近日，江蘇大學(xué)(xue)研究人員在(zai)國際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一(yi)區(qū)，影響因子IF=7.7）發(fā)(fa)表了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研(yan)究性論文。在該論文中(zhong)，研究人員利(li)用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定(ding)冷凍凝膠(jiao)的力學(xué)(xue)性能和(he)剛度(du)。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基(ji)材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域(yu)正變得(de)越來越有(you)價值，因(yin)為氣候(hou)變化和養(yǎng)分缺(que)乏威脅(xie)著農(nóng)作(zuo)物的生(sheng)產(chǎn)力。我們(men)利用廢棄(qi)生物質(zhì)開(kai)發(fā)了(le)木質(zhì)素衍(yan)生的冷凍凝(ning)膠，以改善土壤(rang)養(yǎng)分(fen)、種子萌發(fā)、保(bao)水能力和光合(he)色素水平。這(zhe)些冷凍凝膠是(shi)通過在?20°C 下(xia)低溫聚合制備(bei)而成，使用了(le)阿拉伯(bo)樹膠(jiao)（GA）、角蛋白(bai)（K）和 N - 乙烯(xi)基吡咯烷酮，木(mu)質(zhì)素濃(nong)度分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時設(shè)(she)置了對照(zhao)組（NLC）。由于其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)高熱穩(wěn)(wen)定性(xing)和超過 170% 的保水(shui)能力。羧(suo)基和羥基等官(guan)能團(tuán)增強(qiáng)(qiang)了養(yǎng)分吸(xi)收，加速(su)了種(zhong)子萌發(fā)和(he)植物(wu)生長，角蛋(dan)白通(tong)過微生物降(jiang)解提供(gong)了生物可(ke)利用的氨(an)基酸。5 天后，冷凍(dong)凝膠處理(li)顯著提(ti)高了早期(qi)發(fā)芽率（小(xiao)麥、玉(yu)米和油菜籽(zi)分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時(shi)提高了葉綠(lv)素（a、b 和總量(liang)）、糖分和可(ke)溶性蛋白(bai)水平。處理(li)后的植株葉(ye)片數(shù)量、株高和(he)根長(zhang)增加，與對(dui)照組(zu)相比，水分吸收(shou)提高了 98.4%，減輕了(le)土壤(rang)鹽分(fen)的影響。與 NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還顯著(zhu)提高了所(suo)有作物的葉(ye)綠素色素(su)、可溶性糖(tang)和總(zong)蛋白含量。此外(wai)，冷凍凝(ning)膠在土壤中 130 天(tian)后的生物降(jiang)解率(lv)達(dá)到 33%，證實(shi)了其(qi)環(huán)境相容性?？?zong)之，所開發(fā)(fa)的木(mu)質(zhì)素(su)基冷(leng)凍凝膠(jiao)是一種可(ke)持續(xù)(xu)、有效的(de)解決(jue)方案，可提高農(nóng)(nong)業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分(fen)有效(xiao)性和抗逆性(xing)，將工業(yè)木質(zhì)(zhi)素廢料重(zhong)新利用，以(yi)應(yīng)對氣候驅(qū)動(dong)的作(zuo)物生產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研(yan)究探(tan)究了力學(xué)性(xing)能的(de)增強(qiáng)對木質(zhì)(zhi)素基冷(leng)凍凝膠用于(yu)促進(jìn)植(zhi)物生(sheng)長的(de)顯著影響。通(tong)過改變(bian)木質(zhì)(zhi)素含量，對冷凍(dong)凝膠的機(jī)械(xie)壓縮特(te)性進(jìn)行了優(yōu)化(hua)。在飽和吸(xi)水條件下，對(dui)冷凍(dong)凝膠(jiao)在 80% 的壓(ya)縮應(yīng)變下進(jìn)(jin)行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能測試（下(xia)圖）。結(jié)果(guo)表明，應(yīng)力強(qiáng)度(du)隨著木質(zhì)(zhi)素濃(nong)度的提(ti)高和施(shi)加壓力(li)的增(zeng)大而增(zeng)加。具(ju)體而言，在(zai) 80% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，LbC2 所(suo)承受的壓力達(dá)(da)到 50 MPa，而對照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意(yi)味著(zhe)其強(qiáng)(qiang)度相(xiang)較于由細(xì)菌纖(xian)維素和(he)明膠(jiao)制成(cheng)的冷凍凝(ning)膠提高了四(si)倍。這些(xie)研究結(jié)果進(jìn)(jin)一步(bu)證明較高的(de)木質(zhì)素濃度(du)能顯著改善材(cai)料的力學(xué)(xue)性能和剛(gang)度。

參考文(wen)獻(xiàn)：

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