近日，江蘇大(da)學(xué)研究人員(yuan)在國(guo)際期(qi)刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)(qu)，影響因子IF=7.7）發(fā)(fa)表了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性論文(wen)。在該(gai)論文中(zhong)，研究人員利用(yong)上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用(yong)于測定冷(leng)凍凝膠的(de)力學(xué)性能和剛(gang)度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基(ji)材料在農(nóng)業(yè)(ye)領(lǐng)域正(zheng)變得(de)越來越有價值(zhi)，因為氣候變化(hua)和養(yǎng)分缺(que)乏威脅著(zhe)農(nóng)作物的生(sheng)產(chǎn)力(li)。我們利用廢(fei)棄生物質(zhì)開發(fā)(fa)了木質(zhì)素(su)衍生的冷(leng)凍凝(ning)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(se)素水平。這(zhe)些冷凍凝(ning)膠是通過在(zai)?20°C 下低溫(wen)聚合制備而(er)成，使用(yong)了阿拉伯(bo)樹膠（GA）、角蛋(dan)白（K）和(he) N - 乙烯基吡咯(ge)烷酮，木質(zhì)(zhi)素濃度分別(bie)為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設(shè)置了對照組(zu)（NLC）。由于其網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些冷(leng)凍凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出高熱穩(wěn)定(ding)性和超過 170% 的(de)保水能力。羧(suo)基和羥基等官(guan)能團增強(qiang)了養(yǎng)分吸收，加(jia)速了種子萌發(fā)(fa)和植物生(sheng)長，角(jiao)蛋白通過(guo)微生物(wu)降解提供(gong)了生物可利用(yong)的氨基酸。5 天(tian)后，冷凍凝(ning)膠處(chu)理顯著(zhu)提高(gao)了早期發(fā)芽(ya)率（小麥(mai)、玉米(mi)和油菜籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時提(ti)高了(le)葉綠素（a、b 和總(zong)量）、糖分和(he)可溶(rong)性蛋白(bai)水平。處理(li)后的(de)植株葉片數(shù)量(liang)、株高和根長增(zeng)加，與對照組(zu)相比，水(shui)分吸收提高了(le) 98.4%，減輕了土(tu)壤鹽(yan)分的影響(xiang)。與 NLC 相比，LbC1 和(he) LbC2 還顯著提(ti)高了(le)所有作物(wu)的葉綠素色(se)素、可(ke)溶性糖(tang)和總蛋白含(han)量。此(ci)外，冷凍(dong)凝膠在土壤中(zhong) 130 天后(hou)的生物降解(jie)率達到 33%，證實了(le)其環(huán)境相(xiang)容性(xing)?？傊?，所開發(fā)(fa)的木質(zhì)素(su)基冷(leng)凍凝膠是一種(zhong)可持續(xù)(xu)、有效的解(jie)決方案(an)，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分有效(xiao)性和抗逆性(xing)，將工業(yè)木(mu)質(zhì)素(su)廢料重(zhong)新利用，以應(yīng)對(dui)氣候驅(qū)動(dong)的作物生產(chǎn)(chan)挑戰(zhàn)(zhan)。

該研究(jiu)探究了力學(xué)(xue)性能的(de)增強對木質(zhì)(zhi)素基冷凍(dong)凝膠用于促進(jin)植物生長的顯(xian)著影響。通過(guo)改變(bian)木質(zhì)素含(han)量，對冷(leng)凍凝膠的機(ji)械壓縮特性進(jin)行了(le)優(yōu)化。在飽和吸(xi)水條(tiao)件下，對(dui)冷凍凝膠在(zai) 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下進行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)變(bian)性能測試(shi)（下圖）。結(jié)果(guo)表明，應(yīng)力(li)強度隨著(zhe)木質(zhì)素濃(nong)度的提高(gao)和施加(jia)壓力的增(zeng)大而增(zeng)加。具體而(er)言，在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下，LbC2 所承(cheng)受的壓力(li)達到 50 MPa，而對照(zhao)組（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味(wei)著其強度(du)相較(jiao)于由細菌纖(xian)維素和明膠(jiao)制成的(de)冷凍(dong)凝膠提高了四(si)倍。這些(xie)研究結(jié)果進(jin)一步證明較(jiao)高的木(mu)質(zhì)素濃度能顯(xian)著改(gai)善材料的力學(xué)(xue)性能和剛度。

參考文獻：

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