inhibidor de enzimas en la orina NBPT

La urea como fertilizante nitrogenado es el fertilizante más importante en la agricultura mundial. Sin embargo, la urea en el suelo se descompone rápidamente por la enzima ureasa en el suelo para descomponer una gran cantidad de pérdida de nitrógeno y reducir la eficiencia de utilización del nitrógeno de la urea. Al mismo tiempo, debido a la hidrólisis de la urea, la concentración de amoníaco en el suelo aumenta. Esto es tóxico para la germinación de semillas y plantas. El uso de un inhibidor de la enzima urinaria para inhibir la hidrólisis de la urea se ha propuesto como uno de los métodos importantes para resolver los problemas anteriores. Los inhibidores de la enzima de la orina pueden aumentar la eficacia de la fertilización de la superficie (urea) al reducir la descomposición del amoníaco para descomponer el amoníaco.

Los inhibidores de la enzima urinaria NBPT tienen las siguientes características: La NBPT tiene una mayor actividad inhibidora de las enzimas urinarias en condiciones comunes del suelo y climáticas. La NBPT puede reducir el riesgo de toxicidad de las semillas, reducir la volatilización del amoníaco y aumentar el rendimiento de los cultivos y el contenido de proteínas en gran medida. El NBPT no tiene efectos perjudiciales sobre las personas, los cultivos y las personas que consumen y consumen cultivos.

NBPT

Aplicaciones: Finas plantas químicas.
Condiciones de produccion: Debe haber agua, electricidad, vapor y otras instalaciones de obras públicas.

A pesar del uso generalizado de los inhibidores de la ureasa en la agricultura, hay poca información disponible sobre su efecto sobre la absorción y asimilación del nitrógeno (N). El objetivo de este trabajo fue estudiar, a nivel fisiológico y transcripcional, los efectos de la triamida tiofosfórica N- (n-butil) (NBPT) sobre la nutrición de urea en plantas de maíz cultivadas hidropónicamente. La presencia de NBPT en la solución nutritiva limitó la capacidad de las plantas para utilizar la urea como fuente de N; esto se demostró por una disminución en la tasa de captación de urea y la acumulación de 15N. Cabe destacar que estos efectos negativos fueron evidentes solo cuando las plantas se alimentaron con urea, ya que la NBPT no alteró la acumulación de 15 N en las plantas alimentadas con nitrato. La NBPT también afectó el crecimiento de las plantas de Arabidopsis cuando se usó urea como fuente de N, mientras que no tuvo ningún efecto sobre las plantas cultivadas con nitrato o amonio. Esta respuesta se relacionó, al menos en parte, con un efecto directo de NBPT en el sistema de transporte de urea de alta afinidad. El impacto de la NBPT en la captación de urea se evaluó con más detalle utilizando líneas de Arabidopsis que sobreexpresan ZmDUR3 y dur3-knockout; los resultados sugieren que no solo el transporte sino también la asimilación de la urea podrían verse comprometidos por el inhibidor. Esta hipótesis se vio reforzada por una acumulación excesiva de urea y una disminución en la concentración de amonio en plantas tratadas con NBPT. Además, los análisis transcripcionales mostraron que en las raíces del maíz NBPT el tratamiento deterioró gravemente la expresión de los genes implicados en la vía citosólica de la asimilación de ureic-N y el transporte de amonio. La NBPT también limitó la expresión de un gen que codifica un factor de transcripción altamente inducido por la urea y posiblemente desempeñando un papel crucial en la regulación de su adquisición. Este trabajo proporciona evidencia de que la NBPT puede interferir fuertemente con la nutrición de la urea en las plantas de maíz, lo que limita la afluencia y la siguiente ruta de asimilación.

Introducción

La urea es el fertilizante de nitrógeno (N) más utilizado en el mundo, con una cantidad anual de más de 50 millones de toneladas que representa más del 50% del consumo mundial de fertilizantes (Asociación Internacional de la Industria de Fertilizantes, 2008). El increíble aumento en el uso de fertilizante de urea durante las últimas décadas se debe principalmente a su precio competitivo y al alto contenido de N (46% en masa), que permite reducir los costos de transporte y distribución (Miller y Cramer, 2004).

Aunque la evidencia experimental informó la capacidad de las plantas para utilizar la urea per se cuando se suministra mediante la aplicación de hojas (Wittwer et al., 1963; Nicolaud y Bloom, 1998; Witte et al., 2002), una práctica agronómica común es suministrar urea al Cultivos por fertilización del suelo. Además de usar fuentes inorgánicas de N, se ha demostrado que las plantas, incluidos los cultivos, pueden absorber la urea intacta (para una revisión, ver Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). En particular, las plantas de maíz poseen sistemas de transporte transmembrana dedicados en células de la raíz para la adquisición de urea con alta y baja afinidad, mediadas por un transportador DUR3 y acuaporinas, respectivamente (Gaspar et al., 2003; Gu et al., 2012; Zanin et al., 2014; Liu et al., 2015; Yang et al., 2015).

