近日，江蘇大學(xué)(xue)研究人員在(zai)國際(ji)期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一(yi)區(qū)，影響(xiang)因子IF=7.7）發(fā)表(biao)了題為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人(ren)員利用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測定(ding)冷凍凝膠(jiao)的力學(xué)性能和(he)剛度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正變得(de)越來越(yue)有價(jia)值，因(yin)為氣候變(bian)化和養(yǎng)(yang)分缺(que)乏威脅著(zhe)農(nóng)作物的生(sheng)產(chǎn)力。我們利用(yong)廢棄生(sheng)物質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)素(su)衍生的冷(leng)凍凝(ning)膠，以改善土壤(rang)養(yǎng)分、種子萌發(fā)(fa)、保水能(neng)力和光合(he)色素(su)水平。這(zhe)些冷(leng)凍凝(ning)膠是(shi)通過(guo)在?20°C 下低溫聚(ju)合制備而成，使(shi)用了阿拉(la)伯樹(shu)膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基(ji)吡咯(ge)烷酮，木質(zhì)素(su)濃度分(fen)別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設(shè)置了對(dui)照組（NLC）。由于其(qi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)，這些(xie)冷凍凝膠(jiao)表現(xiàn)出高熱穩(wěn)(wen)定性和超(chao)過 170% 的(de)保水能力。羧(suo)基和(he)羥基等官能團(tuan)增強了養(yǎng)分吸(xi)收，加速了(le)種子萌發(fā)和植(zhi)物生長，角蛋(dan)白通過微生(sheng)物降解(jie)提供了(le)生物(wu)可利用的氨(an)基酸。5 天后(hou)，冷凍(dong)凝膠(jiao)處理顯著提高(gao)了早期發(fā)芽率(lv)（小麥、玉米和(he)油菜籽分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時提高(gao)了葉綠(lv)素（a、b 和總量）、糖分(fen)和可(ke)溶性(xing)蛋白水平。處(chu)理后(hou)的植株(zhu)葉片數(shù)量、株(zhu)高和根(gen)長增(zeng)加，與對(dui)照組相(xiang)比，水(shui)分吸收提(ti)高了 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽(yan)分的影響(xiang)。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提高了所有(you)作物的葉綠素(su)色素、可溶(rong)性糖和總(zong)蛋白含量(liang)。此外(wai)，冷凍(dong)凝膠(jiao)在土壤中 130 天后(hou)的生物降解率(lv)達到 33%，證實了(le)其環(huán)境(jing)相容(rong)性。總之，所(suo)開發(fā)(fa)的木(mu)質(zhì)素基冷凍凝(ning)膠是(shi)一種可持(chi)續(xù)、有效的解決(jue)方案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)(ye)中的(de)養(yǎng)分有(you)效性(xing)和抗逆性(xing)，將工業(yè)木(mu)質(zhì)素(su)廢料(liao)重新利用(yong)，以應(yīng)對(dui)氣候驅(qū)動(dong)的作物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)。

該研究(jiu)探究了力學(xué)(xue)性能的增強對(dui)木質(zhì)(zhi)素基冷凍(dong)凝膠(jiao)用于(yu)促進植物生長(zhang)的顯著影響。通(tong)過改變木質(zhì)(zhi)素含量，對冷(leng)凍凝膠(jiao)的機械壓縮(suo)特性進(jin)行了優(yōu)化。在飽(bao)和吸(xi)水條(tiao)件下(xia)，對冷凍凝膠(jiao)在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下進行(xing)應(yīng)力(li) - 應(yīng)變性(xing)能測(ce)試（下(xia)圖）。結(jié)果(guo)表明，應(yīng)(ying)力強度隨(sui)著木質(zhì)素濃度(du)的提高和(he)施加壓(ya)力的增大(da)而增加。具體(ti)而言，在(zai) 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承受的(de)壓力達(da)到 50 MPa，而對照(zhao)組（NLC）僅為 20 MPa。這意(yi)味著(zhe)其強(qiang)度相較于由細(xi)菌纖維素和明(ming)膠制(zhi)成的冷凍(dong)凝膠提(ti)高了四倍。這些(xie)研究(jiu)結(jié)果(guo)進一(yi)步證明(ming)較高的木質(zhì)(zhi)素濃度能顯(xian)著改善材(cai)料的(de)力學(xué)性能和剛(gang)度。

參考文(wen)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