近日，江蘇大學(xué)(xue)研究人員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一區(qū)，影響(xiang)因子IF=7.7）發(fā)(fa)表了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研(yan)究性(xing)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)(gou)儀用于(yu)測定冷(leng)凍凝(ning)膠的力學(xué)性能(neng)和剛度。

可持(chi)續(xù)的木質(zhì)素基(ji)材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變(bian)得越來(lai)越有(you)價值，因(yin)為氣候變化和(he)養(yǎng)分缺乏威(wei)脅著農(nóng)作物(wu)的生產(chǎn)力(li)。我們利用(yong)廢棄(qi)生物質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)素衍生(sheng)的冷凍凝膠(jiao)，以改善土壤(rang)養(yǎng)分(fen)、種子(zi)萌發(fā)、保(bao)水能力和光合(he)色素(su)水平。這些冷凍(dong)凝膠(jiao)是通過在?20°C 下低(di)溫聚合制備而(er)成，使用了阿拉(la)伯樹(shu)膠（GA）、角蛋白(bai)（K）和 N - 乙(yi)烯基吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)素(su)濃度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設(shè)置(zhi)了對照組（NLC）。由(you)于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)，這些冷凍(dong)凝膠表現(xiàn)(xian)出高(gao)熱穩(wěn)定性和(he)超過 170% 的保水能(neng)力。羧基和羥(qiang)基等官能團(tuan)增強了養(yǎng)(yang)分吸收(shou)，加速了(le)種子萌發(fā)和植(zhi)物生(sheng)長，角蛋白通(tong)過微生物(wu)降解(jie)提供了(le)生物可利(li)用的氨基(ji)酸。5 天(tian)后，冷凍凝膠處(chu)理顯著(zhu)提高了早(zao)期發(fā)芽率（小麥(mai)、玉米和油菜(cai)籽分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時提(ti)高了葉綠素（a、b 和(he)總量）、糖分和可(ke)溶性蛋白水平(ping)。處理后(hou)的植株葉片數(shù)(shu)量、株(zhu)高和根(gen)長增加(jia)，與對(dui)照組相比(bi)，水分吸收提(ti)高了 98.4%，減輕了(le)土壤(rang)鹽分的(de)影響(xiang)。與 NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提高了所有(you)作物的葉綠素(su)色素、可溶性糖(tang)和總(zong)蛋白含量。此外(wai)，冷凍凝膠(jiao)在土壤中(zhong) 130 天后的(de)生物降解(jie)率達到 33%，證(zheng)實了其(qi)環(huán)境相(xiang)容性?？?zong)之，所(suo)開發(fā)的木(mu)質(zhì)素基冷(leng)凍凝膠是(shi)一種可持續(xù)(xu)、有效的(de)解決方(fang)案，可提高農(nóng)業(yè)(ye)中的(de)養(yǎng)分有效性(xing)和抗(kang)逆性，將工業(yè)木(mu)質(zhì)素廢(fei)料重新利(li)用，以(yi)應(yīng)對(dui)氣候驅(qū)動的(de)作物生(sheng)產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研(yan)究探(tan)究了(le)力學(xué)性能的(de)增強(qiang)對木(mu)質(zhì)素基冷(leng)凍凝膠用(yong)于促進(jin)植物生(sheng)長的顯(xian)著影響。通過(guo)改變木質(zhì)素(su)含量，對(dui)冷凍凝(ning)膠的機械(xie)壓縮特性進行(xing)了優(yōu)化。在飽(bao)和吸水(shui)條件下，對冷凍(dong)凝膠在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)進行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能測(ce)試（下圖(tu)）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強度隨著木(mu)質(zhì)素濃度的提(ti)高和施(shi)加壓力的(de)增大而增加(jia)。具體而(er)言，在 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下，LbC2 所承(cheng)受的壓力達(da)到 50 MPa，而對(dui)照組（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味著其強(qiang)度相較于由(you)細菌纖維素(su)和明膠制成的(de)冷凍(dong)凝膠提高了四(si)倍。這(zhe)些研究結(jié)(jie)果進一(yi)步證(zheng)明較高(gao)的木(mu)質(zhì)素(su)濃度能顯(xian)著改善材(cai)料的力學(xué)性能(neng)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