近日，江蘇大(da)學(xué)研究(jiu)人員在國(guó)(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院(yuan)一區(qū)，影響因(yin)子IF=7.7）發(fā)(fa)表了題(ti)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)論文中，研究人(ren)員利用(yong)上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于(yu)測(cè)定冷(leng)凍凝膠的力學(xué)(xue)性能和剛度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基材料在(zai)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域(yu)正變(bian)得越(yue)來越有價(jià)值(zhi)，因?yàn)闅夂?hou)變化和養(yǎng)分缺(que)乏威(wei)脅著農(nóng)作物的(de)生產(chǎn)力。我們利(li)用廢(fei)棄生物(wu)質(zhì)開(kai)發(fā)了(le)木質(zhì)素衍(yan)生的(de)冷凍凝膠，以(yi)改善土壤養(yǎng)分(fen)、種子萌發(fā)、保水(shui)能力和光(guang)合色(se)素水平。這(zhe)些冷凍凝(ning)膠是通過(guo)在?20°C 下低溫聚合(he)制備而成，使用(yong)了阿拉伯樹膠(jiao)（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)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)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷(leng)凍凝膠表(biao)現(xiàn)出高熱穩(wěn)定(ding)性和超過 170% 的(de)保水能力。羧(suo)基和(he)羥基等(deng)官能團(tuán)增(zeng)強(qiáng)了養(yǎng)分吸(xi)收，加速了(le)種子萌(meng)發(fā)和植物(wu)生長(zhǎng)，角蛋白(bai)通過微(wei)生物降(jiang)解提供了(le)生物(wu)可利用的氨(an)基酸。5 天后，冷凍(dong)凝膠處(chu)理顯(xian)著提(ti)高了早期發(fā)芽(ya)率（小麥、玉(yu)米和油菜籽分(fen)別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時(shí)提高了(le)葉綠素(su)（a、b 和總量）、糖分(fen)和可溶性蛋白(bai)水平。處理(li)后的植株葉(ye)片數(shù)(shu)量、株高(gao)和根長(zhǎng)增(zeng)加，與對(duì)照組相(xiang)比，水分吸收(shou)提高了 98.4%，減輕了(le)土壤鹽分的影(ying)響。與(yu) NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還顯著提高(gao)了所有作物(wu)的葉綠素色(se)素、可溶性(xing)糖和(he)總蛋白含量(liang)。此外，冷(leng)凍凝膠在(zai)土壤中 130 天后(hou)的生(sheng)物降解率達(dá)(da)到 33%，證實(shí)(shi)了其(qi)環(huán)境相容性。總(zong)之，所開(kai)發(fā)的(de)木質(zhì)素基冷凍(dong)凝膠(jiao)是一種可(ke)持續(xù)、有效(xiao)的解(jie)決方案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的養(yǎng)(yang)分有效性和抗(kang)逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素(su)廢料重(zhong)新利用，以(yi)應(yīng)對(duì)氣(qi)候驅(qū)動(dòng)的(de)作物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)。

該研究探(tan)究了力學(xué)性(xing)能的增強(qiáng)對(duì)(dui)木質(zhì)(zhi)素基冷凍凝膠(jiao)用于促進(jìn)植物(wu)生長(zhǎng)的顯著影(ying)響。通(tong)過改(gai)變木質(zhì)(zhi)素含量，對(duì)冷凍(dong)凝膠的機(jī)械(xie)壓縮(suo)特性(xing)進(jìn)行了(le)優(yōu)化。在飽和(he)吸水條件下，對(duì)(dui)冷凍(dong)凝膠(jiao)在 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下進(jìn)行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能測(cè)試（下(xia)圖）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強(qiáng)度隨(sui)著木質(zhì)素(su)濃度的提(ti)高和施加壓(ya)力的增大而增(zeng)加。具體而(er)言，在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承(cheng)受的(de)壓力達(dá)到 50 MPa，而(er)對(duì)照(zhao)組（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其強(qiáng)(qiang)度相較于由(you)細(xì)菌纖維(wei)素和明膠制成(cheng)的冷凍凝(ning)膠提高(gao)了四倍(bei)。這些研究(jiu)結(jié)果進(jìn)一步證(zheng)明較(jiao)高的木質(zhì)素濃(nong)度能(neng)顯著(zhu)改善材料(liao)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