紫草科软紫草属新疆紫草[Arnebia euchroma(Royle) Johnst]是传统中药材紫草(Arnebiae Radix)的重要来源。新疆紫草的主要有效成分为紫草素类萘醌类化合物以及紫草多糖。具有抑制DNA拓扑异构酶、抗肿瘤、抗血栓、抗生育、抗炎、促进伤口愈合、抗病毒和免疫调节作用，广泛应用于医药行业。另外，紫草素类化合物是一种重要的天然色素，具有重要的经济价值。本论文以新疆紫草红色高产和白色低产两种悬浮细胞为材料，从基因和环境胁迫两个方向研究其对紫草素生物合成的影响，对两种细胞系进行了表型分析和生长及紫草素类化合物积累的动力学研究，以及不同细胞系、不同生长时期紫草素生物合成关键酶基因的表达差异，并研究了茉莉酸甲酯对新疆紫草红色高产和白色低产两种细胞系的影响。本论文主要研究成果如下:　　 1、两种新疆紫草悬浮细胞表型分析和生长及紫草素类化合物积累的动力学研究　　 通过对新疆紫草红色高产和白色低产两种色系悬浮细胞的表型、生长曲线、次生代谢产物积累研究，用数学建模模拟新疆悬浮细胞的增殖和紫草素类化合物积累情况，研究新疆紫草悬浮细胞生长和次生代谢物积累的动力学参数。用Logistic模型对生长函数进行拟合并求导数，得到新疆紫草悬浮细胞的生长速率及生长加速度变化曲线，确定了新疆紫草悬浮细胞继代培养最佳时期为继代到新鲜培养基中的第15天，给诱导处理的最佳时期为继代到新鲜培养基中后第13～14天。并且通过比较新疆紫草红色高产系细胞增长速率的变化趋势与紫草素类化合物积累曲线发现，紫草素的合成和积累为非生长偶联型。　　 2、新疆紫草红色高产系和白色低产系紫草素类化合物生物合成关键酶基因的表达差异分析　　 Real-time PCR的方法获得了红色高产系和白色低产系之间不同生长时期（继代后0d-22d）紫草素合成关键酶基因HMGR、PAL、4-CL、C4H、GDPS、PGT的相对表达的差异。首先，红色高产系和白色低产系在不同生长时期其关键酶基因的表达水平随时间变化的波动较大，红色高产系中关键酶基因的表达随时间变化的曲线为倒U型，而白色低产系中此曲线呈U型;其次，除个别时间段的个别基因外，红色高产系中紫草素生物合成关键酶基因的表达量均远大于白色低产系，这与红色高产系和白色低产系中的次生代谢化合物差异完全一致。另外，虽然整体而言红色高产系中关键酶基因的表达量显著高于白色低产系，但是，白色低产系中也同样能检测到这些相关基因的表达，可见白色低产系同样具备有合成紫草素类化合物的潜力。　　 3、茉莉酸甲酯对新疆紫草红色高产和白色低产两种细胞系的影响　　 外源添加类似环境胁迫的诱导子茉莉酸甲酯，研究环境胁迫对新疆紫草紫草素合成的影响发现，当新疆紫草两种悬浮细胞系予以50％乙醇溶解的5uM茉莉酸甲酯处理，两种新疆紫草细胞系对茉莉酸甲酯诱导作用的反应不一样。MeJA能促进新疆紫草高产红色高产系中紫草素类化合物的合成，却不能促进白色低产系中紫草素类化合物的合成，但是能促进一类极性略小的化合物的大量（数百倍）积累，并推测此化合物与紫草素的合成相关。同时，MeJA对红色高产系的生物量增长无影响但能抑制白色低产系的生长。　　 4、莉酸甲酯处理两种新疆紫草悬浮细胞后紫草素类化合物生物合成和积累的规律研究　　 首先分离和纯化了MeJA诱导新疆紫草悬浮细胞白色低产系后积累的两个新化合物，并鉴定其为紫草素合成的过程中的重要支路代谢终产物——紫草呋喃类化合物（紫草呋喃A和紫草呋喃E）。研究发现，MeJA处理新疆紫草悬浮细胞的两种细胞系后两种细胞系在次生代谢化合物的积累方面做出的反应有明显的差异。首先，MeJA能促进红色高产系中紫草素类化合物、酚酸类化合物和紫草呋喃类化合物的合成与积累，而其在白色低产系中只对酚酸类化合物和紫草呋喃类化合物的积累有刺激作用;其次，红色高产系对MeJA的刺激作用敏感，能在1h内瞬时作出反应，尤其是紫草呋喃类化合物，而白色低产系对MeJA的刺激作用相对比较迟缓。在基因表达方面，MeJA虽然不能促进新疆紫草白色低产系合成和积累紫草素，但是其对紫草素合成关键酶基因HMGR、GDPS、PAL、4CL、C4H、PGT的表达有显著的促进其表达上调。认为白色低产系紫草素生物合成的阻断位于香叶基醌合成之后，MeJA能促进紫草素生物合成途径的代谢流量，但是在白色低产系中代谢流在形成香叶基醌后流向发生转变，流向呋喃醌方向而不是萘醌方向。