黄花蒿(Artemisia annua L.)作为我国传统中药,是一线抗疟药物青蒿素的唯一植物来源。目前黄花蒿野生资源有限且青蒿素含量较低,不能满足大规模生产应用。因此,青蒿素生物合成研究受到了科学界的广泛关注。多倍体是高等植物进化的重要标志,多倍体对植物生长发育以及体内有活性代谢产物的积累具有促进作用。本文开展四倍体黄花蒿的诱导,并研究多倍体对青蒿素合成的影响,为黄花蒿青蒿素的生产提供诱导促进技术,为药用植物多倍体研究提供理论基础和方法。研究内容如下:1.本实验采用0.1%的秋水仙碱溶液处理离体黄花蒿叶片,在黑暗条件下浸泡24小时后转接培养得到再生黄花蒿植株。通过流式细胞法初步检出四倍体黄花蒿株系,再通过根尖细胞显微鉴定(染色体压片法)进一步确认了多倍体的染色体数目(2n=2x=36),诱导成功率在20%左右。2.诱导法得到四倍体黄花蒿后,研究相关生理、生化指标的变化。在不同的生长时期,黄花蒿四倍体(编号AA-T2)叶片中的青蒿素含量均高于二倍体(编号AA-D5),上升了42.0%-63.6%;叶片面积,植株大小,根系生长状况均发生了明显变化;叶片中腺毛、气孔变大,腺毛密度无明显差别,气孔密度下降,不同生长时期的光合色素含量及光合作用水平均有显著的差别。3.通过一系列实验探讨黄花蒿植株中响应多倍体的生理机制,首先多倍体导致了黄花蒿的表观遗传差异,我们确认了黄花蒿DNA的甲基化状态,并证明四倍体中5-甲基胞嘧啶含量是二倍体的2.9倍。同时,测定了信号物质活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的含量,结果显示黄花蒿四倍体叶片中超氧阴离子含量显著上升。此外,通过ELISA法测定了叶片中内源植物激素茉莉酸(JA)、脱落酸(ABA)和吲哚-3-乙酸(IAA)的含量,发现JA的含量在四倍体中一直处于较高水平,ABA和IAA的含量在生长的不同时期也出现了明显的动态变化。4.为了研究多倍体化对黄花蒿生长和青蒿素生物合成的影响,我们对黄花蒿二倍体和诱导的同源四倍体进行全面的转录组表征,试图通过转录组学分析探讨多倍体化后的生理效应与植物生长和青蒿素生物合成调节背后的分子机制。在四倍体中鉴定出总共8,763(8.85%)个差异表达基因(Differentitally expressed unigenes,DEGs)。基于DEGs的比较,我们发现多倍体导致参与表型、生理和青蒿素生物合成相关基因的表达变化。这些DEGs主要涉及碳水化合物代谢过程,细胞壁组织和防御反应。另外,上调基因主要富集响应细胞外蛋白质生物合成,光合作用以及植物激素刺激的细胞增大和表型改变。染色体加倍诱导氧化应激相关基因转录表达变化,ABA和JA的生物合成与信号转导,以及青蒿素生物合成途径中关键酶和一些转录因子的激活,导致青蒿素积累增加。本论文是第一个研究参与黄花蒿多倍体化DEGs的转录组学,所得结果为理解多倍体化的复杂性以及进一步鉴定青蒿素生物合成中涉及的转录因子和基因提供了新信息。丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge.)为唇形科鼠尾草属植物,一般以干燥根和根茎入药,在临床上广泛用于治疗心脑血管系统疾病。本文就合成环糊精纳米银有效提高丹参发根脂溶性化合物成分含量的应用以及此诱导作用的分子机制作探究,为丹参的进一步研究开发提供依据。1.本文利用环糊精(β-CD)和硝酸银成功合成了平均粒径在51 nm的球形β-CD-Ag纳米粒子(Ag NPs),发现Ag NPs可以有效提高丹参酮的产量,通过筛选处理时间和浓度确定了最佳处理条件是:丹参发根培养18天时加入30 mg/L的Ag NPs处理7天,此时丹参酮的产量达到10.76 mg/L,是对照的1.8倍。2.通过一系列实验探讨Ag NPs对丹参酮生物合成的影响机制,发现Ag NPs的诱导作用主要来自纳米颗粒自身,将溶液中游离的Ag+离子螯和以后丹参酮的产量依旧高于对照组。同时,Ag NPs可以促进活性氧的迸发,提高丹参酮合成途径上关键酶基因的表达(包括Sm HMGR,Sm DXR,Sm DXS,Sm GGPPS,Sm CPS和Sm KSL),进而影响丹参酮的生物合成。这些结果为进一步认识纳米颗粒与次生代谢之间的关系提供了依据,对利用Ag NPs提高丹参酮产量具有一定的指导作用。