进化历史驱动了植物非结构性碳变异和碳存储策略

和人类囤粮备荒一样，植物也会悄悄储存“碳水口粮”，用来应对干旱、低温等恶劣环境，保障自身正常生长。长久以来，科学界一直存在争议，植物叶片、树干、根系里储存的碳水，到底是受当下冷热干湿影响，还是亿万年来演化刻下的生存本能？近日，中国科学院植物所科研团队依托全球海量实地观测数据给出答案，进化历史才是决定植物碳储存差异的核心力量，相关成果刊发于国际期刊《自然・生态与演化》。

走在山林原野，从热带雨林乔木到寒带高山灌木，每一株植物都在默默完成碳循环。叶片依靠阳光合成碳水，一部分立刻用于抽枝、长根、呼吸消耗，另一部分作为“应急口粮”储存在叶、茎、根中，这就是学界所说的非结构性碳水化合物，是植物抵御极端天气、度过生长淡季的关键底气。

过去学界普遍认为，植物储存多少碳水，主要看当下环境好坏，干旱地区多存糖抗脱水，寒冷地带多储能扛寒冬。但有一个关键谜题始终没能解开，同样的气候条件下，不同植物、同一植物不同器官，碳水储备量天差地别。放眼全球，叶片、树干、根系的碳水含量随纬度变化的规律完全相反，背后的深层驱动机制一直没有定论。环境、进化，谁才是主导者，始终没有统一答案。

为破解这一生态难题，中国科学院植物研究所植被结构与功能研究团队牵头，联合瑞士、西班牙、澳大利亚、美国等全球28位科研学者，搭建起覆盖范围空前庞大的全球植物碳水数据库。这套数据库囊括全球1016个野外观测站点、2041种陆生植物，累计收录29386份生长季实测数据，完整覆盖热带、温带、寒带各类植被类型，为厘清全球植物碳储存规律打下扎实的数据根基。

依托海量实测数据，团队首先摸清了全球尺度植物碳水的空间分布规律。随着纬度不断升高，叶片里的碳水储备会越来越多，但是树干、根系的碳水含量，却会随纬度上升持续下降。这种截然相反的分布特点，主要由区域水分、气温、日照辐射共同调控，反映出植物“碳源-碳汇”分工策略随环境梯度发生差异化调整。简单来说，高纬寒冷地区植物靠叶片囤糖抵御低温，而低纬温暖区域，植物更愿意把碳水储存在树干、根系里保障长期生长。

更令人意外的是进化层面的颠覆性发现。科研人员通过系统发育分析追踪植物演化脉络，发现叶片、茎根的碳水储存演化趋势完全对立：物种分化时间越久、演化历史越古老的植物，叶片碳水积累能力越强，树干和根系储存碳水的能力反而偏弱。像裸子植物这类很早就演化出现的古老类群，普遍习惯把更多“碳水口粮”存进叶片，地下和木质组织储备更少；而演化晚期出现的被子植物，则更倾向于把碳水储备转移到树干、根系中。

量化分析进一步证实了研究核心结论。植物亿万年的进化历史，能够解释55.9%—77.1%全球不同器官碳水含量的差异，解释力度远远超过温度、降水等当下环境条件。这意味着，植物储存碳水不只是遇到恶劣环境的被动应对，更是漫长演化中固化下来的生存策略。不同植物家族早已演化出专属的“储能方案”，深刻塑造了全球植被碳储存格局。

这项研究刷新了人类对植物碳分配机制的认知，也为全球气候变化预测提供关键支撑。当前主流陆地生态模型大多只参考气候条件模拟植被碳循环，忽略了植物演化差异、不同器官碳储存的区分，容易造成预测偏差。这一成果强调，在全球动态植被模型纳入植物进化信息和器官特异性碳储存的必要性，为预测气候变化下的植被碳动态提供了实证数据与理论支撑。