出品：科普中國(guó)

作者：李勃（陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所）

饕腹何所幸，相酬獨(dú)有詩(shī)。

【資料圖】

這是一千多年前宋人施樞夸贊蘑菇的名句。說(shuō)起蘑菇，人們總會(huì)忍不住第一時(shí)間把它和吃聯(lián)系起來(lái)。雖然一直被大眾當(dāng)作蔬菜，但蘑菇并不是植物，而是真菌。而且，這些平時(shí)被我們當(dāng)作食物的部分并不是蘑菇的全部，在它們生長(zhǎng)的地下（或者腐木中），還有一個(gè)由無(wú)數(shù)細(xì)胞組成的菌絲網(wǎng)絡(luò)，被稱(chēng)為菌絲體。

我們吃的蘑菇都是真菌的子實(shí)體，但這只是它們的極小一部分

（圖片來(lái)源：Wille, Emilio & Bento, Clovis R. C.. (2021). Filamentous Fungi Growth as Metaphor for Mobile Communication Networks Routing. Advances in Electrical and Computer Engineering. 21. 10.4316/AECE.2021.02007.）

一、初識(shí)菌絲體

菌絲是真菌的基本結(jié)構(gòu)單位，一般呈管狀，有固定的細(xì)胞壁，大多無(wú)色透明，直徑在1-30μm之間，擔(dān)負(fù)著吸收、輸送和儲(chǔ)存養(yǎng)分的職責(zé)。為了獲取營(yíng)養(yǎng)，真菌在生長(zhǎng)時(shí)會(huì)不斷將菌絲向外側(cè)輻射延伸，深入土壤和腐木的縫隙中，并且不斷產(chǎn)生分枝，最終在地下形成一個(gè)巨大的菌絲網(wǎng)絡(luò)。

出品：科普中國(guó)

作者：李勃（陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所）

饕腹何所幸，相酬獨(dú)有詩(shī)。

這是一千多年前宋人施樞夸贊蘑菇的名句。說(shuō)起蘑菇，人們總會(huì)忍不住第一時(shí)間把它和吃聯(lián)系起來(lái)。雖然一直被大眾當(dāng)作蔬菜，但蘑菇并不是植物，而是真菌。而且，這些平時(shí)被我們當(dāng)作食物的部分并不是蘑菇的全部，在它們生長(zhǎng)的地下（或者腐木中），還有一個(gè)由無(wú)數(shù)細(xì)胞組成的菌絲網(wǎng)絡(luò)，被稱(chēng)為菌絲體。

我們吃的蘑菇都是真菌的子實(shí)體，但這只是它們的極小一部分

（圖片來(lái)源：Wille, Emilio & Bento, Clovis R. C.. (2021). Filamentous Fungi Growth as Metaphor for Mobile Communication Networks Routing. Advances in Electrical and Computer Engineering. 21. 10.4316/AECE.2021.02007.）

一、初識(shí)菌絲體

菌絲是真菌的基本結(jié)構(gòu)單位，一般呈管狀，有固定的細(xì)胞壁，大多無(wú)色透明，直徑在1-30μm之間，擔(dān)負(fù)著吸收、輸送和儲(chǔ)存養(yǎng)分的職責(zé)。為了獲取營(yíng)養(yǎng)，真菌在生長(zhǎng)時(shí)會(huì)不斷將菌絲向外側(cè)輻射延伸，深入土壤和腐木的縫隙中，并且不斷產(chǎn)生分枝，最終在地下形成一個(gè)巨大的菌絲網(wǎng)絡(luò)。

