近日，江蘇大(da)學研究人員(yuan)在國(guo)際期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)(qu)，影響因(yin)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"的研究性(xing)論文。在該論文(wen)中，研究人員利(li)用上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測定冷(leng)凍凝膠的(de)力學性(xing)能和剛度。

可持續(xù)的(de)木質(zhì)素基材料(liao)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域(yu)正變得越來越(yue)有價值(zhi)，因為氣候變(bian)化和養(yǎng)分(fen)缺乏(fa)威脅著農(nóng)作物(wu)的生(sheng)產(chǎn)力。我們利(li)用廢棄(qi)生物質(zhì)開(kai)發(fā)了(le)木質(zhì)素衍(yan)生的冷凍(dong)凝膠，以(yi)改善(shan)土壤(rang)養(yǎng)分、種子萌發(fā)(fa)、保水能力(li)和光合色(se)素水(shui)平。這些冷凍(dong)凝膠是通過(guo)在?20°C 下(xia)低溫聚合制備(bei)而成，使用了阿(a)拉伯樹(shu)膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和(he) N - 乙烯(xi)基吡(bi)咯烷酮，木(mu)質(zhì)素(su)濃度分別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時設(shè)置(zhi)了對(dui)照組（NLC）。由于(yu)其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷凍凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出高(gao)熱穩(wěn)定性和超(chao)過 170% 的保水(shui)能力。羧基和(he)羥基(ji)等官能團增(zeng)強了養(yǎng)分吸收(shou)，加速了種子萌(meng)發(fā)和植物(wu)生長，角蛋白(bai)通過(guo)微生(sheng)物降解(jie)提供了生物可(ke)利用(yong)的氨基酸(suan)。5 天后，冷(leng)凍凝(ning)膠處理顯(xian)著提(ti)高了早(zao)期發(fā)芽(ya)率（小麥、玉米(mi)和油菜(cai)籽分別(bie)為 100%、100% 和(he) 99%），同時提高了(le)葉綠(lv)素（a、b 和總量）、糖分(fen)和可溶性蛋(dan)白水(shui)平。處理后的植(zhi)株葉片數(shù)(shu)量、株高和(he)根長(zhang)增加(jia)，與對照組相比(bi)，水分吸(xi)收提高(gao)了 98.4%，減輕了(le)土壤鹽分的影(ying)響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和(he) LbC2 還顯著(zhu)提高了(le)所有(you)作物的葉綠素(su)色素(su)、可溶性糖(tang)和總蛋白含量(liang)。此外，冷凍(dong)凝膠在土壤中(zhong) 130 天后的(de)生物(wu)降解率達到 33%，證(zheng)實了其環(huán)境相(xiang)容性?？?zong)之，所開發(fā)的(de)木質(zhì)素基冷凍(dong)凝膠是(shi)一種(zhong)可持續(xù)、有效(xiao)的解(jie)決方案(an)，可提高農(nóng)業(yè)(ye)中的養(yǎng)分有(you)效性和抗逆性(xing)，將工(gong)業(yè)木質(zhì)素(su)廢料重新利(li)用，以應(yīng)對(dui)氣候驅(qū)(qu)動的作物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)。

該研究探究了(le)力學(xue)性能的增強對(dui)木質(zhì)素基冷(leng)凍凝(ning)膠用于(yu)促進植(zhi)物生長的顯(xian)著影響。通過(guo)改變木(mu)質(zhì)素(su)含量，對(dui)冷凍凝膠的(de)機械(xie)壓縮特性進(jin)行了優(yōu)化。在(zai)飽和吸(xi)水條件下，對(dui)冷凍凝(ning)膠在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下進(jin)行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變(bian)性能(neng)測試(shi)（下圖(tu)）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強度(du)隨著木(mu)質(zhì)素濃度的(de)提高和施加壓(ya)力的增大(da)而增加。具體(ti)而言，在 80% 的壓(ya)縮應(yīng)變下，LbC2 所(suo)承受(shou)的壓力(li)達到 50 MPa，而(er)對照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意(yi)味著其(qi)強度相較(jiao)于由細菌纖維(wei)素和明膠制(zhi)成的(de)冷凍凝膠提(ti)高了四倍。這些(xie)研究(jiu)結(jié)果進一步證(zheng)明較(jiao)高的木(mu)質(zhì)素濃(nong)度能顯著改善(shan)材料的力學性(xing)能和剛度(du)。

參考文獻(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