在极端的环境条件下，植物细胞膜经常被破坏。轻微的温度波动或者其他环境胁迫都可以导致膜结构和功能的改变，进而影响正常代谢。

随着温度降低，细胞膜会经过一个从流动性液晶态到固体凝胶态相的转变。这种相变温度随植物种类(热带物种10~12；苹果3~10)和细胞膜脂质成分不同而不同。抗冷害植物的细胞膜趋向于含有更多的不饱和脂肪酸。与之相反，冷敏感植物细胞膜中含有高比例的饱和脂肪酸链，温度接近0时，脂组分易凝固为半晶体状态。一般来说，饱和脂肪酸不含双链，而且含有反式单不饱和脂肪酸的脂类，这种脂类比不饱和脂肪酸脂质的凝固点要高，因为后者的碳氢链间有弯曲，其排列不如饱和脂肪酸紧密。

植物持续暴露在极端环境温度下，会导致细胞膜的脂质成分发生变化，这是植物适应环境的一种驯化方式。一些跨膜的酶能够引进一个或两个双键到脂肪酸内，从而改变膜脂质的脂肪酸饱和度。例如，在冷冻驯化过程中，如低温驯化时，脱饱和酶活性会升高，脂质中不饱和脂肪酸比例增加。这种修饰降低了膜脂从流动相渐变到半晶体状态时的温度阈值，使膜在更低的温度下能保持流动性，因此能保护植物免受冷害伤害。反之，膜脂质脂肪酸饱和度越高，细胞膜的流动性越差。拟南芥的某些突变体中ω-3脂肪酸脱饱和酶活性降低，突变体对光合作用的耐热性增强，这可能是由于叶绿体脂质中脂肪酸的饱和度增加引起的。

已经通过突变体和转基因植物证实了膜脂对低温耐性的重要性，这些植物特有的酶活性能够导致特异的膜脂组分变化，这种变化不依赖于低温驯化。例如，把一个大肠杆菌的基因转化到拟南芥中，结果能提高高熔点膜脂(饱和的)的比例，该基因的表达极大增加了转基 因植物对冷害的敏感性。与此类似，拟南芥fab1突变体可以增大饱和脂肪酸的含量，尤其是160组成的脂肪酸。经历3~4周的低温期，突变体的光合作用和生长逐渐被抑制。如果一直暴露在低温下，其叶绿体甚至被破坏。在非冷害温度下，该突变体的生长情况与野生型一致。