随着全球资源开发和科学探索的持续扩展，极端环境下的工程建设需要具备环境适应性和多功能防护能力的材料系统。菌丝体基复合材料（MBCs）因其低能耗、环境响应性和多功能集成特性，在极端环境工程中展现出巨大潜力。本文综述了菌丝体基复合材料在四种极端环境——沙漠、极地、
随着全球资源开发和科学探索的持续扩展，极端环境下的工程建设需要具备环境适应性和多功能防护能力的材料系统。菌丝体基复合材料（MBCs）因其低能耗、环境响应性和多功能集成特性，在极端环境工程中展现出巨大潜力。本文综述了菌丝体基复合材料在四种极端环境——沙漠、极地、海洋和地外环境——中的工程应用。证据表明，菌丝体基系统表现出强大的环境适应性：在沙漠环境中，它们支持热调节和被动蓄热；在极地环境中，它们提供保温、地基稳定和湿度缓冲；在海洋环境中，它们有助于固体废物的就地利用、抵抗水侵蚀以及增强抗冲击结构。对于地外工程，MBCs的生长基制造与原位资源利用（ISRU）相契合，并为结构建造、辐射防护和闭环生命支持提供了可持续解决方案。由于其生物活性和自生长特性，活性或可再激活的MBC系统可以在可控的水分和营养条件下进一步支持局部再生长、自修复或环境响应，从而在长期服役过程中实现对外部环境波动的动态响应。未来的工作应强调协调的多功能设计、菌丝活性的长期控制与保护，以及建立地外多因素模拟和在轨验证系统。
2. Properties and mechanism of MBCs
菌丝体（mycelium）是由丝状菌丝（hyphae）构成的营养生长形态，通过顶端生长、侧向分支和局部融合扩展，能够在多孔基质中形成空间连续的网状系统。真菌细胞壁主要由甲壳素（chitin）、葡聚糖（glucans）、甘露聚糖（mannans）和糖蛋白等组成，提供结构保护并参与环境感知。菌丝在生长过程中释放细胞外聚合物（EPS）及其他代谢物，在局部微环境中调节界面反应和物质交换。菌丝还表现出环境响应性，可在不利条件下进入低代谢或休眠状态，并在资源恢复时重新激活，这为MBCs在服役状态下的可变性提供了生物学基础。
MBCs是由菌丝相、基质颗粒或纤维、孔隙结构及后处理条件共同形成的多相复合系统，通常具有异质结构。基质提供主要体积和骨架，菌丝提供连接相和界面连续性，孔隙结构影响轻质性和传质行为。菌丝呈表面至内部的密度梯度分布，导致局部弹性模量差异显著。因此，MBCs的结构可视为生长形成的空间异质复合系统，其机械性能与菌丝网络、基质骨架和孔隙的协同发展密切相关。
MBCs的界面结合通过菌丝生长逐步建立，涉及物理连续性和局部界面相九游官方平台互作用。菌丝在木质纤维素基质或矿物颗粒表面形成交织的三维网络，并通过菌丝表面化学基团和细胞外分泌物调节润湿性、颗粒粘附及有机-无机界面。这种生物界面结合不同于简单的机械压实，其贡献随真菌种类、基质类型和培养条件变化。
当保留活性菌丝网络时，MBCs表现出生物活性驱动的环境响应性。活性菌丝可对水分状态、机械扰动和环境交换产生电信号响应，例如在加载和卸载过程中记录不同的电模式，以及随水分含量变化的自发信号。这表明活性MBCs可能为结构状态反馈提供基础，结合结构功能与水分或荷载相关的状态识别。
MBCs在极端环境中的应用潜力取决于菌丝在制造、运输、储存或现场激活过程中的存活和网络形成能力。水分可用性和温度是关键限制因素。某些真菌能在干燥、低湿度或低温条件下维持菌丝扩展，如雪霉病菌在4°C下最优生长，南极隐生真菌在模拟火星条件下保持膜完整性。地外环境还增加了辐射、真空和微重力应力，研究显示部分真菌在严重暴露后仍能存活或恢复，但稳定的材料形成仍需控制的水分、营养、气体交换和温度条件。
沙漠环境具有强太阳辐射和大温差，MBCs被用于相变材料（PCMs）的封装以实现热管理。研究表明，菌丝衍生多孔支架可封装聚乙二醇（PEG）、石蜡和硬脂醇等PCMs，负载能力超过80%，潜热值达172.44 J·g-1（石蜡）等，且形状稳定、防泄漏。此外，蘑菇衍生框架通过表面功能化实现光热转换，如聚吡咯（PPy）修饰的P. eryngii框架在300–2500 nm范围内光吸收率96.1%，光热转换效率91.2%。这些系统具备自修复潜力和生态可降解性，适用于沙漠环境。
沙漠地区严重缺水和强蒸发导致材料收缩开裂。MBCs通过菌丝填充孔隙降低有效孔径，形成致密表层和精细毛细网络，增强水分保持。菌丝表面和细胞外聚合物（EPS）通过静电或氢键作用稳定水分，减缓迁移。在干燥条件下，休眠菌丝可在短暂供水后重新激活，实现裂纹自修复，研究显示修复后强度恢复近98%。
MBCs通过菌丝缠绕和诱导矿化（如碳酸钙沉淀）增强松散沙土的完整性，提高抗风蚀能力。三轴剪切试验表明，菌丝处理后的沙土峰值强度和残余强度增加，破坏模式更完整，抗剪性能优于未处理沙土。风蚀源于颗粒脱离，菌丝处理提高了表面层的内聚力和抗剪切能力，有效抑制粉末损失。
