近日，江蘇(su)大學(xué)研究人(ren)員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一區(qū)，影響因(yin)子IF=7.7）發(fā)表了(le)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(gai)論文(wen)中，研究人(ren)員利用(yong)上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定冷(leng)凍凝膠(jiao)的力學(xué)(xue)性能和剛(gang)度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基材料在(zai)農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變得(de)越來越有價(jia)值，因(yin)為氣候變(bian)化和養(yǎng)(yang)分缺乏威脅(xie)著農(nóng)作物的(de)生產(chǎn)力(li)。我們利(li)用廢棄生物質(zhì)(zhi)開發(fā)了(le)木質(zhì)素衍生的(de)冷凍凝膠，以改(gai)善土壤養(yǎng)(yang)分、種(zhong)子萌發(fā)(fa)、保水(shui)能力和光合(he)色素水平。這(zhe)些冷凍凝膠(jiao)是通過在(zai)?20°C 下低(di)溫聚合制備(bei)而成，使用了阿(a)拉伯(bo)樹膠（GA）、角蛋(dan)白（K）和 N - 乙烯(xi)基吡咯烷(wan)酮，木(mu)質(zhì)素濃度(du)分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設(shè)置了對照組(zu)（NLC）。由于其(qi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)出高熱(re)穩(wěn)定性(xing)和超過 170% 的保(bao)水能力。羧基(ji)和羥基等官能(neng)團(tuán)增強(qiáng)了養(yǎng)分(fen)吸收，加(jia)速了種子萌發(fā)(fa)和植(zhi)物生長(zhang)，角蛋白通過(guo)微生物降解提(ti)供了(le)生物可(ke)利用(yong)的氨基酸。5 天后(hou)，冷凍凝膠處(chu)理顯著提高(gao)了早期發(fā)芽(ya)率（小麥、玉米和(he)油菜籽(zi)分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時提高(gao)了葉(ye)綠素（a、b 和總量(liang)）、糖分和可溶性(xing)蛋白水(shui)平。處理(li)后的植(zhi)株葉(ye)片數(shù)量、株高和(he)根長增(zeng)加，與對照組(zu)相比，水分吸收(shou)提高了(le) 98.4%，減輕了土壤(rang)鹽分的(de)影響。與 NLC 相比，LbC1 和(he) LbC2 還顯著提高了(le)所有作物(wu)的葉綠素(su)色素、可溶(rong)性糖和總蛋(dan)白含(han)量。此外(wai)，冷凍凝膠在土(tu)壤中(zhong) 130 天后(hou)的生(sheng)物降解率(lv)達(dá)到 33%，證實(shí)了(le)其環(huán)境(jing)相容(rong)性?？?zong)之，所開發(fā)的木(mu)質(zhì)素基(ji)冷凍凝(ning)膠是一種可(ke)持續(xù)、有效的(de)解決方案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的(de)養(yǎng)分有效(xiao)性和抗逆(ni)性，將工業(yè)木質(zhì)(zhi)素廢料(liao)重新利用(yong)，以應(yīng)對氣候(hou)驅(qū)動的作(zuo)物生(sheng)產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究探究了(le)力學(xué)性能(neng)的增(zeng)強(qiáng)對木質(zhì)素(su)基冷凍(dong)凝膠用于(yu)促進(jìn)植物(wu)生長的顯(xian)著影響。通過改(gai)變木質(zhì)(zhi)素含(han)量，對冷凍凝膠(jiao)的機(jī)械(xie)壓縮特性(xing)進(jìn)行了優(yōu)化。在(zai)飽和吸(xi)水條(tiao)件下(xia)，對冷凍凝膠(jiao)在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)進(jìn)行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能測試（下(xia)圖）。結(jié)果(guo)表明，應(yīng)力強(qiáng)度(du)隨著木質(zhì)素濃(nong)度的提(ti)高和(he)施加(jia)壓力的增大(da)而增加。具體(ti)而言(yan)，在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承受的壓(ya)力達(dá)到 50 MPa，而(er)對照組（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其強(qiáng)(qiang)度相較于由(you)細(xì)菌纖(xian)維素和明(ming)膠制成的冷凍(dong)凝膠提(ti)高了四倍。這(zhe)些研(yan)究結(jié)果進(jìn)一步(bu)證明(ming)較高的(de)木質(zhì)素(su)濃度能顯著(zhu)改善材(cai)料的力學(xué)性能(neng)和剛度。

參考(kao)文獻(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