近日，江蘇大(da)學(xué)研(yan)究人員在(zai)國際(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(biao)了題(ti)為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性論(lun)文。在該論(lun)文中(zhong)，研究人員利(li)用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用(yong)于測定(ding)冷凍(dong)凝膠的力學(xué)(xue)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)域正(zheng)變得(de)越來越(yue)有價值，因為氣(qi)候變化和(he)養(yǎng)分缺(que)乏威脅著農(nóng)作(zuo)物的(de)生產(chǎn)力。我們(men)利用廢(fei)棄生物(wu)質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)素衍生的(de)冷凍凝(ning)膠，以改(gai)善土壤養(yǎng)(yang)分、種子萌(meng)發(fā)、保(bao)水能(neng)力和光合色素(su)水平。這些(xie)冷凍(dong)凝膠是(shi)通過在?20°C 下低(di)溫聚合(he)制備(bei)而成，使(shi)用了阿拉伯樹(shu)膠（GA）、角蛋(dan)白（K）和(he) N - 乙烯基吡咯(ge)烷酮，木質(zhì)素(su)濃度(du)分別(bie)為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設(shè)置了對照(zhao)組（NLC）。由(you)于其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)，這些冷(leng)凍凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)高熱穩(wěn)定(ding)性和超過 170% 的(de)保水能力。羧(suo)基和羥(qiang)基等(deng)官能團增強(qiang)了養(yǎng)(yang)分吸收(shou)，加速(su)了種(zhong)子萌(meng)發(fā)和植物(wu)生長，角蛋白(bai)通過微生物(wu)降解提供(gong)了生物(wu)可利用(yong)的氨基酸。5 天后(hou)，冷凍(dong)凝膠處理顯(xian)著提高了早期(qi)發(fā)芽率（小(xiao)麥、玉米和油菜(cai)籽分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時提(ti)高了(le)葉綠素（a、b 和總量(liang)）、糖分和可溶性(xing)蛋白水平。處理(li)后的植株葉(ye)片數(shù)量、株(zhu)高和根(gen)長增(zeng)加，與(yu)對照(zhao)組相比，水(shui)分吸收提高了(le) 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽分(fen)的影響。與(yu) NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯著(zhu)提高了所(suo)有作物(wu)的葉綠素色(se)素、可溶性糖和(he)總蛋白含量(liang)。此外(wai)，冷凍凝膠(jiao)在土壤中 130 天(tian)后的生物(wu)降解率達到 33%，證(zheng)實了(le)其環(huán)(huan)境相容(rong)性?？傊?zhi)，所開發(fā)的木(mu)質(zhì)素基冷(leng)凍凝膠是一(yi)種可持(chi)續(xù)、有效的解(jie)決方案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的(de)養(yǎng)分有效性和(he)抗逆性，將工(gong)業(yè)木質(zhì)素廢(fei)料重(zhong)新利用，以應(yīng)(ying)對氣候驅(qū)動的(de)作物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)(zhan)。

該研究(jiu)探究了力學(xué)(xue)性能的(de)增強對木(mu)質(zhì)素基(ji)冷凍凝膠(jiao)用于促進(jin)植物生(sheng)長的顯(xian)著影響。通(tong)過改變木質(zhì)素(su)含量，對冷(leng)凍凝膠(jiao)的機械壓縮特(te)性進(jin)行了優(yōu)(you)化。在(zai)飽和吸(xi)水條件(jian)下，對(dui)冷凍凝膠在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)變下(xia)進行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變性(xing)能測試（下(xia)圖）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強(qiang)度隨著(zhe)木質(zhì)(zhi)素濃(nong)度的提高和(he)施加壓力的增(zeng)大而(er)增加。具體而言(yan)，在 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承受的(de)壓力達到 50 MPa，而對(dui)照組（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其(qi)強度相較于(yu)由細(xì)菌纖維(wei)素和明膠(jiao)制成的(de)冷凍(dong)凝膠提高(gao)了四倍。這(zhe)些研究結(jié)(jie)果進一步證(zheng)明較高的木質(zhì)(zhi)素濃度(du)能顯(xian)著改善材料(liao)的力學(xué)(xue)性能和剛度。

參考文獻：

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