近日，江蘇大(da)學(xué)研究人員(yuan)在國(guó)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一區(qū)(qu)，影響因子(zi)IF=7.7）發(fā)表(biao)了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性論文(wen)。在該(gai)論文(wen)中，研究人員利(li)用上海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定冷凍(dong)凝膠的力學(xué)(xue)性能(neng)和剛(gang)度。

可持(chi)續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域(yu)正變得越來越(yue)有價(jià)值，因?yàn)?wei)氣候變化和(he)養(yǎng)分缺(que)乏威脅著農(nóng)作(zuo)物的生產(chǎn)力(li)。我們利用廢(fei)棄生物(wu)質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)素衍(yan)生的冷凍凝(ning)膠，以(yi)改善土(tu)壤養(yǎng)分(fen)、種子萌發(fā)、保水(shui)能力和光(guang)合色素(su)水平。這些冷(leng)凍凝(ning)膠是(shi)通過在?20°C 下低溫(wen)聚合制(zhi)備而成(cheng)，使用了阿拉伯(bo)樹膠（GA）、角蛋(dan)白（K）和 N - 乙烯(xi)基吡咯烷(wan)酮，木(mu)質(zhì)素濃(nong)度分別(bie)為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時(shí)設(shè)置了(le)對(duì)照組（NLC）。由于其(qi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷凍凝膠表(biao)現(xiàn)出高熱穩(wěn)定(ding)性和超過 170% 的保(bao)水能力。羧(suo)基和(he)羥基等(deng)官能團(tuán)增強(qiáng)了(le)養(yǎng)分吸收，加速(su)了種子萌發(fā)(fa)和植物生(sheng)長(zhǎng)，角蛋白通(tong)過微生物降(jiang)解提供了生物(wu)可利用(yong)的氨(an)基酸。5 天后(hou)，冷凍凝膠處(chu)理顯著(zhu)提高(gao)了早期發(fā)芽(ya)率（小麥、玉(yu)米和油菜籽(zi)分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時(shí)提高(gao)了葉綠素(su)（a、b 和總(zong)量）、糖分和可溶(rong)性蛋白(bai)水平。處理后的(de)植株葉片(pian)數(shù)量、株高和(he)根長(zhǎng)(zhang)增加，與對(duì)照(zhao)組相比，水分(fen)吸收提高(gao)了 98.4%，減輕了土壤(rang)鹽分的影響。與(yu) NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著提(ti)高了所有(you)作物的(de)葉綠素(su)色素、可溶(rong)性糖和(he)總蛋白含量(liang)。此外，冷凍凝(ning)膠在(zai)土壤(rang)中 130 天后的生物(wu)降解率達(dá)到(dao) 33%，證實(shí)了其環(huán)(huan)境相容性?？?zong)之，所開(kai)發(fā)的木(mu)質(zhì)素(su)基冷凍(dong)凝膠是一種(zhong)可持續(xù)、有(you)效的解決方(fang)案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的(de)養(yǎng)分(fen)有效性和(he)抗逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢料重(zhong)新利用，以應(yīng)對(duì)(dui)氣候驅(qū)動(dòng)(dong)的作物生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研究探(tan)究了(le)力學(xué)性能(neng)的增強(qiáng)對(duì)木(mu)質(zhì)素基冷(leng)凍凝膠用于促(cu)進(jìn)植物生長(zhǎng)的(de)顯著影(ying)響。通過改(gai)變木(mu)質(zhì)素含量(liang)，對(duì)冷凍(dong)凝膠的(de)機(jī)械壓縮(suo)特性進(jìn)行了(le)優(yōu)化(hua)。在飽和吸水條(tiao)件下，對(duì)(dui)冷凍凝膠(jiao)在 80% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變下進(jìn)行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)變性能(neng)測(cè)試（下圖）。結(jié)果(guo)表明，應(yīng)力(li)強(qiáng)度隨著木(mu)質(zhì)素濃度的提(ti)高和施加壓(ya)力的增(zeng)大而(er)增加。具體而(er)言，在 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下(xia)，LbC2 所承受的(de)壓力達(dá)(da)到 50 MPa，而對(duì)照(zhao)組（NLC）僅為 20 MPa。這意味著(zhe)其強(qiáng)度(du)相較于(yu)由細(xì)(xi)菌纖維素和明(ming)膠制成的冷(leng)凍凝膠提高(gao)了四倍。這(zhe)些研究結(jié)果(guo)進(jìn)一步證(zheng)明較高的木質(zhì)(zhi)素濃度能顯著(zhu)改善材料的力(li)學(xué)性(xing)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