近日，江(jiang)蘇大學(xue)研究人員在國(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科院一區(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"的研究性論(lun)文。在該(gai)論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質構(gou)儀用于測定(ding)冷凍凝膠(jiao)的力學(xue)性能(neng)和剛度。

可持(chi)續(xù)的木質素基(ji)材料在農業(yè)(ye)領域正變(bian)得越來越有(you)價值，因為(wei)氣候變化(hua)和養(yǎng)分缺(que)乏威(wei)脅著農作(zuo)物的生(sheng)產力。我(wo)們利用廢棄生(sheng)物質開發(fā)了木(mu)質素(su)衍生的冷(leng)凍凝(ning)膠，以改善土壤(rang)養(yǎng)分、種子(zi)萌發(fā)(fa)、保水能(neng)力和光合(he)色素(su)水平。這些冷(leng)凍凝膠是通(tong)過在(zai)?20°C 下低溫聚合制(zhi)備而成，使用(yong)了阿拉(la)伯樹(shu)膠（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基(ji)吡咯烷酮(tong)，木質素濃(nong)度分別為 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同時設置了(le)對照組（NLC）。由于其(qi)網絡結構(gou)，這些冷凍凝膠(jiao)表現(xiàn)(xian)出高熱(re)穩(wěn)定性和超(chao)過 170% 的保水(shui)能力。羧基和(he)羥基等官能(neng)團增強了(le)養(yǎng)分吸收，加速(su)了種子萌(meng)發(fā)和植物生長(zhang)，角蛋白通過微(wei)生物降解提供(gong)了生物可(ke)利用的氨基酸(suan)。5 天后(hou)，冷凍凝膠處(chu)理顯著提(ti)高了早期發(fā)芽(ya)率（小麥(mai)、玉米和油(you)菜籽(zi)分別為 100%、100% 和(he) 99%），同時提高了葉(ye)綠素（a、b 和總(zong)量）、糖分和可(ke)溶性蛋白(bai)水平。處理后(hou)的植(zhi)株葉(ye)片數(shù)(shu)量、株高(gao)和根長增加(jia)，與對照(zhao)組相比，水分(fen)吸收(shou)提高(gao)了 98.4%，減輕了(le)土壤鹽分的影(ying)響。與(yu) NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著提高(gao)了所有(you)作物的(de)葉綠素色(se)素、可溶性糖和(he)總蛋白含量。此(ci)外，冷凍凝(ning)膠在土(tu)壤中 130 天后的生(sheng)物降解(jie)率達到(dao) 33%，證實了其環(huán)(huan)境相容(rong)性?？?zong)之，所開發(fā)的木(mu)質素基冷凍凝(ning)膠是一種可持(chi)續(xù)、有(you)效的解決方案(an)，可提高農(nong)業(yè)中的養(yǎng)分有(you)效性和抗逆性(xing)，將工業(yè)木質(zhi)素廢料重新利(li)用，以應對氣(qi)候驅動的作物(wu)生產挑戰(zhàn)。

該研究(jiu)探究了(le)力學性(xing)能的增強對木(mu)質素(su)基冷凍(dong)凝膠用于促進(jin)植物生(sheng)長的顯(xian)著影響。通過(guo)改變(bian)木質素含量(liang)，對冷凍(dong)凝膠的(de)機械(xie)壓縮特性(xing)進行了優(yōu)(you)化。在飽和吸水(shui)條件下，對冷(leng)凍凝膠在(zai) 80% 的壓縮(suo)應變下(xia)進行應力(li) - 應變性(xing)能測試(shi)（下圖）。結(jie)果表明，應(ying)力強度隨著木(mu)質素濃度的提(ti)高和施加壓(ya)力的增大而(er)增加。具體而(er)言，在 80% 的壓(ya)縮應變下(xia)，LbC2 所承(cheng)受的(de)壓力達到 50 MPa，而(er)對照(zhao)組（NLC）僅(jin)為 20 MPa。這意味著其強(qiang)度相較于由細(xi)菌纖維素(su)和明膠(jiao)制成的冷凍凝(ning)膠提高了(le)四倍。這些研(yan)究結果進一步(bu)證明較(jiao)高的木質(zhi)素濃度(du)能顯著改善(shan)材料的(de)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