近日，江(jiang)蘇大學(xué)研究(jiu)人員在(zai)國(guó)際期(qi)刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一(yi)區(qū)，影響因子(zi)IF=7.7）發(fā)表了(le)題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研(yan)究性論(lun)文。在該論文中(zhong)，研究人員(yuan)利用(yong)上海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定冷凍(dong)凝膠的力學(xué)(xue)性能和剛度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基材(cai)料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變得(de)越來(lái)越有(you)價(jià)值，因?yàn)闅夂?hou)變化和養(yǎng)分(fen)缺乏威(wei)脅著(zhe)農(nóng)作物的生(sheng)產(chǎn)力。我們利用(yong)廢棄(qi)生物質(zhì)(zhi)開發(fā)了木質(zhì)(zhi)素衍生的(de)冷凍凝(ning)膠，以(yi)改善(shan)土壤養(yǎng)分、種子(zi)萌發(fā)(fa)、保水能力和光(guang)合色素水(shui)平。這些冷凍(dong)凝膠是通過在(zai)?20°C 下低溫聚合制(zhi)備而(er)成，使用(yong)了阿(a)拉伯樹膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙烯基(ji)吡咯烷酮(tong)，木質(zhì)素(su)濃度分(fen)別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時(shí)設(shè)置了(le)對(duì)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)(xian)出高(gao)熱穩(wěn)(wen)定性(xing)和超過 170% 的保(bao)水能力。羧(suo)基和羥基(ji)等官能(neng)團(tuán)增(zeng)強(qiáng)了養(yǎng)分吸收(shou)，加速(su)了種(zhong)子萌發(fā)和(he)植物(wu)生長(zhǎng)，角蛋白通(tong)過微生物降(jiang)解提(ti)供了生物可(ke)利用的氨基(ji)酸。5 天后，冷(leng)凍凝(ning)膠處理顯著(zhu)提高了(le)早期發(fā)芽率(lv)（小麥、玉米(mi)和油菜籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時(shí)提高(gao)了葉綠(lv)素（a、b 和(he)總量(liang)）、糖分(fen)和可溶性(xing)蛋白水平。處理(li)后的(de)植株(zhu)葉片數(shù)量、株(zhu)高和根(gen)長(zhǎng)增加，與對(duì)照(zhao)組相(xiang)比，水(shui)分吸收提(ti)高了(le) 98.4%，減輕了土壤鹽(yan)分的影響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和(he) LbC2 還顯(xian)著提高(gao)了所有作物的(de)葉綠素色素(su)、可溶性糖和(he)總蛋白含量。此(ci)外，冷凍(dong)凝膠(jiao)在土壤中(zhong) 130 天后的(de)生物(wu)降解率達(dá)到 33%，證(zheng)實(shí)了其環(huán)境相(xiang)容性?？傊?suo)開發(fā)的木質(zhì)素(su)基冷凍凝膠(jiao)是一種可(ke)持續(xù)、有效的(de)解決方案(an)，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的養(yǎng)(yang)分有效性(xing)和抗(kang)逆性，將工(gong)業(yè)木質(zhì)素(su)廢料重(zhong)新利用(yong)，以應(yīng)對(duì)(dui)氣候驅(qū)動(dòng)的(de)作物生產(chǎn)挑戰(zhàn)(zhan)。

該研(yan)究探究了力學(xué)(xue)性能(neng)的增強(qiáng)(qiang)對(duì)木質(zhì)素基(ji)冷凍凝膠用(yong)于促進(jìn)植物生(sheng)長(zhǎng)的顯著影響(xiang)。通過(guo)改變木質(zhì)素(su)含量，對(duì)冷凍凝(ning)膠的機(jī)械(xie)壓縮特性進(jìn)行(xing)了優(yōu)化(hua)。在飽(bao)和吸水(shui)條件下(xia)，對(duì)冷凍凝膠(jiao)在 80% 的壓縮應(yīng)(ying)變下(xia)進(jìn)行應(yīng)力 - 應(yīng)變(bian)性能測(cè)試（下(xia)圖）。結(jié)果表(biao)明，應(yīng)力(li)強(qiáng)度(du)隨著木質(zhì)(zhi)素濃度(du)的提(ti)高和施加壓(ya)力的增大而(er)增加(jia)。具體而言，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承受的(de)壓力(li)達(dá)到(dao) 50 MPa，而對(duì)照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著(zhe)其強(qiáng)(qiang)度相(xiang)較于(yu)由細(xì)菌纖(xian)維素(su)和明膠制成的(de)冷凍凝膠(jiao)提高了四(si)倍。這些研究結(jié)(jie)果進(jìn)一步證(zheng)明較高(gao)的木(mu)質(zhì)素(su)濃度能顯著改(gai)善材料的力學(xué)(xue)性能和剛(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