En la solución del suelo, la estabilidad de la urea depende estrictamente de la actividad de la ureasa microbiana, una enzima dependiente del níquel que se expresa de forma ubicua en microorganismos y se libera en el suelo (Watson et al., 1994). Además, la actividad de la ureasa puede persistir en el suelo incluso después de la descomposición de los microorganismos (Watson et al., 1994). Esta enzima cataliza la hidrólisis de la urea en amonio y dióxido de carbono y su actividad es proporcional a la biomasa microbiana, que a su vez depende de la cantidad de materia orgánica y del contenido de agua del suelo. El amonio podría permanecer en esta forma como catión intercambiable o volatilizado en forma de amoníaco; También podría servir como un sustrato para el proceso de nitrificación que se transforma en nitrato. Por lo tanto, al menos durante cortos períodos de tiempo, la fertilización con urea puede resultar en una exposición simultánea de las raíces de las plantas a la urea, el amonio y el nitrato (Mérigout et al., 2008b).

Debido principalmente a la volatilización del amoníaco y la lixiviación de nitratos, la rápida hidrólisis de la urea conduciría a una menor disponibilidad de N para la nutrición de las plantas y a una menor eficiencia de uso de los fertilizantes de urea (Zaman et al., 2008). Entonces, una de las estrategias más utilizadas para reducir las emisiones de amoníaco del fertilizante de urea es aplicar inhibidores de la ureasa. Además de retardar la hidrólisis de la urea, estas moléculas permiten la difusión de la urea lejos del sitio de aplicación, lo que favorece su absorción como una molécula intacta por las raíces de las plantas.

El inhibidor de la ureasa del suelo más prometedor y probado es el NBPT (nombre comercial Agrotain®), cuya actividad está asociada con la conversión a su forma oxidada (Watson, 2005). La NBPT es un análogo estructural de la urea (Medina y Radel, 1988) que actúa con inhibición mixta de la actividad de la ureasa (aumento de Km y disminución de Vmax; Juan et al., 2009). Los cálculos de dinámica molecular mostraron que NBPT coordina ambos átomos de níquel del sitio activo de la ureasa y se une al átomo de oxígeno del carbamato derivado de la urea (Manunza et al., 1999).

No es raro encontrar formulaciones comerciales que contengan urea en combinación con un inhibidor de la ureasa (Watson, 2005). Se han proporcionado pruebas experimentales que muestran que la actividad de los inhibidores de la ureasa podría verse afectada por factores ambientales como el pH (Hendrickson y Douglass, 1993), la temperatura (Hendrickson y O'Connor, 1987) y el contenido de humedad del suelo (Sigunga et al., 2002; Clough et al., 2004).

Se dispone de información limitada sobre los efectos fisiológicos de NBPT en plantas (Watson y Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011). Se ha informado que algunas especies mostraron síntomas visibles de toxicidad cuando las plantas se trataron con urea y NBPT con el desarrollo transitorio de quemaduras foliares y márgenes necróticos de las hojas (Watson y Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Cruchaga et al. (2011) informaron que la NBPT es absorbida por las raíces de guisantes y espinacas y se traslada a las hojas; por lo tanto, es posible que la NBPT pueda inhibir la actividad de la ureasa endógena de hojas y raíces (Watson y Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012). Además, la actividad de la glutamina sintetasa y el nivel de aminoácidos se reducen en presencia de NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). En conjunto, estos resultados mostraron que el inhibidor de la ureasa comprometió el uso de la urea como fuente de N para las plantas, pero aún no se conocen los aspectos fisiológicos y moleculares de los efectos de la NBPT en la adquisición de esta fuente de N.

El objetivo de la investigación actual fue estudiar los efectos a corto plazo del NBPT sobre la capacidad de las plantas de maíz para adquirir urea. Estudios previos de nuestro grupo describieron in vivo el sistema de transporte de alta afinidad de la urea en las raíces del maíz y mostraron que la urea induce rápidamente su adquisición (Zanin et al., 2014). Por lo tanto, en el presente trabajo se estudió la acción de NBPT sobre la funcionalidad del componente inducible del sistema de afluencia de alta afinidad. Los datos fisiológicos se apoyaron en el análisis de los cambios en la transcripción de genes que se sabe están modulados por la urea.