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想象一下，家中被一种神秘而柔和的光芒所照亮，而这种光芒，竟然源自于自然的力量，无需任何电力。近日来自瑞士的Francis W. M. R. Schwarze和他的同事们在Advanced Science上面发表题为 “Taming the Production of Bioluminescent Wood Using the White Rot Fungus Desarmillaria Tabescens” 的封面研究论文。此研究首次利用无环蜜环菌（Desarmillaria tabescens）结合轻木（Ochroma pyramidale），打造出一种可控发光的混合材料。
将真菌与木材相结合组成发光材料，其光芒可以在黑暗中闪耀10个小时有余，为人们打造新光源提供了思路。在自然界的神秘角落，有一种被称为“狐火”的生物发光现象，它源自腐烂木材中的一种真菌——无环蜜环菌。无环蜜环菌（Desarmillaria tabescencs）在分解木材中的木质素 时会积累苯丙烷类化合物。在氧气存在下，荧光素酶诱导荧光素氧化成高能中间体，然后被代谢形成丙酮酸和咖啡酸，以生物发光的形式释放能量，发出蓝绿色的光芒。这一过程受到培养条件的显著影响，例如氧气的供应和真菌的木质素分解活性。
在本研究中，原文作者通过真空加压吸水处理轻木块并进行高压灭菌，随后与无环蜜环菌培养液共培养，实现了木材生物发光效果的显著增强。实验结果表明，木材的生物发光强度与其水分含量和培养时间紧密相关。![]()
图1 实验通过真空加压吸水处理巴尔沙木块并高压灭菌，结合无环蜜环菌培养液共育，菌丝定殖后经黑暗环境干燥，最终实现增强的木材生物发光效果。
实验显示，将D. tabescens菌丝体从培养基上移除后，轻木表面经刷洗去除菌丝和菌索。最初，饱和水分的轻木在室温和黑暗中未表现出生物发光。然而，在暴露于空气4小时后，木材表面因蒸发失水，发出绿色光芒。生物发光强度与木材的水分含量及培养时间密切相关。培养时间的影响：1个月培养的木块发光最弱，原因是菌索定殖不充分、木质素降解不足，导致荧光素（luciferin）产量低下；3个月培养的木块发光最强。4个月培养的木块虽然木质素被完全分解，但相关代谢物的减少导致发光强度下降。
湿度的影响：最佳发光效果出现在相对湿度为700–1200%的木块中。经3个月培养的木块在暴露于空气24小时后，补充水分（2.5 mL）可显著增强发光效果，而每12小时补水的4个月木块也表现出从弱到强的发光趋势。
研究进一步揭示，未添加4%麦芽提取物的木块在多数条件下的发光强度高于添加麦芽的木块。无环蜜环菌D. tabescens主要降解木质素和半纤维素(hemicellulose)，而纤维素晶体结构保持稳定。随着培养时间增加，木质素降解与生物发光强度密切相关。FTIR分析显示，木质素含量从12.25%降至约5.48% 和 5.89%，半纤维素含量从27.48%降至约17.43%。无麦芽组降解程度更高，生物发光更强。此外，木质素降解被认为与抗氧化代谢相关，可缓解活性氧（ROS）的影响。相比非木质化材料（如PETG；聚对苯二甲酸乙二酯），轻木的发光显著更强，进一步验证了木质素对发光的重要作用。
图2 经过3个月无环蜜环菌共育的轻木木块，在黑暗中暴露空气10小时后，发出强烈生物发光，清晰照亮字母（A-J），上两排为无麦芽处理，下两排为有麦芽处理。综上所述，研究者们解锁了利用无环蜜环菌和轻木共育生物发光木材的奥秘，通过将木块预先浸泡并与无环蜜环菌共培养3个月，能够培育出生物发光最为显著的材料。特别是在木块含水量达到700-1200%的条件下，其发光强度达到顶峰，这一发现强调了水分在生物发光过程中的决定性作用。在这一过程中，无环蜜环菌（D. tabescens）专门分解木材中的半纤维素和木质素，而纤维素的晶体结构得以保持完整，这为开发新型生物材料提供了重要的科学依据。
▉ 潜力与展望
本研究展示了一种创新方法，通过引导无环蜜环菌（D. tabescens）在轻木中定殖，生产具有生物发光功能的混合活性材料。通过精确控制木材的水分和环境条件，结合真菌对木材脱木质素的分解作用，作者成功实现了可控的生物发光。这一技术的应用有望提供一种无需电力的光源，开发出无需电池或插电的照明解决方案，这将有助于节约能源、减少二氧化碳排放，并减少大城市中的夜间光污染。木材的含水量、氧气含量、木质素的存在及麦芽提取物的添加，都是影响发光强度的关键因素。为了使生物发光转化为一种高效、持久的绿色光源，进一步提升其发光强度和延长使用寿命是至关重要的未来研究方向。通过这项研究，我们不仅见证了科学与自然的和谐共舞，也为推动可持续发展的未来照亮了新的道路。
期刊介绍
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Advanced
Science （AS）是 Wiley 出版集团旗舰期刊 Advanced 系列中的一本完全开放获取的跨学科期刊，发表材料科学、物理、化学、医学、生命科学、环境科学、工程和社会科学等领域的前沿基础和应用研究。我们的使命是通过开放获取出版，使前沿创新的科学研究具有最大程度的可访问性。Wiley的 Advanced 系列是全球公认的高影响力期刊家族，传播来自资深和青年研究人员的最佳科学成果，帮助他们实现使命并最大限度地扩大科学发现的影响力。 Advanced
Science最新的影响因子（JIF）为 14.3，五年平均影响因子为 16.3，JCI 引文指标为 2.07，CiteScore 为 18.9。在 2023 年中科院文献情报中心期刊分区表中，Advanced Science位列材料科学 1 区 TOP 期刊，且在三个小类中均位列 1 区。https://doi.org/10.1002/advs.202403215或点击左下角“阅读原文”
撰稿：刘清扬，雷蕾
