近日(ri)，江蘇大學(xue)研究人員(yuan)在國際(ji)期刊《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"的研究性論文(wen)。在該論文(wen)中，研究人員利(li)用上海騰拔(ba)Universal TA質構儀(yi)用于(yu)測定冷(leng)凍凝膠的力(li)學性能和剛度(du)。

可持續(xù)的(de)木質(zhi)素基(ji)材料在農業(yè)(ye)領域正變得越(yue)來越有(you)價值，因(yin)為氣候(hou)變化和養(yǎng)(yang)分缺乏(fa)威脅著(zhe)農作物的生產(chan)力。我們利用(yong)廢棄生(sheng)物質開(kai)發(fā)了木質素(su)衍生的冷凍(dong)凝膠，以改善(shan)土壤養(yǎng)(yang)分、種子(zi)萌發(fā)、保水能(neng)力和光合(he)色素(su)水平。這些冷凍(dong)凝膠是通(tong)過在(zai)?20°C 下低溫(wen)聚合制備而成(cheng)，使用了(le)阿拉伯樹膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙烯(xi)基吡咯(ge)烷酮，木質素(su)濃度分別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時設置了(le)對照組（NLC）。由于其(qi)網絡結構，這(zhe)些冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)出(chu)高熱(re)穩(wěn)定性和超過(guo) 170% 的保水能力。羧(suo)基和羥(qiang)基等官能(neng)團增強了養(yǎng)(yang)分吸(xi)收，加速了種(zhong)子萌發(fā)和(he)植物生長，角(jiao)蛋白通過(guo)微生物降解提(ti)供了生(sheng)物可利用(yong)的氨基酸。5 天(tian)后，冷凍凝(ning)膠處理顯著(zhu)提高了早期(qi)發(fā)芽(ya)率（小麥、玉米(mi)和油菜籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時提高(gao)了葉(ye)綠素（a、b 和總量(liang)）、糖分和(he)可溶性蛋(dan)白水平(ping)。處理后的(de)植株葉片(pian)數(shù)量、株高和根(gen)長增加，與(yu)對照組相比，水(shui)分吸(xi)收提高了 98.4%，減(jian)輕了土(tu)壤鹽分的影(ying)響。與 NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著(zhu)提高了所有(you)作物的(de)葉綠素色素(su)、可溶性糖(tang)和總蛋白含量(liang)。此外，冷(leng)凍凝膠(jiao)在土壤中 130 天后(hou)的生物降(jiang)解率(lv)達到 33%，證實(shi)了其環(huán)境相容(rong)性?？傊?，所開發(fā)(fa)的木質素基(ji)冷凍凝(ning)膠是(shi)一種可持續(xù)(xu)、有效(xiao)的解(jie)決方案(an)，可提高(gao)農業(yè)中的養(yǎng)(yang)分有效(xiao)性和抗逆性(xing)，將工業(yè)木質(zhi)素廢料重(zhong)新利用，以(yi)應對氣候(hou)驅動的(de)作物生產挑(tiao)戰(zhàn)。

該研(yan)究探(tan)究了力學性(xing)能的增強(qiang)對木質素基(ji)冷凍凝膠用(yong)于促進植物(wu)生長的顯著(zhu)影響。通過改變(bian)木質素含量，對(dui)冷凍(dong)凝膠的機械(xie)壓縮(suo)特性進行(xing)了優(yōu)化。在飽和(he)吸水條件下，對(dui)冷凍凝膠在(zai) 80% 的壓縮應(ying)變下進(jin)行應(ying)力 - 應(ying)變性能測試(shi)（下圖）。結(jie)果表明，應力(li)強度(du)隨著木質素(su)濃度的提高和(he)施加(jia)壓力的增大而(er)增加。具(ju)體而(er)言，在 80% 的(de)壓縮(suo)應變下，LbC2 所承受(shou)的壓(ya)力達(da)到 50 MPa，而對照(zhao)組（NLC）僅為 20 MPa。這意味(wei)著其強度相較(jiao)于由細(xi)菌纖維素和明(ming)膠制成的(de)冷凍凝膠提(ti)高了四倍(bei)。這些(xie)研究(jiu)結果進一步證(zheng)明較高的(de)木質素濃度能(neng)顯著改善(shan)材料的力(li)學性(xing)能和(he)剛度。

參考文獻(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