近日，江(jiang)蘇大學研(yan)究人員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一區(qū)，影響(xiang)因子(zi)IF=7.7）發(fā)表了題為(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，研(yan)究人員利(li)用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定冷凍(dong)凝膠的力學性(xing)能和剛度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基材料(liao)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域(yu)正變得(de)越來越有(you)價值，因為(wei)氣候變化和養(yǎng)(yang)分缺(que)乏威脅著(zhe)農(nóng)作物的生產(chǎn)(chan)力。我們利(li)用廢棄生(sheng)物質(zhì)開發(fā)了木(mu)質(zhì)素衍生的冷(leng)凍凝(ning)膠，以改善(shan)土壤養(yǎng)分(fen)、種子(zi)萌發(fā)(fa)、保水(shui)能力和光合色(se)素水平(ping)。這些冷凍(dong)凝膠是通過在(zai)?20°C 下低溫(wen)聚合制備而(er)成，使用了(le)阿拉伯樹膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和(he) N - 乙烯基(ji)吡咯烷酮，木(mu)質(zhì)素(su)濃度分別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設(shè)置了(le)對照組(zu)（NLC）。由于其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)，這些(xie)冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)出高熱(re)穩(wěn)定(ding)性和(he)超過(guo) 170% 的保水能力。羧(suo)基和羥基(ji)等官(guan)能團增強(qiang)了養(yǎng)(yang)分吸收，加(jia)速了種子萌發(fā)(fa)和植物生長(zhang)，角蛋(dan)白通過微生(sheng)物降解(jie)提供了生(sheng)物可(ke)利用(yong)的氨基酸。5 天(tian)后，冷凍凝(ning)膠處理顯(xian)著提高了早(zao)期發(fā)芽率(lv)（小麥、玉米和油(you)菜籽分(fen)別為 100%、100% 和(he) 99%），同時提高了葉(ye)綠素(su)（a、b 和總量(liang)）、糖分和(he)可溶性蛋(dan)白水平。處理后(hou)的植株(zhu)葉片(pian)數(shù)量、株高(gao)和根長(zhang)增加，與(yu)對照組相(xiang)比，水分吸(xi)收提高(gao)了 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽分(fen)的影響。與 NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還顯著提高(gao)了所(suo)有作物的(de)葉綠素色素、可(ke)溶性糖(tang)和總蛋白含量(liang)。此外，冷凍(dong)凝膠在土壤中(zhong) 130 天后的生物(wu)降解率(lv)達到 33%，證實了其(qi)環(huán)境相容性(xing)。總之，所開(kai)發(fā)的(de)木質(zhì)(zhi)素基冷(leng)凍凝膠是(shi)一種可持(chi)續(xù)、有(you)效的解決方(fang)案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)(ye)中的(de)養(yǎng)分有效性和(he)抗逆性(xing)，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢(fei)料重新利用，以(yi)應(yīng)對氣候驅(qū)動(dong)的作物(wu)生產(chǎn)挑戰(zhàn)(zhan)。

該研(yan)究探究了力學(xue)性能的(de)增強對木質(zhì)(zhi)素基(ji)冷凍凝膠用(yong)于促進植物(wu)生長的顯著(zhu)影響(xiang)。通過(guo)改變木質(zhì)素(su)含量(liang)，對冷凍凝(ning)膠的機械壓縮(suo)特性進行(xing)了優(yōu)化。在飽和(he)吸水條件下(xia)，對冷凍凝膠在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下進行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能(neng)測試（下圖）。結(jié)果(guo)表明(ming)，應(yīng)力強度(du)隨著(zhe)木質(zhì)素(su)濃度的提高(gao)和施(shi)加壓力(li)的增大而(er)增加。具(ju)體而言，在 80% 的壓(ya)縮應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承受的(de)壓力達到 50 MPa，而(er)對照(zhao)組（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其強(qiang)度相較于由(you)細菌纖維(wei)素和明膠制成(cheng)的冷凍凝膠(jiao)提高了四(si)倍。這些研究(jiu)結(jié)果進(jin)一步(bu)證明較高的木(mu)質(zhì)素濃(nong)度能顯著改(gai)善材料的(de)力學性能(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