新疆紫草是中国的传统药材，从中提取出的紫草素及其衍生物对多种疾病有很好的疗效。目前，由于新疆紫草的生境受到破坏，产量下降，而市场的需求不断增加，导致供需矛盾日渐突出。为了解决新疆紫草资源短缺的问题，本研究利用先进的生物技术，以植物细胞工程为手段，诱导、挑选优良的细胞株系，调控细胞生长和紫草素的生物合成，提高细胞中紫草素及其衍生物的含量，研制新型生物反应器，实现反应器内大规模细胞培养，直接获得紫草素及其衍生物。同时，初步建立了新疆紫草细胞离体培养的植株再生体系，为实现新疆紫草人工种苗的大规模种植奠定基础。　　 首先对新疆紫草愈伤组织的诱导和增殖进行了系统研究，实现了愈伤组织的高效诱导和快速增殖。愈伤组织在添加了蔗糖和1.0 mg/L KT的N6固体培养基上，于25℃暗培养的情况下生长最好。当接种量为1.4g DW/L时，在上述条件下培养一个周期20d，细胞干重可达23.4g DW/L。固体培养基中，愈伤组织生长的第0-10d为延滞期，第10-20d为指数生长期，20d以后为平衡期和衰亡期。　　 建立了新疆紫草细胞悬浮培养体系。因为新疆紫草细胞生长和紫草素及其衍生物合成之间的关系属于非生长耦联型，所以采用二步培养法研究悬浮培养系统。细胞生长阶段的悬浮培养周期约为15d，在第15d获得最大生物量为12.2 g DW/L。紫草素及其衍生物合成阶段的悬浮培养周期为12d，在第12d获得最高的紫草素及其衍生物含量和产量分别为2.13％和243.1mg/L。　　 优化了紫草素合成培养基，首次进行了稀土元素对新疆紫草细胞生长和紫草素及其衍生物合成影响的研究。细胞生长培养基中添加0.05mmol/L MRE促进细胞生长和增殖效果最好，细胞生物量可达24.8g DW/L，是对照的198％。紫草素及其衍生物合成培养基中添加0.05mmol/L MRE时，细胞的紫草素及其衍生物含量和产量分别为8.9％和571.1mg/L，是对照组不添加稀土元素的189％和265％。　　 超声波刺激对悬浮培养的新疆紫草细胞生长和紫草素及其衍生物合成有促进作用。当超声波功率为180W，超声时间为3min时，细胞紫草素及其衍生物含量和产量比对照组提高了64％和135％。　　 研究表明，气升式周期浸没反应器(PSAB)比较适合新疆紫草细胞的大规模培养。PSAB具有对细胞剪切力小、扰动小，氧气供应充分，能调控细胞集聚体大小的优点。新疆紫草细胞生长和紫草素及其衍生物合成两个阶段可在PSAB中连续完成，当接种量为2.0g DW/L，浸没时间和非浸没时间为10min和15h时，培养28d后，生物量可达为18.6g DW/L，紫草素及其衍生物含量和产量分别为4.58％和848mg/L。　　 初步建立了新疆紫草离体培养的植株再生体系。通过理化因子的调控，提高了胚性愈伤组织的繁殖系数和分化芽的能力，在优化的条件下，胚性愈伤组织丛生芽发生率可达90％以上。