近日，江蘇(su)大學(xué)(xue)研究(jiu)人員在國(guó)際(ji)期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院(yuan)一區(qū)(qu)，影響(xiang)因子(zi)IF=7.7）發(fā)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。在該論文中，研(yan)究人員利用上(shang)海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)用于測(cè)定冷凍(dong)凝膠(jiao)的力學(xué)性(xing)能和剛度。

可持續(xù)的木(mu)質(zhì)素基(ji)材料(liao)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變(bian)得越來(lái)越有(you)價(jià)值(zhi)，因?yàn)?wei)氣候變(bian)化和養(yǎng)分缺(que)乏威(wei)脅著(zhe)農(nóng)作物的(de)生產(chǎn)力(li)。我們利用廢(fei)棄生物質(zhì)開(kāi)發(fā)(fa)了木(mu)質(zhì)素(su)衍生的冷(leng)凍凝膠，以(yi)改善(shan)土壤養(yǎng)(yang)分、種(zhong)子萌發(fā)(fa)、保水能力和光(guang)合色素(su)水平。這些冷(leng)凍凝(ning)膠是通(tong)過(guò)在?20°C 下(xia)低溫(wen)聚合制備(bei)而成(cheng)，使用了阿拉(la)伯樹(shù)(shu)膠（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基吡咯烷(wan)酮，木質(zhì)素濃(nong)度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時(shí)設(shè)置(zhi)了對(duì)照組（NLC）。由于(yu)其網(wǎng)絡(luò)(luo)結(jié)構(gòu)，這(zhe)些冷凍凝膠表(biao)現(xiàn)出高熱穩(wěn)(wen)定性和(he)超過(guò) 170% 的(de)保水能(neng)力。羧基和羥(qiang)基等(deng)官能團(tuán)增(zeng)強(qiáng)了養(yǎng)分吸(xi)收，加速了(le)種子萌發(fā)(fa)和植(zhi)物生長(zhǎng)，角蛋白(bai)通過(guò)微生物(wu)降解提供了生(sheng)物可利(li)用的氨(an)基酸(suan)。5 天后，冷凍(dong)凝膠處理(li)顯著提(ti)高了早期(qi)發(fā)芽率（小麥(mai)、玉米和油(you)菜籽分(fen)別為 100%、100% 和(he) 99%），同時(shí)(shi)提高了(le)葉綠素（a、b 和總量(liang)）、糖分和可溶(rong)性蛋白水平(ping)。處理后的(de)植株葉片(pian)數(shù)量、株(zhu)高和根長(zhǎng)增(zeng)加，與(yu)對(duì)照組相比(bi)，水分(fen)吸收提高了 98.4%，減(jian)輕了(le)土壤鹽分的影(ying)響。與 NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還(hai)顯著提高了(le)所有(you)作物的葉綠(lv)素色素、可(ke)溶性糖(tang)和總蛋(dan)白含量。此外(wai)，冷凍(dong)凝膠在土壤(rang)中 130 天后(hou)的生物降解(jie)率達(dá)到 33%，證實(shí)(shi)了其環(huán)境相(xiang)容性?？傊?，所開(kāi)(kai)發(fā)的(de)木質(zhì)素基(ji)冷凍凝膠是一(yi)種可持續(xù)、有(you)效的解決(jue)方案(an)，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的(de)養(yǎng)分有(you)效性和(he)抗逆性，將工業(yè)(ye)木質(zhì)(zhi)素廢料重新利(li)用，以應(yīng)對(duì)氣(qi)候驅(qū)動(dòng)(dong)的作物生(sheng)產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究探究了(le)力學(xué)(xue)性能的增強(qiáng)對(duì)(dui)木質(zhì)素(su)基冷凍凝膠(jiao)用于促進(jìn)植(zhi)物生(sheng)長(zhǎng)的顯著(zhu)影響。通(tong)過(guò)改變(bian)木質(zhì)素含量，對(duì)(dui)冷凍(dong)凝膠的機(jī)(ji)械壓縮(suo)特性(xing)進(jìn)行了優(yōu)化(hua)。在飽(bao)和吸水(shui)條件下，對(duì)(dui)冷凍凝膠在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變(bian)下進(jìn)行(xing)應(yīng)力(li) - 應(yīng)變(bian)性能測(cè)試（下圖(tu)）。結(jié)果表明(ming)，應(yīng)力強(qiáng)度隨(sui)著木質(zhì)素濃(nong)度的提高(gao)和施加壓(ya)力的增大而增(zeng)加。具體(ti)而言，在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承受的(de)壓力(li)達(dá)到 50 MPa，而對(duì)(dui)照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意味(wei)著其強(qiáng)度相(xiang)較于(yu)由細(xì)菌纖維(wei)素和明膠制成(cheng)的冷凍凝(ning)膠提(ti)高了四倍(bei)。這些(xie)研究結(jié)(jie)果進(jìn)一(yi)步證明較(jiao)高的木質(zhì)素(su)濃度能(neng)顯著(zhu)改善材(cai)料的(de)力學(xué)性能(neng)和剛度。

參考文(wen)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