近日，江蘇大學(xué)(xue)研究人員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一區(qū)(qu)，影響因(yin)子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"的研究性(xing)論文。在該論(lun)文中(zhong)，研究人員(yuan)利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)(zhi)構(gòu)儀用于測(ce)定冷凍凝(ning)膠的力學(xué)(xue)性能和剛度。

可持續(xù)的木質(zhì)(zhi)素基材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變(bian)得越來越(yue)有價值，因為(wei)氣候變化和養(yǎng)(yang)分缺(que)乏威脅著農(nóng)作(zuo)物的(de)生產(chǎn)力(li)。我們利用廢棄(qi)生物質(zhì)開發(fā)(fa)了木質(zhì)素(su)衍生的冷凍(dong)凝膠，以改善(shan)土壤養(yǎng)分(fen)、種子(zi)萌發(fā)、保(bao)水能力(li)和光合色素(su)水平(ping)。這些(xie)冷凍凝(ning)膠是通過在(zai)?20°C 下低溫聚合制(zhi)備而(er)成，使用(yong)了阿拉伯樹(shu)膠（GA）、角蛋(dan)白（K）和(he) N - 乙烯(xi)基吡咯烷酮，木(mu)質(zhì)素濃(nong)度分別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時設(shè)置了(le)對照(zhao)組（NLC）。由于其網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷凍(dong)凝膠表現(xiàn)(xian)出高熱穩(wěn)定(ding)性和(he)超過 170% 的(de)保水能力(li)。羧基和羥(qiang)基等官能團(tuán)(tuan)增強(qiáng)了養(yǎng)(yang)分吸收，加(jia)速了種子(zi)萌發(fā)和(he)植物生長，角蛋(dan)白通過微生物(wu)降解提供了生(sheng)物可(ke)利用的氨(an)基酸。5 天(tian)后，冷(leng)凍凝膠(jiao)處理顯著提高(gao)了早期發(fā)芽(ya)率（小麥、玉米(mi)和油菜籽分(fen)別為 100%、100% 和(he) 99%），同時提高(gao)了葉綠素（a、b 和總(zong)量）、糖(tang)分和可溶(rong)性蛋(dan)白水平(ping)。處理后(hou)的植株葉片數(shù)(shu)量、株高和根(gen)長增加(jia)，與對照組(zu)相比，水(shui)分吸收(shou)提高了 98.4%，減輕了(le)土壤鹽分(fen)的影響(xiang)。與 NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還顯著提(ti)高了所有作物(wu)的葉(ye)綠素色(se)素、可溶(rong)性糖(tang)和總蛋白(bai)含量。此外，冷(leng)凍凝膠在(zai)土壤(rang)中 130 天后的生物(wu)降解率達(dá)(da)到 33%，證(zheng)實了其環(huán)境(jing)相容性?？傊?，所(suo)開發(fā)的木質(zhì)(zhi)素基冷凍(dong)凝膠是一(yi)種可(ke)持續(xù)、有效的解(jie)決方案(an)，可提高(gao)農(nóng)業(yè)(ye)中的養(yǎng)分有效(xiao)性和抗逆性(xing)，將工(gong)業(yè)木質(zhì)(zhi)素廢料重新利(li)用，以應(yīng)對(dui)氣候(hou)驅(qū)動的作(zuo)物生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研究探(tan)究了力學(xué)(xue)性能的(de)增強(qiáng)對木質(zhì)(zhi)素基冷凍(dong)凝膠用于(yu)促進(jìn)植(zhi)物生長的顯(xian)著影(ying)響。通過改變木(mu)質(zhì)素含(han)量，對冷凍(dong)凝膠的(de)機(jī)械(xie)壓縮特性進(jìn)(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)變下進(jìn)行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)變性(xing)能測(ce)試（下圖）。結(jié)(jie)果表明，應(yīng)力強(qiáng)(qiang)度隨著木質(zhì)素(su)濃度(du)的提(ti)高和施加壓力(li)的增大而增加(jia)。具體(ti)而言，在(zai) 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承受的壓(ya)力達(dá)到 50 MPa，而對照(zhao)組（NLC）僅為 20 MPa。這意(yi)味著其(qi)強(qiáng)度相(xiang)較于由細(xì)菌纖(xian)維素和明(ming)膠制成的冷凍(dong)凝膠提高了四(si)倍。這些研(yan)究結(jié)(jie)果進(jìn)一(yi)步證明較高(gao)的木質(zhì)(zhi)素濃度能顯著(zhu)改善(shan)材料的(de)力學(xué)性能和剛(gang)度。

參考文(wen)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