Fai un viaggio nel terreno sotto un campo di colture. Non troverai solo sporcizia, acqua, e raccapriccianti striscianti. Troverai anche reazioni che ti ricordano il laboratorio di chimica del liceo.

Molti ricercatori studiano le reazioni di elementi e composti nel suolo, soprattutto perché alcuni, come l'azoto, sono richiesti dalle piante per crescere. L'azoto viene spesso aggiunto al terreno come fertilizzante. Però, non tutto l'azoto aggiunto è utilizzabile dalle piante.

L'urea composta è attualmente il fertilizzante azotato più popolare. È un modo per fornire alle piante l'azoto di cui hanno bisogno per crescere. Sebbene l'azoto nell'urea non sia direttamente utilizzabile dalle piante, una volta che l'urea è nel terreno subisce una reazione chimica che produce ammonio, un composto ricco di azoto che diventa così disponibile per la nutrizione delle piante. Il catalizzatore responsabile di questa reazione è un enzima chiamato ureasi. Questo enzima è prodotto da microrganismi nel terreno.

C'è solo un problema con l'ureasi:funziona troppo bene!

"Le reazioni che subisce l'urea sono troppo veloci, a causa dell'azione dell'ureasi, " afferma Stefano Ciurli. Ciurli è professore ordinario di chimica presso il Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell'Università di Bologna, Italia. "L'ureasi accelera la formazione di composti contenenti azoto che si dissipano rapidamente nell'ambiente invece di essere assorbiti dalle piante".

Controllare la velocità con cui l'ureasi accelera il processo è importante per aiutare le piante a ottenere quanto più azoto possibile. Questo di solito viene fatto modificando il fertilizzante a base di urea per ridurre l'attività dell'ureasi. Ciurli e il suo team studiano queste tecniche. Hanno cercato di dimostrare se rivestire i granuli di fertilizzante urea con un composto specifico, i polimeri maleico-itaconici (MIP), avrebbe aiutato in questo. Studi precedenti avevano sostenuto che non aveva alcun effetto.

Quello che hanno scoperto è che, ad alcuni livelli di acidità del suolo, il loro composto era bravo a rallentare l'ureasi. Hanno scoperto che il loro composto si confrontava bene con un altro usato per questo scopo, N-(n-butil)-tiofosforico triammide (NBPT). Però, questo secondo composto ha dimostrato di avere alcuni effetti negativi sulle colture oltre ad essere incorporato nelle piante e negli organismi del suolo.

I risultati della ricerca suggeriscono che gli agricoltori possono avere una scelta, a seconda dell'acidità del loro suolo.

"Per gli agricoltori che già utilizzano il composto che abbiamo testato, questo studio dice loro perché la sostanza chimica è efficace, " Dice Ciurli. "Coloro che sono stati scoraggiati dall'utilizzarlo perché pensavano che non funzionasse possono ora esplorarne i vantaggi rispetto ad altri prodotti chimici disponibili sul mercato".

Cosa impedisce in primo luogo alle piante di assorbire l'urea? Cosa rende un nutriente non disponibile per la pianta?

"Le piante possono assorbire i nutrienti attraverso le loro radici solo se la sostanza chimica è solubile nell'acqua contenuta nel terreno, Spiega Ciurli. “Le piante non hanno denti per masticare il terreno; hanno solo radici che possono assorbire quasi passivamente ciò che "accade" loro."

Nel suolo, ci possono essere molte forme di azoto. Alcuni sono gas e si disperdono facilmente nell'aria. Altri nel terreno possono essere "appiccicosi" o non appiccicosi. Quelli che non sono appiccicosi, come i nitrati, sono facilmente assorbiti dalle piante ma anche facilmente dilavati dal suolo in fiumi e laghi. La loro abbondanza può portare a fioriture algali e zone morte.

Ciurli afferma che uno dei prossimi passi nella loro ricerca è condurre studi simili nel suolo, come questo studio è stato fatto in laboratorio.

Il lavoro ha implicazioni per le piante così come l'altra passione di Ciurli, prodotti farmaceutici per bersagli biologici a base di metalli.

"La conoscenza di come funziona l'ureasi, a livello molecolare/atomico, è un primo passo per sviluppare inibitori dell'ureasi sia per applicazioni agricole che per problemi medici, " dice. "L'ureasi è il fattore chiave di virulenza per una serie di microrganismi che causano resistenza agli antibiotici, cancro, tubercolosi, appestare, e malattie del cervello. Conoscere la chimica di questo enzima contribuirà alla battaglia della razza umana per la sua sopravvivenza su questo pianeta".