近日，江(jiang)蘇大學(xue)研究人員在(zai)國際(ji)期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一區(qū)，影響(xiang)因子(zi)IF=7.7）發(fā)表了題(ti)為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性論文。在該(gai)論文中，研究人(ren)員利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于(yu)測定冷凍(dong)凝膠的力學(xue)性能和(he)剛度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基(ji)材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正變得(de)越來(lai)越有價值，因(yin)為氣候變化和(he)養(yǎng)分缺乏(fa)威脅著農(nóng)(nong)作物的生產(chǎn)力(li)。我們利用廢(fei)棄生物質(zhì)開(kai)發(fā)了木(mu)質(zhì)素衍生的(de)冷凍凝(ning)膠，以改善(shan)土壤(rang)養(yǎng)分、種子(zi)萌發(fā)、保水(shui)能力和(he)光合色素水(shui)平。這(zhe)些冷凍凝膠是(shi)通過在(zai)?20°C 下低溫聚合制(zhi)備而成，使用了(le)阿拉伯(bo)樹膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙烯(xi)基吡(bi)咯烷酮，木質(zhì)(zhi)素濃度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時設置了(le)對照組（NLC）。由于(yu)其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)高熱穩(wěn)定性(xing)和超過 170% 的保(bao)水能(neng)力。羧基和羥基(ji)等官能團增(zeng)強了養(yǎng)(yang)分吸(xi)收，加速(su)了種子萌(meng)發(fā)和植物生長(zhang)，角蛋白(bai)通過微生(sheng)物降解(jie)提供了生物(wu)可利用的氨(an)基酸。5 天后，冷凍(dong)凝膠(jiao)處理顯著(zhu)提高了早期(qi)發(fā)芽率(lv)（小麥、玉米(mi)和油菜(cai)籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時提高(gao)了葉綠(lv)素（a、b 和總量）、糖分(fen)和可溶性(xing)蛋白(bai)水平。處理后(hou)的植株葉(ye)片數(shù)量、株(zhu)高和(he)根長增加，與對(dui)照組(zu)相比，水分(fen)吸收提高了(le) 98.4%，減輕了土壤鹽(yan)分的影(ying)響。與(yu) NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提(ti)高了(le)所有作物(wu)的葉綠素色(se)素、可溶(rong)性糖和總(zong)蛋白(bai)含量。此外，冷凍(dong)凝膠(jiao)在土(tu)壤中 130 天后(hou)的生物降(jiang)解率(lv)達到(dao) 33%，證實了其環(huán)境(jing)相容性(xing)?？傊?，所開發(fā)(fa)的木質(zhì)素(su)基冷凍凝(ning)膠是一種(zhong)可持續(xù)(xu)、有效的解決(jue)方案，可提高農(nóng)(nong)業(yè)中的養(yǎng)(yang)分有效性和(he)抗逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢料重(zhong)新利(li)用，以(yi)應對氣候驅(qū)動(dong)的作物生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研究探(tan)究了力學(xue)性能的增強(qiang)對木質(zhì)(zhi)素基冷凍(dong)凝膠用于(yu)促進植物生長(zhang)的顯(xian)著影響。通(tong)過改變(bian)木質(zhì)素含量，對(dui)冷凍(dong)凝膠的機械(xie)壓縮特性(xing)進行了優(yōu)(you)化。在飽和(he)吸水(shui)條件(jian)下，對冷凍凝(ning)膠在 80% 的壓縮應(ying)變下進行應力(li) - 應變性(xing)能測試(shi)（下圖）。結(jié)果表(biao)明，應力強度(du)隨著木(mu)質(zhì)素濃度的提(ti)高和(he)施加(jia)壓力的增(zeng)大而增加。具(ju)體而言，在 80% 的壓(ya)縮應變下，LbC2 所(suo)承受(shou)的壓(ya)力達(da)到 50 MPa，而對照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著其強(qiang)度相較于(yu)由細菌(jun)纖維素和明膠(jiao)制成(cheng)的冷凍(dong)凝膠提高了(le)四倍。這些(xie)研究結(jié)果進一(yi)步證明較(jiao)高的(de)木質(zhì)素濃度(du)能顯著改善材(cai)料的力(li)學性能和剛度(du)。

參考文獻：

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