近日，江苏大学研究人员在国际期刊《International Journal of Biological Macromolecules》（中科院一区，影响因子IF=7.7）发表了题为"Lignin-based cryogels for advancing sustainable crop production via enhanced nutrient accessibility and growth efficiency"的研究性论文。在该论文中，研究人员利用上海腾拔Universal TA质构仪用于测定冷冻凝胶的力学性能和刚度。

可持续的木质素基材料在农业领域正变得越来越有价值，因为气候变化和养分缺乏威胁着农作物的生产力。我们利用废弃生物质开发了木质素衍生的冷冻凝胶，以改善土壤养分、种子萌发、保水能力和光合色素水平。这些冷冻凝胶是通过在−20°C 下低温聚合制备而成，使用了阿拉伯树胶（GA）、角蛋白（K）和 N - 乙烯基吡咯烷酮，木质素浓度分别为 0.02 wt%（LbC1）和 0.1 wt%（LbC2），同时设置了对照组（NLC）。由于其网络结构，这些冷冻凝胶表现出高热稳定性和超过 170% 的保水能力。羧基和羟基等官能团增强了养分吸收，加速了种子萌发和植物生长，角蛋白通过微生物降解提供了生物可利用的氨基酸。5 天后，冷冻凝胶处理显著提高了早期发芽率（小麦、玉米和油菜籽分别为 99%、99% 和 99%），同时提高了叶绿素（a、b 和总量）、糖分和可溶性蛋白水平。处理后的植株叶片数量、株高和根长增加，与对照组相比，水分吸收提高了 98.4%，减轻了土壤盐分的影响。与 NLC 相比，LbC1 和 LbC2 还显著提高了所有作物的叶绿素色素、可溶性糖和总蛋白含量。此外，冷冻凝胶在土壤中 130 天后的生物降解率达到 33%，证实了其环境相容性。总之，所开发的木质素基冷冻凝胶是一种可持续、有效的解决方案，可提高农业中的养分有效性和抗逆性，将工业木质素废料重新利用，以应对气候驱动的作物生产挑战。

该研究探究了力学性能的增强对木质素基冷冻凝胶用于促进植物生长的显著影响。通过改变木质素含量，对冷冻凝胶的机械压缩特性进行了优化。在饱和吸水条件下，对冷冻凝胶在 80% 的压缩应变下进行应力 - 应变性能测试（下图）。结果表明，应力强度随着木质素浓度的提高和施加压力的增大而增加。具体而言，在 80% 的压缩应变下，LbC2 所承受的压力达到 50 MPa，而对照组（NLC）仅为 20 MPa。这意味着其强度相较于由细菌纤维素和明胶制成的冷冻凝胶提高了四倍。这些研究结果进一步证明较高的木质素浓度能显著改善材料的力学性能和刚度。

参考文献：

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