东北红豆杉主要生长于我国东北吉林老爷岭、张广才岭及长白山等地区。红豆杉中主要次生代谢产物是紫杉烷类化合物,紫杉醇是其中最具代表性的活性化合物,是世界公认的广谱抗癌药物。红豆杉生长极为缓慢且紫杉烷成分含量低,从自然资源中获取的传统方式满足不了国内外市场对其日益增长的需求,应用生物技术手段获得紫杉烷类成分已经成为目前研究的热点,该方法具有培养周期短、条件可人为控制,不受季节、地区的影响等优点。利用诱导技术处理红豆杉组织细胞培养体系获得紫杉烷类成分是目前可行的技术手段,目前LED光照已成为提高植物组织培养体系中次生代谢活性产物产量的一种极具前途技术手段。基于上述,本研究优化并建立了东北红豆杉愈伤组织培养体系,并使用5种不同光质(红光,蓝光,绿光,红蓝绿混合光和白光)的LED灯对愈伤组织进行照射处理,以暗培养作为对照,分析了不同光质照射下愈伤组织中7个紫杉烷类化合物(紫杉醇、巴卡亭Ⅲ、10-去乙酰基巴卡亭Ⅲ、10-去乙酰基紫杉醇、三尖杉宁碱、7-木糖基-10-去乙酰基紫杉醇和7-表紫杉醇)的积累变化规律,并利用qRT-PCR技术分析愈伤组织中6个与紫杉烷生物合成密切相关基因(TXS、T7βOH、DBAT、ACL、BAPT和DBTNBT)的表达水平变化规律。本论文的主要研究结果如下:1、优化并建立了东北红豆杉愈伤组织培养体系以东北红豆杉嫩茎作为外植体,自来水冲洗4小时后使用75%酒精消毒30 s,再使用0.1%的HgCl2溶液消毒15 min,无菌滤纸吸干茎段表面水分,使用剪刀将叶片剪掉,茎段剪至0.5 cm长度,接种在MS+2 mg/LNAA+0.1 mg/LKT的培养基上诱导愈伤组织,诱导30天后,从外植体剥离愈伤组织至MS+2 mg/LNAA+0.1%活性炭的培养基上进行愈伤组织增殖。2、考察了不同光质对紫杉烷类化合物积累的影响使用不同光质(红光、绿光、蓝光、红蓝绿混合光和白光)的LED灯对东北红豆杉愈伤组织进行照射处理,以暗培养作为对照,利用UPLC-MS/MS对7个目标紫杉烷类化合物进行分析检测,结果发现不同光质对于紫杉烷类化合物的积累呈现出不同的影响效果,但5种光质均可促使紫杉烷类化合物积累增强,同时确定红光为最佳光质,其可使总紫杉烷含量增加2.17倍,紫杉醇含量增加2.84倍。此外,以红光照射处理东北红豆杉愈伤组织30天为周期,发现紫杉烷类化合物含量随着时间的增加均呈现逐渐升高后降低的趋势,25天时所有目标化合物含量均达到最高,此时总紫杉烷含量为61837.78±4893.59 ng/g DW,紫杉醇含量为 21385.07±2484.95 ng/g DW。3、研究了不同光质对紫杉烷类化合物生物合成相关基因表达的影响利用qRT-PCR技术对不同光质照射处理下东北红豆杉愈伤组织中6个紫杉烷类生物合成相关基因表达水平变化进行了研究。以暗培养为对照,发现几乎所有的光照对于6个基因的表达均有促进作用,这表明不同光质触发了这些紫杉烷生物合成酶基因的转录表达,进而促进了紫杉烷次生代谢成分的合成和积累。特别是在红光下,除T7βOH基因外,其他基因均达到了最高的表达量,特别是ACL基因在红光下表现出最大的转录丰度,可达12.51,这可能也是红光下紫杉烷类化合物积累比在其他光质下更多的内在原因。以红光照射处理东北红豆杉愈伤组织30天为周期,发现大部分基因呈现出逐渐升高后降低的趋势,这种变化趋势与紫杉烷类成分变化趋势相一致,这同样证明了红光诱导合成酶基因的表达上调是紫杉烷类化合物生物合成和积累增强的内在原因。其中,TXS、DBAT、ACL基因在第21天的时候表达量最高,T7βOH、BAPT和DBTNBT基因在第13天的时候达到最高水平,这些基因的最高表达水平均早于紫杉烷最大积累所需的时间点(25天),这一现象符合基因转录表达早于产物合成的代谢组学规律。同时,本研究初步证实了 TXS、T7βOH、DBAT和ACL可能是紫杉烷类化合物生物合成的潜在关键基因。此外,本研究发现ACL基因在21天的转录丰度(可达36.08)明显高于其他目标基因,表明该基因对红光LED诱导紫杉烷类化合物合成更为敏感和关键。综上述所,本研究确定了红光照射可以有效增强东北红豆杉愈伤组织中紫杉烷类化合物的积累量,该方法操作简单,无污染,成本低,具有潜在的工业化应用价值。此外,本研究初步明确了光质调控紫杉烷类化合物生物合成的内在分子机制,发现ACL基因对红光调控紫杉烷类化合物生物合成较为敏感和关键,为未来利用代谢工程技术手段高产紫杉烷类化合物提供了一定的理论依据。