近日，江蘇(su)大學(xué)研究(jiu)人員(yuan)在國(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(yan)究性論(lun)文。在該論(lun)文中，研(yan)究人員利用(yong)上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀用于測定冷(leng)凍凝膠的力(li)學(xué)性(xing)能和剛度。

可持續(xù)(xu)的木質(zhì)(zhi)素基材(cai)料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)(ling)域正變得(de)越來(lai)越有價值，因(yin)為氣候(hou)變化和養(yǎng)分(fen)缺乏威(wei)脅著(zhe)農(nóng)作物的生產(chǎn)(chan)力。我(wo)們利用廢棄生(sheng)物質(zhì)開發(fā)了(le)木質(zhì)素衍(yan)生的冷凍凝膠(jiao)，以改善(shan)土壤養(yǎng)分(fen)、種子萌(meng)發(fā)、保水(shui)能力和(he)光合色素水(shui)平。這些冷(leng)凍凝膠是通(tong)過在?20°C 下(xia)低溫(wen)聚合制備(bei)而成，使用(yong)了阿拉伯樹膠(jiao)（GA）、角蛋(dan)白（K）和 N - 乙烯(xi)基吡咯烷酮(tong)，木質(zhì)(zhi)素濃度分別為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時設(shè)置(zhi)了對照組(zu)（NLC）。由于其網(wǎng)(wang)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些(xie)冷凍凝(ning)膠表現(xiàn)(xian)出高熱穩(wěn)定性(xing)和超過 170% 的保水(shui)能力。羧基(ji)和羥基等官能(neng)團(tuán)增強了養(yǎng)分(fen)吸收，加速(su)了種(zhong)子萌(meng)發(fā)和植物(wu)生長，角蛋(dan)白通過微生(sheng)物降解(jie)提供了生物(wu)可利用的氨基(ji)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)米和油菜籽(zi)分別為(wei) 100%、100% 和 99%），同時提高了(le)葉綠素（a、b 和總量(liang)）、糖分(fen)和可溶(rong)性蛋白水平(ping)。處理后的植(zhi)株葉片數(shù)量(liang)、株高和根長增(zeng)加，與對照組相(xiang)比，水分吸收(shou)提高了(le) 98.4%，減輕(qing)了土壤鹽分的(de)影響。與 NLC 相(xiang)比，LbC1 和 LbC2 還顯著(zhu)提高了所有(you)作物的葉綠素(su)色素(su)、可溶性糖和總(zong)蛋白含(han)量。此外，冷(leng)凍凝膠在土(tu)壤中 130 天后的(de)生物降解(jie)率達(dá)到 33%，證實(shi)了其環(huán)境相容(rong)性。總之，所開(kai)發(fā)的木質(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(fang)案，可提高(gao)農(nóng)業(yè)(ye)中的養(yǎng)分有效(xiao)性和抗逆性(xing)，將工業(yè)(ye)木質(zhì)素(su)廢料重新利(li)用，以(yi)應(yīng)對氣(qi)候驅(qū)(qu)動的作物(wu)生產(chǎn)挑(tiao)戰(zhàn)。

該研究探究(jiu)了力學(xué)(xue)性能(neng)的增強對(dui)木質(zhì)素(su)基冷凍凝(ning)膠用于(yu)促進(jìn)植物生(sheng)長的顯著(zhu)影響。通過(guo)改變(bian)木質(zhì)(zhi)素含量，對(dui)冷凍凝膠的(de)機械壓縮(suo)特性進(jìn)行(xing)了優(yōu)化。在飽(bao)和吸水條件下(xia)，對冷凍凝膠(jiao)在 80% 的壓縮應(yīng)變(bian)下進(jìn)行(xing)應(yīng)力 - 應(yīng)變性能(neng)測試（下圖(tu)）。結(jié)果表明，應(yīng)力(li)強度隨著(zhe)木質(zhì)素濃度(du)的提(ti)高和(he)施加壓力的增(zeng)大而增加。具體(ti)而言，在 80% 的壓縮(suo)應(yīng)變下(xia)，LbC2 所承(cheng)受的壓力達(dá)到(dao) 50 MPa，而對照組(zu)（NLC）僅為 20 MPa。這意(yi)味著其(qi)強度(du)相較于由細(xì)菌(jun)纖維(wei)素和明(ming)膠制成(cheng)的冷凍凝膠提(ti)高了四倍。這(zhe)些研究結(jié)果進(jìn)(jin)一步(bu)證明較高的木(mu)質(zhì)素濃度能顯(xian)著改(gai)善材料的力(li)學(xué)性能和剛度(du)。

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