近日，江蘇大學(xue)研究(jiu)人員在國際(ji)期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)(qu)，影響(xiang)因子IF=7.7）發(fā)表了(le)題為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性論文。在該論(lun)文中(zhong)，研究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhi)構儀(yi)用于測(ce)定冷凍凝(ning)膠的力(li)學性能和剛度(du)。

可持(chi)續(xù)的(de)木質素基(ji)材料在農業(yè)(ye)領域(yu)正變得越來越(yue)有價值，因(yin)為氣(qi)候變化和養(yǎng)分(fen)缺乏威(wei)脅著農作物(wu)的生產力。我們(men)利用廢棄(qi)生物質開發(fā)(fa)了木質(zhi)素衍生的(de)冷凍(dong)凝膠，以改善(shan)土壤養(yǎng)分、種(zhong)子萌發(fā)、保水(shui)能力(li)和光合色素(su)水平。這些冷(leng)凍凝膠是通過(guo)在?20°C 下(xia)低溫聚合制(zhi)備而(er)成，使用了(le)阿拉伯樹膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙烯(xi)基吡咯烷酮(tong)，木質素濃度(du)分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時設置了(le)對照組（NLC）。由于(yu)其網(wǎng)絡(luo)結構，這些冷凍(dong)凝膠表現(xiàn)(xian)出高熱穩(wěn)(wen)定性和超過 170% 的(de)保水能力。羧(suo)基和羥基(ji)等官能團(tuan)增強了養(yǎng)(yang)分吸收，加速了(le)種子萌發(fā)和(he)植物生(sheng)長，角蛋白(bai)通過(guo)微生(sheng)物降解提供(gong)了生物(wu)可利用的(de)氨基酸。5 天后(hou)，冷凍凝膠處理(li)顯著(zhu)提高了早期(qi)發(fā)芽率（小(xiao)麥、玉米和(he)油菜籽分(fen)別為 100%、100% 和 99%），同時(shi)提高了葉綠素(su)（a、b 和總量）、糖分(fen)和可溶性蛋白(bai)水平(ping)。處理后的植(zhi)株葉片數(shù)量(liang)、株高和(he)根長增加，與(yu)對照組相比，水(shui)分吸收(shou)提高了 98.4%，減輕了(le)土壤鹽分(fen)的影響。與(yu) NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著提(ti)高了所有作物(wu)的葉綠素色素(su)、可溶(rong)性糖(tang)和總蛋白(bai)含量。此外(wai)，冷凍(dong)凝膠在土壤(rang)中 130 天后(hou)的生物降解率(lv)達到 33%，證實(shi)了其環(huán)(huan)境相容(rong)性?？傊_發(fā)(fa)的木質(zhi)素基冷凍凝(ning)膠是(shi)一種可持(chi)續(xù)、有效的(de)解決方案，可提(ti)高農業(yè)(ye)中的(de)養(yǎng)分(fen)有效性和抗逆(ni)性，將工(gong)業(yè)木質素廢料(liao)重新利用，以應(ying)對氣候驅動的(de)作物生產挑(tiao)戰(zhàn)。

該研究(jiu)探究了力學(xue)性能的增(zeng)強對木質(zhi)素基冷凍凝膠(jiao)用于促進植物(wu)生長(zhang)的顯著影(ying)響。通過改(gai)變木質素含量(liang)，對冷凍(dong)凝膠的機械(xie)壓縮(suo)特性進行了優(yōu)(you)化。在飽(bao)和吸水(shui)條件下，對冷凍(dong)凝膠(jiao)在 80% 的(de)壓縮應(ying)變下進(jin)行應(ying)力 - 應變性能(neng)測試（下(xia)圖）。結(jie)果表明，應(ying)力強度隨(sui)著木質(zhi)素濃(nong)度的提(ti)高和施(shi)加壓力(li)的增大而(er)增加。具體(ti)而言，在(zai) 80% 的壓(ya)縮應變(bian)下，LbC2 所(suo)承受的壓力達(da)到 50 MPa，而對照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著其強(qiang)度相較于由(you)細菌纖維(wei)素和明膠(jiao)制成的冷凍(dong)凝膠提高(gao)了四倍。這(zhe)些研究結果(guo)進一(yi)步證明較(jiao)高的木(mu)質素濃(nong)度能顯著改(gai)善材(cai)料的力學(xue)性能(neng)和剛度。

參考文獻：

Keyu Ma et al.?Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency.?International Journal of Biological Macromolecules. Doi:?10.1016/j.ijbiomac.2024.138613