inibidor de enzima urinário NBPT

A uréia como fertilizante de nitrogênio é o fertilizante mais importante na agricultura mundial. No entanto, a uréia no solo é rapidamente decomposta pela enzima urease no solo para decompor uma grande quantidade de perda de nitrogênio e reduzir a eficiência de utilização do nitrogênio uréico. Ao mesmo tempo, devido à hidrólise da uréia, a concentração de amônia no solo aumenta. Isso é tóxico para a germinação de sementes e plantas. A utilização de um inibidor de enzimas urinárias para inibir a hidrólise da ureia foi proposta como um dos métodos importantes para resolver os problemas acima referidos. Inibidores da enzima urina podem aumentar a eficácia da fertilização superficial (uréia), reduzindo a decomposição de amônia para decompor a amônia.

Os inibidores de enzimas urinárias da NBPT apresentam as seguintes características: A NBPT tem maior atividade inibitória da enzima urinária em condições comuns de solo e clima. O NBPT pode reduzir o risco de toxicidade da semente, reduzir a volatilização da amônia e aumentar consideravelmente o rendimento da colheita e o teor de proteína. O NBPT não tem efeitos prejudiciais em pessoas, culturas e pessoas que consomem e consomem culturas.

NBPT

Aplicações: Plantas químicas finas.
Condições de produção: Deve haver água, eletricidade, vapor e outras instalações de obras públicas.

Apesar do uso difundido de inibidores da urease na agricultura, pouca informação está disponível sobre seu efeito na absorção e assimilação de nitrogênio (N). O objetivo deste trabalho foi estudar, em nível fisiológico e transcricional, os efeitos da N- (n-butil) triamida tiofosfórica (NBPT) sobre a nutrição da uréia em plantas de milho cultivadas em hidroponia. A presença de NBPT na solução nutritiva limitou a capacidade das plantas de utilizar a ureia como fonte de N; isto foi mostrado por uma diminuição na taxa de absorção de uréia e 15N acumulação. Digno de nota, esses efeitos negativos foram evidentes apenas quando as plantas foram alimentadas com uréia, uma vez que o NBPT não alterou o acúmulo de 15N nas plantas alimentadas com nitrato. O NBPT também prejudicou o crescimento de plantas de Arabidopsis quando a ureia foi usada como fonte de N, embora não tenha efeito nas plantas cultivadas com nitrato ou amônio. Essa resposta estava relacionada, pelo menos em parte, a um efeito direto do NBPT no sistema de transporte de ureia de alta afinidade. O impacto do NBPT na captação de ureia foi avaliado adicionalmente usando linhas de Arabidopsis superexpressando ZmDUR3 e dur3-knockout; Os resultados sugerem que não apenas o transporte, mas também a assimilação da uréia podem ser comprometidos pelo inibidor. Essa hipótese foi reforçada por um acúmulo excessivo de uréia e uma diminuição na concentração de amônio em plantas tratadas com NBPT. Além disso, análises transcricionais mostraram que em raízes de milho NBPT tratamento prejudicou gravemente a expressão de genes envolvidos na via citosólica de assimilação de N ureico e transporte de amônio. O NBPT também limitou a expressão de um gene que codifica um fator de transcrição altamente induzido pela uréia e possivelmente desempenha um papel crucial na regulação de sua aquisição. Este trabalho fornece evidências de que o NBPT pode interferir fortemente com a nutrição da uréia em plantas de milho, limitando o influxo, bem como a seguinte via de assimilação.

Introdução

A ureia é o fertilizante de nitrogênio (N) mais usado no mundo, com uma quantidade anual de mais de 50 milhões de toneladas, representando mais de 50% do consumo mundial de fertilizantes nitrogenados (International Fertilizer Industry Association, 2008). O incrível incremento do uso de fertilizantes de uréia nas últimas décadas deve-se principalmente ao seu preço competitivo e ao alto conteúdo de N (46% da massa), que permitem reduzir os custos de transporte e distribuição (Miller e Cramer, 2004).

Embora evidências experimentais tenham relatado a capacidade das plantas de usar a ureia por si quando fornecidas através da aplicação foliar (Wittwer et al., 1963; Nicolaud e Bloom, 1998; Witte et al., 2002), uma prática agronômica comum é fornecer uréia ao culturas por fertilização do solo. Além de usar fontes inorgânicas de N, as plantas, incluindo as culturas, mostraram ser capazes de absorver a uréia intacta (para revisão, ver Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). Em particular, plantas de milho possuem sistemas dedicados de transporte transmembrana em células radiculares para a aquisição de uréia com alta e baixa afinidade, mediada por um transportador DUR3 e aquaporinas, respectivamente (Gaspar et al., 2003; Gu et al., 2012; Zanin et al. al., 2014; Liu et al., 2015; Yang et al., 2015).

