inhibitor enzim urin NBPT

Urea sebagai pupuk nitrogen adalah pupuk paling penting di dunia pertanian. Namun, urea di tanah cepat terurai oleh enzim urease di tanah untuk menguraikan sejumlah besar kehilangan nitrogen dan mengurangi efisiensi pemanfaatan nitrogen urea. Pada saat yang sama, karena hidrolisis urea, konsentrasi amonia dalam tanah meningkat. Ini beracun untuk perkecambahan biji dan tanaman. Penggunaan inhibitor enzim urin untuk menghambat hidrolisis urea telah diusulkan sebagai salah satu metode penting untuk menyelesaikan masalah di atas. Inhibitor enzim urin dapat meningkatkan kemanjuran pemupukan permukaan (urea) dengan mengurangi dekomposisi amonia menjadi dekomposisi amonia.

NBPT inhibitor enzim urin memiliki karakteristik sebagai berikut: NBPT memiliki aktivitas penghambatan enzim urin yang lebih tinggi di tanah umum dan kondisi iklim. NBPT dapat mengurangi risiko keracunan benih, mengurangi volatilitas amoniak, dan meningkatkan hasil panen dan kandungan protein sampai batas tertentu. NBPT tidak memiliki efek merusak pada orang, tanaman, dan orang yang mengkonsumsi dan mengkonsumsi tanaman.

NBPT

Aplikasi: Pabrik kimiawi.
Kondisi produksi: Harus ada air, listrik, uap dan fasilitas pekerjaan umum lainnya.

Terlepas dari meluasnya penggunaan urease inhibitor dalam pertanian, sedikit informasi yang tersedia tentang efeknya pada penyerapan dan asimilasi nitrogen (N). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari, pada tingkat fisiologis dan transkripsional, efek N- (n-butil) thiophosphoric triamide (NBPT) pada nutrisi urea pada tanaman jagung yang ditanam secara hidroponik. Kehadiran NBPT dalam larutan nutrisi membatasi kapasitas tanaman untuk memanfaatkan urea sebagai sumber N; ini ditunjukkan oleh penurunan tingkat penyerapan urea dan akumulasi 15N. Yang perlu diperhatikan, efek negatif ini terbukti hanya ketika tanaman diberi makan dengan urea, karena NBPT tidak mengubah akumulasi 15N pada tanaman yang diberi nitrat. NBPT juga mengganggu pertumbuhan tanaman Arabidopsis ketika urea digunakan sebagai sumber-N, sementara tidak berpengaruh pada tanaman yang ditanam dengan nitrat atau amonium. Tanggapan ini terkait, setidaknya sebagian, dengan efek langsung NBPT pada sistem transportasi urea afinitas tinggi. Dampak NBPT pada serapan urea dievaluasi lebih lanjut dengan menggunakan garis Arabidopsis yang mengekspres ZmDUR3 dan knock-dur3; hasil menunjukkan bahwa tidak hanya transportasi tetapi juga asimilasi urea dapat dikompromikan oleh inhibitor. Hipotesis ini diperkuat oleh akumulasi urea yang berlebihan dan penurunan konsentrasi amonium pada tanaman yang diberi NBPT. Selanjutnya, analisis transkripsional menunjukkan bahwa pada akar jagung NBPT pengobatan sangat merusak ekspresi gen yang terlibat dalam jalur sitosolik asimilasi ureik-N dan transportasi amonium. NBPT juga membatasi ekspresi pengkodean gen untuk faktor transkripsi yang sangat diinduksi oleh urea dan mungkin memainkan peran penting dalam regulasi akuisisi. Karya ini memberikan bukti bahwa NBPT dapat sangat mengganggu nutrisi urea pada tanaman jagung, membatasi masuknya serta jalur asimilasi berikut.

pengantar

Urea adalah pupuk nitrogen (N) yang paling sering digunakan di dunia dengan jumlah tahunan lebih dari 50 juta ton terhitung lebih dari 50% dari konsumsi pupuk N dunia (International Fertilizer Industry Association, 2008). Peningkatan luar biasa dalam penggunaan pupuk urea selama dekade terakhir ini terutama disebabkan oleh harga yang kompetitif dan kandungan N yang tinggi (46% dari massa), yang memungkinkan pengurangan biaya transportasi dan distribusi (Miller dan Cramer, 2004).

Meskipun bukti eksperimental melaporkan kemampuan tanaman untuk menggunakan urea per se ketika dipasok melalui aplikasi daun (Wittwer et al., 1963; Nicolaud dan Bloom, 1998; Witte et al., 2002), praktik agronomi yang umum adalah memasok urea ke tanaman dengan pemupukan tanah. Selain menggunakan sumber N anorganik, tanaman, termasuk tanaman, telah terbukti mampu mengambil urea utuh (untuk ulasan, lihat Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). Secara khusus, tanaman jagung memiliki sistem transportasi transmembran khusus dalam sel-sel akar untuk akuisisi urea dengan afinitas tinggi dan rendah, masing-masing dimediasi oleh transporter DUR3 dan aquaporin, masing-masing (Gaspar et al., 2003; Gu et al., 2012; Zanin et al., 2014; Liu et al., 2015; Yang et al., 2015).

