近日，江蘇(su)大學(xué)研究人員(yuan)在國(guó)(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一(yi)區(qū)，影響因子(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(wen)。在該論文中(zhong)，研究人員利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定(ding)冷凍(dong)凝膠的力學(xué)性(xing)能和剛(gang)度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基(ji)材料在農(nóng)業(yè)(ye)領(lǐng)域正變(bian)得越來(lái)(lai)越有價(jià)(jia)值，因(yin)為氣候變化和(he)養(yǎng)分缺乏(fa)威脅著農(nóng)作物(wu)的生產(chǎn)力。我們(men)利用(yong)廢棄生物質(zhì)(zhi)開(kāi)發(fā)了木質(zhì)(zhi)素衍(yan)生的冷(leng)凍凝膠，以改(gai)善土壤養(yǎng)(yang)分、種子萌發(fā)、保(bao)水能力和光(guang)合色素水平。這(zhe)些冷凍凝(ning)膠是通(tong)過(guò)在?20°C 下(xia)低溫(wen)聚合制(zhi)備而成，使(shi)用了阿拉伯樹(shù)(shu)膠（GA）、角蛋白(bai)（K）和 N - 乙烯基(ji)吡咯烷(wan)酮，木(mu)質(zhì)素濃度分(fen)別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時(shí)設(shè)置了對(duì)(dui)照組（NLC）。由(you)于其網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷(leng)凍凝膠(jiao)表現(xiàn)出高熱(re)穩(wěn)定性和(he)超過(guò) 170% 的(de)保水能(neng)力。羧基和羥(qiang)基等官能(neng)團(tuán)增強(qiáng)了(le)養(yǎng)分吸收，加速(su)了種(zhong)子萌發(fā)和植物(wu)生長(zhǎng)，角蛋白通(tong)過(guò)微生物(wu)降解提供了(le)生物(wu)可利用(yong)的氨基酸。5 天(tian)后，冷(leng)凍凝膠處理顯(xian)著提高了早(zao)期發(fā)(fa)芽率(lv)（小麥、玉米(mi)和油(you)菜籽分別為 100%、100% 和(he) 99%），同時(shí)提高了葉(ye)綠素（a、b 和總量）、糖(tang)分和(he)可溶(rong)性蛋(dan)白水平。處理(li)后的植株葉片(pian)數(shù)量、株高和根(gen)長(zhǎng)增加，與對(duì)照(zhao)組相比，水分(fen)吸收提高了(le) 98.4%，減輕了土壤(rang)鹽分的影響。與(yu) NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提高了所(suo)有作物(wu)的葉綠素(su)色素(su)、可溶性糖和(he)總蛋白含量(liang)。此外，冷(leng)凍凝膠(jiao)在土(tu)壤中(zhong) 130 天后(hou)的生物降解率(lv)達(dá)到 33%，證實(shí)了其(qi)環(huán)境相(xiang)容性?？?zong)之，所(suo)開(kāi)發(fā)的(de)木質(zhì)素基冷凍(dong)凝膠是一種(zhong)可持續(xù)、有效(xiao)的解(jie)決方案，可(ke)提高農(nóng)業(yè)中的(de)養(yǎng)分有(you)效性和(he)抗逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢料重(zhong)新利(li)用，以應(yīng)(ying)對(duì)氣候驅(qū)(qu)動(dòng)的作物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)。

該研究探(tan)究了力學(xué)(xue)性能的增(zeng)強(qiáng)對(duì)木質(zhì)(zhi)素基冷凍凝膠(jiao)用于促進(jìn)(jin)植物(wu)生長(zhǎng)的(de)顯著影(ying)響。通過(guò)改變(bian)木質(zhì)素含(han)量，對(duì)冷凍凝膠(jiao)的機(jī)(ji)械壓縮(suo)特性進(jìn)行了(le)優(yōu)化(hua)。在飽(bao)和吸水條(tiao)件下，對(duì)冷凍(dong)凝膠在(zai) 80% 的壓(ya)縮應(yīng)變(bian)下進(jìn)行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)變性(xing)能測(cè)試（下圖）。結(jié)(jie)果表明(ming)，應(yīng)力強(qiáng)度(du)隨著木(mu)質(zhì)素濃度(du)的提(ti)高和施加壓力(li)的增大而增(zeng)加。具(ju)體而言(yan)，在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承受的(de)壓力達(dá)到(dao) 50 MPa，而對(duì)照組(zu)（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味(wei)著其強(qiáng)(qiang)度相(xiang)較于由細(xì)菌纖(xian)維素和(he)明膠制成的(de)冷凍凝膠提高(gao)了四倍(bei)。這些(xie)研究結(jié)(jie)果進(jìn)一步證(zheng)明較高(gao)的木質(zhì)素(su)濃度(du)能顯著改(gai)善材料的力學(xué)(xue)性能和(he)剛度。

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