近日，江(jiang)蘇大學(xué)(xue)研究人員(yuan)在國際期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)(qu)，影響因子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(gai)論文中，研(yan)究人(ren)員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定(ding)冷凍凝(ning)膠的(de)力學(xué)性能和剛(gang)度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基材料在(zai)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域(yu)正變(bian)得越來越有(you)價值，因(yin)為氣(qi)候變(bian)化和(he)養(yǎng)分缺(que)乏威脅著農(nóng)(nong)作物的生產(chǎn)力(li)。我們利用廢棄(qi)生物質(zhì)(zhi)開發(fā)(fa)了木質(zhì)(zhi)素衍生的(de)冷凍凝膠，以(yi)改善土(tu)壤養(yǎng)分(fen)、種子萌(meng)發(fā)、保水能力(li)和光合色(se)素水平(ping)。這些冷凍凝(ning)膠是通過在?20°C 下(xia)低溫聚合(he)制備而(er)成，使用了阿拉(la)伯樹膠(jiao)（GA）、角蛋白（K）和(he) N - 乙烯基(ji)吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)素(su)濃度分別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時設(shè)置了(le)對照組（NLC）。由于其(qi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些(xie)冷凍凝膠表現(xiàn)(xian)出高熱(re)穩(wěn)定性和(he)超過 170% 的(de)保水能(neng)力。羧基和羥(qiang)基等官能團(tuán)(tuan)增強了養(yǎng)(yang)分吸收，加速了(le)種子萌發(fā)和(he)植物生長，角蛋(dan)白通過(guo)微生物降解提(ti)供了生(sheng)物可利用的氨(an)基酸。5 天后，冷(leng)凍凝膠處(chu)理顯著(zhu)提高了早期發(fā)(fa)芽率（小麥、玉米(mi)和油(you)菜籽(zi)分別為 100%、100% 和 99%），同時(shi)提高了葉(ye)綠素(su)（a、b 和總量）、糖分(fen)和可溶(rong)性蛋(dan)白水(shui)平。處理(li)后的(de)植株葉片(pian)數(shù)量、株高和根(gen)長增加(jia)，與對(dui)照組相(xiang)比，水(shui)分吸收提(ti)高了 98.4%，減輕了土(tu)壤鹽分的影(ying)響。與 NLC 相比，LbC1 和(he) LbC2 還顯著(zhu)提高了所(suo)有作物(wu)的葉綠素色素(su)、可溶性糖和總(zong)蛋白(bai)含量。此外，冷(leng)凍凝膠(jiao)在土壤中(zhong) 130 天后的生物降(jiang)解率達(dá)到 33%，證(zheng)實了其(qi)環(huán)境(jing)相容性?？傊?zhi)，所開發(fā)(fa)的木(mu)質(zhì)素(su)基冷凍凝膠(jiao)是一(yi)種可持(chi)續(xù)、有效的解決(jue)方案(an)，可提高農(nóng)業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分有效(xiao)性和抗逆(ni)性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)(zhi)素廢料重(zhong)新利用，以應(yīng)對(dui)氣候(hou)驅(qū)動的(de)作物生產(chǎn)挑戰(zhàn)(zhan)。

該研究探(tan)究了力學(xué)(xue)性能的增強對(dui)木質(zhì)素基(ji)冷凍凝膠用于(yu)促進(jìn)植物(wu)生長的顯著影(ying)響。通過(guo)改變木(mu)質(zhì)素含(han)量，對冷凍凝膠(jiao)的機械壓(ya)縮特性進(jìn)(jin)行了優(yōu)化(hua)。在飽(bao)和吸水條(tiao)件下(xia)，對冷凍凝膠(jiao)在 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下進(jìn)行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變(bian)性能測試（下圖(tu)）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強度隨(sui)著木(mu)質(zhì)素濃度的(de)提高和施(shi)加壓力的增大(da)而增加。具體而(er)言，在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承(cheng)受的壓力(li)達(dá)到 50 MPa，而(er)對照(zhao)組（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味著其(qi)強度相較于(yu)由細(xì)(xi)菌纖維素和明(ming)膠制成的(de)冷凍(dong)凝膠(jiao)提高了(le)四倍。這些(xie)研究結(jié)果進(jìn)(jin)一步證明較(jiao)高的(de)木質(zhì)素濃度(du)能顯著改善材(cai)料的力學(xué)性(xing)能和剛(gang)度。

參考文(wen)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