近日(ri)，江蘇大學(xué)(xue)研究人員(yuan)在國際(ji)期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一(yi)區(qū)，影響(xiang)因子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"的研究性(xing)論文。在該(gai)論文中，研(yan)究人員利用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定(ding)冷凍凝膠的力(li)學(xué)性能(neng)和剛度。

可持續(xù)的(de)木質(zhì)素(su)基材料(liao)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變得越來(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)作(zuo)物的生產(chǎn)(chan)力。我們(men)利用廢棄(qi)生物質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)素衍生的(de)冷凍凝膠，以(yi)改善(shan)土壤養(yǎng)(yang)分、種子萌發(fā)、保(bao)水能力和光(guang)合色素水(shui)平。這些冷(leng)凍凝膠是通過(guo)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(he) N - 乙烯基(ji)吡咯烷酮，木(mu)質(zhì)素濃度(du)分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設(shè)置了對照(zhao)組（NLC）。由于其(qi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)，這些冷凍凝(ning)膠表(biao)現(xiàn)出(chu)高熱穩(wěn)定性和(he)超過 170% 的保水(shui)能力。羧基(ji)和羥基(ji)等官能團(tuan)增強了養(yǎng)分吸(xi)收，加速了種子(zi)萌發(fā)和植(zhi)物生長(zhang)，角蛋(dan)白通過(guo)微生物降解提(ti)供了生物可(ke)利用的氨基酸(suan)。5 天后，冷凍凝膠(jiao)處理顯著(zhu)提高了早期(qi)發(fā)芽率(lv)（小麥、玉(yu)米和油菜籽分(fen)別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時(shi)提高了(le)葉綠素（a、b 和總(zong)量）、糖分和(he)可溶性(xing)蛋白(bai)水平(ping)。處理后的植(zhi)株葉片數(shù)量(liang)、株高和根(gen)長增加，與(yu)對照(zhao)組相比(bi)，水分吸收(shou)提高了 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽分的(de)影響。與(yu) NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提(ti)高了所(suo)有作物的(de)葉綠素(su)色素、可溶性糖(tang)和總蛋白(bai)含量。此外，冷凍(dong)凝膠(jiao)在土壤中 130 天后(hou)的生物降(jiang)解率達到 33%，證(zheng)實了其環(huán)境相(xiang)容性(xing)?？傊?suo)開發(fā)的木質(zhì)(zhi)素基冷凍凝(ning)膠是一(yi)種可(ke)持續(xù)(xu)、有效的解(jie)決方案(an)，可提(ti)高農(nóng)(nong)業(yè)中的養(yǎng)分有(you)效性(xing)和抗逆性，將工(gong)業(yè)木質(zhì)素廢料(liao)重新利用，以應(yīng)(ying)對氣候驅(qū)動的(de)作物生(sheng)產(chǎn)挑戰(zhàn)(zhan)。

該研(yan)究探究(jiu)了力學(xué)性能(neng)的增強對(dui)木質(zhì)素基(ji)冷凍(dong)凝膠用(yong)于促進植物生(sheng)長的顯著(zhu)影響(xiang)。通過(guo)改變木(mu)質(zhì)素含量(liang)，對冷凍凝膠的(de)機械壓縮特(te)性進(jin)行了優(yōu)化。在(zai)飽和吸水(shui)條件下，對冷凍(dong)凝膠(jiao)在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)進行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變性能測(ce)試（下圖(tu)）。結(jié)果表(biao)明，應(yīng)力(li)強度隨著木(mu)質(zhì)素濃度(du)的提高和施加(jia)壓力(li)的增大而增(zeng)加。具體而言(yan)，在 80% 的(de)壓縮(suo)應(yīng)變下，LbC2 所承受(shou)的壓力達到 50 MPa，而(er)對照(zhao)組（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意(yi)味著其強度相(xiang)較于由細菌(jun)纖維素和明膠(jiao)制成的冷(leng)凍凝(ning)膠提高了四倍(bei)。這些研究(jiu)結(jié)果進一步(bu)證明較高的(de)木質(zhì)素濃度(du)能顯(xian)著改善材料(liao)的力學(xué)(xue)性能和(he)剛度。

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