近日，江蘇大(da)學(xué)研究人(ren)員在國(guo)際期(qi)刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一區(qū)，影響(xiang)因子IF=7.7）發(fā)表了(le)題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性論文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員利(li)用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定冷(leng)凍凝膠的(de)力學(xué)(xue)性能(neng)和剛(gang)度。

可持續(xù)(xu)的木質(zhì)素基材(cai)料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正變(bian)得越來(lai)越有價(jià)值，因(yin)為氣候(hou)變化和養(yǎng)(yang)分缺(que)乏威(wei)脅著(zhe)農(nóng)作物(wu)的生(sheng)產(chǎn)力。我們利(li)用廢棄生物質(zhì)(zhi)開發(fā)了木(mu)質(zhì)素衍生的冷(leng)凍凝膠，以改善(shan)土壤養(yǎng)(yang)分、種子萌(meng)發(fā)、保水(shui)能力和光合色(se)素水(shui)平。這些冷(leng)凍凝膠是(shi)通過在?20°C 下低溫(wen)聚合(he)制備而(er)成，使用了阿拉(la)伯樹膠（GA）、角蛋(dan)白（K）和 N - 乙烯基(ji)吡咯烷酮，木(mu)質(zhì)素濃度分(fen)別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時(shí)設(shè)置了(le)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)出(chu)高熱穩(wěn)(wen)定性和超過(guo) 170% 的保水(shui)能力。羧基和(he)羥基(ji)等官能(neng)團(tuán)增(zeng)強(qiáng)了(le)養(yǎng)分吸收(shou)，加速了種子萌(meng)發(fā)和植(zhi)物生長，角(jiao)蛋白通(tong)過微(wei)生物降解提供(gong)了生物可(ke)利用的氨基(ji)酸。5 天后(hou)，冷凍凝膠處(chu)理顯著提(ti)高了早(zao)期發(fā)芽率(lv)（小麥、玉米和(he)油菜籽(zi)分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時(shí)(shi)提高了葉綠素(su)（a、b 和總量）、糖分(fen)和可溶(rong)性蛋白(bai)水平。處理后的(de)植株(zhu)葉片(pian)數(shù)量、株(zhu)高和根(gen)長增(zeng)加，與對(dui)照組相比(bi)，水分吸(xi)收提高了(le) 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽(yan)分的影響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著提高了所(suo)有作物(wu)的葉綠(lv)素色(se)素、可溶性糖(tang)和總蛋(dan)白含量(liang)。此外，冷(leng)凍凝膠(jiao)在土(tu)壤中 130 天后的生(sheng)物降解(jie)率達(dá)到 33%，證(zheng)實(shí)了其(qi)環(huán)境(jing)相容性。總之，所(suo)開發(fā)的木質(zhì)素(su)基冷凍凝膠是(shi)一種可(ke)持續(xù)、有效(xiao)的解決方案，可(ke)提高農(nóng)業(yè)(ye)中的養(yǎng)分(fen)有效性和(he)抗逆性，將(jiang)工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢(fei)料重新利(li)用，以應(yīng)對(dui)氣候(hou)驅(qū)動的(de)作物生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研究探究了(le)力學(xué)(xue)性能的(de)增強(qiáng)對木(mu)質(zhì)素基冷凍凝(ning)膠用于促進(jìn)植(zhi)物生長的顯(xian)著影響(xiang)。通過(guo)改變木質(zhì)素含(han)量，對冷凍凝(ning)膠的機(jī)(ji)械壓縮特性(xing)進(jìn)行了(le)優(yōu)化。在飽(bao)和吸水條件下(xia)，對冷凍(dong)凝膠在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下進(jìn)行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能測試（下(xia)圖）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強(qiáng)度(du)隨著木質(zhì)素濃(nong)度的提高和(he)施加壓力的增(zeng)大而增加。具體(ti)而言，在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，LbC2 所(suo)承受的(de)壓力達(dá)到 50 MPa，而對(dui)照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其強(qiáng)(qiang)度相較(jiao)于由(you)細(xì)菌(jun)纖維素(su)和明膠(jiao)制成(cheng)的冷凍凝膠提(ti)高了四(si)倍。這些研究結(jié)(jie)果進(jìn)(jin)一步證明(ming)較高的(de)木質(zhì)素濃度能(neng)顯著(zhu)改善材(cai)料的力學(xué)(xue)性能和(he)剛度。

參考(kao)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