上海騰(teng)拔(ba)質(zhi)構儀(yi)助力(li)江(jiang)蘇大學發(fa)表(biao)關於(yu)冷凍凝(ning)膠(jiao)的國際(ji)期刊(kan)論(lun)文(wen)

近日，江(jiang)蘇大學研究(jiu)人(ren)員(yuan)在(zai)國(guo)際(ji)期刊(kan)《International Journal of Biological Macromolecules》（中(zhong)科(ke)院(yuan)壹(yi)區，影(ying)響(xiang)因(yin)子(zi)IF=7.7）發(fa)表(biao)了題(ti)為(wei)"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究(jiu)性(xing)論文。在(zai)該(gai)論文(wen)中(zhong)，研究(jiu)人(ren)員(yuan)利(li)用上海騰(teng)拔(ba)Universal TA質(zhi)構儀(yi)用於(yu)測(ce)定(ding)冷凍凝(ning)膠(jiao)的力(li)學性(xing)能(neng)和(he)剛度(du)。

可(ke)持續的木質(zhi)素(su)基(ji)材(cai)料(liao)在(zai)農業領(ling)域(yu)正(zheng)變(bian)得(de)越(yue)來越有(you)價值，因(yin)為(wei)氣候變(bian)化(hua)和(he)養(yang)分(fen)缺(que)乏(fa)威脅著(zhe)農作物(wu)的生產(chan)力(li)。我們(men)利(li)用廢棄生物質(zhi)開發(fa)了(le)木質(zhi)素(su)衍(yan)生的冷凍凝(ning)膠(jiao)，以(yi)改(gai)善(shan)土壤(rang)養(yang)分(fen)、種子(zi)萌(meng)發(fa)、保水(shui)能(neng)力(li)和(he)光合(he)色素(su)水(shui)平(ping)。這些(xie)冷凍凝(ning)膠(jiao)是通過(guo)在(zai)−20°C 下(xia)低(di)溫(wen)聚合(he)制備而成，使(shi)用了阿拉伯(bo)樹膠(jiao)（GA）、角(jiao)蛋白(bai)（K）和(he) N - 乙烯基(ji)吡(bi)咯(ge)烷(wan)酮，木質(zhi)素(su)濃(nong)度(du)分(fen)別(bie)為(wei) 0.02 wt%（LbC1）和(he) 0.1 wt%（LbC2），同(tong)時設(she)置(zhi)了(le)對(dui)照(zhao)組（NLC）。由(you)於(yu)其網絡(luo)結(jie)構，這(zhe)些冷凍凝(ning)膠(jiao)表(biao)現出高熱穩定(ding)性(xing)和(he)超過(guo) 170% 的保水(shui)能(neng)力(li)。羧基(ji)和(he)羥(qiang)基(ji)等(deng)官能(neng)團增強了養(yang)分(fen)吸收(shou)，加(jia)速(su)了種子(zi)萌(meng)發(fa)和(he)植物(wu)生長，角(jiao)蛋白(bai)通過(guo)微(wei)生(sheng)物(wu)降解(jie)提供(gong)了生(sheng)物可(ke)利(li)用的氨(an)基(ji)酸(suan)。5 天(tian)後，冷凍凝(ning)膠(jiao)處(chu)理顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)了早期發(fa)芽(ya)率（小(xiao)麥(mai)、玉米(mi)和(he)油菜籽分別(bie)為(wei) 100%、100% 和(he) 99%），同(tong)時提(ti)高(gao)了葉綠素(su)（a、b 和(he)總量）、糖(tang)分(fen)和(he)可(ke)溶(rong)性蛋白(bai)水(shui)平(ping)。處理(li)後的植株葉(ye)片(pian)數(shu)量、株高(gao)和(he)根長(chang)增加(jia)，與(yu)對照(zhao)組相比，水(shui)分吸收(shou)提高了 98.4%，減輕了土壤(rang)鹽分(fen)的影(ying)響(xiang)。與 NLC 相比，LbC1 和(he) LbC2 還顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)了所有(you)作(zuo)物(wu)的葉綠素(su)色素(su)、可(ke)溶(rong)性糖(tang)和(he)總蛋白(bai)含量。此(ci)外(wai)，冷凍凝(ning)膠(jiao)在(zai)土壤(rang)中(zhong) 130 天(tian)後的生物降解(jie)率達到 33%，證(zheng)實(shi)了(le)其環(huan)境(jing)相容性。總之，所開發(fa)的木質(zhi)素(su)基(ji)冷凍凝(ning)膠(jiao)是壹(yi)種可(ke)持續、有(you)效(xiao)的解(jie)決方(fang)案，可(ke)提(ti)高(gao)農業中(zhong)的養(yang)分(fen)有(you)效(xiao)性(xing)和(he)抗逆性，將工業木質(zhi)素(su)廢(fei)料(liao)重(zhong)新利(li)用，以(yi)應對(dui)氣候驅(qu)動的作物生(sheng)產(chan)挑戰(zhan)。

該(gai)研究(jiu)探(tan)究了力(li)學性(xing)能(neng)的增強對木質(zhi)素(su)基(ji)冷凍凝(ning)膠(jiao)用(yong)於(yu)促進(jin)植物(wu)生(sheng)長(chang)的顯(xian)著(zhu)影(ying)響(xiang)。通過(guo)改(gai)變(bian)木質(zhi)素(su)含(han)量，對(dui)冷凍凝(ning)膠(jiao)的機械(xie)壓縮(suo)特性(xing)進(jin)行了(le)優(you)化(hua)。在(zai)飽(bao)和(he)吸水(shui)條(tiao)件下，對(dui)冷凍凝(ning)膠(jiao)在(zai) 80% 的壓縮(suo)應變(bian)下(xia)進(jin)行應力(li) - 應變(bian)性(xing)能(neng)測試(shi)（下圖(tu)）。結果表明，應力(li)強度隨(sui)著(zhe)木質(zhi)素(su)濃(nong)度(du)的提高和(he)施(shi)加(jia)壓力(li)的增大而增加(jia)。具(ju)體(ti)而(er)言(yan)，在(zai) 80% 的壓縮(suo)應變(bian)下(xia)，LbC2 所承受的壓力(li)達到 50 MPa，而(er)對照(zhao)組（NLC）僅(jin)為(wei) 20 MPa。這意味著(zhe)其強度相較於(yu)由(you)細菌纖(xian)維素(su)和(he)明膠(jiao)制成的冷凍凝(ning)膠(jiao)提(ti)高了(le)四(si)倍(bei)。這些(xie)研究(jiu)結(jie)果進(jin)壹(yi)步(bu)證(zheng)明較高的木質(zhi)素(su)濃(nong)度(du)能(neng)顯(xian)著(zhu)改(gai)善(shan)材料(liao)的力(li)學性(xing)能(neng)和(he)剛度(du)。

參考(kao)文獻(xian)：

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