《Forests》：Degradative Activity of Five Basidiomycota Strains on Sweet Chestnut Wood
Livio Torta,
Vito Armando Laudicina,
Sara Paliaga,
Marika Lamendola,
Patrizia Cancemi,
Andrea Laschi and
Luigi Badalucco
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为评估木材化学特性如何影响真菌降解活性，研究人员通过综合定植速率、酶活性与碳矿化，探究了五种担子菌在三种不同化学特性的甜栗木上的降解潜力，揭示了木材化学（C/N、酚类物质）与真菌降解策略的交互是木材腐烂的关键驱动因素，为筛选耐久木材及高效生物转化菌株提供了科学依据。
甜栗木在欧洲拥有悠久的栽培历史和广泛的用途，是重要的用材和果实来源。然而，这种木材常常面临一个看不见的敌人——木材腐朽真菌的侵袭。这些真菌，特别是担子菌门（Basidiomycota）的成员，能够悄然侵蚀木材的木质部，造成白色腐朽或褐色腐朽，导致木材品质严重下降和经济损失。有趣的是，木材腐烂并非单纯的真菌“独角戏”，木材自身的化学成分，如碳氮比、酚类物质的含量等，都可能对真菌的入侵和降解过程产生重要影响。另一方面，不同的真菌菌株甚至同一物种的不同菌株，其降解能力和“偏好”也可能大相径庭。理解这些复杂的相互作用，对于培育更耐用的木材、更有效地利用木材生物质，乃至更准确地评估生态系统中的碳循环过程，都至关重要。为此，研究人员在《Forests》期刊上发表了一项研究，旨在系统地揭示木材化学特性与特定担子菌菌株降解能力之间的复杂关系。
研究者运用了多种方法。他们采集了三种来自意大利不同地区、化学成分有差异的甜栗木，并选择了五种具有代表性的木材腐朽担子菌菌株，包括两种灵芝（Ganoderma resinaceum）菌株。通过实验室培养，他们测定了真菌在木材样品上的定植速率，分析了关键胞外酶（漆酶和羧甲基纤维素酶）的活性，并测量了木材碳矿化为二氧化碳的速率。最后，他们综合运用统计学方法，分析了木材特性、真菌种类及其交互作用对上述各项指标的影响。
3.1. 栗木主要特性
研究测定了三种来源（CSF、CSN、CSS）甜栗木的化学成分。结果表明，三种木材的碳、氢、硫含量相近，但氮含量和碳氮比存在显著差异。来自托斯卡纳的CSS木材具有最高的碳氮比和总多酚含量，来自西西里岛的CSN木材则具有最低的碳氮比，来自菲库扎的CSF木材多酚含量最低。傅里叶变换红外光谱分析进一步揭示了三种木材在化学官能团上的差异，例如CSS木材在1730 cm-1附近的吸收峰（与木聚糖中的羰基相关）更强，表明其木质化程度可能更高。
3.2. 真菌定殖速率
不同菌株的定植能力差异显著，且与木材类型存在强烈交互作用。Laetiporus sulphureus（Ls）在所有三种木材上均表现出最快的定植速度，仅需6天即可完全覆盖表面。两种灵芝菌株（GrP和GrCh）的定植时间则根据木材类型而变化，范围在9到33天不等。Armillaria mellea（Am）和Fistulina hepatica（Fh）的定植能力有限，前者仅在CSF和CSS木材上成功定植，后者仅在CSF木材上定植，且均耗时长达33-39天。方差分析显示，菌株与木材的交互作用是决定定植速率的主要因素。
3.3. 漆酶活性
酶活性检测显示，两种灵芝菌株（GrP和GrCh）无论在以麦麸还是栗木木屑为底物的条件下，均检测到最强的漆酶活性。Am菌株表现出较弱的漆酶活性，而Ls和Fh则未检测到漆酶活性。在栗木木屑上，漆酶活性的差异几乎完全由真菌菌株自身决定，木材类型的单独影响不显著。
3.4. 纤维素酶活性
在麦麸底物上，Ls、GrP和GrCh显示出最高的羧甲基纤维素酶（CMCase）活性。在栗木木屑上，CMCase活性则因真菌菌株和木材类型的组合而异。例如，在CSF木材上Am的CMCase活性最高，而在CSS木材上Ls的活性最高。方差分析表明，菌株与木材的交互作用解释了CMCase活性的大部分差异。
3.5. 栗木矿化速率
木材的碳矿化过程也显著受到真菌菌株和木材类型的共同影响。在两种西西里岛木材（CSF和CSN）上，两种灵芝菌株诱导了最高的二氧化碳释放速率和累积碳矿化量。相比之下，在托斯卡纳CSS木材上，只有Ls能显著提高其矿化速率，导致总碳矿化量高于对照组，而其他菌株（包括灵芝）对该木材的矿化作用则不显著。这表明CSS木材（高C/N比、高酚类含量）能有效抑制大多数测试菌株的降解活性。
4. 讨论与结论
研究人员在讨论中对研究结果进行了深入分析。结果证实了第一个假设（H1），即五种担子菌菌株因其功能特性的不同而展现出差异化的降解活性，这在两种灵芝菌株之间以及灵芝与Ls之间的对比中尤为明显。第二个假设（H2）也得到了支持，化学成分不同的栗木对真菌侵袭的易感性确实不同，高酚类含量和宽碳氮比显著抑制了大多数菌株的降解。第三个假设（H3）仅得到部分证实：虽然灵芝的高漆酶活性与其高碳矿化率一致，但Ls在缺乏可检测漆酶活性的情况下仍能快速定植并在特定木材上高效矿化碳，这表明其降解机制可能超出了漆酶和CMCase的范畴，可能涉及其他氧化或非酶促（如芬顿反应相关）途径。
该研究的结论指出，甜栗木的降解活性受到真菌身份和木材化学特性的双重强烈调控。木材化学，特别是碳氮比和酚类物质特性，是调控菌株特异性腐烂模式的关键因素。例如，来自托斯卡纳（CSS）的木材因其高酚类含量和宽碳氮比，对大多数测试菌株表现出更强的抵抗力。同时，研究发现同一真菌物种内的不同菌株（如两种灵芝菌株）也可能表现出显著的降解行为差异。这些发现强调了采用综合生物学-化学方法来评估真菌腐烂潜力的必要性，这种方法能够更全面地揭示木材与真菌之间的复杂互作。从实际应用角度看，该研究为筛选更具耐久性的栗木用于木材产品，以及鉴定可加速木质纤维素生物质堆肥过程的高效菌株，提供了重要的科学依据。
