近日，江(jiang)蘇大學(xué)研究(jiu)人員在國(guó)際(ji)期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一(yi)區(qū)，影響因子(zi)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(yan)究性(xing)論文。在該論文中(zhong)，研究(jiu)人員利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定(ding)冷凍凝(ning)膠的力學(xué)性(xing)能和剛度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基(ji)材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正變(bian)得越來(lái)越有(you)價(jià)值，因?yàn)闅?qi)候變化和(he)養(yǎng)分缺(que)乏威脅著(zhe)農(nóng)作物(wu)的生(sheng)產(chǎn)力。我們利用(yong)廢棄生物(wu)質(zhì)開(kāi)發(fā)了木(mu)質(zhì)素(su)衍生的冷凍凝(ning)膠，以改(gai)善土壤養(yǎng)分(fen)、種子萌發(fā)、保水(shui)能力(li)和光合色素水(shui)平。這些冷凍(dong)凝膠(jiao)是通過(guò)在?20°C 下低(di)溫聚合制(zhi)備而成，使用(yong)了阿拉伯樹(shù)(shu)膠（GA）、角蛋(dan)白（K）和 N - 乙烯基(ji)吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)(zhi)素濃度(du)分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時(shí)設(shè)置了對(duì)(dui)照組(zu)（NLC）。由于(yu)其網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些冷(leng)凍凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)高熱穩(wěn)定性(xing)和超過(guò) 170% 的保(bao)水能力。羧(suo)基和羥(qiang)基等(deng)官能團(tuán)(tuan)增強(qiáng)(qiang)了養(yǎng)分吸收，加(jia)速了種子萌(meng)發(fā)和(he)植物生長(zhǎng)，角(jiao)蛋白通過(guò)微(wei)生物降解(jie)提供了生物可(ke)利用的(de)氨基酸(suan)。5 天后，冷凍凝(ning)膠處理顯著(zhu)提高(gao)了早期發(fā)(fa)芽率（小(xiao)麥、玉米和油菜(cai)籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時(shí)提高(gao)了葉(ye)綠素（a、b 和總量(liang)）、糖分和(he)可溶性蛋白(bai)水平(ping)。處理(li)后的植株(zhu)葉片數(shù)量(liang)、株高和根長(zhǎng)(zhang)增加(jia)，與對(duì)照組相(xiang)比，水分(fen)吸收提高了 98.4%，減(jian)輕了土(tu)壤鹽分的影響(xiang)。與 NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著提高(gao)了所有作(zuo)物的葉綠(lv)素色素、可(ke)溶性糖和總(zong)蛋白含量。此外(wai)，冷凍(dong)凝膠在土(tu)壤中 130 天后(hou)的生(sheng)物降解率(lv)達(dá)到 33%，證實(shí)了(le)其環(huán)境(jing)相容性?？傊?，所(suo)開(kāi)發(fā)的木(mu)質(zhì)素基冷凍凝(ning)膠是(shi)一種可持(chi)續(xù)、有效(xiao)的解決方(fang)案，可提高農(nóng)業(yè)(ye)中的養(yǎng)分有(you)效性和(he)抗逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢料重(zhong)新利(li)用，以(yi)應(yīng)對(duì)氣(qi)候驅(qū)動(dòng)的作物(wu)生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研(yan)究探究了力學(xué)(xue)性能的增強(qiáng)(qiang)對(duì)木(mu)質(zhì)素基冷(leng)凍凝(ning)膠用于促(cu)進(jìn)植(zhi)物生(sheng)長(zhǎng)的顯著影(ying)響。通(tong)過(guò)改(gai)變木質(zhì)素(su)含量(liang)，對(duì)冷凍(dong)凝膠的(de)機(jī)械壓(ya)縮特性進(jìn)行了(le)優(yōu)化。在飽和吸(xi)水條件下(xia)，對(duì)冷凍凝膠在(zai) 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下進(jìn)行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)變性能(neng)測(cè)試（下(xia)圖）。結(jié)(jie)果表明，應(yīng)力(li)強(qiáng)度(du)隨著木質(zhì)(zhi)素濃度(du)的提(ti)高和施加壓(ya)力的增大(da)而增加(jia)。具體(ti)而言(yan)，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下，LbC2 所(suo)承受的壓(ya)力達(dá)到(dao) 50 MPa，而對(duì)照組（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味著其(qi)強(qiáng)度相較(jiao)于由細(xì)(xi)菌纖維素(su)和明膠(jiao)制成的冷凍凝(ning)膠提高了(le)四倍。這(zhe)些研究結(jié)(jie)果進(jìn)一(yi)步證明(ming)較高(gao)的木質(zhì)素濃(nong)度能顯(xian)著改善材料的(de)力學(xué)(xue)性能和剛(gang)度。

參考文(wen)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