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氮素是植物生长发育过程中必需的大量元素之一。分配进植物叶片细胞中的氮主要以蛋白质、游离氨基酸、硝态氮(NO3-)、氨态氮(NH4+)等形式存在,植物会通过改变不同形式氮在叶片中的分配格局来影响叶片的光合作用等过程,而功能有所不同的叶位中氮分配格局可能也会不同。冷驯化会影响叶片氮的分配,但对不同叶位氮分配的规律研究甚少。因此,研究氮在植物不同叶位的分配,尤其是对胁迫条件下分配规律与低温胁迫响应之间的关系具有重要意义。本文以高山离子芥和拟南芥的新生叶（A叶位）、成熟叶（B叶位）与老叶（C叶位）为材料,结合分子生物学及植物生理学,研究并比较了高山离子芥与拟南芥不同叶位叶片氮的分配规律、调节机理及抗冻性等胁迫变化,探讨了两种植株生长发育与抗性代价平衡的关系。本论文主要得到以下研究结果:1、常温和低温下高山离子芥A叶位中总N含量都最高,冷驯化只使C叶位总N含量降低。而拟南芥在常温和低温下都为A、B>C,冷驯化使A、B叶位总N含量下降,但两种植物各叶位总氮含量趋势都无明显变化。2、常温和低温下两种植物蛋白含量都由A、B、C叶位依次降低,冷驯化使高山离子芥A、C叶位蛋白含量升高、拟南芥A叶位蛋白含量降低。冷驯化后,高山离子芥B叶位中叶绿素含量显著上升,而拟南芥A、C叶位有所下降。常温和低温下高山离子芥各叶位氨基酸含量稳定,冷驯化并未使之发生明显变化,但冷驯化使拟南芥A、B叶位脯氨酸含量急剧上升。且高山离子芥各叶位总游离氨基酸含量远高于拟南芥。3、常温下高山离子芥中硝酸盐及亚硝酸盐含量在各叶位中无差异,低温下都为A最大C最小,冷驯化使两者含量在B、C叶位显著降低。而拟南芥硝酸盐含量在常温下为C>B>A,低温下则为B>C>A,冷驯化使三个叶位硝酸盐含量均明显增加。而常温下拟南芥亚硝酸盐在各叶位中无差异,低温下B>A>C,冷驯化使A、B叶位硝酸盐含量升高。综上所述,冷驯化对两种植物总氮趋势并无显著影响,但对分配到各叶位各形态的氮有显著影响。4、从mRNA水平得到,冷驯化后高山离子芥中NR、NiR表达量升高,表明氮转化能力增加,这与冷驯化后硝酸盐及亚硝酸盐含量下降相对应。而冷驯化后拟南芥NR、NiR基本无变化,表明拟南芥中NR、NiR表达量可能并不是引起硝酸盐及亚硝酸盐含量发生变化的主要因素。5、NR、NiR比活力结果则表明氮转化能力在高山离子芥中升高、拟南芥中降低,这与上述冷驯化后硝酸盐及亚硝酸盐在高山离子芥中含量下降、拟南芥中含量上升的结果相对应。比活力与上述拟南芥中表达量结果并不一致,可见酶的mRNA表达与活性之间的确存在复杂的调控过程。此外,结合NRT1.1、NRT1.7表达量及常温下植株本身硝酸盐含量,在高山离子芥中可得到前述低温下硝酸盐含量A=B>C的结果,在拟南芥中也可得到前述低温下硝酸盐含量B>C>A的结果。6、冷驯化使高山离子芥C叶位电导率升高,即C叶位受低温影响最大,细胞受损程度最深,间接表明抗冻性降低,但常温和低温下各叶位电导率均无明显差异,A、B、C叶位抗冻性较平衡,氨基酸结果也表明冷驯化后高山离子芥各叶位中脯氨酸含量并无明显差异。而常温和低温下拟南芥A叶位在-10℃时电导率都最低,冷驯化使A叶位出现更低的电导率,相较B、C叶位表现出极显著的抗冻性,氨基酸结果也表明冷驯化后拟南芥A叶位脯氨酸含量有18倍左右的上升。但高山离子芥整体电导率明显小于拟南芥,这也说明高山离子芥较拟南芥本身拥有极高的抗低温胁迫能力。此外,常温和低温下高山离子芥各叶位的含水量都较为平衡,只有常温下C叶位略高于A。而拟南芥在常温和低温下含水量都为A>B=C,说明拟南芥在胁迫下可能会于新生叶中积累更多干物质。活性氧染色也表明,常温和低温下高山离子芥A、B、C叶位颜色都依次变深,冷驯化并未使之发生明显改变,但拟南芥在常温时A、C略深,低温下C略深,冷驯化使A叶位明显变浅,表明超氧阴离子在低温下显著下降,可能帮助植物抵御低温胁迫。此研究阐明了两种植物在冷驯化后总氮趋势无明显差异,但不同叶位中各形态的氮分配在NR、NiR及NRT调节下发生改变。冷驯化后高山离子芥各叶位蛋白含量上升、脯氨酸无变化,但使拟南芥A叶位蛋白含量急剧下降、脯氨酸成倍上升。以上氮分配的改变可能是导致冷驯化后高山离子芥各叶位抗冻性均衡、而拟南芥A叶位抗冻性极高的原因,这可能说明低温胁迫下高山离子芥更倾向兼顾所有叶片、而拟南芥会优先保护新生叶片。本实验也为高山冰缘及模式植物适应逆境的生理生态机理提供了依据。