Na solução do solo, a estabilidade da uréia é estritamente dependente da atividade da urease microbiana, uma enzima dependente de níquel, ubíquamente expressa em microorganismos e liberada no solo (Watson et al., 1994). Além disso, a atividade da urease pode persistir no solo mesmo após a decomposição dos microrganismos (Watson et al., 1994). Esta enzima catalisa a hidrólise da uréia em amônio e dióxido de carbono e sua atividade é proporcional à biomassa microbiana, que por sua vez depende da quantidade de matéria orgânica e do teor de água do solo. O amônio pode permanecer nesta forma como cátion trocável ou volatilizado na forma de amônia; também poderia servir como substrato para o processo de nitrificação ser transformado em nitrato. Assim, pelo menos por curtos períodos de tempo, a fertilização com uréia pode resultar na exposição simultânea de raízes de plantas à uréia, amônia e nitrato (Mérigout et al., 2008b).

Principalmente devido à volatilização de amônia e à lixiviação de nitrato, a rápida hidrólise da uréia levaria a uma diminuição da disponibilidade de N para nutrição de plantas e a uma menor eficiência de uso de fertilizantes de uréia (Zaman et al., 2008). Portanto, uma das estratégias mais utilizadas para reduzir as emissões de amônia do fertilizante de ureia é aplicar inibidores de urease. Além de retardar a hidrólise da uréia, essas moléculas permitem a difusão da uréia longe do local de aplicação, favorecendo a sua captação como uma molécula intacta pelas raízes das plantas.

O inibidor de urease do solo mais promissor e testado é o NBPT (nome comercial Agrotain®), cuja atividade está associada à conversão para sua forma oxidada (Watson, 2005). O NBPT é um análogo estrutural da uréia (Medina e Radel, 1988) atuando com inibição mista da atividade da urease (Km aumentado e Vmax diminuído; Juan et al., 2009). Cálculos dinâmicos moleculares mostraram que NBPT coordena ambos os átomos de níquel do sítio ativo da urease e liga o átomo de oxigênio do carbamato derivado da ureia (Manunza et al., 1999).

Não é incomum encontrar formulações de marketing contendo uréia em combinação com inibidor de urease (Watson, 2005). Evidências experimentais têm sido fornecidas mostrando que a atividade dos inibidores da urease pode ser afetada por fatores ambientais como pH (Hendrickson e Douglass, 1993), temperatura (Hendrickson e O'Connor, 1987), e umidade do solo (Sigunga et al., 2002; Clough et al., 2004).

Informações limitadas estão disponíveis sobre os efeitos fisiológicos do NBPT nas plantas (Watson e Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011). Tem sido relatado que algumas espécies apresentaram sintomas visíveis de toxicidade quando as plantas foram tratadas com uréia e NBPT com o desenvolvimento transitório de queimaduras de folhas e margens de folhas necróticas (Watson e Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Cruchaga et al. (2011) relataram que o NBPT é absorvido por raízes de ervilha e espinafre e translocado para as folhas; assim, o NBPT pode inibir a atividade da urease endógena das folhas e raízes (Watson e Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012). Além disso, a atividade da glutamina sintetase e o nível de aminoácidos são reduzidos na presença de NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Em conjunto, estes resultados mostraram que o inibidor de urease comprometia o uso de uréia como fonte de N para plantas, mas ainda há uma falta de conhecimento sobre os aspectos fisiológicos e moleculares dos efeitos da NBPT na aquisição dessa fonte de N.

O objetivo da pesquisa atual foi estudar os efeitos a curto prazo do NBPT sobre a capacidade das plantas de milho para adquirir uréia. Estudos anteriores do nosso grupo descreveram in vivo o sistema de transporte de alta afinidade da ureia em raízes de milho e mostraram que a ureia induz rapidamente sua aquisição (Zanin et al., 2014). Portanto, no presente trabalho a ação do NBPT foi estudada sobre a funcionalidade do componente indutível do sistema de influxo de alta afinidade. Dados fisiológicos foram apoiados pela análise de alterações na transcrição de genes conhecidos por serem modulados pela uréia.