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单半乳糖甘油二酯(monogalactosyldiacylglycerol，MGDG)是类囊体膜的重要组分，约占类囊体膜糖脂含量的50％，对于植物的光合作用至关重要。光照是光合作用不可或缺的条件，而光合系统多层次光保护和修复机制是植物应对高光胁迫做出的反应，在这个机制中存在两条防线:热耗散阻抑机制和光有毒产物清除机制。目前关于MGDG在盐胁迫、干旱胁迫和冷害胁迫过程所起作用的研究较多，但是，高光胁迫下MGDG在光保护过程的作用不甚明了。本实验以转水稻MGD(OsMGD)基因烟草(M2、M5)和野生型烟草(SR)为实验材料，根据前期光合曲线的测定选择两组处理光强，通过测定高光处理前后烟草的表型参数、光合参数、光有毒产物的生成、叶黄素循环效率、膜脂含量等指标，探索MGDG的在两条防线上的光保护机理。实验结果如下: (1)在对光响应曲线进行分析时表明，与野生型SR烟草相比转基因株系M2和M5的净光合速率分别提高了28％和29％，光饱和点分别提高了38％和25％。高光处理1天后M2和M5的叶片鲜重分别比SR高19％和21％，全株鲜重分别比SR高11％和11％;叶绿素含量分别比SR高23％和18％;净光合速率分别比SR高173％和172％。从表型上可以看出，高光处理后SR叶片出现漂白斑，叶片变小变薄，颜色微黄，而M2和M5株系的叶片受损较轻。综上可知，高光处理对SR、M2、M5均造成了光抑制，但是转基因株系具有更强的高光耐受性。 (2)对高光处理后烟草的荧光参数进行分析发现，高光处理后SR、M2和M5的热耗散分别增加37％、81％和75％;但SR的光合电子传递速率降低30％，而M2和M5却分别升高了23％和25％;SR的光化学淬灭系数降低32％，而M2和M5却升高了24％和18％。SR、M2和M5的超氧阴离子自由基含量分别升高239％、99％和71％，过氧化氢含量分别升高57％、25％和33％，丙二醛含量分别升高27％、3％和3％。以上结果说明，高光胁迫时转基因株系的相对电子传递效率、光化学淬灭系数的提高使能量更快速的通过光反应转化成同化力用于暗反应，另一方面转基因株系具有更高的热耗散能力，能够快速的将过剩激发能转化成热量散失，从而降低了光有毒产物的生成。 (3)对叶黄素循环的研究发现高光胁迫后SR、M2和M5的紫黄素含量分别降低11％、41％和43％，环氧玉米黄素含量分别降低27％、32％和56％，玉米黄素含量分别增加5311％、26945％和19616％，叶黄素循环效率分别提高2008％、5874％和4658％。说明高光胁迫时超表达OSMGD提高了叶黄素循环效率，在第一防线增强了热耗散能力。玉米黄素的大量生成，在第二防线清除活性氧，增强了转基因株系的高光耐受力。 (4)高光耐受性的差异来源于MGD基因的过表达，随后我们对膜脂进行了研究。结果表明高光处理后SR、M2和M5的MGDG含量分别降低34％、19％和18％，DGDG含量分别升高11％、38％和24％，PL含量分别降低42％、15％和19％，总脂含量分别降低10％、2.4％和3.9％;MGDG脂肪酸不饱和度分别降低9％、4％和4％，DGDG脂肪酸不饱和度分别降低26％、11％和15％，PL脂肪酸不饱和度分别降低28％、7％和10％;MGDG/叶绿素分别升高了28％、19％和12％，DGDG/叶绿素分别升高了9％、6％和4％，PL/叶绿素分别升高了22％、16％和8％;DGDG/MGDG升高，但是转基因型比野生型高。说明高光处理导致膜脂发生了降解，膜脂的不饱和度降低，类囊体蛋白堆叠密度降低，但是转基因株系的表现优于野生型。 综上所述，高光胁迫时单半乳糖甘油二酯含量的增加提高了叶黄素循环效率，在第一防线提高了能量的耗散，增强了植物的高光耐受性;玉米黄素的大量合成清除了活性氧，从而在第二防线清除了已生成的活性氧，提高了植物的高光耐受性;热耗散效率的提高，降低了光合系统的压力，促进了光合电子传递速率和CO2同化率，使能量通过光合作用固定，降低过剩激发能对光合结构的损害，提高了植物的高光耐受性。 光抑制造成膜脂降解，膜的流动性和通透性遭到破坏;类囊体膜的结构和功能受损，叶片的光合功能受到破坏。单半乳糖甘油二酯向双半乳糖甘油二酯的转化是生物膜应对高光胁迫的响应之一，通过双半乳糖甘油二酯的双层结构部分补偿膜的损伤，维持膜的结构和功能，提高了植物对高光胁迫的耐受性。