Dalam larutan tanah, stabilitas urea sangat tergantung pada aktivitas urease mikroba, enzim yang bergantung pada nikel yang diekspresikan di mana-mana dalam mikroorganisme dan dilepaskan ke tanah (Watson et al., 1994). Terlebih lagi aktivitas urease dapat bertahan di tanah bahkan setelah pembusukan mikroorganisme (Watson et al., 1994). Enzim ini mengkatalisis hidrolisis urea menjadi amonium dan karbon dioksida dan aktivitasnya sebanding dengan biomassa mikroba, yang pada gilirannya tergantung pada jumlah bahan organik dan kadar air tanah. Amonium dapat tetap dalam bentuk ini sebagai kation yang dapat ditukar atau diuapkan dalam bentuk amonia; itu juga bisa berfungsi sebagai substrat untuk proses nitrifikasi diubah menjadi nitrat. Dengan demikian, setidaknya untuk periode waktu yang singkat, pemupukan urea dapat mengakibatkan paparan simultan dari akar tanaman terhadap urea, amonium dan nitrat (Mérigout et al., 2008b).

Terutama karena volatilisasi amonia dan pencucian nitrat, hidrolisis urea yang cepat akan menyebabkan penurunan ketersediaan N untuk nutrisi tanaman dan efisiensi penggunaan pupuk urea yang lebih rendah (Zaman et al., 2008). Jadi salah satu strategi yang paling sering digunakan untuk mengurangi emisi amonia dari pupuk urea adalah menerapkan urease inhibitor. Selain memperlambat hidrolisis urea, molekul-molekul ini memungkinkan difusi urea jauh dari lokasi aplikasi yang mendukung penyerapannya sebagai molekul utuh oleh akar tanaman.

Inhibitor urease tanah yang paling menjanjikan dan teruji adalah NBPT (nama dagang Agrotain®), yang aktivitasnya dikaitkan dengan konversi ke bentuk teroksidasi (Watson, 2005). NBPT adalah analog struktural urea (Medina dan Radel, 1988) yang bertindak dengan penghambatan campuran pada aktivitas urease (peningkatan Km dan penurunan Vmax; Juan et al., 2009). Perhitungan dinamis molekuler menunjukkan bahwa NBPT mengkoordinasikan kedua atom nikel dari situs aktif urease dan mengikat atom oksigen dari karbamat yang diturunkan urea (Manunza et al., 1999).

Sudah lazim menemukan formulasi pemasaran yang mengandung urea dalam kombinasi dengan urease inhibitor (Watson, 2005). Bukti eksperimental telah disediakan menunjukkan bahwa aktivitas inhibitor urease dapat dipengaruhi oleh faktor lingkungan seperti pH (Hendrickson dan Douglass, 1993), suhu (Hendrickson dan O'Connor, 1987), dan kadar air tanah (Sigunga et al., 2002; Clough et al., 2004).

Informasi terbatas tersedia tentang efek fisiologis NBPT pada tanaman (Watson dan Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011). Telah dilaporkan bahwa beberapa spesies menunjukkan gejala toksisitas ketika tanaman diperlakukan dengan urea dan NBPT dengan perkembangan sementara daun hangus dan margin daun nekrotik (Watson dan Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Cruchaga et al. (2011) melaporkan bahwa NBPT diambil oleh kacang polong dan akar bayam dan dipindahkan ke daun; dengan demikian NBPT dapat menghambat aktivitas daun endogen dan urease akar (Watson dan Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012). Selain itu aktivitas glutamin sintetase dan kadar asam amino berkurang dengan adanya NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Secara keseluruhan hasil ini menunjukkan bahwa urease inhibitor mengganggu penggunaan urea sebagai sumber N untuk tanaman, tetapi masih ada kekurangan pengetahuan tentang aspek fisiologis dan molekuler dari efek NBPT pada perolehan sumber N ini.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mempelajari efek jangka pendek NBPT pada kapasitas tanaman jagung untuk memperoleh urea. Studi sebelumnya dari kelompok kami menjelaskan secara in vivo sistem transportasi afinitas tinggi urea pada akar jagung dan menunjukkan bahwa urea dengan cepat mendorong perolehannya (Zanin et al., 2014). Oleh karena itu, dalam pekerjaan ini aksi NBPT dipelajari pada fungsionalitas komponen yang diinduksi dari sistem masuknya afinitas tinggi. Data fisiologis didukung oleh analisis perubahan transkripsi gen yang diketahui dimodulasi oleh urea.