近日，江蘇大學(xué)(xue)研究人員在(zai)國際(ji)期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)，影(ying)響因子IF=7.7）發(fā)(fa)表了題為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性論文(wen)。在該(gai)論文中，研究人(ren)員利用上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定冷凍(dong)凝膠的(de)力學(xué)性(xing)能和剛(gang)度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基材(cai)料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正(zheng)變得越(yue)來越有(you)價值，因?yàn)?wei)氣候變化(hua)和養(yǎng)分缺乏威(wei)脅著農(nóng)作物(wu)的生產(chǎn)力。我(wo)們利(li)用廢棄生物(wu)質(zhì)開(kai)發(fā)了木質(zhì)素(su)衍生的冷凍(dong)凝膠，以改善(shan)土壤(rang)養(yǎng)分、種子萌發(fā)(fa)、保水能力(li)和光(guang)合色(se)素水(shui)平。這些冷(leng)凍凝膠是(shi)通過在?20°C 下(xia)低溫(wen)聚合制備而(er)成，使用(yong)了阿拉伯(bo)樹膠（GA）、角蛋白（K）和(he) N - 乙烯基吡咯烷(wan)酮，木(mu)質(zhì)素濃(nong)度分別(bie)為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設(shè)置(zhi)了對照組（NLC）。由(you)于其(qi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(gou)，這些冷凍凝膠(jiao)表現(xiàn)出高熱(re)穩(wěn)定(ding)性和超過(guo) 170% 的保水能力。羧(suo)基和羥基等官(guan)能團(tuán)增強(qiáng)了養(yǎng)(yang)分吸收(shou)，加速了種(zhong)子萌發(fā)和(he)植物生長(zhang)，角蛋白(bai)通過(guo)微生(sheng)物降(jiang)解提供(gong)了生物可利(li)用的氨基酸(suan)。5 天后，冷凍凝(ning)膠處理顯著(zhu)提高了早期(qi)發(fā)芽(ya)率（小麥、玉(yu)米和(he)油菜籽分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時提高(gao)了葉綠素(su)（a、b 和總量）、糖分(fen)和可溶性(xing)蛋白(bai)水平。處理后(hou)的植(zhi)株葉(ye)片數(shù)量、株高(gao)和根(gen)長增加(jia)，與對照組相比(bi)，水分(fen)吸收(shou)提高了 98.4%，減(jian)輕了土壤鹽(yan)分的(de)影響。與 NLC 相比，LbC1 和(he) LbC2 還顯(xian)著提高了所(suo)有作物的葉綠(lv)素色素、可溶性(xing)糖和總(zong)蛋白含(han)量。此外，冷凍凝(ning)膠在土壤(rang)中 130 天后(hou)的生物降(jiang)解率(lv)達(dá)到(dao) 33%，證實(shí)了其(qi)環(huán)境相(xiang)容性(xing)?？傊?，所開(kai)發(fā)的木質(zhì)(zhi)素基冷(leng)凍凝膠是一(yi)種可持續(xù)、有效(xiao)的解(jie)決方案，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的(de)養(yǎng)分有(you)效性(xing)和抗逆性(xing)，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素(su)廢料重(zhong)新利用，以(yi)應(yīng)對氣候驅(qū)(qu)動的作物(wu)生產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究探究了(le)力學(xué)性能的(de)增強(qiáng)(qiang)對木質(zhì)素(su)基冷凍(dong)凝膠用(yong)于促(cu)進(jìn)植(zhi)物生(sheng)長的顯著影(ying)響。通過改變(bian)木質(zhì)素(su)含量，對冷(leng)凍凝膠的(de)機(jī)械(xie)壓縮(suo)特性(xing)進(jìn)行(xing)了優(yōu)化。在飽(bao)和吸(xi)水條件(jian)下，對(dui)冷凍(dong)凝膠在 80% 的壓(ya)縮應(yīng)(ying)變下進(jìn)(jin)行應(yīng)力 - 應(yīng)變(bian)性能(neng)測試（下圖）。結(jié)果(guo)表明(ming)，應(yīng)力強(qiáng)度隨著(zhe)木質(zhì)素濃(nong)度的(de)提高和施(shi)加壓力的(de)增大而增加(jia)。具體而言(yan)，在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承受的壓力(li)達(dá)到 50 MPa，而對照(zhao)組（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其強(qiáng)(qiang)度相較于由(you)細(xì)菌纖維素和(he)明膠制成的冷(leng)凍凝膠提高(gao)了四倍。這些(xie)研究結(jié)果進(jìn)(jin)一步證明(ming)較高的(de)木質(zhì)素濃(nong)度能顯著改(gai)善材料(liao)的力學(xué)性能(neng)和剛度。

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