近日，江(jiang)蘇大學(xué)(xue)研究人員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院(yuan)一區(qū)，影響因子(zi)IF=7.7）發(fā)表了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性論文(wen)。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用(yong)于測定(ding)冷凍凝(ning)膠的力(li)學(xué)性能(neng)和剛(gang)度。

可持(chi)續(xù)的木(mu)質(zhì)素(su)基材料(liao)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變得(de)越來(lai)越有價值，因為(wei)氣候變化(hua)和養(yǎng)分缺(que)乏威脅著農(nóng)(nong)作物的(de)生產(chǎn)力。我(wo)們利用廢棄(qi)生物質(zhì)(zhi)開發(fā)了木質(zhì)(zhi)素衍生的(de)冷凍凝膠，以(yi)改善土壤(rang)養(yǎng)分(fen)、種子萌(meng)發(fā)、保水能力和(he)光合色素(su)水平。這些冷凍(dong)凝膠(jiao)是通(tong)過在(zai)?20°C 下低溫聚合(he)制備而成，使用(yong)了阿拉伯樹(shu)膠（GA）、角蛋白（K）和(he) N - 乙烯(xi)基吡咯(ge)烷酮(tong)，木質(zhì)素濃度(du)分別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時設(shè)置了對(dui)照組(zu)（NLC）。由于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)，這些冷凍(dong)凝膠表現(xiàn)出高(gao)熱穩(wěn)定性(xing)和超過 170% 的(de)保水能力。羧基(ji)和羥基(ji)等官能團增(zeng)強了養(yǎng)分吸(xi)收，加(jia)速了種(zhong)子萌(meng)發(fā)和(he)植物生長，角蛋(dan)白通過(guo)微生物降(jiang)解提供了(le)生物可(ke)利用的氨基酸(suan)。5 天后，冷凍凝(ning)膠處理顯著(zhu)提高了早期(qi)發(fā)芽(ya)率（小麥(mai)、玉米和油菜籽(zi)分別為 100%、100% 和 99%），同時(shi)提高了(le)葉綠素(su)（a、b 和總量）、糖(tang)分和可溶性(xing)蛋白(bai)水平。處理后(hou)的植株葉(ye)片數(shù)量、株高和(he)根長增加，與(yu)對照組相比(bi)，水分吸(xi)收提高了 98.4%，減輕(qing)了土(tu)壤鹽分(fen)的影(ying)響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著(zhu)提高了(le)所有作(zuo)物的葉(ye)綠素色素、可(ke)溶性糖和總蛋(dan)白含量(liang)。此外，冷凍凝膠(jiao)在土壤中 130 天(tian)后的生物降(jiang)解率達到 33%，證實(shi)了其環(huán)(huan)境相容性?？?zong)之，所開發(fā)的木(mu)質(zhì)素基(ji)冷凍凝(ning)膠是(shi)一種可持(chi)續(xù)、有(you)效的解決方案(an)，可提(ti)高農(nóng)業(yè)(ye)中的養(yǎng)分(fen)有效(xiao)性和(he)抗逆性(xing)，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素廢(fei)料重新(xin)利用，以(yi)應(yīng)對氣候(hou)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)素基冷(leng)凍凝膠用(yong)于促(cu)進植物生長(zhang)的顯著影(ying)響。通過(guo)改變木質(zhì)(zhi)素含量(liang)，對冷凍凝膠的(de)機械壓(ya)縮特性進行(xing)了優(yōu)化。在(zai)飽和吸水條件(jian)下，對冷凍(dong)凝膠在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下進(jin)行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變性能測試(shi)（下圖）。結(jié)果表明(ming)，應(yīng)力(li)強度(du)隨著木(mu)質(zhì)素(su)濃度的提高和(he)施加壓力(li)的增大而增(zeng)加。具體(ti)而言(yan)，在 80% 的(de)壓縮(suo)應(yīng)變下，LbC2 所承(cheng)受的壓力(li)達到 50 MPa，而對照組(zu)（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味著其(qi)強度相(xiang)較于由細(xì)菌纖(xian)維素和明(ming)膠制(zhi)成的冷凍凝膠(jiao)提高(gao)了四倍。這些研(yan)究結(jié)果進(jin)一步證明(ming)較高的木質(zhì)素(su)濃度能顯著(zhu)改善(shan)材料的力學(xué)(xue)性能(neng)和剛度。

參考(kao)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