近日(ri)，江蘇大(da)學研(yan)究人員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院(yuan)一區(qū)，影響(xiang)因子IF=7.7）發(fā)表(biao)了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性論(lun)文。在該論文(wen)中，研究人員(yuan)利用上海(hai)騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于測(ce)定冷凍凝膠(jiao)的力學(xue)性能(neng)和剛度。

可持續(xù)(xu)的木質(zhì)(zhi)素基材(cai)料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域(yu)正變得越(yue)來越有價值，因(yin)為氣候變(bian)化和(he)養(yǎng)分缺(que)乏威脅著農(nóng)(nong)作物的生產(chǎn)(chan)力。我們(men)利用廢棄生(sheng)物質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)(zhi)素衍生的冷(leng)凍凝(ning)膠，以改善土(tu)壤養(yǎng)分、種(zhong)子萌發(fā)、保水(shui)能力和光合(he)色素水平(ping)。這些(xie)冷凍凝膠是(shi)通過(guo)在?20°C 下低溫聚(ju)合制備(bei)而成，使(shi)用了阿拉伯(bo)樹膠(jiao)（GA）、角蛋白（K）和(he) N - 乙烯基吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)(zhi)素濃度(du)分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時設(shè)置(zhi)了對照組（NLC）。由于(yu)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷凍凝膠表(biao)現(xiàn)出高熱(re)穩(wěn)定性和超過(guo) 170% 的保水能力。羧(suo)基和羥基(ji)等官能團(tuan)增強了養(yǎng)(yang)分吸收，加速(su)了種子(zi)萌發(fā)和植物生(sheng)長，角蛋白通過(guo)微生(sheng)物降解提供(gong)了生物可利用(yong)的氨基(ji)酸。5 天后，冷(leng)凍凝膠處理(li)顯著提高了(le)早期(qi)發(fā)芽率（小麥(mai)、玉米和油菜(cai)籽分(fen)別為 100%、100% 和 99%），同(tong)時提高了(le)葉綠素（a、b 和(he)總量）、糖分(fen)和可溶(rong)性蛋(dan)白水平。處(chu)理后的(de)植株(zhu)葉片數(shù)量(liang)、株高和(he)根長增加(jia)，與對照(zhao)組相比(bi)，水分吸收(shou)提高了(le) 98.4%，減輕了土壤鹽(yan)分的(de)影響。與 NLC 相比，LbC1 和(he) LbC2 還顯著提高(gao)了所有作物(wu)的葉綠素色(se)素、可(ke)溶性(xing)糖和(he)總蛋白含(han)量。此外，冷凍凝(ning)膠在(zai)土壤中 130 天后(hou)的生物降解率(lv)達到(dao) 33%，證實了其(qi)環(huán)境相(xiang)容性?？傊?zhi)，所開發(fā)(fa)的木質(zhì)(zhi)素基冷凍(dong)凝膠(jiao)是一種可(ke)持續(xù)、有(you)效的解決方(fang)案，可提高(gao)農(nóng)業(yè)中的(de)養(yǎng)分有(you)效性和抗逆(ni)性，將工(gong)業(yè)木質(zhì)素廢(fei)料重新利用(yong)，以應(yīng)對氣(qi)候驅(qū)(qu)動的作物生(sheng)產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究探究(jiu)了力(li)學性能的增(zeng)強對木質(zhì)素基(ji)冷凍凝膠(jiao)用于促(cu)進植物(wu)生長的顯著(zhu)影響。通過改(gai)變木(mu)質(zhì)素含量(liang)，對冷凍凝膠的(de)機械壓縮(suo)特性進行了(le)優(yōu)化。在飽和吸(xi)水條件下，對(dui)冷凍凝膠在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變(bian)下進行應(yīng)力(li) - 應(yīng)變(bian)性能測(ce)試（下(xia)圖）。結(jié)(jie)果表(biao)明，應(yīng)力(li)強度隨著(zhe)木質(zhì)素濃度的(de)提高和施加壓(ya)力的增大而(er)增加。具(ju)體而言(yan)，在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承受的壓力(li)達到(dao) 50 MPa，而對照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意味(wei)著其(qi)強度(du)相較于由細(xi)菌纖維素(su)和明膠制成的(de)冷凍凝膠提高(gao)了四倍(bei)。這些研(yan)究結(jié)果進(jin)一步(bu)證明較高的木(mu)質(zhì)素(su)濃度(du)能顯著改善材(cai)料的力學(xue)性能和剛度(du)。

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