近日，江(jiang)蘇大(da)學(xué)研究(jiu)人員(yuan)在國際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一區(qū)，影(ying)響因子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"的研究性(xing)論文。在該論文中(zhong)，研究人員利(li)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用(yong)于測(ce)定冷凍凝(ning)膠的力學(xué)性能(neng)和剛(gang)度。

可持續(xù)(xu)的木(mu)質(zhì)素基材(cai)料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正(zheng)變得越(yue)來越(yue)有價值，因(yin)為氣候變化和(he)養(yǎng)分缺(que)乏威脅著農(nóng)作(zuo)物的生(sheng)產(chǎn)力。我們利(li)用廢棄生物(wu)質(zhì)開發(fā)了木(mu)質(zhì)素(su)衍生(sheng)的冷凍凝(ning)膠，以改善(shan)土壤養(yǎng)(yang)分、種子萌(meng)發(fā)、保水能(neng)力和光合(he)色素水平(ping)。這些冷(leng)凍凝膠(jiao)是通過在(zai)?20°C 下低溫(wen)聚合(he)制備而(er)成，使(shi)用了阿拉伯樹(shu)膠（GA）、角蛋白（K）和(he) N - 乙烯基吡咯烷(wan)酮，木(mu)質(zhì)素濃(nong)度分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時設(shè)置了對照(zhao)組（NLC）。由于其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷凍凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出高熱穩(wěn)定(ding)性和(he)超過 170% 的保(bao)水能力(li)。羧基和羥基等(deng)官能團(tuán)增強了(le)養(yǎng)分吸收(shou)，加速了種子萌(meng)發(fā)和植物(wu)生長，角蛋(dan)白通過微生物(wu)降解(jie)提供(gong)了生物(wu)可利用的氨基(ji)酸。5 天(tian)后，冷(leng)凍凝膠處理(li)顯著(zhu)提高了(le)早期發(fā)芽率(lv)（小麥、玉(yu)米和油菜籽(zi)分別為 100%、100% 和 99%），同時(shi)提高了葉綠素(su)（a、b 和總量）、糖分和(he)可溶性蛋白水(shui)平。處理(li)后的植(zhi)株葉(ye)片數(shù)(shu)量、株高(gao)和根長增加，與(yu)對照組相比(bi)，水分吸收提(ti)高了 98.4%，減輕了土(tu)壤鹽分的影響(xiang)。與 NLC 相比，LbC1 和(he) LbC2 還顯著提高了(le)所有作物的(de)葉綠素色素、可(ke)溶性糖和總(zong)蛋白含量(liang)。此外，冷凍凝(ning)膠在土壤中(zhong) 130 天后的(de)生物降解率達(dá)(da)到 33%，證實(shi)了其環(huán)境相(xiang)容性?？傊_(kai)發(fā)的木質(zhì)素基(ji)冷凍凝(ning)膠是(shi)一種可持(chi)續(xù)、有(you)效的(de)解決方案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的養(yǎng)(yang)分有效性和抗(kang)逆性，將工(gong)業(yè)木質(zhì)素(su)廢料重新利(li)用，以應(yīng)對氣(qi)候驅(qū)動的(de)作物生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研(yan)究探究了力學(xué)(xue)性能的增(zeng)強對木(mu)質(zhì)素基冷凍(dong)凝膠用(yong)于促進(jìn)植物生(sheng)長的顯(xian)著影響。通(tong)過改變木質(zhì)(zhi)素含(han)量，對冷凍凝膠(jiao)的機(ji)械壓縮特(te)性進(jìn)行了優(yōu)化(hua)。在飽和吸水條(tiao)件下，對冷凍凝(ning)膠在 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下進(jìn)(jin)行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變性能(neng)測試（下圖(tu)）。結(jié)果(guo)表明，應(yīng)力(li)強度隨(sui)著木質(zhì)素濃(nong)度的提高和(he)施加壓力的(de)增大而增加。具(ju)體而(er)言，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)(ying)變下，LbC2 所承(cheng)受的壓力達(dá)(da)到 50 MPa，而對照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著其(qi)強度相較于由(you)細(xì)菌纖維(wei)素和明膠制成(cheng)的冷凍凝膠(jiao)提高了四倍。這(zhe)些研究結(jié)果(guo)進(jìn)一步(bu)證明較(jiao)高的木(mu)質(zhì)素濃度能(neng)顯著改善材(cai)料的力學(xué)性(xing)能和剛度(du)。

參考文獻(xiàn)(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