近日，江(jiang)蘇大學(xué)研究人(ren)員在國(guó)(guo)際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科(ke)院一區(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)性論文(wen)。在該(gai)論文中，研(yan)究人員利(li)用上(shang)海騰(teng)拔Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測(cè)定(ding)冷凍凝膠的力(li)學(xué)性能和剛度(du)。

可持(chi)續(xù)的木質(zhì)素基(ji)材料在農(nóng)(nong)業(yè)領(lǐng)域正(zheng)變得越來越(yue)有價(jià)值，因(yin)為氣候變化(hua)和養(yǎng)分缺(que)乏威脅著農(nóng)作(zuo)物的(de)生產(chǎn)力。我們(men)利用(yong)廢棄生(sheng)物質(zhì)開發(fā)了木(mu)質(zhì)素衍生的冷(leng)凍凝膠，以改(gai)善土壤養(yǎng)分、種(zhong)子萌發(fā)、保水能(neng)力和光合色素(su)水平。這些(xie)冷凍凝膠(jiao)是通過在?20°C 下(xia)低溫聚合(he)制備而成，使(shi)用了(le)阿拉伯樹膠(jiao)（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙(yi)烯基吡咯烷酮(tong)，木質(zhì)素(su)濃度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時(shí)設(shè)置了(le)對(duì)照組（NLC）。由(you)于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)(jie)構(gòu)，這些(xie)冷凍凝膠表(biao)現(xiàn)出高熱穩(wěn)定(ding)性和超(chao)過 170% 的保水能(neng)力。羧基(ji)和羥基(ji)等官能團(tuán)增強(qiáng)(qiang)了養(yǎng)分吸收，加(jia)速了種子萌發(fā)(fa)和植物生長(zhǎng)(zhang)，角蛋白通過(guo)微生物降解(jie)提供了生物可(ke)利用的(de)氨基酸。5 天(tian)后，冷凍凝膠(jiao)處理顯著提(ti)高了早期發(fā)(fa)芽率（小麥、玉(yu)米和油菜(cai)籽分別(bie)為 100%、100% 和 99%），同時(shí)提(ti)高了葉綠素（a、b 和(he)總量）、糖分(fen)和可(ke)溶性蛋(dan)白水平。處理后(hou)的植株葉片數(shù)(shu)量、株高和(he)根長(zhǎng)增(zeng)加，與對(duì)照組相(xiang)比，水分吸(xi)收提高了(le) 98.4%，減輕了土壤鹽(yan)分的(de)影響。與(yu) NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯(xian)著提高了所(suo)有作物的葉綠(lv)素色素、可溶(rong)性糖和總(zong)蛋白含量。此(ci)外，冷凍凝膠在(zai)土壤中(zhong) 130 天后的生物降(jiang)解率達(dá)(da)到 33%，證實(shí)(shi)了其環(huán)境相(xiang)容性?？?zong)之，所開發(fā)的(de)木質(zhì)(zhi)素基(ji)冷凍凝膠是一(yi)種可持(chi)續(xù)、有(you)效的解決方案(an)，可提(ti)高農(nóng)業(yè)中的養(yǎng)(yang)分有(you)效性和抗逆(ni)性，將工業(yè)木(mu)質(zhì)素廢(fei)料重新利用(yong)，以應(yīng)對(duì)氣候驅(qū)(qu)動(dòng)的作物(wu)生產(chǎn)挑戰(zhàn)(zhan)。

該研究(jiu)探究了力(li)學(xué)性能的(de)增強(qiáng)對(duì)(dui)木質(zhì)素基(ji)冷凍凝膠用(yong)于促(cu)進(jìn)植(zhi)物生長(zhǎng)的顯著(zhu)影響。通過(guo)改變木(mu)質(zhì)素(su)含量，對(duì)冷凍凝(ning)膠的機(jī)械(xie)壓縮特性進(jìn)行(xing)了優(yōu)化。在(zai)飽和吸水(shui)條件下，對(duì)(dui)冷凍凝膠在 80% 的(de)壓縮應(yīng)變下(xia)進(jìn)行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)變(bian)性能測(cè)(ce)試（下圖）。結(jié)果表(biao)明，應(yīng)力強(qiáng)(qiang)度隨著木質(zhì)素(su)濃度的提高(gao)和施加壓力的(de)增大(da)而增加。具體(ti)而言(yan)，在 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下，LbC2 所承(cheng)受的壓(ya)力達(dá)到(dao) 50 MPa，而對(duì)照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意(yi)味著其強(qiáng)度相(xiang)較于由(you)細(xì)菌纖維素和(he)明膠制(zhi)成的冷凍凝膠(jiao)提高了四倍。這(zhe)些研究結(jié)果進(jìn)(jin)一步證明(ming)較高的木質(zhì)素(su)濃度(du)能顯著改(gai)善材(cai)料的力學(xué)性(xing)能和剛度。

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