A

肉眼看到的菌絲體（上）和電子顯微鏡觀察下的菌絲體（下）

（圖片來(lái)源：wikipedia）

菌絲細(xì)胞壁的主要成分包括幾丁質(zhì)、葡聚糖和蛋白質(zhì)。細(xì)胞壁的外層主要是蛋白質(zhì)和葡聚糖，而內(nèi)層則是幾丁質(zhì)以微纖維的形式與其他多糖相互交織在一起形成牢固的骨架。幾丁質(zhì)的抗拉伸強(qiáng)度堪比碳纖維，并且具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和阻燃性。而葡聚糖就像粘結(jié)劑一樣能幫助菌絲體網(wǎng)絡(luò)與其生長(zhǎng)的基質(zhì)結(jié)合地更加緊密，以便更好的從中吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。也正因?yàn)檫@些突出的特性，讓菌絲體逐漸進(jìn)入了材料學(xué)家們的視野。

菌絲體的結(jié)構(gòu)組成

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]）

二、小菌絲有大用

鑒于菌絲體的結(jié)構(gòu)和特性，一些具有創(chuàng)新精神的科學(xué)家嘗試將其應(yīng)用于新型生物質(zhì)材料的研發(fā)制造，并將其應(yīng)用于各種設(shè)計(jì)領(lǐng)域。通過(guò)建立適宜的培養(yǎng)條件，蘑菇的菌絲逐漸成長(zhǎng)為單條管狀菌絲，而后通過(guò)人為誘導(dǎo)，使得管狀菌絲通過(guò)相互纏繞聚集成為密集的片狀結(jié)構(gòu)。由于整個(gè)的形成過(guò)程都是通過(guò)菌絲的自然生長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需化學(xué)合成，所以這種材料也被稱(chēng)為生物組裝材料。

在添加不同纖維素底物后紫靈芝菌絲體的生長(zhǎng)呈現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[2]）

目前，菌絲體材料主要有純菌絲體材料和菌絲體復(fù)合材料兩種類(lèi)型。純菌絲體材料以平面形態(tài)存在，由純粹的菌絲體自然生長(zhǎng)而成，它的質(zhì)地與動(dòng)物皮革相似，目前已被廣泛應(yīng)用于服裝、鞋帽加工等領(lǐng)域。近年來(lái)，許多國(guó)際知名的奢侈品牌，都已經(jīng)陸續(xù)推出了用菌絲體皮革制作的產(chǎn)品。相較于飼養(yǎng)家畜生產(chǎn)皮革而言，菌絲體皮革生產(chǎn)的碳排放要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者。也正是這個(gè)原因，讓敏銳的奢侈品巨頭們看到了其中隱藏的巨大商機(jī)，畢竟在時(shí)下環(huán)保才是最受關(guān)注和流行的時(shí)尚元素。

隨著研究的不斷深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)純菌絲體材料具有可印壓、可染色、可縫合的交互特性，同時(shí)還能夠讓菌絲繼續(xù)在其他面料上生長(zhǎng)，進(jìn)一步形成菌絲體復(fù)合面料。而且，這種材料由于菌絲相互纏繞并經(jīng)過(guò)壓縮后產(chǎn)生了耐拉扯性，當(dāng)它們通過(guò)甘油處理后還可以進(jìn)一步增強(qiáng)拉伸性，使其達(dá)到類(lèi)似橡膠的性能。這種利用菌絲體生產(chǎn)的泡沫橡膠具有輕便、透氣、阻燃、防水等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)被應(yīng)用于嬰幼兒的家居用品，并在北美地區(qū)形成了商業(yè)化的產(chǎn)品。

利用菌絲體制作的包裝泡沫材料(a)、包裝板材(b)、類(lèi)皮革材料(c)及柔性海綿材料(d)

(圖片來(lái)源：文獻(xiàn)[5])

此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)通過(guò)將純菌絲體皮革材料與天然或合成聚合物混合形成復(fù)合材料，還可以進(jìn)一步提高其耐疲勞性與耐磨性。這樣的材料，輕柔而且耐磨損。更難能可貴的是，作為純天然制品，它們具有出色的生物親和性，不會(huì)令人體皮膚受到刺激和發(fā)生過(guò)敏反應(yīng)，具有相當(dāng)高的使用安全性，因而被制成面膜、眼膜和化妝粉撲等醫(yī)護(hù)美容用品，具有巨大的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。

