除了涮火鍋，蘑菇還能用來干點啥？

出品：科普中國

作者：李勃（陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所）

饕腹何所幸，相酬獨有詩。

【資料圖】

這是一千多年前宋人施樞夸贊蘑菇的名句。說起蘑菇，人們總會忍不住第一時間把它和吃聯(lián)系起來。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，這些平時被我們當(dāng)作食物的部分并不是蘑菇的全部，在它們生長的地下（或者腐木中），還有一個由無數(shù)細(xì)胞組成的菌絲網(wǎng)絡(luò)，被稱為菌絲體。

我們吃的蘑菇都是真菌的子實體，但這只是它們的極小一部分

（圖片來源：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，大多無色透明，直徑在1-30μm之間，擔(dān)負(fù)著吸收、輸送和儲存養(yǎng)分的職責(zé)。為了獲取營養(yǎng)，真菌在生長時會不斷將菌絲向外側(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巨大的菌絲網(wǎng)絡(luò)。

出品：科普中國

作者：李勃（陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所）

饕腹何所幸，相酬獨有詩。

這是一千多年前宋人施樞夸贊蘑菇的名句。說起蘑菇，人們總會忍不住第一時間把它和吃聯(lián)系起來。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，這些平時被我們當(dāng)作食物的部分并不是蘑菇的全部，在它們生長的地下（或者腐木中），還有一個由無數(shù)細(xì)胞組成的菌絲網(wǎng)絡(luò)，被稱為菌絲體。

我們吃的蘑菇都是真菌的子實體，但這只是它們的極小一部分

（圖片來源：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，大多無色透明，直徑在1-30μm之間，擔(dān)負(fù)著吸收、輸送和儲存養(yǎng)分的職責(zé)。為了獲取營養(yǎng)，真菌在生長時會不斷將菌絲向外側(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)與其生長的基質(zhì)結(jié)合地更加緊密，以便更好的從中吸取營養(yǎng)物質(zhì)。也正因為這些突出的特性，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)計領(lǐng)域。通過建立適宜的培養(yǎng)條件，蘑菇的菌絲逐漸成長為單條管狀菌絲，而后通過人為誘導(dǎo)，使得管狀菌絲通過相互纏繞聚集成為密集的片狀結(jié)構(gòu)。由于整個的形成過程都是通過菌絲的自然生長來實現(xiàn)，無需化學(xué)合成，所以這種材料也被稱為生物組裝材料。

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

（圖片來源：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而成，它的質(zhì)地與動物皮革相似，目前已被廣泛應(yīng)用于服裝、鞋帽加工等領(lǐng)域。近年來，許多國際知名的奢侈品牌，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)，畢竟在時下環(huán)保才是最受關(guān)注和流行的時尚元素。

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，同時還能夠讓菌絲繼續(xù)在其他面料上生長，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)過壓縮后產(chǎn)生了耐拉扯性，當(dāng)它們通過甘油處理后還可以進(jìn)一步增強(qiáng)拉伸性，使其達(dá)到類似橡膠的性能。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，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)、類皮革材料(c)及柔性海綿材料(d)

(圖片來源：文獻(xiàn)[5])

此外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)通過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，不會令人體皮膚受到刺激和發(fā)生過敏反應(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)的過程中，菌絲一邊將廢棄物分解獲取其中的營養(yǎng)來供給自身生長，一邊將廢棄物作為自己生長的依附與之緊密結(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）

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[4]）

根據(jù)培養(yǎng)時間的不同，材料的顏色會呈現(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數(shù)量多少導(dǎo)致的，通常顏色越發(fā)白，說明菌絲體生長越旺盛。這種復(fù)合材料，最大的優(yōu)勢在于其超強(qiáng)的可塑性，根據(jù)生長模具的不同，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，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、桌椅以及汽車的內(nèi)部裝潢材料等。

利用菌絲體復(fù)合材料制成的各類產(chǎn)品外包裝

（圖片來源: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)廢棄物的再利用問題。試想，在不久的將來，要想在月球或者火星建立人類活動的基地，我們不需要考慮用宇宙飛船把地球上的建筑材料運上太空這樣費錢費力的辦法，使用蘑菇菌絲和簡單的基質(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)計周上展示的用菌絲體材料作為建筑表面材料的“成長館”（a）和利用菌絲磚搭建的空間樹形分枝結(jié)構(gòu)(b)

（圖片來源: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。美國就有公司生產(chǎn)菌絲體人造培根，相比豆類蛋白制作的人造肉，它不僅沒有豆腥味，而且口感更接近真實的豬肉。此外，它的營養(yǎng)價值比豬肉更高，不僅易消化吸收，還富含更多的維生素和礦物質(zhì)。因此，受到越來越多素食主義者的青睞。

未來，在漫長的星際探索旅行中，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，將是一個清潔高效的方法。此外，即使是在地球上，這個技術(shù)也依然具有巨大前景。相比傳統(tǒng)的畜禽養(yǎng)殖，運用菌絲體技術(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土地和水資源的使用。在環(huán)境和氣候問題日益顯著的今天，這一技術(shù)的出現(xiàn)對于人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

無論是菌絲體皮革、人造肉還是建筑材料，其生產(chǎn)的過程都可以實現(xiàn)高度可控，既可以規(guī)?；a(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。這也是這項技術(shù)自發(fā)明以來短短二十年時間里就蓬勃發(fā)展的一個重要原因。

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)不同需要來選取不同種類的蘑菇作為培養(yǎng)對象。例如，用平菇這類食用菌的菌絲生產(chǎn)人造肉可以有效規(guī)避食品安全風(fēng)險，利用靈芝、層孔菌這些木質(zhì)化程度高的蘑菇來生產(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，已知的被我們稱為蘑菇的大型真菌超過兩萬余種，這些豐富的菌種資源，為菌絲體材料的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了近乎無限的可能性。

相信很快，各類菌絲體材料制品將會進(jìn)入千家萬戶，讓我們的生活變得更加豐富多彩。無論在哪個時代，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)祟惖墓饷魑磥怼?/p>

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

5.萬杰等.菌絲體基塑料的發(fā)展現(xiàn)狀與前景.科技導(dǎo)報，2019，37(22):105-120

6. 廖雅鑫等. 基于設(shè)計應(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（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，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

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