热压处理对固态与液态培养桦褐孔菌菌丝体的结构力学特性及基因表达影响研究

本文创新性地探究了热压处理对桦褐孔菌(Fomes fomentarius)固态(木质纤维素基质)与液态(葡萄糖基质)培养菌丝体的差异化影响。通过整合RNA测序、扫描电镜(SEM)、广角X射线散射(WAXS)等技术，揭示了不同培养条件导致菌丝体细胞壁β-葡聚糖(β-glucan)和几丁质(chitin)含量差异的分子机制，证实热压处理(100 MPa/160°C)可显著提升材料拉伸强度(最高达12.5 MPa)和弹性模量(3.4 GPa)，为真菌基可持续材料的设计提供了重要理论依据。

　　

1 引言

全球人口增长与资源短缺促使研究者探索基于真菌菌丝体的可持续材料。桦褐孔菌(F. fomentarius)作为典型白腐真菌，其菌丝体可通过固态(木质纤维素基质)和液态(葡萄糖基质)培养获得。热压处理能显著改变菌丝体材料的机械性能，但不同培养体系对热压效果的分子机制尚不明确。

2 结果

2.1 细胞壁合成基因差异表达

RNA测序显示：固态培养中Rho1 GTP酶表达上调，激活β-1,3-葡聚糖合成酶(FKS)，导致β-葡聚糖含量达41.3 wt%，显著高于液态培养(18.2 wt%)。液态培养则因富氮环境促进几丁质合成通路基因(GFAT/GNA/UAP)表达，使几丁质含量提升至8.4 wt%。

2.2 微观形态学特征

扫描电镜(SEM)揭示：固态培养菌丝体(Mat-S)呈松散网状结构，而液态培养菌丝体(Mat-L)密度更高。热压处理后，Mat-L形成致密层状结构，纤维融合明显；Mat-S则保留部分松散纤维。

2.3 化学成分分析

元素分析显示Mat-L氮含量(4.7 wt%)显著高于Mat-S(1.9 wt%)。ATR-FTIR证实热压使C─O键位移(1040 cm^?1→1049 cm^?1)，表明多糖链重构。热重分析(TGA)显示Mat-S主分解温度(277°C)高于Mat-L(251°C)，与β-葡聚糖的热稳定性相关。

2.4 力学与疏水性变化

热压使Mat-L弹性模量提升4000倍至3.4 GPa，拉伸强度达12.5 MPa。数字图像相关(DIC)技术显示HP-Mat-L应变分布均匀，而HP-Mat-S存在局部高应变区。疏水性测试表明热压使接触角从>130°降至<30°，源于疏水蛋白变性及气隙结构消失。

3 讨论

研究首次阐明培养基质通过调控Rho1/FKS通路影响β-葡聚糖沉积，进而决定材料性能。液态培养的高氮环境促进几丁质合成，但降低β-葡聚糖含量，导致热压后材料脆性增加。固态培养菌丝体因β-葡聚糖的增强作用表现出更好的韧性。

4 结论

该研究为定向设计真菌基材料提供了关键理论：通过调控培养条件改变细胞壁成分比例，结合热压工艺可定制材料性能。未来可通过基因编辑(如过表达Rho1)进一步优化菌丝体机械特性，推动其在包装、建筑等领域的应用。

5 实验方法

采用LECO CS744/ONH836进行元素分析，Megazyme试剂盒测定β-葡聚糖，STA 449F3进行热重分析，同步辐射光源(μSpot beamline)完成WAXS/SAXS测试，Kammrath & Weiss力学测试仪配合DICe 2.0软件分析应变分布。