近日，江(jiang)蘇大學研究人(ren)員在國際期(qi)刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院(yuan)一區(qū)，影(ying)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。在該(gai)論文(wen)中，研究人員利(li)用上海(hai)騰拔Universal TA質構儀用(yong)于測定冷(leng)凍凝膠的力(li)學性能和剛度(du)。

可持續(xù)的(de)木質(zhi)素基材料在(zai)農業(yè)領域正(zheng)變得越來(lai)越有(you)價值，因(yin)為氣候變化(hua)和養(yǎng)分(fen)缺乏威脅(xie)著農作(zuo)物的生產力(li)。我們利(li)用廢棄生物質(zhi)開發(fā)了木質(zhi)素衍生的冷(leng)凍凝膠，以改(gai)善土壤養(yǎng)(yang)分、種子萌(meng)發(fā)、保水能(neng)力和光(guang)合色素(su)水平。這些(xie)冷凍凝膠是通(tong)過在?20°C 下低溫聚(ju)合制備而(er)成，使用了(le)阿拉伯(bo)樹膠（GA）、角(jiao)蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基(ji)吡咯烷酮，木(mu)質素濃度分(fen)別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時(shi)設置(zhi)了對照組（NLC）。由(you)于其網(wǎng)絡結(jie)構，這些(xie)冷凍(dong)凝膠表現(xiàn)出高(gao)熱穩(wěn)定性和超(chao)過 170% 的保(bao)水能力。羧基和(he)羥基等官(guan)能團增強(qiang)了養(yǎng)分吸(xi)收，加速了種(zhong)子萌發(fā)和植(zhi)物生(sheng)長，角蛋白通過(guo)微生(sheng)物降解提供(gong)了生物(wu)可利(li)用的氨(an)基酸。5 天后，冷凍(dong)凝膠處理顯著(zhu)提高了早期(qi)發(fā)芽率（小麥、玉(yu)米和(he)油菜籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同(tong)時提高了(le)葉綠(lv)素（a、b 和總量）、糖(tang)分和(he)可溶性蛋白(bai)水平(ping)。處理后的(de)植株葉片數(shù)(shu)量、株高和根長(zhang)增加，與(yu)對照組相比，水(shui)分吸收(shou)提高了 98.4%，減(jian)輕了土壤(rang)鹽分的影響。與(yu) NLC 相比(bi)，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提(ti)高了(le)所有作物的葉(ye)綠素色素、可(ke)溶性糖和總(zong)蛋白含(han)量。此(ci)外，冷凍凝膠在(zai)土壤(rang)中 130 天后的生物(wu)降解率達到(dao) 33%，證實了其(qi)環(huán)境相(xiang)容性?？傊?suo)開發(fā)的木質素(su)基冷凍凝膠是(shi)一種(zhong)可持續(xù)(xu)、有效的(de)解決方案(an)，可提高農業(yè)中(zhong)的養(yǎng)分有效(xiao)性和抗逆性(xing)，將工業(yè)木質(zhi)素廢(fei)料重(zhong)新利(li)用，以應對(dui)氣候驅動的作(zuo)物生(sheng)產挑(tiao)戰(zhàn)。

該研究探究了(le)力學性能的(de)增強對木(mu)質素基(ji)冷凍(dong)凝膠用于促(cu)進植物生長(zhang)的顯著影響。通(tong)過改變木質(zhi)素含量(liang)，對冷凍凝(ning)膠的機械壓(ya)縮特性進行(xing)了優(yōu)化(hua)。在飽和吸(xi)水條件下，對冷(leng)凍凝膠在 80% 的(de)壓縮應(ying)變下進行(xing)應力 - 應(ying)變性能測試（下(xia)圖）。結果表明(ming)，應力強度隨(sui)著木質素濃(nong)度的提(ti)高和施(shi)加壓力的增(zeng)大而增加(jia)。具體(ti)而言，在 80% 的(de)壓縮應(ying)變下，LbC2 所承受(shou)的壓力達(da)到 50 MPa，而對(dui)照組（NLC）僅為(wei) 20 MPa。這意味著其(qi)強度(du)相較于由細菌(jun)纖維素和明膠(jiao)制成的冷凍(dong)凝膠提(ti)高了四倍(bei)。這些研究結果(guo)進一(yi)步證明較高(gao)的木質素濃(nong)度能(neng)顯著改善材料(liao)的力學(xue)性能和剛(gang)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