极地低温环境要求轻质保温材料。MBCs的高孔隙率（可达93%）和低热导率（0.03–0.08 W·m-1·K-1）使其成为有效保温材料。通过调控线D打印结构，可进一步优化热传导路径。例如，Pholiota adiposa复合材料热导率低至0.0376 W·m-1·K-1，层次多孔结构热导率约0.042 W·m-1·K-1。保温性能与菌丝生长形成的多孔结构及空气截留密切相关。
冻土区地基稳定面临冻融循环和沉降问题。MBCs通过菌丝连接和约束颗粒，增强结构稳定性，减少冻融引起的松散。菌丝的低热导率和改性孔隙结构可减缓热传递和水分迁移，抑制冰透镜形成。部分真菌产生抗冻蛋白（AFPs），抑制冰晶生长。研究表明，菌丝诱导可使路面冻胀减少60%–80%。冷适应真菌在低温下保持代谢活性，支持长期加固。
极地室内外温差和湿度变化导致结霜或干燥。MBCs通过多孔拓扑和菌丝有机基质中的极性官能团实现吸附-解吸湿度缓冲。动态蒸汽吸附测试显示，纯菌丝材料在20°C、90%相对湿度下吸湿率高达53%，水分缓冲值（MBV）可评估性能。MBCs的湿度缓冲依赖于可逆的蒸汽吸附/释放，而非简单阻湿。
海洋工程可利用海洋废弃物（如贝壳、塑料）与菌丝结合就地制造建材。牡蛎壳作为无机填料，与菌丝形成可打印墨水，实现层间生物焊接。塑料碎片被菌丝网络包裹并固结，同时真菌分泌木质素降解酶改性塑料表面，降低污染风险。研究显示，含微塑料的菌丝复合材料抗压强度优于典型材料。
MBCs通过降低孔隙连通性、增加渗流路径曲折度、分泌疏水蛋白（如接触角达133°）以及诱导钙质矿物沉淀，提高抗水侵蚀能力。菌丝处理后的沙土水力传导率降低8.1倍，侵蚀阈值流速从0.2 m·s-1提升至0.4 m·s-1以上。长期浸水试验显示，菌丝固化沙土保持完整，未处理沙土迅速崩解。
MBCs的高孔隙率使其在冲击下表现出分层变形，通过孔隙压实、颗粒重排和菌丝断裂耗散能量。落锤试验显示能量耗散系数超过90%。循环荷载下，MBCs表现滞回软化，但阻尼比随变形幅度变化，表明具有缓冲能力。冲击能量吸收在高温、高湿和低温条件下保持稳定，仅高温高湿组合略有下降。
地外工程利用风化层颗粒与菌丝生物固结实现就地制造。菌丝通过生长填充颗粒间孔隙，形成连续网络，将松散风化层转化为可模塑的建造单元。研究提出在火星上利用真菌和蓝细菌共生系统，蓝细菌固定CO2和氮，提供碳源和氮源，并促进CaCO3沉积。地面验证实验显示，共培养系统无需外部碳氮补充即可持续生长。
空间用菌株选择需兼顾生物胁迫耐受性和材料形成能力。辐射、低温和低营养条件下，某些真菌（如ISS分离的Penicillium rubens、南极黑真菌Cryomyces antarcticus）表现出耐受性，但需验证其在建造基质上的生长和固结性能。冷适应和低营养生长能力是重要筛选标准，但环境耐受性不足以保证材料性能。
真菌黑色素是辐射防护的关键化合物，通过能量耗散和活性氧调控提供屏蔽。国际空间站实验显示，Cladosporium sphaerospermum菌丝层使辐射强度降低约2.2%。黑色素分布影响屏蔽效果，富集于菌丝壁的黑色素优于孢子型。高脂质含量的Mucor circinelloides因高氢密度也具有辐射衰减优势。
MBCs可集成废物处理、空气净化、水处理和营养回收。菌丝分解有机废物并转化为肥料，MycoToilet项目实现粪便处理。菌丝多孔结构过滤1–10 μm颗粒，饱和后补液可恢复过滤能力。菌丝胞外聚合物捕获重金属和有机污染物，并用作新基质。真菌蛋白（如Fusarium venenatum）可将农业废物转化为营养。Pestalotiopsis microspora在微重力下分解聚氨酯。
MBCs的耐久性受水分侵入、生物降解、紫外老化、冻融循环、盐雾和pH变化影响。水分可导致尺寸变化和界面弱化；土壤埋藏试验显示16周后质量损失约43%。加速风化试验表明，35天模拟热带暴露后力学性能显著下降。冻融循环可能引发微裂纹；盐结晶压力可造成孔隙损坏。木质纤维素基MBCs的紫外表面老化值得关注。未来需进行组合环境暴露下的系统长期测试。
综述总结了MBCs从地球极端环境到地外设施的研究进展。MBCs通过就地结合废弃物、热湿调节、环境修复和营养供给，应对资源短缺和物流约束。其多孔拓扑和生物组分支持高效热湿管理，生物活性和自生长能力实现就地增殖和自修复，有助于长期自给自足。
MBCs的单一性能优化常影响其他性能，需多目标协同设计。机器学习可建立预测模型，指导工艺参数反向优化，实现综合性能平衡。
活性功能依赖菌丝长期存活、休眠和可控再激活。极端温湿度波动和微生物竞争可能降低活性，需通过隔离封装或合成生物学调控代谢，实现可控生长与激活。
