近日，江(jiang)蘇大(da)學(xué)研究人(ren)員在國(guó)際期(qi)刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一(yi)區(qū)，影(ying)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(zhong)，研究(jiu)人員利(li)用上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測(cè)定冷凍(dong)凝膠的(de)力學(xué)性能和剛(gang)度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正變得(de)越來(lái)越有價(jià)(jia)值，因?yàn)闅夂蜃?bian)化和養(yǎng)(yang)分缺乏威(wei)脅著農(nóng)作物(wu)的生產(chǎn)(chan)力。我(wo)們利用廢棄(qi)生物質(zhì)(zhi)開(kāi)發(fā)了木質(zhì)(zhi)素衍生(sheng)的冷(leng)凍凝膠(jiao)，以改善土壤(rang)養(yǎng)分、種子萌發(fā)(fa)、保水能力(li)和光合色素水(shui)平。這些冷(leng)凍凝膠是通(tong)過(guò)在?20°C 下低(di)溫聚合制備(bei)而成(cheng)，使用了阿拉伯(bo)樹(shù)膠（GA）、角蛋白(bai)（K）和 N - 乙烯基吡(bi)咯烷酮(tong)，木質(zhì)素濃度(du)分別(bie)為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shí)設(shè)(she)置了對(duì)照(zhao)組（NLC）。由于其(qi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷凍凝(ning)膠表(biao)現(xiàn)出(chu)高熱穩(wěn)定性(xing)和超過(guò)(guo) 170% 的保水(shui)能力。羧基和羥(qiang)基等(deng)官能團(tuán)增強(qiáng)了(le)養(yǎng)分吸收(shou)，加速了種子(zi)萌發(fā)和植物生(sheng)長(zhǎng)，角蛋白(bai)通過(guò)微生(sheng)物降解(jie)提供了生物可(ke)利用的氨基酸(suan)。5 天后，冷凍(dong)凝膠(jiao)處理(li)顯著提高了(le)早期發(fā)芽(ya)率（小麥(mai)、玉米和油(you)菜籽分(fen)別為 100%、100% 和(he) 99%），同時(shí)提高了葉(ye)綠素(su)（a、b 和總(zong)量）、糖(tang)分和可溶性(xing)蛋白水平(ping)。處理后的植(zhi)株葉(ye)片數(shù)量、株高和(he)根長(zhǎng)增(zeng)加，與對(duì)照(zhao)組相比，水分吸(xi)收提高了(le) 98.4%，減輕了土壤(rang)鹽分的影響。與(yu) NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著提高(gao)了所有(you)作物的葉(ye)綠素色素、可(ke)溶性(xing)糖和總蛋白(bai)含量。此外，冷凍(dong)凝膠在土(tu)壤中 130 天后的(de)生物降解(jie)率達(dá)到 33%，證實(shí)了(le)其環(huán)(huan)境相容性(xing)。總之，所(suo)開(kāi)發(fā)的木(mu)質(zhì)素(su)基冷凍(dong)凝膠(jiao)是一種可持(chi)續(xù)、有效的解(jie)決方案(an)，可提高農(nóng)業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分有效(xiao)性和抗逆性，將(jiang)工業(yè)木(mu)質(zhì)素廢(fei)料重新利(li)用，以應(yīng)對(duì)氣候(hou)驅(qū)動(dòng)的作(zuo)物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)。

該研究探究(jiu)了力學(xué)(xue)性能的增強(qiáng)對(duì)(dui)木質(zhì)素基冷凍(dong)凝膠用于促(cu)進(jìn)植物生長(zhǎng)(zhang)的顯著影響(xiang)。通過(guò)改變木(mu)質(zhì)素(su)含量，對(duì)(dui)冷凍凝膠(jiao)的機(jī)械壓縮(suo)特性進(jìn)行了優(yōu)(you)化。在飽(bao)和吸水(shui)條件下，對(duì)(dui)冷凍凝膠(jiao)在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)進(jìn)行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能(neng)測(cè)試（下(xia)圖）。結(jié)果表明，應(yīng)(ying)力強(qiáng)度隨(sui)著木質(zhì)(zhi)素濃度的提高(gao)和施加壓力(li)的增大而增(zeng)加。具(ju)體而(er)言，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承受(shou)的壓力(li)達(dá)到 50 MPa，而對(duì)(dui)照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其強(qiáng)(qiang)度相(xiang)較于由細(xì)菌纖(xian)維素(su)和明膠制成的(de)冷凍(dong)凝膠提高了四(si)倍。這些研究結(jié)(jie)果進(jìn)(jin)一步證明較高(gao)的木質(zhì)素(su)濃度能(neng)顯著改善材(cai)料的力(li)學(xué)性(xing)能和剛度(du)。

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