相較于純菌絲體材料，菌絲體復(fù)合材料主要以立體形態(tài)存在， 是蘑菇菌絲與稻谷殼、玉米芯、秸稈、木屑等農(nóng)業(yè)廢料相結(jié)合形成的復(fù)合材料。在與這些廢棄物混合培養(yǎng)的過(guò)程中，菌絲一邊將廢棄物分解獲取其中的營(yíng)養(yǎng)來(lái)供給自身生長(zhǎng)，一邊將廢棄物作為自己生長(zhǎng)的依附與之緊密結(jié)合。

不同放大尺度下的菌絲體復(fù)合材料特征：肉眼尺度下表面特征（a）; 肉眼尺度下縱切面特征（b）; 5mm尺度放大后的縱切面特征（c）；掃描電鏡下50uM尺度放大后的菌絲體特征（d）

（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[4]）

根據(jù)培養(yǎng)時(shí)間的不同，材料的顏色會(huì)呈現(xiàn)從白色到褐色的變化。其顏色差異主要是材料表面菌絲體生長(zhǎng)數(shù)量多少導(dǎo)致的，通常顏色越發(fā)白，說(shuō)明菌絲體生長(zhǎng)越旺盛。這種復(fù)合材料，最大的優(yōu)勢(shì)在于其超強(qiáng)的可塑性，根據(jù)生長(zhǎng)模具的不同，它可以被制作成任意形狀。而且，這種材料兼具了菌絲和植物纖維、秸稈等底物的特點(diǎn)，具有質(zhì)量輕、抗壓性強(qiáng)、隔熱保溫、隔音降噪、阻燃防水等優(yōu)越的性能。因此，菌絲體復(fù)合材料主要被用于制作成緩沖包裝、建筑磚塊、隔音墻板、燈罩、桌椅以及汽車(chē)的內(nèi)部裝潢材料等。

利用菌絲體復(fù)合材料制成的各類(lèi)產(chǎn)品外包裝

（圖片來(lái)源:文獻(xiàn)[6]）

更重要的是，這種復(fù)合材料具有天然可降解、可循環(huán)利用的環(huán)保效果，而且還能有效的解決農(nóng)業(yè)廢棄物的再利用問(wèn)題。試想，在不久的將來(lái)，要想在月球或者火星建立人類(lèi)活動(dòng)的基地，我們不需要考慮用宇宙飛船把地球上的建筑材料運(yùn)上太空這樣費(fèi)錢(qián)費(fèi)力的辦法，使用蘑菇菌絲和簡(jiǎn)單的基質(zhì)材料就能在太空站中快速高效的生產(chǎn)出我們需要的建筑材料。

2019年在荷蘭設(shè)計(jì)周上展示的用菌絲體材料作為建筑表面材料的“成長(zhǎng)館”（a）和利用菌絲磚搭建的空間樹(shù)形分枝結(jié)構(gòu)(b)

（圖片來(lái)源:文獻(xiàn)[8]）

三、不僅很好用，菌絲體還很好吃

除了將菌絲體材料應(yīng)用在替代皮革和包裝、建筑等領(lǐng)域的材料?？茖W(xué)家還將其應(yīng)用于替代蛋白質(zhì)食物的研究。在純菌絲體皮革材料的技術(shù)基礎(chǔ)上，新型的菌絲體人造肉誕生了。美國(guó)就有公司生產(chǎn)菌絲體人造培根，相比豆類(lèi)蛋白制作的人造肉，它不僅沒(méi)有豆腥味，而且口感更接近真實(shí)的豬肉。此外，它的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比豬肉更高，不僅易消化吸收，還富含更多的維生素和礦物質(zhì)。因此，受到越來(lái)越多素食主義者的青睞。

