近日，江(jiang)蘇大學(xué)(xue)研究人員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院(yuan)一區(qū)，影響因子(zi)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"的研究性論文(wen)。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定冷凍(dong)凝膠(jiao)的力學(xué)性(xing)能和剛度。

可持續(xù)(xu)的木質(zhì)(zhi)素基材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正(zheng)變得越來越(yue)有價值，因?yàn)?wei)氣候變化和(he)養(yǎng)分缺乏威(wei)脅著農(nóng)作物的(de)生產(chǎn)力。我們(men)利用廢棄生物(wu)質(zhì)開(kai)發(fā)了木(mu)質(zhì)素衍生的冷(leng)凍凝(ning)膠，以改善土(tu)壤養(yǎng)(yang)分、種子萌發(fā)(fa)、保水能(neng)力和(he)光合色素(su)水平(ping)。這些冷凍(dong)凝膠是通過在(zai)?20°C 下低溫聚(ju)合制備而(er)成，使用了阿(a)拉伯樹膠(jiao)（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基(ji)吡咯(ge)烷酮，木質(zhì)素(su)濃度分(fen)別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時設(shè)置了對照(zhao)組（NLC）。由于其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷凍凝膠(jiao)表現(xiàn)出高(gao)熱穩(wěn)定(ding)性和超(chao)過 170% 的保水能(neng)力。羧基和羥(qiang)基等官(guan)能團(tuán)增強(qiáng)(qiang)了養(yǎng)分(fen)吸收，加速了種(zhong)子萌發(fā)和(he)植物(wu)生長，角蛋白通(tong)過微生物降解(jie)提供了生(sheng)物可利用的(de)氨基酸。5 天后(hou)，冷凍凝膠處(chu)理顯著(zhu)提高了早期(qi)發(fā)芽率（小(xiao)麥、玉米和油(you)菜籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時提高(gao)了葉綠素(su)（a、b 和總量）、糖(tang)分和可溶性(xing)蛋白(bai)水平。處理后的(de)植株葉(ye)片數(shù)量、株(zhu)高和根長增加(jia)，與對照組相(xiang)比，水分吸收提(ti)高了 98.4%，減輕了土(tu)壤鹽分的(de)影響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和(he) LbC2 還顯著提(ti)高了所(suo)有作(zuo)物的葉綠素色(se)素、可溶性糖(tang)和總蛋(dan)白含量。此(ci)外，冷凍(dong)凝膠在土(tu)壤中 130 天后的生(sheng)物降解(jie)率達(dá)(da)到 33%，證實(shí)(shi)了其環(huán)(huan)境相(xiang)容性(xing)。總之，所(suo)開發(fā)(fa)的木質(zhì)素(su)基冷凍凝膠(jiao)是一種可(ke)持續(xù)、有效(xiao)的解決方案，可(ke)提高農(nóng)(nong)業(yè)中的養(yǎng)分有(you)效性和抗逆(ni)性，將工業(yè)木(mu)質(zhì)素廢(fei)料重新(xin)利用，以(yi)應(yīng)對氣候驅(qū)動(dong)的作(zuo)物生(sheng)產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研(yan)究探究了力(li)學(xué)性能的(de)增強(qiáng)對木(mu)質(zhì)素基冷凍(dong)凝膠用于(yu)促進(jìn)植物生長(zhang)的顯著影響。通(tong)過改變木質(zhì)(zhi)素含量，對(dui)冷凍凝膠的(de)機(jī)械(xie)壓縮特性(xing)進(jìn)行了優(yōu)(you)化。在飽和吸(xi)水條(tiao)件下，對冷(leng)凍凝膠(jiao)在 80% 的(de)壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下進(jìn)行應(yīng)(ying)力 - 應(yīng)(ying)變性能測試(shi)（下圖）。結(jié)果表(biao)明，應(yīng)力強(qiáng)(qiang)度隨著木(mu)質(zhì)素(su)濃度的提(ti)高和施加壓(ya)力的(de)增大而增加。具(ju)體而言(yan)，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)(ying)變下，LbC2 所承(cheng)受的(de)壓力達(dá)到 50 MPa，而(er)對照組（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味著(zhe)其強(qiáng)度相較于(yu)由細(xì)菌纖維素(su)和明膠(jiao)制成的冷(leng)凍凝膠提(ti)高了(le)四倍。這些研(yan)究結(jié)(jie)果進(jìn)(jin)一步證明(ming)較高的木質(zhì)素(su)濃度能(neng)顯著改善材料(liao)的力學(xué)性(xing)能和剛度。

參考文獻(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