近日，江蘇(su)大學(xué)研究(jiu)人員在國(guó)(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一區(qū)，影(ying)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"的研究性論文(wen)。在該論文中(zhong)，研究(jiu)人員(yuan)利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定(ding)冷凍凝膠的(de)力學(xué)性能和剛(gang)度。

可持續(xù)(xu)的木質(zhì)素基材(cai)料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正(zheng)變得(de)越來(lái)(lai)越有價(jià)值(zhi)，因?yàn)闅?qi)候變化和(he)養(yǎng)分(fen)缺乏威(wei)脅著農(nóng)作物(wu)的生產(chǎn)力。我(wo)們利用廢棄(qi)生物(wu)質(zhì)開(kāi)發(fā)(fa)了木質(zhì)(zhi)素衍(yan)生的(de)冷凍凝膠，以改(gai)善土壤(rang)養(yǎng)分(fen)、種子(zi)萌發(fā)、保水能(neng)力和光合色素(su)水平。這些冷凍(dong)凝膠是通過(guò)(guo)在?20°C 下(xia)低溫(wen)聚合制備而(er)成，使用了阿(a)拉伯樹(shù)膠(jiao)（GA）、角蛋白(bai)（K）和 N - 乙烯基(ji)吡咯烷酮，木(mu)質(zhì)素濃(nong)度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shí)設(shè)置了(le)對(duì)照組（NLC）。由于其(qi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)，這些(xie)冷凍凝膠表現(xiàn)(xian)出高熱穩(wěn)(wen)定性和超過(guò)(guo) 170% 的保水能力(li)。羧基和(he)羥基等(deng)官能團(tuán)增強(qiáng)(qiang)了養(yǎng)分吸收(shou)，加速了種子萌(meng)發(fā)和植物(wu)生長(zhǎng)，角蛋白通(tong)過(guò)微(wei)生物(wu)降解提供了生(sheng)物可利用的(de)氨基酸。5 天后，冷(leng)凍凝(ning)膠處(chu)理顯著提高(gao)了早期發(fā)芽率(lv)（小麥、玉(yu)米和油(you)菜籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時(shí)(shi)提高了葉(ye)綠素(su)（a、b 和總量(liang)）、糖分和可溶性(xing)蛋白水平。處理(li)后的植株葉(ye)片數(shù)量、株(zhu)高和(he)根長(zhǎng)增加，與對(duì)(dui)照組相比(bi)，水分吸收提高(gao)了 98.4%，減(jian)輕了土壤(rang)鹽分(fen)的影(ying)響。與 NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著(zhu)提高(gao)了所有作物的(de)葉綠素色素、可(ke)溶性(xing)糖和總(zong)蛋白含量。此(ci)外，冷(leng)凍凝(ning)膠在土壤(rang)中 130 天后的生物(wu)降解(jie)率達(dá)到 33%，證(zheng)實(shí)了(le)其環(huán)境相(xiang)容性?？傊?，所(suo)開(kāi)發(fā)的木質(zhì)(zhi)素基冷凍凝膠(jiao)是一(yi)種可持續(xù)、有效(xiao)的解(jie)決方案，可提高(gao)農(nóng)業(yè)中的(de)養(yǎng)分有效性(xing)和抗(kang)逆性，將工業(yè)木(mu)質(zhì)素(su)廢料重新(xin)利用，以應(yīng)對(duì)(dui)氣候驅(qū)(qu)動(dòng)的作物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)(zhan)。

該研究探究(jiu)了力學(xué)性能(neng)的增強(qiáng)對(duì)木質(zhì)(zhi)素基冷(leng)凍凝膠用于(yu)促進(jìn)植物(wu)生長(zhǎng)的(de)顯著影響。通過(guò)(guo)改變(bian)木質(zhì)素(su)含量(liang)，對(duì)冷(leng)凍凝膠的機(jī)(ji)械壓縮特性進(jìn)(jin)行了(le)優(yōu)化。在飽和(he)吸水條件(jian)下，對(duì)冷凍(dong)凝膠在(zai) 80% 的壓(ya)縮應(yīng)變下(xia)進(jìn)行應(yīng)力 - 應(yīng)(ying)變性能測(cè)(ce)試（下圖）。結(jié)(jie)果表明，應(yīng)(ying)力強(qiáng)度隨著(zhe)木質(zhì)素(su)濃度的(de)提高和施加壓(ya)力的增大(da)而增加。具(ju)體而言(yan)，在 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承受的(de)壓力(li)達(dá)到 50 MPa，而對(duì)(dui)照組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著其強(qiáng)(qiang)度相(xiang)較于由(you)細(xì)菌纖(xian)維素和(he)明膠制成的冷(leng)凍凝膠(jiao)提高了四倍。這(zhe)些研究(jiu)結(jié)果進(jìn)(jin)一步證明(ming)較高的木質(zhì)(zhi)素濃度(du)能顯(xian)著改善材(cai)料的力(li)學(xué)性能和剛度(du)。

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