近日，江蘇大(da)學(xué)研究人員(yuan)在國際期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一區(qū)，影響因(yin)子IF=7.7）發(fā)表了題為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性論文。在該(gai)論文中，研究(jiu)人員(yuan)利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀(yi)用于測定(ding)冷凍(dong)凝膠的力(li)學(xué)性能和剛度(du)。

可持續(xù)的(de)木質(zhì)素(su)基材料在(zai)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域(yu)正變(bian)得越來(lai)越有價(jia)值，因為氣(qi)候變化(hua)和養(yǎng)分缺(que)乏威脅著農(nóng)作(zuo)物的生產(chǎn)(chan)力。我(wo)們利用(yong)廢棄生(sheng)物質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)素衍(yan)生的冷(leng)凍凝(ning)膠，以改(gai)善土壤(rang)養(yǎng)分、種子(zi)萌發(fā)、保(bao)水能力和光合(he)色素(su)水平(ping)。這些冷凍凝膠(jiao)是通(tong)過在?20°C 下(xia)低溫聚合制備(bei)而成，使用了阿(a)拉伯樹(shu)膠（GA）、角蛋白（K）和(he) N - 乙烯基(ji)吡咯烷酮(tong)，木質(zhì)素(su)濃度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時設(shè)(she)置了對照組(zu)（NLC）。由于(yu)其網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷凍(dong)凝膠表(biao)現(xiàn)出高熱穩(wěn)定(ding)性和超(chao)過 170% 的保(bao)水能力。羧基和(he)羥基(ji)等官能團增(zeng)強了養(yǎng)分吸(xi)收，加速了種(zhong)子萌發(fā)和植物(wu)生長(zhang)，角蛋白通過微(wei)生物降解提(ti)供了生物(wu)可利(li)用的氨(an)基酸。5 天后，冷凍(dong)凝膠處(chu)理顯著提高(gao)了早期發(fā)(fa)芽率（小麥(mai)、玉米(mi)和油菜(cai)籽分別為 100%、100% 和 99%），同(tong)時提高了葉綠(lv)素（a、b 和(he)總量）、糖分(fen)和可溶性(xing)蛋白水平(ping)。處理后的植株(zhu)葉片(pian)數(shù)量、株高(gao)和根長增加(jia)，與對照組相比(bi)，水分(fen)吸收(shou)提高(gao)了 98.4%，減輕了土壤(rang)鹽分的(de)影響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和(he) LbC2 還顯著提(ti)高了(le)所有作物(wu)的葉綠素色(se)素、可溶(rong)性糖和總蛋(dan)白含量。此外，冷(leng)凍凝膠在(zai)土壤(rang)中 130 天后的生(sheng)物降解率達(da)到 33%，證實了(le)其環(huán)境相容性(xing)?？傊?，所開發(fā)(fa)的木質(zhì)素基冷(leng)凍凝膠是一種(zhong)可持續(xù)、有效(xiao)的解(jie)決方案(an)，可提高農(nóng)業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分有(you)效性和(he)抗逆性，將(jiang)工業(yè)木質(zhì)(zhi)素廢料(liao)重新利用，以(yi)應(yīng)對氣候(hou)驅(qū)動的作物(wu)生產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究(jiu)探究了(le)力學(xué)性(xing)能的增強(qiang)對木質(zhì)素基(ji)冷凍凝(ning)膠用(yong)于促(cu)進植物生長的(de)顯著影響(xiang)。通過(guo)改變木質(zhì)(zhi)素含量，對(dui)冷凍(dong)凝膠的機械壓(ya)縮特性進(jin)行了優(yōu)化。在飽(bao)和吸水條件(jian)下，對冷凍凝(ning)膠在 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下(xia)進行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性(xing)能測(ce)試（下圖）。結(jié)(jie)果表明，應(yīng)力(li)強度隨著(zhe)木質(zhì)素濃度(du)的提高和(he)施加(jia)壓力(li)的增大而增加(jia)。具體而言，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)(ying)變下，LbC2 所承受(shou)的壓(ya)力達到 50 MPa，而(er)對照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意味(wei)著其強度(du)相較于由細(xì)菌(jun)纖維(wei)素和(he)明膠制成(cheng)的冷凍(dong)凝膠提高(gao)了四倍。這些研(yan)究結(jié)果進一(yi)步證(zheng)明較(jiao)高的木(mu)質(zhì)素濃度能顯(xian)著改善(shan)材料(liao)的力學(xué)性能(neng)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