近日，江(jiang)蘇大(da)學(xué)研究人員在(zai)國(guó)際(ji)期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一(yi)區(qū)，影響(xiang)因子(zi)IF=7.7）發(fā)表了題為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研(yan)究性論文。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于(yu)測(cè)定(ding)冷凍凝膠的(de)力學(xué)性能(neng)和剛度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基材料在(zai)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域正變(bian)得越來(lái)(lai)越有價(jià)值，因?yàn)?wei)氣候變化和養(yǎng)(yang)分缺乏威脅(xie)著農(nóng)(nong)作物(wu)的生產(chǎn)力。我們(men)利用廢(fei)棄生物質(zhì)(zhi)開(kāi)發(fā)了木質(zhì)素(su)衍生的(de)冷凍凝膠，以(yi)改善土(tu)壤養(yǎng)分、種(zhong)子萌(meng)發(fā)、保水能(neng)力和(he)光合色素水平(ping)。這些冷凍凝(ning)膠是通過(guò)在?20°C 下(xia)低溫聚合(he)制備而(er)成，使用了阿拉(la)伯樹(shù)膠（GA）、角蛋白(bai)（K）和 N - 乙烯(xi)基吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)素(su)濃度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時(shí)設(shè)置了(le)對(duì)照(zhao)組（NLC）。由于其網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷凍凝膠表(biao)現(xiàn)出高熱穩(wěn)(wen)定性和超(chao)過(guò) 170% 的保水(shui)能力。羧基和(he)羥基等官(guan)能團(tuán)(tuan)增強(qiáng)了養(yǎng)分(fen)吸收(shou)，加速了種(zhong)子萌(meng)發(fā)和植物生(sheng)長(zhǎng)，角蛋白通過(guò)(guo)微生物降(jiang)解提供了生物(wu)可利(li)用的氨(an)基酸。5 天(tian)后，冷凍凝膠(jiao)處理顯著提(ti)高了早(zao)期發(fā)芽率（小(xiao)麥、玉米和(he)油菜籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時(shí)(shi)提高了葉綠素(su)（a、b 和總量(liang)）、糖分和可溶(rong)性蛋白(bai)水平(ping)。處理后的(de)植株(zhu)葉片數(shù)量、株高(gao)和根長(zhǎng)增加，與(yu)對(duì)照組相比，水(shui)分吸收提高(gao)了 98.4%，減輕了(le)土壤鹽分的(de)影響(xiang)。與 NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提高了(le)所有作物的(de)葉綠素(su)色素、可溶性(xing)糖和總蛋白含(han)量。此外(wai)，冷凍凝膠在(zai)土壤中(zhong) 130 天后(hou)的生物(wu)降解率(lv)達(dá)到 33%，證(zheng)實(shí)了其環(huán)(huan)境相(xiang)容性?？傊?，所開(kāi)(kai)發(fā)的木質(zhì)素(su)基冷(leng)凍凝膠是一種(zhong)可持續(xù)、有效(xiao)的解決方(fang)案，可(ke)提高(gao)農(nóng)業(yè)中的養(yǎng)分(fen)有效(xiao)性和抗(kang)逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢料重(zhong)新利用，以(yi)應(yīng)對(duì)氣候(hou)驅(qū)動(dòng)的作物(wu)生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研(yan)究探究了力(li)學(xué)性能的增強(qiáng)(qiang)對(duì)木質(zhì)素基冷(leng)凍凝膠用于(yu)促進(jìn)植物(wu)生長(zhǎng)(zhang)的顯著(zhu)影響(xiang)。通過(guò)改(gai)變木(mu)質(zhì)素含量(liang)，對(duì)冷凍凝(ning)膠的機(jī)械壓(ya)縮特性進(jìn)行了(le)優(yōu)化。在(zai)飽和吸水條(tiao)件下，對(duì)冷(leng)凍凝(ning)膠在 80% 的(de)壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下進(jìn)(jin)行應(yīng)力 - 應(yīng)變(bian)性能測(cè)試（下圖(tu)）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強(qiáng)度隨著木(mu)質(zhì)素濃(nong)度的(de)提高和(he)施加壓(ya)力的增大而(er)增加。具體而(er)言，在 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下(xia)，LbC2 所承受的(de)壓力達(dá)到 50 MPa，而對(duì)(dui)照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著其(qi)強(qiáng)度相較于由(you)細(xì)菌(jun)纖維素和明膠(jiao)制成的冷凍凝(ning)膠提高了四(si)倍。這些研(yan)究結(jié)果進(jìn)一步(bu)證明(ming)較高的(de)木質(zhì)素(su)濃度能顯著改(gai)善材料的力學(xué)(xue)性能和(he)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