出品：科普中国
作者：李勃（陕西省生物农业研究所）
监制：中国科普博览
饕腹何所幸，相酬独有诗。
这是一千多年前宋人施枢夸赞蘑菇的名句。说起蘑菇，人们总会忍不住第一时间把它和吃联系起来。虽然一直被大众当作蔬菜，但蘑菇并不是植物，而是真菌。而且，这些平时被我们当作食物的部分并不是蘑菇的全部，在它们生长的地下（或者腐木中），还有一个由无数细胞组成的菌丝网络，被称为菌丝体。
我们吃的蘑菇都是真菌的子实体，但这只是它们的极小一部分
（图片来源：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、初识菌丝体
菌丝是真菌的基本结构单位，一般呈管状，有固定的细胞壁，大多无色透明，直径在1-30μm之间，担负着吸收、输送和储存养分的职责。为了获取营养，真菌在生长时会不断将菌丝向外侧辐射延伸，深入土壤和腐木的缝隙中，并且不断产生分枝，最终在地下形成一个巨大的菌丝网络。
肉眼看到的菌丝体（上）和电子显微镜观察下的菌丝体（下）（图片来源：wikipedia）
菌丝细胞壁的主要成分包括几丁质、葡聚糖和蛋白质。细胞壁的外层主要是蛋白质和葡聚糖，而内层则是几丁质以微纤维的形式与其他多糖相互交织在一起形成牢固的骨架。几丁质的抗拉伸强度堪比碳纤维，并且具有优异的热稳定性和阻燃性。而葡聚糖就像粘结剂一样能帮助菌丝体网络与其生长的基质结合地更加紧密，以便更好的从中吸取营养物质。也正因为这些突出的特性，让菌丝体逐渐进入了材料学家们的视野。
菌丝体的结构组成
（图片来源：参考文献[2]）
二、小菌丝有大用
鉴于菌丝体的结构和特性，一些具有创新精神的科学家尝试将其应用于新型生物质材料的研发制造，并将其应用于各种设计领域。通过建立适宜的培养条件，蘑菇的菌丝逐渐成长为单条管状菌丝，而后通过人为诱导，使得管状菌丝通过相互缠绕聚集成为密集的片状结构。由于整个的形成过程都是通过菌丝的自然生长来实现，无需化学合成，所以这种材料也被称为生物组装材料。
在添加不同纤维素底物后紫灵芝菌丝体的生长呈现出不同的结构特点
（图片来源：参考文献[2]）
目前，菌丝体材料主要有纯菌丝体材料和菌丝体复合材料两种类型。纯菌丝体材料以平面形态存在，由纯粹的菌丝体自然生长而成，它的质地与动物皮革相似，目前已被广泛应用于服装、鞋帽加工等领域。近年来，许多国际知名的奢侈品牌，都已经陆续推出了用菌丝体皮革制作的产品。相较于饲养家畜生产皮革而言，菌丝体皮革生产的碳排放要远远小于前者。也正是这个原因，让敏锐的奢侈品巨头们看到了其中隐藏的巨大商机，毕竟在时下环保才是最受关注和流行的时尚元素。
随着研究的不断深入，科学家发现纯菌丝体材料具有可印压、可染色、可缝合的交互特性，同时还能够让菌丝继续在其他面料上生长，进一步形成菌丝体复合面料。而且，这种材料由于菌丝相互缠绕并经过压缩后产生了耐拉扯性，当它们通过甘油处理后还可以进一步增强拉伸性，使其达到类似橡胶的性能。这种利用菌丝体生产的泡沫橡胶具有轻便、透气、阻燃、防水等诸多优点，目前已经被应用于婴幼儿的家居用品，并在北美地区形成了商业化的产品。
利用菌丝体制作的包装泡沫材料(a)、包装板材(b)、类皮革材料(c)及柔性海绵材料(d)
(图片来源：文献[5])
此外，科学家还发现通过将纯菌丝体皮革材料与天然或合成聚合物混合形成复合材料，还可以进一步提高其耐疲劳性与耐磨性。这样的材料，轻柔而且耐磨损。更难能可贵的是，作为纯天然制品，它们具有出色的生物亲和性，不会令人体皮肤受到刺激和发生过敏反应，具有相当高的使用安全性，因而被制成面膜、眼膜和化妆粉扑等医护美容用品，具有巨大的市场应用潜力。
