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2026年7月13日，《自然·生态与进化》在线发表了中国科学院植物研究所严正兵研究员团队的研究论文，论文的英文标题为《Evolutionary history drives organ-specific variability in plant non-structural carbohydrates》。研究团队汇编了包含29，386条生长季野外实测数据的全球数据库，这些数据覆盖了1，016个采样点和2，041个物种，他们据此绘制了叶片、茎和根中非结构性碳水化合物浓度的全球分布图，并量化了环境因子和进化历史对器官特异性NSC变异的相对贡献。
不同植物器官的NSC浓度在全球尺度上表现出了截然相反的空间变化规律，叶片中的总NSC浓度随纬度升高而逐渐增加，冻原和北方森林的叶片NSC浓度最高，可以达到每克干重169.4毫克。茎和根中的总NSC浓度却随着纬度升高而呈现出下降的趋势，茎中NSC在亚热带沙漠地区达到最高值，而根中NSC在热带雨林地区最低。这种叶片与地下器官之间相反的纬度趋势在以往的研究中很少被报道出来，研究团队认为这反映了不同器官在碳源-汇关系中承担着差异化的生理功能，叶片在高纬度寒冷环境中需要积累更多可溶性糖作为渗透调节物质来抵抗冻害。茎和根中的NSC储存则更多地受到水分和光照条件的直接调控，温暖湿润的环境有利于茎中碳储备的形成，而干旱条件下根系生长受阻反而可能造成NSC的被动积累。
环境因子对三个器官NSC变异的影响方向和相对重要性同样存在明显差异，随机森林模型和偏相关分析结果表明，水分可用性、温度和太阳辐射是调控各器官NSC浓度的主导环境变量。叶片NSC主要受生长季降水量和温度的负向调控，茎中NSC则受到太阳辐射、土壤湿度和生长季降水的正向共同影响，根系NSC随干旱指数的降低而减少。研究团队通过偏相关系数发现，环境因子对叶片总NSC变异的独立解释率不足10%，对茎和根的解释率则更低，这说明单纯依靠气候和土壤变量很难准确预测植物各器官的碳储存状态。全球植被模型如果继续沿用统一碳库的简化假设，可能会在模拟不同区域植被碳动态时产生较大的偏差，尤其是在气候变化剧烈的地区。
系统发育分析的结果显示，NSC储存特征在植物进化历程中留下了深刻的烙印，叶片、茎和根中总NSC浓度的Pagel‘s λ值分别为0.648、0.630和0.529，均通过了显著性检验，表明亲缘关系相近的物种在碳储存策略上具有较高的相似性。研究团队追踪了NSC浓度沿进化分歧时间的变化轨迹，叶片总NSC浓度随分歧时间的增加而升高，茎和根中的总NSC浓度却随分歧时间的增加而降低，这种器官间相反的进化趋势在淀粉组分中表现得尤为突出。裸子植物的叶片NSC浓度显著高于被子植物，茎和根中的情形则完全相反，研究团队推测早期分化的裸子植物倾向于将更多碳储存在叶片中以应对不利环境，而晚期分化的被子植物则发展出了更加多样化的茎和根储存策略。
贝叶斯系统发育线性混合模型的分析结果清晰地表明，进化历史对全球NSC变异的解释力远远超过了当代环境条件，进化历史（包含系统发育效应和物种效应）分别解释了叶片、茎和根总NSC变异的55.9%、57.1%和77.1%。环境因子的独立解释率仅为9.2%、5.5%和2.4%，这一悬殊的对比在整个生态学宏观研究中也并不多见。系统发育效应对叶片NSC变异的贡献达到了35.3%，超过了物种效应的20.6%，茎和根中物种效应的贡献则高于系统发育效应。研究团队指出，这种层级化的进化影响模式说明不同器官的碳储存策略遵循着差异化的进化路径，未来在改进全球碳循环模型时应该将系统发育信息纳入参数化方案，用进化视角替代传统的植物功能型划分，才能更准确地预测植被碳动态对气候变化的响应。
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