近日，江蘇大學(xué)(xue)研究人員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一區(qū)，影響(xiang)因子IF=7.7）發(fā)表(biao)了題為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性(xing)論文。在該(gai)論文(wen)中，研(yan)究人員利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測(ce)定冷(leng)凍凝(ning)膠的力(li)學(xué)性能和剛(gang)度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基材料在(zai)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域正(zheng)變得越來越有(you)價值(zhi)，因為氣候變(bian)化和養(yǎng)(yang)分缺乏(fa)威脅著(zhe)農(nóng)作物的(de)生產(chǎn)(chan)力。我們利(li)用廢棄生物質(zhì)(zhi)開發(fā)了木質(zhì)素(su)衍生的冷(leng)凍凝膠，以改善(shan)土壤(rang)養(yǎng)分(fen)、種子萌(meng)發(fā)、保水能(neng)力和光合色素(su)水平。這些冷(leng)凍凝膠是(shi)通過在?20°C 下低(di)溫聚合制(zhi)備而成，使用(yong)了阿拉伯(bo)樹膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和(he) N - 乙烯基吡咯烷(wan)酮，木(mu)質(zhì)素濃度分(fen)別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時設(shè)置(zhi)了對照組（NLC）。由(you)于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)(xian)出高熱穩(wěn)定性(xing)和超過 170% 的保水(shui)能力。羧基和羥(qiang)基等官能(neng)團增強(qiang)了養(yǎng)分吸(xi)收，加速了(le)種子(zi)萌發(fā)和植物(wu)生長(zhang)，角蛋白通過(guo)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(jiao)處理(li)顯著提(ti)高了(le)早期發(fā)芽(ya)率（小麥、玉米(mi)和油菜籽(zi)分別為(wei) 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)溶性蛋白水平(ping)。處理后的(de)植株(zhu)葉片數(shù)量(liang)、株高(gao)和根長(zhang)增加，與對照組(zu)相比，水(shui)分吸收提高(gao)了 98.4%，減輕了土壤(rang)鹽分(fen)的影響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和 LbC2 還顯著提(ti)高了所有作(zuo)物的(de)葉綠素色素、可(ke)溶性糖和總(zong)蛋白含量。此(ci)外，冷凍(dong)凝膠(jiao)在土(tu)壤中 130 天后的(de)生物降解率達(da)到 33%，證實了其(qi)環(huán)境相容性(xing)。總之，所開發(fā)(fa)的木質(zhì)素(su)基冷(leng)凍凝膠是一(yi)種可持續(xù)、有(you)效的解(jie)決方(fang)案，可(ke)提高農(nóng)(nong)業(yè)中的(de)養(yǎng)分有(you)效性和抗逆(ni)性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢料重(zhong)新利用，以應(yīng)(ying)對氣候驅(qū)(qu)動的作物(wu)生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研(yan)究探究(jiu)了力學(xué)性能的(de)增強對(dui)木質(zhì)(zhi)素基冷凍凝(ning)膠用于促進植(zhi)物生長的(de)顯著影響。通過(guo)改變木質(zhì)素(su)含量，對(dui)冷凍(dong)凝膠的機械壓(ya)縮特性進(jin)行了優(yōu)化。在(zai)飽和(he)吸水條件(jian)下，對冷(leng)凍凝膠在(zai) 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下進(jin)行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變性能(neng)測試（下圖）。結(jié)果(guo)表明，應(yīng)力(li)強度隨著(zhe)木質(zhì)素濃度(du)的提高和(he)施加壓力的增(zeng)大而增(zeng)加。具體而(er)言，在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下，LbC2 所承(cheng)受的壓(ya)力達(da)到 50 MPa，而對照(zhao)組（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其(qi)強度相較(jiao)于由細(xi)菌纖(xian)維素和(he)明膠制成的冷(leng)凍凝(ning)膠提高了四(si)倍。這些研究(jiu)結(jié)果進一步證(zheng)明較(jiao)高的木質(zhì)素(su)濃度能顯著(zhu)改善材料的(de)力學(xué)性能和剛(gang)度。

參考文(wen)獻：

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