未來(lái)，在漫長(zhǎng)的星際探索旅行中，我們不需要再像14世紀(jì)歐洲大航海時(shí)代的水手們一樣，只為吃上一口肉食就不得不在狹窄閉塞的船艙中忍受難聞的氣味來(lái)養(yǎng)殖畜禽家畜。應(yīng)用菌絲體技術(shù)制作人造肉替代品，將是一個(gè)清潔高效的方法。此外，即使是在地球上，這個(gè)技術(shù)也依然具有巨大前景。相比傳統(tǒng)的畜禽養(yǎng)殖，運(yùn)用菌絲體技術(shù)制作等量人造肉產(chǎn)生的碳排放，僅為前者的幾十分之一，而且可以極大的減少對(duì)土地和水資源的使用。在環(huán)境和氣候問(wèn)題日益顯著的今天，這一技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

無(wú)論是菌絲體皮革、人造肉還是建筑材料，其生產(chǎn)的過(guò)程都可以實(shí)現(xiàn)高度可控，既可以規(guī)模化生產(chǎn)統(tǒng)一規(guī)格產(chǎn)品，也可以調(diào)整成品的厚度、重量、手感等形成差異化的定制。這也是這項(xiàng)技術(shù)自發(fā)明以來(lái)短短二十年時(shí)間里就蓬勃發(fā)展的一個(gè)重要原因。

此外，由于不同蘑菇的菌絲體細(xì)胞中幾丁質(zhì)、葡聚糖等主要成分的差異，使得科學(xué)家在菌絲體材料的制作中可以根據(jù)不同需要來(lái)選取不同種類(lèi)的蘑菇作為培養(yǎng)對(duì)象。例如，用平菇這類(lèi)食用菌的菌絲生產(chǎn)人造肉可以有效規(guī)避食品安全風(fēng)險(xiǎn)，利用靈芝、層孔菌這些木質(zhì)化程度高的蘑菇來(lái)生產(chǎn)橡膠材料和建筑材料，可以顯著提高其強(qiáng)度和韌性等。自然界中，已知的被我們稱(chēng)為蘑菇的大型真菌超過(guò)兩萬(wàn)余種，這些豐富的菌種資源，為菌絲體材料的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了近乎無(wú)限的可能性。

相信很快，各類(lèi)菌絲體材料制品將會(huì)進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，讓我們的生活變得更加豐富多彩。無(wú)論在哪個(gè)時(shí)代，總有許多意想不到的顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)造了我們?nèi)祟?lèi)的光明未來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

1. Islam M R, et al. Morphology and mechanics of fungal mycelium. Scientific Reports, 2017,7(1):13070

2. Muhammad Haneef, et al. Advanced Materials From Fungal Mycelium: Fabrication and Tuning of Physical Properties. Scientific Reports, 2017, 7: 41292

3. Mitchell Jones,et al. Thermal Degradation and Fire Properties of Fungal Mycelium and Mycelium - Biomass Composite Materials. Scientific Reports, 2018,8: 17583

4. M.R.Islam, et al. Mechanical behavior of mycelium-based particulate composites. J Mater SCI, 2018, 53:16371-16382

5.萬(wàn)杰等.菌絲體基塑料的發(fā)展現(xiàn)狀與前景.科技導(dǎo)報(bào)，2019，37(22):105-120

6. 廖雅鑫等. 基于設(shè)計(jì)應(yīng)用的菌絲體生物材料研究進(jìn)展. 北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，42（02）：93-102

7. 唐小華等. 食藥用菌菌絲體應(yīng)用研究進(jìn)展. 食用菌學(xué)報(bào)，2021，28（4）：116-122

8. 張哲瑜等. 菌絲體復(fù)合材料及其在建筑中的應(yīng)用研究. 建筑與文化，2022，09（04）：13-15

9. 趙志成等. 菌絲復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展. 化工新型材料，2023，51（03）：73-78

10. 閆薇等. 基于菌絲體的生物質(zhì)保溫材料研究現(xiàn)狀. 林產(chǎn)工業(yè)，2019，56（12）：34-37

標(biāo)簽：