Ta en tur ner i jorden under ett fält av grödor. Du hittar inte bara smuts, vatten, och läskiga-krypningar. Du hittar också reaktioner som påminner dig om gymnasiets kemilab.

Många forskare studerar reaktionerna mellan grundämnen och föreningar i jorden, speciellt för att vissa, som kväve, krävs av växter för att växa. Kväve tillsätts ofta jorden som gödningsmedel. Dock, inte allt tillsatt kväve kan användas av växter.

Den sammansatta urea är för närvarande det mest populära kvävejordgödselmedlet. Det är ett sätt att få växter det kväve de behöver för att växa. Även om kvävet i urea inte kan användas direkt av växter, när urea väl finns i jorden genomgår den en kemisk reaktion som producerar ammonium, en kväverik förening som därmed blir tillgänglig för växtnäring. Katalysatorn som är ansvarig för denna reaktion är ett enzym som kallas ureas. Detta enzym produceras av mikroorganismer i jorden.

Det finns bara ett problem med ureas:det fungerar för bra!

"Reaktionerna som urea genomgår är alldeles för snabba, på grund av inverkan av ureas, " säger Stefano Ciurli. Ciurli är professor i kemi vid institutionen för farmaci och bioteknik vid universitetet i Bologna, Italien. "Ureas påskyndar bildningen av kvävehaltiga föreningar som snabbt försvinner i miljön istället för att absorberas av växter."

Att kontrollera hur snabbt ureaset påskyndar processen är viktigt för att hjälpa växter att få i sig så mycket kväve som möjligt. Detta görs vanligtvis genom att modifiera ureagödselmedlet för att minska ureasaktiviteten. Ciurli och hans team studerar dessa tekniker. De försökte bevisa om beläggning av ureagödselgranulerna med en specifik förening - malein-itakoniska polymerer (MIPs) - skulle hjälpa till med detta. Tidigare studier hade hävdat att det inte hade någon effekt.

Det de hittade var att vid vissa nivåer av jordens surhet, deras förening var bra på att bromsa ureas. De fann att deras förening var bra jämfört med en annan som användes för detta ändamål, N-(n-butyl)-tiofosfortriamid (NBPT). Dock, denna andra förening har visat sig ha vissa negativa effekter på grödor förutom att den ingår i växter och jordorganismer.

Forskningsresultaten tyder på att bönder kan ha ett val, beroende på deras jords surhet.

"För bönder som redan använder föreningen vi testade, denna studie berättar för dem varför kemikalien är effektiv, " säger Ciurli. "De som har avskräckts från att använda det eftersom de inte trodde att det fungerade kan nu utforska fördelarna med det jämfört med andra kemikalier som finns på marknaden."

Vad hindrar växterna från att kunna ta upp urean i första hand? Vad gör ett näringsämne otillgängligt för växten?

"Växter kan bara absorbera näringsämnen genom sina rötter om kemikalien är löslig i vattnet som finns i jorden, " Ciurli förklarar. "Växter har inte tänder att tugga på jord; de har bara rötter som nästan passivt kan absorbera det som "kommer förbi" dem."

I jorden, det kan finnas många former av kväve. Vissa är gaser och försvinner lätt ut i luften. Andra i jorden kan vara "klibbiga" eller inte klibbiga. De som inte är klibbiga, som nitrater, tas lätt upp av växter men sköljs också lätt bort från jorden till floder och sjöar. Deras överflöd där kan leda till algblomning och döda zoner.

Ciurli säger att ett av nästa steg i deras forskning är att utföra liknande studier i marken, eftersom denna studie gjordes i laboratoriet.

Arbetet har implikationer för växter såväl som Ciurlis andra passion, läkemedel för metallbaserade biologiska mål.

"Kunskapen om hur ureas fungerar, på molekylär/atomär nivå, är ett första steg för att utveckla ureashämmare för både jordbruksapplikationer och även för medicinska problem, " säger han. "Ureas är den viktigaste virulensfaktorn för en serie mikroorganismer som orsakar antibiotikaresistens, cancer, tuberkulos, plåga, och hjärnsjukdomar. Att känna till enzymets kemi kommer att bidra till kampen om den mänskliga rasen för dess överlevnad på denna planet. "