近日，江蘇大(da)學(xué)研究人員在(zai)國(guó)際期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一(yi)區(qū)，影響(xiang)因子IF=7.7）發(fā)表了題(ti)為"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(lun)文中，研究人(ren)員利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)(ce)定冷凍凝膠(jiao)的力學(xué)性能和(he)剛度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基材料在(zai)農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變(bian)得越來(lái)(lai)越有(you)價(jià)值，因?yàn)闅夂?hou)變化(hua)和養(yǎng)分缺乏(fa)威脅著農(nóng)(nong)作物(wu)的生(sheng)產(chǎn)力(li)。我們利用(yong)廢棄(qi)生物質(zhì)開(kāi)(kai)發(fā)了木(mu)質(zhì)素(su)衍生(sheng)的冷凍(dong)凝膠，以改善(shan)土壤養(yǎng)(yang)分、種子萌發(fā)、保(bao)水能力和光(guang)合色素水平(ping)。這些(xie)冷凍(dong)凝膠是通過(guò)(guo)在?20°C 下低溫(wen)聚合制備而成(cheng)，使用了(le)阿拉伯樹(shù)膠(jiao)（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)素濃度(du)分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shí)(shi)設(shè)置了對(duì)照組(zu)（NLC）。由于其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷(leng)凍凝膠表(biao)現(xiàn)出(chu)高熱穩(wěn)定性和(he)超過(guò) 170% 的保水(shui)能力。羧(suo)基和羥基(ji)等官能(neng)團(tuán)增強(qiáng)了養(yǎng)分(fen)吸收(shou)，加速了種(zhong)子萌(meng)發(fā)和植(zhi)物生長(zhǎng)，角(jiao)蛋白(bai)通過(guò)微生物降(jiang)解提供(gong)了生物可利(li)用的氨(an)基酸。5 天后(hou)，冷凍凝膠處理(li)顯著提高(gao)了早(zao)期發(fā)芽(ya)率（小(xiao)麥、玉米(mi)和油菜(cai)籽分別為 100%、100% 和 99%），同(tong)時(shí)提(ti)高了葉綠素（a、b 和(he)總量）、糖分和可(ke)溶性蛋(dan)白水平(ping)。處理后(hou)的植株葉(ye)片數(shù)量、株(zhu)高和根(gen)長(zhǎng)增加，與(yu)對(duì)照組(zu)相比，水(shui)分吸(xi)收提高(gao)了 98.4%，減(jian)輕了土壤鹽(yan)分的影響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和 LbC2 還顯著提(ti)高了(le)所有作物的葉(ye)綠素色素、可(ke)溶性糖(tang)和總蛋(dan)白含量。此(ci)外，冷(leng)凍凝膠在土壤(rang)中 130 天后的生(sheng)物降解率達(dá)(da)到 33%，證實(shí)(shi)了其環(huán)境相(xiang)容性(xing)?？傊?，所(suo)開(kāi)發(fā)的木質(zhì)素(su)基冷凍凝膠是(shi)一種可(ke)持續(xù)(xu)、有效的解(jie)決方案，可提高(gao)農(nóng)業(yè)中的養(yǎng)分(fen)有效性和抗逆(ni)性，將工業(yè)木(mu)質(zhì)素廢(fei)料重新利用，以(yi)應(yīng)對(duì)氣(qi)候驅(qū)動(dòng)的作物(wu)生產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究探究(jiu)了力(li)學(xué)性能(neng)的增強(qiáng)(qiang)對(duì)木質(zhì)素(su)基冷凍凝膠(jiao)用于(yu)促進(jìn)植物生長(zhǎng)(zhang)的顯著(zhu)影響(xiang)。通過(guò)改變木質(zhì)(zhi)素含量，對(duì)(dui)冷凍凝膠的機(jī)(ji)械壓縮特性進(jìn)(jin)行了(le)優(yōu)化(hua)。在飽(bao)和吸(xi)水條件下，對(duì)冷(leng)凍凝(ning)膠在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下進(jìn)(jin)行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變性(xing)能測(cè)試（下圖(tu)）。結(jié)果(guo)表明，應(yīng)力強(qiáng)(qiang)度隨著(zhe)木質(zhì)素(su)濃度(du)的提高和(he)施加壓力(li)的增大而(er)增加。具(ju)體而(er)言，在(zai) 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承受的(de)壓力達(dá)到 50 MPa，而對(duì)(dui)照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著其(qi)強(qiáng)度相較于由(you)細(xì)菌纖維(wei)素和明膠制成(cheng)的冷凍凝(ning)膠提高了四倍(bei)。這些(xie)研究結(jié)果進(jìn)一(yi)步證明較(jiao)高的木質(zhì)素濃(nong)度能顯著(zhu)改善(shan)材料(liao)的力學(xué)性能(neng)和剛(gang)度。

參考文獻(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