非结构性碳水化合物在植物代谢过程中起着至关重要的作用，既是主要的代谢底物，也是重要的能量来源。植物通过光合作用产生的非结构性碳水化合物，可用于即时生理功能和能量储备，在碳源匮乏的情况下，发挥维持基本功能的“缓冲”作用。在水分受限的环境中，植物能够通过增加可溶性糖或提高可溶性糖/淀粉比来维持细胞渗透压，从而应对环境胁迫。生物土壤结皮是荒漠表层的重要覆盖物，对地表稳定、养分循环等具有关键作用。作为沙漠基本地貌单元，沙丘的坡位对生物土壤结皮的生长发育有显著影响。然而，不同坡位的生物土壤结皮如何调节其非结构性碳水化合物的含量与分配以适应不同的微环境，尚未清楚。深入研究这一问题，将有助于我们更好地理解生物土壤结皮的碳平衡与生态适应策略。

针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所张元明研究员团队，以古尔班通古特沙漠为研究区，通过采集多样点不同坡位的藻结皮和地衣结皮，探讨不同坡位藻和地衣结皮非结构性碳水化合物的含量和分配策略，揭示不同坡位藻和地衣结皮对环境的响应机制。

研究结果表明，坡位对地衣结皮非结构性碳水化合物的影响大于藻结皮。具体而言，坡底地衣结皮的总可溶性糖、淀粉和总非结构性碳水化合物含量最高，而藻结皮在东坡的含量最高。藻和地衣结皮非结构性碳水化合物及其各组分与环境之间的关系存在差异，藻类结皮可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物与全磷呈显著负相关，而地衣结与全氮、全磷和土壤含水量显著正相关。结构方程模型结果显示，坡位通过改变土壤水分、土壤温度和土壤养分间接影响了藻类和地衣结皮非结构性碳水化合物的变化，但不同类型生物结皮中影响非结构性碳水化合物的关键因素不同。其中，影响藻结皮非结构性碳水化合物的最重要因素是坡位引起土壤养分变化，而地衣结皮是土壤水分和温度变化。这些发现为理解不同坡位生物土壤结皮非结构性碳水化合物分配和抗逆性机制提供了新的见解。

相关研究以“Slope position affects nonstructural carbohydrate allocation strategies in different types of biological soil crusts in the Gurbantunggut Desert”为题发表在Plant and Soil。该研究得到了第三次新疆综合科学考察计划、新疆维吾尔自治区天山英才领军、新疆维吾尔自治区自然科学基金重点项目、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1007/s11104-024-06951-w

图1 采样信息图

图2 坡位对藻和地衣结皮非结构性碳水化合物及其组分含量的影响

图3 影响藻和地衣结皮非结构性碳水化合物的直接和间接驱动因素