inhibiteur d'enzymes d'urine NBPT

L'urée en tant qu'engrais azoté est l'engrais le plus important dans l'agriculture mondiale. Cependant, l'urée dans le sol est rapidement décomposée par l'enzyme uréase dans le sol pour décomposer une grande quantité de perte en azote et réduire l'efficacité d'utilisation de l'azote uréique. Dans le même temps, en raison de l'hydrolyse de l'urée, la concentration d'ammoniac dans le sol augmente. Ceci est toxique pour la germination des graines et des plantes. L'utilisation d'un inhibiteur d'enzyme urinaire pour inhiber l'hydrolyse de l'urée a été proposée comme l'une des méthodes importantes pour résoudre les problèmes ci-dessus. Les inhibiteurs d'enzymes urinaires peuvent augmenter l'efficacité de la fertilisation de surface (urée) en réduisant la décomposition de l'ammoniac pour la décomposer.

Les inhibiteurs d'enzymes urinaires NBPT présentent les caractéristiques suivantes: La NBPT a une activité inhibitrice des enzymes urinaires plus élevée dans les sols et les conditions climatiques courants. Le NBPT peut réduire le risque de toxicité des semences, réduire la volatilisation de l'ammoniac et augmenter considérablement le rendement des cultures et la teneur en protéines. NBPT n'a aucun effet néfaste sur les personnes, les cultures et les personnes qui consomment et consomment des cultures.

NBPT

Applications: Usines de chimie fine.
Conditions de production: Il doit y avoir de l’eau, de l’électricité, de la vapeur et d’autres installations de travaux publics.

Malgré l'utilisation répandue des inhibiteurs de l'uréase en agriculture, peu d'informations sont disponibles sur leurs effets sur l'absorption et l'assimilation de l'azote (N). L'objectif de ce travail était d'étudier, au niveau physiologique et transcriptionnel, les effets du triamide N- (n-butyl) thiophosphorique (NBPT) sur la nutrition en urée chez des plantes de maïs cultivées en culture hydroponique. La présence de NBPT dans la solution nutritive limitait la capacité des plantes à utiliser l'urée comme source d'azote; ceci a été démontré par une diminution du taux d'absorption d'urée et une accumulation de 15N. Il est à noter que ces effets négatifs ne se sont manifestés que lorsque les plantes ont été nourries à l'urée, car le NBPT n'a pas modifié l'accumulation de 15 N dans les plantes alimentées aux nitrates. La NBPT a également nui à la croissance des plantes d'Arabidopsis lorsque l'urée était utilisée comme source d'azote, tout en n'ayant aucun effet sur les plantes cultivées avec du nitrate ou de l'ammonium. Cette réponse était liée, au moins en partie, à un effet direct de NBPT sur le système de transport de l'urée à haute affinité. L'impact de NBPT sur l'absorption d'urée a ensuite été évalué à l'aide de lignées d'Arabidopsis surexprimant ZmDUR3 et dur3-knockout; les résultats suggèrent que l'inhibiteur pourrait compromettre non seulement le transport mais également l'assimilation de l'urée. Cette hypothèse a été renforcée par une sur-accumulation de l'urée et une diminution de la concentration en ammonium dans les plantes traitées au NBPT. De plus, les analyses transcriptionnelles ont montré que dans les racines de maïs NBPT le traitement a gravement compromis l'expression des gènes impliqués dans la voie cytosolique d'assimilation de l'urique-N et du transport de l'ammonium. La NBPT a également limité l'expression d'un gène codant pour un facteur de transcription fortement induit par l'urée et pouvant jouer un rôle crucial dans la régulation de son acquisition. Ces travaux fournissent la preuve que le NBPT peut fortement interférer avec la nutrition en urée chez les plants de maïs, limitant ainsi l'influx ainsi que la voie d'assimilation suivante.

introduction

L'urée est l'engrais azoté le plus utilisé dans le monde avec une quantité annuelle de plus de 50 millions de tonnes représentant plus de 50% de la consommation mondiale d'engrais azotés (International Fertilizer Industry Association, 2008). L’augmentation incroyable de l’utilisation d’engrais à base d’urée au cours des dernières décennies est principalement due à son prix compétitif et à sa teneur élevée en N (46% de la masse), qui permettent de réduire les coûts de transport et de distribution (Miller et Cramer, 2004).

Bien que des preuves expérimentales aient montré que les plantes étaient capables d’utiliser l’urée proprement dite lorsqu’elles étaient alimentées par application de feuilles (Wittwer et al., 1963; Nicolaud et Bloom, 1998; Witte et al., 2002), une pratique agronomique courante consiste à fournir de l’urée à la terre. cultures par fertilisation du sol. Outre l'utilisation de sources inorganiques d'azote, il a été démontré que les plantes, y compris les cultures, pouvaient absorber de l'urée intacte (pour un aperçu, voir Kraiser et al., 2011; Nacry et al., 2013). En particulier, les plantes de maïs possèdent des systèmes de transport transmembranaire dédiés dans les cellules des racines pour l'acquisition d'urée de haute et basse affinités, médiées par un transporteur DUR3 et des aquaporines, respectivement (Gaspar et al., 2003; Gu et al., 2012; Zanin et al., 2014; Liu et al., 2015; Yang et al., 2015).

