوى المائي للتربة. يمكن أن يظل الأمونيوم في هذا الشكل ككاتيونات قابلة للتبديل أو متطايرة في صورة الأمونيا ؛ ويمكن أيضا أن تكون بمثابة الركيزة لعملية النترجة التي تحولت إلى نترات. وهكذا ، على الأقل لفترات زمنية قصيرة ، قد يؤدي تسميد اليوريا إلى التعرض المتزامن لجذور النباتات إلى اليوريا والأمونيوم والنترات (Mérigout et al. ، 2008b).

يرجع السبب الرئيسي في ذلك إلى تطاير الأمونيا وغسيل النترات ، فإن التحلل المائي السريع لليوريا سيؤدي إلى انخفاض توافر النيتروجين في تغذية النبات وإلى انخفاض كفاءة استخدام الأسمدة اليوريا (Zaman et al. ، 2008). لذلك واحدة من الاستراتيجيات الأكثر استخداما للحد من انبعاثات الأمونيا من الأسمدة اليوريا هو تطبيق مثبطات اليوريا. إلى جانب تباطؤ التحلل المائي لليوريا ، تسمح هذه الجزيئات بانتشار اليوريا بعيدًا عن موقع التطبيق مفضلًا امتصاصه كجزيء سليم من جذور النباتات.

مثبط يوريث التربة الأكثر واعدة واختباره هو NBPT (الاسم التجاري Agrotain®) ، الذي يرتبط نشاطه بالتحويل إلى شكله المؤكسد (Watson ، 2005). NBPT هو التناظرية الهيكلية لليوريا (مدينا ورادل ، 1988) تعمل مع تثبيط مختلطة على نشاط اليوريا (زيادة كم وانخفاض Vmax ؛ خوان وآخرون ، 2009). أظهرت الحسابات الديناميكية الجزيئية أن NBPT ينسق كلاً من ذرات النيكل في موقع اليورياس النشط ويربط ذرة الأكسجين في الكارباميت المشتق من اليوريا (Manunza et al. ، 1999).

ليس من غير المعتاد إيجاد تركيبات تسويقية تحتوي على اليوريا مع مثبطات اليورياز (واتسون ، 2005). تم تقديم دليل تجريبي يوضح أن نشاط مثبطات اليورياز يمكن أن يتأثر بالعوامل البيئية مثل pH (Hendrickson and Douglass، 1993) ، ودرجة الحرارة (Hendrickson and O'Connor، 1987) ، ومحتوى رطوبة التربة (Sigunga et al.، 2002 ؛ Clough et al. ، 2004).

تتوفر معلومات محدودة حول التأثيرات الفسيولوجية لل NBPT في النباتات (Watson and Miller، 1996؛ Cruchaga et al.، 2011). تم الإبلاغ عن أن بعض الأنواع أظهرت أعراض سمية واضحة عندما عولجت النباتات باليوريا و NBPT مع تطور عابر لحروق الأوراق وهوامش الأوراق النخرية (Watson and Miller، 1996؛ Artola et al.، 2011؛ Cruchaga et al.، 2011). Cruchaga وآخرون. (2011) ذكرت أن NBPT يتم تناوله بواسطة جذور البازلاء والسبانخ ويتم نقله إلى الأوراق ؛ وبالتالي ، يمكن أن يمنع NBPT نشاط أوراق الجذور ويورياس اليوريا (Watson and Miller، 1996؛ Artola et al.، 2011؛ Cruchaga et al.، 2011؛ Ariz et al.، 2012). علاوة على ذلك ، يتم تقليل نشاط إنزيم الجلوتامين ومستوى الأحماض الأمينية في وجود NBPT (Artola et al. ، 2011 ؛ Cruchaga et al. ، 2011). أظهرت هذه النتائج مجتمعة أن مثبطات اليوريث قد قلصت من استخدام اليوريا كمصدر للـ N للنباتات ، لكن لا يزال هناك نقص في المعرفة حول الجوانب الفسيولوجية والجزيئية لآثار NBPT على الحصول على هذا المصدر N.

كان الهدف من البحث الحالي هو دراسة الآثار قصيرة الأجل لل NBPT على قدرة نباتات الذرة على الحصول على اليوريا. وصفت دراسات سابقة من مجموعتنا في الجسم الحي نظام النقل العالي التقارب لليوريا في جذور الذرة وأظهرت أن اليوريا تحفز على اكتسابها بسرعة (Zanin et al.، 2014). لذلك ، في العمل الحالي تمت دراسة إجراء NBPT على وظيفة المكون المحفز لنظام التدفق العالي التقارب. تم دعم البيانات الفسيولوجية من خلال تحليل التغيرات في نسخ الجينات المعروفة بأنها تعدل عن طريق اليوريا.