单半乳糖甘油二酯(monogalactosyldiacylglycerol,MGDG)和双半乳糖甘油二酯(digalactosyldiacylglycerol,DGDG)是植物光合膜(如叶绿体膜和类囊体膜)的重要组成部分,在维持光合膜的结构和功能方面起着重要作用。逆境胁迫会破坏叶绿体膜的完整性及流动性,进而使整个叶绿体丧失基本功能。在植物的长期进化过程中,通过改变叶绿体膜脂的组分来适应环境是植物适应逆境胁迫的一条重要途径,而其中半乳糖脂起到了重要作用。低氮胁迫诱导植物叶片膜脂组分产生变化,但是不同品种植株耐低氮胁迫的能力和其膜脂合成能力是否有关以及是否可以通过调控膜脂合成能力来提高植物耐低氮能力还不清楚。本实验的主要结果如下:1.以‘长旱58’小麦品种为试验材料,在大田环境下研究了灌浆期低氮胁迫下旗叶叶片衰老和膜脂主要组分变化的关系,结果表明低氮胁迫下旗叶叶片的净光合速率、叶绿素和类胡萝卜素含量、总氮含量大幅下降,淀粉和可溶性糖含量显著性增加。对叶片中的半乳糖脂和磷脂(phospholipid,PL)的含量进行分析,发现低氮胁迫对小麦叶片中半乳糖脂和磷脂的合成产生了一定程度的抑制作用,增加了DGDG/MGDG比值,降低了不饱和脂肪酸双键指数(double bond index,DBI)和类囊体中组装蛋白密度,从而破坏了叶绿体膜的流动性,进而使叶绿体膜的结构和功能受到破坏,诱导了叶片的衰老。结果表明,叶片膜脂组成变化和低氮诱导叶片衰老密切相关。2.以耐低氮胁迫的‘濮麦9号’和低氮胁迫敏感的‘宁麦14号’为试验材料,在苗期采用水培方法研究不同耐低氮能力的小麦叶片膜脂组成与其耐低氮能力的关系。结果表明低氮处理后‘濮麦9号’生物量下降幅度明显低于‘宁麦14号’,‘濮麦9号’的叶绿素含量、类胡萝卜素含量、光系统II(PSII)最大光化学效率和光合速率都显著高于‘宁麦14号’。低氮胁迫下,两个小麦品种叶片中的MGDG、DGDG及总脂含量都显著降低,但‘濮麦9号’叶片中的总脂、DGDG含量及DGDG/MGDG比值以及MGDG、PL和总脂的DBI以及类囊体中组装蛋白密度都显著高于‘宁麦14号’。结果表明,低氮胁迫后小麦叶片膜脂组分及含量的不同变化可能是这两个小麦品种对低氮胁迫响应不同的重要原因之一。3.以超表达水稻MGD基因(OsMGD)烟草为材料,研究提高MGDG和DGDG合成能力对低氮胁迫的响应。结果表明低氮胁迫下超表达OsMGD烟草株系的生物量、净光合速率、叶绿素、类胡萝卜素、总氮、可溶性糖含量显著高于野生型株系;叶绿体透射电镜结果表明低氮胁迫对转基因烟草的叶绿体损害程度明显小于野生型烟草,这些结果均表明转基因烟草株系的耐低氮能力高于野生型烟草。对烟草叶片中膜脂组成分析发现,转基因烟草叶片中的半乳糖脂、磷脂以及总脂含量及其不饱和双键指数以及DGDG/MGDG均显著高于野生型烟草;转基因烟草株系的类囊体中组装蛋白密度均显著高于野生型。因此,超表达OsMGD烟草缓解了低氮胁迫对其生长的抑制,从而提高烟草对低氮胁迫的耐受能力。综上所述,半乳糖脂在植物响应低氮胁迫中起着重要作用,品种的耐低氮能力可能和其在低氮下维持膜脂合成能力有关,而提高半乳糖脂的合成能力和含量可以提高作物对低氮胁迫的耐受能力。