森林是陆地生态系统最大的碳库，其对全球气候变化的响应直接影响全球碳循环和生态安全。非结构性碳水化合物（Non-structural carbohydrates，NSC；主要包括淀粉和可溶性糖）是树木维持基本代谢、生长、渗透势调节和抗逆防御的关键碳储备，在抵御极端气候和维持生存过程中发挥着重要作用。因此，揭示树木碳储存策略及其调控机制，是全球变化生态学和森林碳循环研究的重要科学问题，也是提升陆地生态系统模型预测能力的关键基础。然而，作为碳获取与碳利用的动态平衡结果，NSC储存受光合作用、水分调控、木材结构等多维功能性状的共同影响，其形成机制复杂且具有显著的时空动态，难以准确预测。更重要的是，很难有效区分环境条件与物种内在策略的相对贡献，致使全球尺度树木碳储存策略及其功能性状驱动机制缺乏统一认识。
为此，兰州大学研究团队整合全球102个森林群落（混交林）、281种木本植物的多器官NSC数据（图1），通过量化同一群落内不同物种相对于群落平均水平的碳储存偏离度（species-specific deviations from community means），有效剥离了环境条件和测定方法等外部因素的影响，首次在全球尺度揭示了树木内在功能性状驱动碳储存策略的普遍规律。
图1 全球研究样点对应群系类型
研究发现，树木NSC储存具有明显的系统发育信号，裸子植物和常绿树种的茎部可溶性糖和淀粉含量低于同一群落中的被子植物和落叶树种（图2）。进一步分析发现，气孔调控能力是解释物种间碳储存差异最重要的功能性状（图3）。随着气孔对叶水势敏感性的增强，树木可溶性糖、淀粉及总NSC含量均显著下降；相比之下，木质部水力安全性状与碳储存之间仅表现出较弱且具有器官依赖性的关系，表明气孔调控策略比传统关注的水力安全性更能解释树木长期碳储存模式的差异。
图2 不同系统发育类群和功能类群树木碳储存策略的差异
更重要的是，本研究发现可溶性糖和淀粉具有相反的功能性状调控机制（图3、4）。可溶性糖随光合能力的提高而增加、随木材密度的增大而降低，反映其在快速代谢、渗透调节和短期环境响应中的作用；淀粉则表现出相反的变化趋势，体现其作为长期碳储备的功能。这表明，可溶性糖和淀粉并非同步变化，而是分别代表树木“即时利用”和“长期储存”两种不同的碳分配策略。进一步分析发现，上述功能性状—碳储存关系主要存在于被子植物和外生菌根物种中（图4），说明树木碳储存策略受到功能性状与长期进化历史的共同塑造。
图3 功能性状对树木NSC储存的影响
本研究在群落尺度上建立了树木NSC储存的功能性状驱动理论框架，揭示了气孔调控、光合能力、叶经济谱和木材结构等关键性状通过差异化调控可溶性糖与淀粉，共同塑造树木碳储存策略及其在短期代谢与长期储备间的权衡。该框架为预测多树种森林碳分配策略提供了统一的理论基础，也为深入理解全球变化背景下森林碳分配格局、生态系统恢复力及树木存活能力的变化提供了重要科学支撑。
图4 不同类群树木功能性状与NSC储存关系的差异
相关研究成果以“Divergent trait controls on soluble sugars and starch underlie global strategies of tree carbohydrate storage”为题，发表于国际知名综合性学术期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。兰州大学草地农业科技学院、草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室为第一署名单位，李伟斌青年教授为论文第一作者兼通讯作者。合作者包括美国华盛顿州立大学Henry Adams教授、瑞士联邦森林、积雪与景观研究所Antoine Cabon博士、中国科学院地理科学与资源研究所余开亮研究员、美国内华达大学拉斯维加斯分校Drew Peltier教授以及美国西北太平洋国家实验室Nate McDowell教授。该研究得到了国家自然科学基金面上项目（32471968）、青年C类项目（32201329）及草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室（兰州大学）青年英才培育计划等项目的资助。
原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2605066123
【新闻背景】
李伟斌青年教授团队长期聚焦植物光合产物分配策略及非结构性碳水化合物（NSC）储存调控机制，在植物抗逆生理领域取得了一系列重要进展。团队2026年发表于《Plant Physiology》的研究（High-resolution diel dynamics of nonstructural carbohydrates in trees reveal organ-level coordination and trait–environment coupling | Plant Physiology | Oxford Academic），依托在我国4省15个树种开展的高频NSC日动态观测实验，首次提出09:00–11:00为NSC采样的标准时间窗口，为不同研究间的数据整合与比较提供了统一的时间基准；发表于《New Phytologist》的研究（Evolutionary constraints and climate variability jointly shape starch–sugar balance in woody plants - Li - 2026 - New Phytologist - Wiley Online Library），从系统发育、气候与土壤三个维度，系统揭示了全球森林NSC储存的关键调控机制。
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