近日，江(jiang)蘇大學(xué)研究人(ren)員在國(guó)際期(qi)刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一(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(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定冷(leng)凍凝膠的力學(xué)(xue)性能和(he)剛度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正(zheng)變得越來(lái)(lai)越有價(jià)(jia)值，因?yàn)闅夂?hou)變化(hua)和養(yǎng)分(fen)缺乏威脅著(zhe)農(nóng)作(zuo)物的生產(chǎn)(chan)力。我們利(li)用廢棄生物(wu)質(zhì)開(kāi)發(fā)了木質(zhì)(zhi)素衍生(sheng)的冷凍凝膠，以(yi)改善土(tu)壤養(yǎng)分(fen)、種子萌(meng)發(fā)、保水(shui)能力和(he)光合(he)色素水平。這些(xie)冷凍(dong)凝膠是通過(guò)(guo)在?20°C 下低溫聚(ju)合制備(bei)而成，使用(yong)了阿拉(la)伯樹(shù)膠(jiao)（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基吡(bi)咯烷酮，木質(zhì)(zhi)素濃度分別(bie)為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shí)設(shè)(she)置了對(duì)照組（NLC）。由(you)于其網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些冷(leng)凍凝膠表現(xiàn)(xian)出高(gao)熱穩(wěn)定(ding)性和超過(guò) 170% 的保(bao)水能力。羧基(ji)和羥基等官能(neng)團(tuán)增強(qiáng)(qiang)了養(yǎng)(yang)分吸收，加(jia)速了種子萌(meng)發(fā)和植物生長(zhǎng)(zhang)，角蛋(dan)白通過(guò)微生物(wu)降解(jie)提供了生物(wu)可利用(yong)的氨基酸。5 天后(hou)，冷凍凝膠處(chu)理顯著提高(gao)了早期發(fā)芽率(lv)（小麥(mai)、玉米和(he)油菜籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時(shí)提(ti)高了葉綠素（a、b 和(he)總量）、糖分和可(ke)溶性(xing)蛋白水平。處理(li)后的植株(zhu)葉片數(shù)量、株(zhu)高和根長(zhǎng)增加(jia)，與對(duì)照組相比(bi)，水分吸收提(ti)高了 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽(yan)分的(de)影響。與(yu) NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還顯著(zhu)提高了所有(you)作物的葉綠(lv)素色(se)素、可溶性(xing)糖和總(zong)蛋白含量。此外(wai)，冷凍凝膠在土(tu)壤中(zhong) 130 天后(hou)的生物降解(jie)率達(dá)到(dao) 33%，證實(shí)了(le)其環(huán)境(jing)相容性?？?zong)之，所開(kāi)發(fā)的(de)木質(zhì)(zhi)素基冷(leng)凍凝膠(jiao)是一(yi)種可持續(xù)、有效(xiao)的解(jie)決方案(an)，可提高農(nóng)(nong)業(yè)中的養(yǎng)分有(you)效性和抗(kang)逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢料(liao)重新利(li)用，以應(yīng)(ying)對(duì)氣候(hou)驅(qū)動(dòng)(dong)的作(zuo)物生產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究探(tan)究了力學(xué)(xue)性能的增強(qiáng)對(duì)(dui)木質(zhì)素基冷凍(dong)凝膠用于促(cu)進(jìn)植物生長(zhǎng)的(de)顯著影響(xiang)。通過(guò)(guo)改變木質(zhì)(zhi)素含量，對(duì)冷凍(dong)凝膠的機(jī)械壓(ya)縮特性進(jìn)行(xing)了優(yōu)化(hua)。在飽和吸水條(tiao)件下(xia)，對(duì)冷凍凝(ning)膠在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下進(jìn)(jin)行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能測(cè)試(shi)（下圖）。結(jié)果表明(ming)，應(yīng)力(li)強(qiáng)度(du)隨著木(mu)質(zhì)素濃度的提(ti)高和(he)施加壓力(li)的增大(da)而增加。具體而(er)言，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下，LbC2 所(suo)承受的(de)壓力達(dá)到 50 MPa，而(er)對(duì)照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著(zhe)其強(qiáng)度相(xiang)較于(yu)由細(xì)(xi)菌纖維素和明(ming)膠制成的(de)冷凍(dong)凝膠提高了(le)四倍。這些研(yan)究結(jié)果進(jìn)(jin)一步證(zheng)明較高(gao)的木質(zhì)素(su)濃度能顯著改(gai)善材料(liao)的力學(xué)(xue)性能和(he)剛度。

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