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黄芪是豆科植物荚膜黄芪[Astragalus membranaceus（Fisch.）Bunge]的干燥根。芒柄花素（formononetin,FO）和毛蕊异黄酮（calycosin,CA）是两种重要的异黄酮类活性化合物,它们具有免疫调节、肝保护、细胞毒性和抗缺氧等多种功能,用于临床治疗心血管、呼吸和肝脏等疾病。由于医药市场对FO和CA需求的增多以及田间种植黄芪中活性成分含量较低,我们实验室建立了稳定可靠的黄芪毛状根培养体系（AMHRs）来生产FO和CA,并成功地用菌诱导,信号分子诱导和UV辐射的方法来增加FO和CA的含量,但是由于菌诱导操作复杂、信号分子诱导价格昂贵、UV辐射对人体有伤害,寻找一种更简单有效、操作方便且价格低廉的方法来增加CA和FO的含量仍是我们的研究目标。光除了作为光合作用的主要能量来源外,还在调节植物发育、形态发生、化学成分含量和抗氧化能力方面发挥着重要的信号转导作用。本研究试图利用LED光诱导AMHRCs促进其生长,提高CA和FO的含量,并研究最佳光处理下,CA和FO含量增加的生物合成机理。主要研究结果如下:1.研究了不同LED光对AMHRCs生长及CA和FO含量的影响在不同光红光、蓝光、绿光、白光和混合光下开展了为期62天的实验,与对照组（暗培养）相比,在培养第62天时,所有光均促进AMHRCs的生长,并且红光、混合光、蓝光和绿光对AMHRCs生长的促进作用更明显。同时对AMHRCs表面根毛进行显微镜观察,发现蓝光、红光和混合光下,AMHRCs表面根毛长度明显增加,密度增多,表明LED光可以通过促进根毛的生长进而促进根生长;对CA和FO含量进行分析检测,在0-62天培养周期内,红光、白光和混合光照射下CA和FO含量增加不明显;蓝光和红光照射下,CA和FO含量显著高于暗培养,CA含量在蓝光照射的第55天达到最高值166.26±21.57μg/g DW,是暗培养下的2.92倍;FO含量在蓝光照射的第55天达到最大值86.95±10.41μg/g DW,是暗培养下的2.27倍。从生长和根毛来看最佳的光是蓝光、红光和混合光,但是从CA和FO含量积累最多来看蓝光是最优的光,综合考虑,蓝光是在不影响生长的条件下,积累活性成分CA和FO的最适宜的光。2.研究了蓝光照射下初始接种量对AMHRCs生长及CA和FO含量的影响将初始接种量分别为0.2%、0.4%、0.6%和0.8%的AMHRCs,在蓝光下照射,培养76天,测量其生物量的变化,结果发现,在接种量为0.2%和0.4%时,FW和DW在62天左右达到最大积累量,生物量基本不随时间延长而增加;在接种量为0.6%和0.8%时,FW和DW在55天左右达到最大积累量,生物量基本不随时间的延长而增加,从周期来看,0.6%和0.8%培养周期较短,是较合适的初始接种量。观察了表面根毛变化,初始接种量为0.6%、0.8%与0.2%、0.4%相比,表面根毛浓密,且数量增多明显。测量0-76天,不同初始接种量下CA和FO的含量,FO含量在培养48天时最高为114.08±10.11μg/g DW,是暗培养下的2.84倍;CA含量在培养48-62天时都较高,在48天时CA含量为160.53±17.91μg/g DW,是暗培养下的3.31倍。确定了蓝光、0.6%、培养48天是促进AMHRCs生长和CA和FO积累最适宜的初始接种量和最适宜的培养时间。蓝光,照射48天,初始接种量0.6%,是在缩短培养时间的条件下,促进AMHRCs生长及CA和FO含量积累的最适宜的培养条件。3.最佳蓝光照射对AMHRCs生理指标及相关生物合成酶基因表达的影响在最优的光条件:蓝光和初始接种量为0.6%培养下,AMHRCs中游离氨基酸（SS）含量和还原糖（AA）的含量整体逐渐减少,表明初生代谢向次生代谢的转化;过氧化氢含量（H2O2）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、超氧阴离子（OFR）活性与光照前相比皆有明显变化,表明蓝光照射确实触发了AMHRCs的ROS系统;对AMHRCs中9个与CA和FO合成相关的关键酶基因（PAL,C4H,4CL,CHS,CHR,CHI,IFS,IOMT和I3’H）的表达水平进行分析,发现除了CHS以外,其余的基因PAL,C4H,4CL,CHR,CHI,IFS,IOMT和I3’H在蓝光照射下转录水平均有提高,其中C4H,4CL,CHS,CHR,CHI和IFS基因丰度均在第48天最高,分别上调至5.99、7.05、2.48、9.17、10.40和2.94倍。因此表明,蓝光照射是通过上调关键生物合成酶基因表达水平,进而促进了CA和FO的生物合成。综上所述,通过实验确定了蓝光,初始接种量为0.6%培养48天为促进AMHRCs生长及CA和FO积累的最适宜的条件;蓝光照射影响了初生代谢和次生代谢物质之间的营养分配,促发了ROS系统,进而上调CA和FO合成相关合成酶基因的表达,最终增加了次生代谢物质CA和FO的积累。此研究,为未来使用LED光大规模量产CA和FO提供一定的理论依据,也为利用光处理其他体系增加次生代谢物质的含量提供新方法。