近日，江蘇大(da)學(xué)研究(jiu)人員(yuan)在國際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一區(qū)，影(ying)響因(yin)子IF=7.7）發(fā)表了題為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究人員利(li)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于(yu)測定冷凍凝(ning)膠的力(li)學(xué)性(xing)能和剛(gang)度。

可持續(xù)的(de)木質(zhì)(zhi)素基材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正變(bian)得越來越有價(jia)值，因為(wei)氣候變(bian)化和養(yǎng)分(fen)缺乏威脅著(zhe)農(nóng)作物(wu)的生產(chǎn)力。我們(men)利用廢棄生物(wu)質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)素衍生(sheng)的冷凍凝膠(jiao)，以改善(shan)土壤養(yǎng)分、種子(zi)萌發(fā)、保水(shui)能力和光合色(se)素水平(ping)。這些冷凍凝(ning)膠是通過(guo)在?20°C 下低(di)溫聚(ju)合制備而成(cheng)，使用了阿(a)拉伯樹(shu)膠（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基吡咯烷酮(tong)，木質(zhì)(zhi)素濃(nong)度分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時設(shè)置了對(dui)照組（NLC）。由(you)于其(qi)網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)，這些冷凍(dong)凝膠表現(xiàn)出高(gao)熱穩(wěn)定性和超(chao)過 170% 的保水能(neng)力。羧基和羥基(ji)等官能團(tuan)增強了養(yǎng)(yang)分吸收，加(jia)速了種子萌(meng)發(fā)和植物生長(zhang)，角蛋白通過微(wei)生物降解提供(gong)了生物可利(li)用的氨基(ji)酸。5 天后，冷(leng)凍凝膠處理(li)顯著(zhu)提高了(le)早期發(fā)(fa)芽率（小麥、玉(yu)米和(he)油菜籽分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時提高了(le)葉綠素（a、b 和總量(liang)）、糖分和可(ke)溶性(xing)蛋白水(shui)平。處理后(hou)的植株葉(ye)片數(shù)量、株高和(he)根長增加(jia)，與對照組相(xiang)比，水分吸收提(ti)高了 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽(yan)分的影響(xiang)。與 NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提高了所有(you)作物的葉(ye)綠素(su)色素、可(ke)溶性(xing)糖和總(zong)蛋白含量。此(ci)外，冷凍(dong)凝膠在土壤中(zhong) 130 天后的生物(wu)降解率(lv)達(dá)到 33%，證實(shi)了其環(huán)境相容(rong)性。總之，所開(kai)發(fā)的木質(zhì)素基(ji)冷凍(dong)凝膠是一種(zhong)可持續(xù)、有效的(de)解決方案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分有(you)效性和抗逆性(xing)，將工業(yè)木質(zhì)素(su)廢料重(zhong)新利用，以應(yīng)對(dui)氣候驅(qū)動(dong)的作物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)。

該研究探究(jiu)了力學(xué)性能的(de)增強對木質(zhì)(zhi)素基冷凍凝膠(jiao)用于促進植物(wu)生長的顯著(zhu)影響。通過改(gai)變木質(zhì)素含(han)量，對冷(leng)凍凝膠的機械(xie)壓縮特性(xing)進行(xing)了優(yōu)化(hua)。在飽(bao)和吸水(shui)條件下，對(dui)冷凍凝膠在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下進(jin)行應(yīng)(ying)力 - 應(yīng)變性能(neng)測試（下圖(tu)）。結(jié)果表(biao)明，應(yīng)(ying)力強度隨著(zhe)木質(zhì)素濃(nong)度的提高(gao)和施(shi)加壓力的增(zeng)大而增加。具體(ti)而言，在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下，LbC2 所承受的(de)壓力達(dá)到(dao) 50 MPa，而對照組（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味著其強(qiang)度相較于由細(xì)(xi)菌纖(xian)維素(su)和明膠制成(cheng)的冷凍(dong)凝膠提高(gao)了四倍。這(zhe)些研(yan)究結(jié)果進一(yi)步證明較高(gao)的木質(zhì)素(su)濃度能顯著改(gai)善材料的(de)力學(xué)性能和剛(gang)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