Urease inhibition using a watercress extract. Process optimization for agriculture application.

Stosowanie nawozów mineralnych jest nieodłącznym elementem współczesnego rolnictwa, jednak wiąże się z ryzykiem wprowadzenia do gleb nadmiernej ilości azotu amonowego, powstającego w procesie hydrolizy mocznika, z udziałem ureazy glebowej. Aby temu zapobiec, stosuje się inhibitory ureazy, jednak brak jest komercyjnie dostępnych naturalnych inhibitorów. Metanotiosulfinian-S-metylu powstaje w uszkodzonych komórkach rukwi wodnej (Nasturtium officinale). Poprzednie badania potwierdzają jego wysoką skuteczność w inhibicji ureazy glebowej. Podjęto się próby wstępnej optymalizacji procesu inhibicji z wykorzystaniem ekstraktu. Stężenie tiosulfinianów dla używanego ekstraktu oznaczono przy pomocy metody cysteinowej (metody Hana). Wyniosło ono (0,86 ± 0,22) mM. Następnie, przy pomocy zmodyfikowanej metody Berthelota oznaczano powstały poprzez hydrolizę mocznika azot amonowy badanych próbek glebowych. Poziom inhibicji w próbkach inkubowanych z ekstraktem był zdefiniowany jako różnica w aktywności ureazy glebowej między próbką inhibitowaną i nieinhibitowaną, wyrażona w procentach. Badano szerokie przedziały czasu inkubacji gleby z ekstraktem, temperatury inkubacji oraz pH środowiska. Porównując uzyskane dane, wyznaczono kolejno optymalne parametry stosowania ekstraktu: 7 dni inkubacji, w temperaturze 30°C, przy pH 7,6. Poziom inhibicji ureazy wahał się pomiędzy 57,96% ± 14,78% a 80,35% ± 6,62%. Zastosowane warunki pozwoliły osiągnąć efekt podobny jak dla inhibitora referencyjnego NBPT, dla którego poziom inhibicji podaje się na poziomie 50-80%. Na tej podstawie można stwierdzić, że tiosulfiniany są obiecującym zamiennikiem dla inhibitorów syntetycznych, a zastosowane warunki wystarczające do skutecznej inhibicji ureazy. Badania stanowią wstęp do praktycznego zastosowania ekstraktu z rukwi wodnej i powinny być kontynuowane z wykorzystaniem roślin uprawnych i nawozów komercyjnych.

Mineral fertilizers' use is an integral part of present-day agriculture, however it is linked to the risk of introducing into soil excess ammonium nitrogen, which is formed in the process of urea hydrolysis by urease. To prevent it urease's inhibitors are used, however there is a lack of commercially available natural inhibitors. Methyl methanethiosulfinate is formed in crushed cells of watercress's tissue (Nasturtium officinale). Previous research proved its high efficiency in urease inhibition. An attempt was made to initially optimize the process of urease inhibition by watercress extract. Concentration of thiosulfinates in the extract was determined using the Han's method. The concentration was (0,86 ± 0,22) mM. Next, using Berthelot's method ammonium nitrogen formed in urea hydrolysis was determined for tested soil samples. Inhibition level was defined as percent of difference between non-inhibited sample and inhibited sample. A wide range of soil with the extract incubation time, incubation temperature and incubation pH was tested. Comparing obtained data, the following optimal parameters were determined: 7 days incubation, temperature 30°C and pH 7,6. The inhibition level ranged between 57,96% ± 14,78% and 80,35% ± 6,62%. Used conditions allowed to obtain a similar effect to reference inhibitor NBPT, which inhibition level is given as 50-80%. On the basis of this it can be concluded that thiosulfinates are a promising replacement for synthetic inhibitors, and used conditions were sufficient for effective urease inhibition. The research is an introduction to practical application of watercress extract and should be continued with crops and commercial fertilizers.