Dans la solution de sol, la stabilité de l'urée dépend strictement de l'activité de l'uréase microbienne, une enzyme dépendante du nickel, exprimée de manière ubiquiste dans les micro-organismes et libérée dans le sol (Watson et al., 1994). De plus, l'activité de l'uréase peut persister dans le sol même après la décomposition des microorganismes (Watson et al., 1994). Cette enzyme catalyse l'hydrolyse de l'urée en ammonium et en dioxyde de carbone et son activité est proportionnelle à la biomasse microbienne, qui dépend elle-même de la quantité de matière organique et de la teneur en eau du sol. L'ammonium pourrait rester sous cette forme sous forme de cation échangeable ou se volatiliser sous forme d'ammoniac; il pourrait également servir de substrat au processus de nitrification transformé en nitrate. Ainsi, au moins pour de courtes périodes, la fertilisation à l'urée peut entraîner une exposition simultanée des racines des plantes à l'urée, à l'ammonium et au nitrate (Mérigout et al., 2008b).

En raison principalement de la volatilisation de l'ammoniac et de la lixiviation des nitrates, l'hydrolyse rapide de l'urée entraînerait une diminution de la disponibilité de N pour la nutrition des plantes et une utilisation moins efficace des engrais à base d'urée (Zaman et al., 2008). Ainsi, l'une des stratégies les plus utilisées pour réduire les émissions d'ammoniac provenant des engrais à base d'urée consiste à appliquer des inhibiteurs d'uréase. En plus de ralentir l'hydrolyse de l'urée, ces molécules permettent la diffusion de l'urée loin du site d'application, favorisant ainsi son absorption par les racines de la plante.

L'inhibiteur d'uréase du sol le plus prometteur et testé est le NBPT (nom commercial Agrotain®), dont l'activité est associée à la conversion en sa forme oxydée (Watson, 2005). La NBPT est un analogue structurel de l'urée (Medina et Radel, 1988) agissant avec une inhibition mixte de l'activité de l'uréase (augmentation de Km et diminution de Vmax; Juan et al., 2009). Les calculs dynamiques moléculaires ont montré que la NBPT coordonne les deux atomes de nickel du site actif de l'uréase et lie l'atome d'oxygène du carbamate dérivé de l'urée (Manunza et al., 1999).

Il n’est pas rare de trouver des formulations commerciales contenant de l’urée en association avec un inhibiteur de l’uréase (Watson, 2005). Des preuves expérimentales ont été fournies montrant que l'activité d'inhibiteurs de l'uréase pourrait être affectée par des facteurs environnementaux tels que le pH (Hendrickson et Douglass, 1993), la température (Hendrickson et O'Connor, 1987) et la teneur en humidité du sol (Sigunga et al., 1999). 2002; Clough et al., 2004).

Des informations limitées sont disponibles sur les effets physiologiques du NBPT sur les plantes (Watson et Miller, 1996; Cruchaga et al., 2011). Il a été rapporté que certaines espèces présentaient des symptômes de toxicité visibles lorsque les plantes étaient traitées avec de l'urée et du NBPT avec le développement transitoire de brûlures foliaires et de bords de feuille nécrotiques (Watson et Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 1997). 2011). Cruchaga et al. (2011) ont rapporté que le NBPT est absorbé par les racines de pois et d'épinards et transféré aux feuilles; ainsi, le NBPT peut éventuellement inhiber l'activité de l'uréase endogène de feuilles et de racines (Watson et Miller, 1996; Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011; Ariz et al., 2012). De plus, l'activité de la glutamine synthétase et le taux d'acides aminés sont réduits en présence de NBPT (Artola et al., 2011; Cruchaga et al., 2011). Globalement, ces résultats ont montré que l'inhibiteur de l'uréase compromettait l'utilisation de l'urée en tant que source d'azote pour les plantes, mais les aspects physiologiques et moléculaires des effets physiologiques et moléculaires des effets de la NBPT sur l'acquisition de cette source d'azote sont encore insuffisants.

L'objectif de la recherche actuelle était d'étudier les effets à court terme de la NBPT sur la capacité des plants de maïs à acquérir de l'urée. Des études antérieures de notre groupe ont décrit in vivo le système de transport à haute affinité de l'urée dans les racines de maïs et ont montré que l'urée induisait rapidement son acquisition (Zanin et al., 2014). Par conséquent, dans le présent travail, l’action de NBPT a été étudiée sur la fonctionnalité du composant inductible du système d’afflux à affinité élevée. Les données physiologiques ont été étayées par l’analyse des modifications de la transcription de gènes dont on sait qu’elles sont modulées par l’urée.