近日，江蘇大學(xué)研究人員在國際期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一區(qū)，影響因子IF=7.7）發(fā)表了題為"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性論文。在該論文中，研究人員利用上海騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀用于測定冷凍凝膠的力學(xué)性能和剛度。

可持續(xù)的木質(zhì)素基材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域正變得越來越有價值，因為氣候變化和養(yǎng)分缺乏威脅著農(nóng)作物的生產(chǎn)力。我們利用廢棄生物質(zhì)開發(fā)了木質(zhì)素衍生的冷凍凝膠，以改善土壤養(yǎng)分、種子萌發(fā)、保水能力和光合色素水平。這些冷凍凝膠是通過在?20°C 下低溫聚合制備而成，使用了阿拉伯樹膠（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙烯基吡咯烷酮，木質(zhì)素濃度分別為 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同時設(shè)置了對照組（NLC）。由于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些冷凍凝膠表現(xiàn)出高熱穩(wěn)定性和超過 170% 的保水能力。羧基和羥基等官能團增強了養(yǎng)分吸收，加速了種子萌發(fā)和植物生長，角蛋白通過微生物降解提供了生物可利用的氨基酸。5 天后，冷凍凝膠處理顯著提高了早期發(fā)芽率（小麥、玉米和油菜籽分別為 100%、100% 和 99%），同時提高了葉綠素（a、b 和總量）、糖分和可溶性蛋白水平。處理后的植株葉片數(shù)量、株高和根長增加，與對照組相比，水分吸收提高了 98.4%，減輕了土壤鹽分的影響。與 NLC 相比，LbC1 和 LbC2 還顯著提高了所有作物的葉綠素色素、可溶性糖和總蛋白含量。此外，冷凍凝膠在土壤中 130 天后的生物降解率達到 33%，證實了其環(huán)境相容性。總之，所開發(fā)的木質(zhì)素基冷凍凝膠是一種可持續(xù)、有效的解決方案，可提高農(nóng)業(yè)中的養(yǎng)分有效性和抗逆性，將工業(yè)木質(zhì)素廢料重新利用，以應(yīng)對氣候驅(qū)動的作物生產(chǎn)挑戰(zhàn)。

該研究探究了力學(xué)性能的增強對木質(zhì)素基冷凍凝膠用于促進植物生長的顯著影響。通過改變木質(zhì)素含量，對冷凍凝膠的機械壓縮特性進行了優(yōu)化。在飽和吸水條件下，對冷凍凝膠在 80% 的壓縮應(yīng)變下進行應(yīng)力 - 應(yīng)變性能測試（下圖）。結(jié)果表明，應(yīng)力強度隨著木質(zhì)素濃度的提高和施加壓力的增大而增加。具體而言，在 80% 的壓縮應(yīng)變下，LbC2 所承受的壓力達到 50 MPa，而對照組（NLC）僅為 20 MPa。這意味著其強度相較于由細菌纖維素和明膠制成的冷凍凝膠提高了四倍。這些研究結(jié)果進一步證明較高的木質(zhì)素濃度能顯著改善材料的力學(xué)性能和剛度。

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