近日，江(jiang)蘇大(da)學(xué)研究(jiu)人員在國際期(qi)刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)(qu)，影響因子IF=7.7）發(fā)表(biao)了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研(yan)究性論文(wen)。在該論(lun)文中，研究人員(yuan)利用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測定冷凍(dong)凝膠的力學(xué)性(xing)能和剛度。

可持續(xù)(xu)的木(mu)質(zhì)素基(ji)材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變得越來(lai)越有價(jià)值(zhi)，因?yàn)闅夂蜃兓?hua)和養(yǎng)分缺乏(fa)威脅(xie)著農(nóng)作物的(de)生產(chǎn)力(li)。我們(men)利用(yong)廢棄生(sheng)物質(zhì)(zhi)開發(fā)了木(mu)質(zhì)素衍生(sheng)的冷凍凝(ning)膠，以改(gai)善土壤(rang)養(yǎng)分、種子萌(meng)發(fā)、保水能力和(he)光合色(se)素水平。這些冷(leng)凍凝(ning)膠是(shi)通過在?20°C 下低溫(wen)聚合制(zhi)備而成，使用了(le)阿拉伯樹(shu)膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙烯基(ji)吡咯烷酮，木(mu)質(zhì)素(su)濃度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shí)設(shè)置了(le)對照組(zu)（NLC）。由于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)，這些(xie)冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)出高熱(re)穩(wěn)定性和超(chao)過 170% 的(de)保水能(neng)力。羧基和羥基(ji)等官能團(tuán)(tuan)增強(qiáng)了養(yǎng)(yang)分吸收，加(jia)速了種(zhong)子萌發(fā)和植物(wu)生長(zhang)，角蛋白(bai)通過微生物降(jiang)解提供了(le)生物可利(li)用的氨基(ji)酸。5 天后(hou)，冷凍(dong)凝膠處理顯(xian)著提高了早期(qi)發(fā)芽率（小麥(mai)、玉米和(he)油菜籽(zi)分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時(shí)提高了(le)葉綠素（a、b 和總量(liang)）、糖分和可溶性(xing)蛋白水平。處(chu)理后的植株(zhu)葉片數(shù)量、株高(gao)和根長增加，與(yu)對照(zhao)組相比，水分吸(xi)收提高了 98.4%，減(jian)輕了土壤鹽(yan)分的影響。與(yu) NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯著(zhu)提高了所有作(zuo)物的葉綠素色(se)素、可溶性糖和(he)總蛋(dan)白含(han)量。此(ci)外，冷凍凝膠(jiao)在土壤中(zhong) 130 天后的(de)生物(wu)降解(jie)率達(dá)到 33%，證實(shí)了(le)其環(huán)(huan)境相容性。總(zong)之，所(suo)開發(fā)的木質(zhì)素(su)基冷凍(dong)凝膠(jiao)是一種可(ke)持續(xù)、有效的(de)解決方案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分有效(xiao)性和抗逆性(xing)，將工業(yè)木(mu)質(zhì)素廢料(liao)重新利(li)用，以(yi)應(yīng)對氣候(hou)驅(qū)動(dòng)的作物(wu)生產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研(yan)究探究了力(li)學(xué)性能的增(zeng)強(qiáng)對木質(zhì)素基(ji)冷凍凝膠用于(yu)促進(jìn)植(zhi)物生長的(de)顯著影響。通(tong)過改變木質(zhì)素(su)含量，對冷凍(dong)凝膠的機(jī)(ji)械壓縮特(te)性進(jìn)行(xing)了優(yōu)化。在(zai)飽和吸(xi)水條件下，對冷(leng)凍凝膠(jiao)在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下進(jìn)行應(yīng)(ying)力 - 應(yīng)(ying)變性能測(ce)試（下圖）。結(jié)(jie)果表明，應(yīng)(ying)力強(qiáng)度隨著(zhe)木質(zhì)素(su)濃度的(de)提高和(he)施加壓(ya)力的增(zeng)大而增加(jia)。具體而言(yan)，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承受的壓力(li)達(dá)到(dao) 50 MPa，而對照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意(yi)味著(zhe)其強(qiáng)度相較(jiao)于由細(xì)(xi)菌纖維(wei)素和明膠制成(cheng)的冷凍(dong)凝膠(jiao)提高了四(si)倍。這些研究結(jié)(jie)果進(jìn)(jin)一步證(zheng)明較高的木(mu)質(zhì)素濃度(du)能顯著改(gai)善材料的力(li)學(xué)性能和剛(gang)度。

參考文獻(xiàn)(xian)：

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