近日，江蘇大學(xué)(xue)研究人員(yuan)在國(guó)際期(qi)刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一(yi)區(qū)，影響因子IF=7.7）發(fā)(fa)表了題為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性論(lun)文。在該論文(wen)中，研(yan)究人員利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定冷(leng)凍凝膠的力學(xué)(xue)性能和(he)剛度。

可持續(xù)(xu)的木(mu)質(zhì)素基材料(liao)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域正(zheng)變得越來(lai)越有價(jià)值，因?yàn)?wei)氣候(hou)變化和養(yǎng)(yang)分缺乏(fa)威脅著農(nóng)作(zuo)物的生產(chǎn)力(li)。我們利(li)用廢棄(qi)生物質(zhì)開發(fā)(fa)了木質(zhì)素衍生(sheng)的冷凍(dong)凝膠，以(yi)改善土壤(rang)養(yǎng)分、種子(zi)萌發(fā)、保水能力(li)和光合(he)色素水平(ping)。這些冷凍凝(ning)膠是通過(guo)在?20°C 下低溫聚合(he)制備而成(cheng)，使用了(le)阿拉伯樹膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)(zhi)素濃(nong)度分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時(shí)設(shè)置了(le)對(duì)照組（NLC）。由(you)于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)高熱(re)穩(wěn)定(ding)性和超(chao)過 170% 的保水(shui)能力。羧基和(he)羥基等官能(neng)團(tuán)增強(qiáng)了養(yǎng)(yang)分吸收，加速(su)了種子(zi)萌發(fā)和植物(wu)生長(zhǎng)，角蛋白通(tong)過微生(sheng)物降解提供了(le)生物可(ke)利用的氨基酸(suan)。5 天后，冷凍凝(ning)膠處理(li)顯著提高(gao)了早期發(fā)(fa)芽率（小麥(mai)、玉米(mi)和油菜籽(zi)分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同(tong)時(shí)提(ti)高了葉(ye)綠素（a、b 和總(zong)量）、糖分和(he)可溶(rong)性蛋白水(shui)平。處理后的植(zhi)株葉片數(shù)量、株(zhu)高和根長(zhǎng)增(zeng)加，與對(duì)照組(zu)相比(bi)，水分吸(xi)收提高了 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽分的(de)影響。與(yu) NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還顯著提高(gao)了所有作物的(de)葉綠(lv)素色素(su)、可溶性糖和總(zong)蛋白(bai)含量。此外(wai)，冷凍凝膠(jiao)在土壤中 130 天(tian)后的生物降(jiang)解率達(dá)到 33%，證(zheng)實(shí)了(le)其環(huán)境相容性(xing)?？傊?，所開發(fā)(fa)的木(mu)質(zhì)素基(ji)冷凍凝(ning)膠是一(yi)種可(ke)持續(xù)、有(you)效的解決方案(an)，可提高農(nóng)業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分(fen)有效(xiao)性和抗逆(ni)性，將工(gong)業(yè)木質(zhì)素(su)廢料重新利(li)用，以應(yīng)(ying)對(duì)氣候驅(qū)(qu)動(dòng)的作物生(sheng)產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究探究(jiu)了力(li)學(xué)性能的增(zeng)強(qiáng)對(duì)木質(zhì)素基(ji)冷凍凝膠用(yong)于促進(jìn)(jin)植物生(sheng)長(zhǎng)的顯(xian)著影響。通(tong)過改變木質(zhì)(zhi)素含量(liang)，對(duì)冷凍凝膠的(de)機(jī)械壓(ya)縮特性進(jìn)行(xing)了優(yōu)(you)化。在飽和吸水(shui)條件下(xia)，對(duì)冷凍凝膠在(zai) 80% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變下進(jìn)行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)變性(xing)能測(cè)(ce)試（下圖(tu)）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強(qiáng)度(du)隨著木質(zhì)(zhi)素濃度(du)的提(ti)高和施加壓力(li)的增大而增加(jia)。具體而(er)言，在 80% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，LbC2 所承(cheng)受的壓力達(dá)(da)到 50 MPa，而對(duì)照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味(wei)著其強(qiáng)度相較(jiao)于由細(xì)(xi)菌纖維素和明(ming)膠制成的(de)冷凍凝(ning)膠提高了(le)四倍。這些研(yan)究結(jié)果進(jìn)一(yi)步證(zheng)明較高的木質(zhì)(zhi)素濃度能(neng)顯著改善材(cai)料的力學(xué)性能(neng)和剛度。

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