相较于纯菌丝体材料，菌丝体复合材料主要以立体形态存在， 是蘑菇菌丝与稻谷壳、玉米芯、秸秆、木屑等农业废料相结合形成的复合材料。在与这些废弃物混合培养的过程中，菌丝一边将废弃物分解获取其中的营养来供给自身生长，一边将废弃物作为自己生长的依附与之紧密结合。
不同放大尺度下的菌丝体复合材料特征：肉眼尺度下表面特征（a）; 肉眼尺度下纵切面特征（b）; 5mm尺度放大后的纵切面特征（c）；扫描电镜下50uM尺度放大后的菌丝体特征（d）
（图片来源：参考文献[4]）
根据培养时间的不同，材料的颜色会呈现从白色到褐色的变化。其颜色差异主要是材料表面菌丝体生长数量多少导致的，通常颜色越发白，说明菌丝体生长越旺盛。这种复合材料，最大的优势在于其超强的可塑性，根据生长模具的不同，它可以被制作成任意形状。而且，这种材料兼具了菌丝和植物纤维、秸秆等底物的特点，具有质量轻、抗压性强、隔热保温、隔音降噪、阻燃防水等优越的性能。因此，菌丝体复合材料主要被用于制作成缓冲包装、建筑砖块、隔音墙板、灯罩、桌椅以及汽车的内部装潢材料等。
利用菌丝体复合材料制成的各类产品外包装
（图片来源:文献[6]）
更重要的是，这种复合材料具有天然可降解、可循环利用的环保效果，而且还能有效的解决农业废弃物的再利用问题。试想，在不久的将来，要想在月球或者火星建立人类活动的基地，我们不需要考虑用宇宙飞船把地球上的建筑材料运上太空这样费钱费力的办法，使用蘑菇菌丝和简单的基质材料就能在太空站中快速高效的生产出我们需要的建筑材料。
2019年在荷兰设计周上展示的用菌丝体材料作为建筑表面材料的“成长馆”（a）和利用菌丝砖搭建的空间树形分枝结构(b)
（图片来源:文献[8]）
三、不仅很好用，菌丝体还很好吃
除了将菌丝体材料应用在替代皮革和包装、建筑等领域的材料。科学家还将其应用于替代蛋白质食物的研究。在纯菌丝体皮革材料的技术基础上，新型的菌丝体人造肉诞生了。美国就有公司生产菌丝体人造培根，相比豆类蛋白制作的人造肉，它不仅没有豆腥味，而且口感更接近真实的猪肉。此外，它的营养价值比猪肉更高，不仅易消化吸收，还富含更多的维生素和矿物质。因此，受到越来越多素食主义者的青睐。
未来，在漫长的星际探索旅行中，我们不需要再像14世纪欧洲大航海时代的水手们一样，只为吃上一口肉食就不得不在狭窄闭塞的船舱中忍受难闻的气味来养殖畜禽家畜。应用菌丝体技术制作人造肉替代品，将是一个清洁高效的方法。此外，即使是在地球上，这个技术也依然具有巨大前景。相比传统的畜禽养殖，运用菌丝体技术制作等量人造肉产生的碳排放，仅为前者的几十分之一，而且可以极大的减少对土地和水资源的使用。在环境和气候问题日益显著的今天，这一技术的出现对于人类的可持续发展具有重要意义。
结语
无论是菌丝体皮革、人造肉还是建筑材料，其生产的过程都可以实现高度可控，既可以规模化生产统一规格产品，也可以调整成品的厚度、重量、手感等形成差异化的定制。这也是这项技术自发明以来短短二十年时间里就蓬勃发展的一个重要原因。
此外，由于不同蘑菇的菌丝体细胞中几丁质、葡聚糖等主要成分的差异，使得科学家在菌丝体材料的制作中可以根据不同需要来选取不同种类的蘑菇作为培养对象。例如，用平菇这类食用菌的菌丝生产人造肉可以有效规避食品安全风险，利用灵芝、层孔菌这些木质化程度高的蘑菇来生产橡胶材料和建筑材料，可以显著提高其强度和韧性等。自然界中，已知的被我们称为蘑菇的大型真菌超过两万余种，这些丰富的菌种资源，为菌丝体材料的生产和应用提供了近乎无限的可能性。
相信很快，各类菌丝体材料制品将会进入千家万户，让我们的生活变得更加丰富多彩。无论在哪个时代，总有许多意想不到的颠覆性技术创新，创造了我们人类的光明未来。
参考文献：
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