近日，江(jiang)蘇大學(xué)研究人(ren)員在國(guó)際(ji)期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一區(qū)，影響因(yin)子IF=7.7）發(fā)(fa)表了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性(xing)論文。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于測(cè)(ce)定冷凍(dong)凝膠的力(li)學(xué)性能(neng)和剛度(du)。

可持續(xù)(xu)的木質(zhì)(zhi)素基材料在(zai)農(nóng)業(yè)(ye)領(lǐng)域正變得越(yue)來(lái)越有價(jià)值(zhi)，因?yàn)?wei)氣候變化(hua)和養(yǎng)分缺乏威(wei)脅著農(nóng)作(zuo)物的生產(chǎn)力。我(wo)們利用(yong)廢棄生物質(zhì)(zhi)開(kāi)發(fā)(fa)了木質(zhì)素衍(yan)生的冷凍(dong)凝膠(jiao)，以改(gai)善土(tu)壤養(yǎng)分(fen)、種子萌發(fā)、保水(shui)能力(li)和光合(he)色素水平。這(zhe)些冷凍凝膠是(shi)通過(guò)在(zai)?20°C 下低(di)溫聚(ju)合制備而成，使(shi)用了阿拉(la)伯樹(shù)(shu)膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙烯基(ji)吡咯烷酮(tong)，木質(zhì)素濃(nong)度分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時(shí)設(shè)置(zhi)了對(duì)照組（NLC）。由于(yu)其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)，這些(xie)冷凍凝膠表(biao)現(xiàn)出高(gao)熱穩(wěn)定(ding)性和超過(guò)(guo) 170% 的保水能力。羧(suo)基和羥(qiang)基等官能(neng)團(tuán)增強(qiáng)了養(yǎng)(yang)分吸收(shou)，加速了(le)種子(zi)萌發(fā)和(he)植物生(sheng)長(zhǎng)，角蛋白(bai)通過(guò)(guo)微生物降(jiang)解提供了生(sheng)物可(ke)利用的氨(an)基酸(suan)。5 天后，冷凍(dong)凝膠處理(li)顯著(zhu)提高了早期發(fā)(fa)芽率（小麥(mai)、玉米(mi)和油菜(cai)籽分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時(shí)提(ti)高了(le)葉綠素（a、b 和總(zong)量）、糖分和(he)可溶性蛋(dan)白水平(ping)。處理后的(de)植株(zhu)葉片數(shù)(shu)量、株高(gao)和根長(zhǎng)增加(jia)，與對(duì)照組相比(bi)，水分吸收提(ti)高了 98.4%，減輕了(le)土壤鹽分的影(ying)響。與 NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著(zhu)提高了所有(you)作物的(de)葉綠素色素、可(ke)溶性(xing)糖和總蛋(dan)白含量。此外，冷(leng)凍凝膠在土(tu)壤中 130 天后的生(sheng)物降解(jie)率達(dá)到 33%，證實(shí)了(le)其環(huán)境相容(rong)性?？傊?zhi)，所開(kāi)(kai)發(fā)的(de)木質(zhì)素基(ji)冷凍(dong)凝膠是一種可(ke)持續(xù)、有效的(de)解決方案(an)，可提高農(nóng)業(yè)(ye)中的養(yǎng)(yang)分有(you)效性和抗(kang)逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢(fei)料重(zhong)新利(li)用，以(yi)應(yīng)對(duì)氣候驅(qū)(qu)動(dòng)的作物(wu)生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)。

該研究探究了(le)力學(xué)性能(neng)的增強(qiáng)對(duì)木質(zhì)(zhi)素基冷凍凝(ning)膠用于促進(jìn)植(zhi)物生長(zhǎng)(zhang)的顯著影(ying)響。通過(guò)(guo)改變木質(zhì)素(su)含量，對(duì)冷凍(dong)凝膠的機(jī)(ji)械壓縮特性(xing)進(jìn)行了優(yōu)化。在(zai)飽和吸(xi)水條件下，對(duì)(dui)冷凍凝膠(jiao)在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下進(jìn)行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能測(cè)(ce)試（下圖）。結(jié)(jie)果表(biao)明，應(yīng)力強(qiáng)度隨(sui)著木質(zhì)素濃度(du)的提高(gao)和施加(jia)壓力的增(zeng)大而增加。具(ju)體而言，在(zai) 80% 的壓(ya)縮應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承受的壓(ya)力達(dá)到 50 MPa，而對(duì)(dui)照組（NLC）僅為 20 MPa。這意(yi)味著(zhe)其強(qiáng)度相較(jiao)于由細(xì)菌纖維(wei)素和(he)明膠(jiao)制成的冷凍凝(ning)膠提高了四倍(bei)。這些研究結(jié)果(guo)進(jìn)一(yi)步證明較高的(de)木質(zhì)素濃度(du)能顯(xian)著改善(shan)材料的力學(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