Maak een reis naar beneden in de grond onder een veld met gewassen. Je zult niet alleen vuil vinden, water, en griezelige kruipers. Je zult ook reacties vinden die je doen denken aan het scheikundelab op de middelbare school.

Veel onderzoekers bestuderen de reacties van elementen en verbindingen in de bodem, vooral omdat sommige zoals stikstof, planten nodig hebben om te groeien. Stikstof wordt vaak als meststof aan de bodem toegevoegd. Echter, niet alle toegevoegde stikstof is bruikbaar voor planten.

De samengestelde ureum is momenteel de meest populaire stikstof bodemmeststof. Het is een manier om planten de stikstof te geven die ze nodig hebben om te groeien. Hoewel de stikstof in ureum niet direct bruikbaar is voor planten, zodra ureum in de bodem zit, ondergaat het een chemische reactie die ammonium produceert, een stikstofrijke verbinding die zo beschikbaar komt voor plantenvoeding. De katalysator die verantwoordelijk is voor deze reactie is een enzym dat urease wordt genoemd. Dit enzym wordt geproduceerd door micro-organismen in de bodem.

Er is maar één probleem met urease:het werkt te goed!

"De reacties die ureum ondergaat zijn veel te snel, door de werking van urease, ", zegt Stefano Ciurli. Ciurli is hoogleraar scheikunde aan de afdeling Farmacie en Biotechnologie van de Universiteit van Bologna, Italië. "Urease versnelt de vorming van stikstofhoudende verbindingen die snel in het milieu verdwijnen in plaats van door planten te worden opgenomen."

Bepalen hoe snel het urease het proces versnelt, is belangrijk om planten te helpen zoveel mogelijk stikstof te krijgen. Dit wordt meestal gedaan door de ureummeststof aan te passen om de urease-activiteit te verminderen. Ciurli en zijn team bestuderen deze technieken. Ze wilden bewijzen of het coaten van de ureummestkorrels met een specifieke verbinding - maleïnezuur-itaconische polymeren (MIP's) - hierbij zou helpen. Eerdere studies hadden betoogd dat het geen effect had.

Wat ze vonden was dat, op sommige niveaus van bodemzuurgraad, hun verbinding was goed in het vertragen van urease. Ze ontdekten dat hun verbinding goed te vergelijken was met een andere die voor dit doel werd gebruikt, N-(n-butyl)-thiofosfortriamide (NBPT). Echter, Van deze tweede verbinding is aangetoond dat deze enkele negatieve effecten heeft op gewassen, naast de opname in planten en bodemorganismen.

De onderzoeksresultaten suggereren dat boeren een keuze kunnen hebben, afhankelijk van de zuurgraad van hun grond.

"Voor boeren die de door ons geteste verbinding al gebruiken, deze studie vertelt hen waarom de chemische stof effectief is, " zegt Ciurli. "Degenen die ontmoedigd zijn om het te gebruiken omdat ze dachten dat het niet werkte, kunnen nu de voordelen ervan verkennen in vergelijking met andere chemicaliën die op de markt verkrijgbaar zijn."

Wat verhindert dat de planten het ureum überhaupt kunnen opnemen? Wat maakt een voedingsstof niet beschikbaar voor de plant?

"Planten kunnen alleen voedingsstoffen opnemen via hun wortels als de chemische stof oplosbaar is in het water in de bodem, " legt Ciurli uit. "Planten hebben geen tanden om op aarde te kauwen; ze hebben alleen wortels die bijna passief kunnen absorberen wat ze 'overkomen'."

In de bodem, er kunnen vele vormen van stikstof zijn. Sommige zijn gassen en gaan gemakkelijk in de lucht verloren. Anderen in de grond kunnen "plakkerig" of niet plakkerig zijn. Degenen die niet plakkerig zijn, zoals nitraten, worden gemakkelijk door planten opgenomen, maar worden ook gemakkelijk uit de grond weggespoeld in rivieren en meren. Hun overvloed daar kan leiden tot algenbloei en dode zones.

Ciurli zegt dat een van de volgende stappen in hun onderzoek gelijkaardige studies in de bodem is, aangezien dit onderzoek in het laboratorium is uitgevoerd.

Het werk heeft implicaties voor zowel planten als Ciurli's andere passie, geneesmiddelen voor op metalen gebaseerde biologische doelwitten.

"De kennis van hoe urease werkt, op moleculair/atomair niveau, is een eerste stap om ureaseremmers te ontwikkelen voor zowel agrarische toepassingen als ook voor medische vraagstukken, "zegt hij. "Urease is de belangrijkste virulentiefactor voor een reeks micro-organismen die antibioticaresistentie veroorzaken, kanker, tuberculose, pest, en hersenziekten. Het kennen van de chemie van dit enzym zal bijdragen aan de strijd van de mensheid om te overleven op deze planeet."