真菌的多面生活（上）

本文作者：中國科學院微生物研究所 真菌學國家重點實驗室 高程 博士 研究員

說起真菌，大家首先想到什麼呢？白傘傘、靈芝、蟲草、啤酒、普洱茶、青黴素、印度毛黴病、爛木頭

……

總之，不管在自然界，還是我們日常的生活中，真菌都無處不在，並且起著及其重要的作用。

任勞任怨的“清潔工”

童叟無欺的“買賣人”

作威作福的“小霸王”

真菌是大自然的“清潔工”

在生態系統動植物殘體的降解過程中發揮重要功能。想象一下，假如沒有真菌，動植物殘體不能分解，那麼地球會是什麼樣子？

事實上，這一事件在歷史上已經真實發生過。木材是有機碳的主要來源，它具有很強的抗分解能力，這主要歸功於木材木質素的存在，它是自然界中較晚產生的最複雜的有機大分子之一。

在植物進化出木質素的初期，整個自然界沒有能將其降解的酶，導致植物殘體無法分解、被埋藏地底，形成煤礦層，大氣中二氧化碳濃度逐步下降，生態系統走向崩潰。直到石炭紀末期，漫長的歷史進化過程使真菌進化出了木質素酶，從此煤礦不再形成，生態系統中的碳迴圈重新恢復正常。

當今社會，人造有機大分子如塑膠等，正形成新的環境災難，這種高分子材料難於降解，在自然界中停留時間長達

200-400

年。如何在方便生活與保護環境之間尋找平衡，成為全世介面臨的共同議題。

已經有科學家在巴基斯坦的一個垃圾填埋場發現了一種真菌，能夠在數週而不是數百年內分解聚酯聚氨酯等塑膠，從而為解決全球塑膠汙染的新方法帶來了希望。

另外，

定向進化產生分解塑膠等有機大分子的真菌微生物群落，或許可以加快微生物對塑膠的降解程序。

作為生態系統的“清潔工”，真菌的清潔工具是其豐富的降解酶類。除了分解木質素的酶以外，真菌還能透過分泌各種酶類將澱粉、纖維素、蛋白質、脂肪等大分子降解為糖、氨基酸、脂肪酸、有機酸等小分子。

為了保護這些小分子不被其他生物所利用，真菌會同時向其周圍環境‘放毒

’

，也就是各種次級代謝產物。

真菌釋放的這些次級代謝產物，種類和功能都很多樣。例如

青黴素，是產黃青黴的次級代謝產物，是最重要的抗生素

，自從發現以來，已經使得人類的壽命提高了

20

歲以上。

相反，

黃麴黴的次級代謝產物黃麴黴素，則是重要的致癌物質。

真菌是童叟無欺的“買賣人”

早在

4。5

億年之前，海洋生物登陸的早期，真菌和植物便達成一項契約：

植物為真菌提供光合作用的產物，而真菌則為植物提供土壤來源的碳。這一契約，便是真菌與植物根系形成的菌根共生體系。

經過

4。5

億年

的滄海桑田，菌根共生的形式已經多種多樣，但是真菌依然為陸地上超過

90%

的植物履行這一契約。以至於，有一些植物已經對菌根真菌產生了嚴重的依賴。譬如，在沒有菌根真菌的情況下，很多蘭科植物的種子就不能萌發成苗。

有研究表明，植物能將自身光合產物的

20%

提供給真菌，而叢枝菌根真菌能介導

80%

的植物磷以及

20%

的植物氮吸收。菌根真菌會在在地下形成一個四通八達的網際網路，將生態系統中的植物連結起來，介導植物間的資源再分配，維持生態系統多樣性。

叢枝菌根真菌在土壤中形成的球囊黴素，在土壤中可長期存在，增強土壤碳固定，有望成為碳達峰和碳中和背景下的希望之星。

圖1

叢枝菌根真菌（

Arbuscular mycorrhiza

）與外生菌根（

Ectomycorrhiza

）。叢枝菌根真菌透過進入植物根系細胞內部，將土壤中磷元素傳遞給植物，交換植物的碳原物質。外生菌根真菌主要透過纏繞在植物根系細胞壁外圍，將土壤中氮元素傳遞給植物，交換植物的碳原物質。

（未完待續……）