啤酒花(humulus lupulus L.)既是酿造啤酒的主要原料,也是抗癌物质黄腐酚的重要天然来源。甘肃是国内啤酒花生产的主要区域,但是目前面临品种单一、退化严重、产量低下、品质恶化等问题。因此,研究啤酒花种质资源,筛选优质啤酒花材料,解析其有效成分生物合成的分子机理对啤酒花新品种培育具有重要意义。本研究以引进啤酒花种质材料为对象,运用分子标记、相关性分析、组织培养、转录组、蛋白质组测序等技术,进行材料间遗传背景、性状相关性、再生体系建立和有效成分生物合成途径等综合研究,获得如下研究结果:1.选择60对SSR标记对384份啤酒花种质材料遗传差异、群体结构进行分析,其中24对SSR标记在材料间表现多态性;聚类分析结果显示供试啤酒花可聚类为5个类群,其中I类1份,II类85份,III类4份,IV类3份,V类291份;群体结构分析表明供试材料能够划分为2个亚群,分别包含94和290份材料。2.从384份啤酒花材料中选取50份遗传差异较大、综合性状优良的代表性材料进行性状相关性分析。结果表明,不同啤酒花材料间农艺性状变异丰富,α-酸含量与测定农艺性状间并无显著相关性,黄腐酚含量受干鲜比、花穗粗和花穗长三项指标影响较大;依据离差平方和-欧式距离法聚类分析,将50份啤酒花种质材料按照“由好到次”聚类,共划分为5个不同等级类群,第一类综合性状表现最好,包括28份材料;第二类较好,包括6份材料;第三类表现一般,包括12份材料;第四类表现较差,包括3份材料;第五类表现最差,仅有1份材料。3.从离差平方和-欧式距离法聚类分析筛选出的综合性状表现最好的28份材料中,按照α-酸含量由高到低原则选取5份材料(PJ105、PJ274、PJ043、PJ028和PJ267),再根据激素诱导生根效果筛选后续研究材料,结果表明,啤酒花枝条扦插最适合的模式为土培扦插,啤酒花种质材料PJ274激素诱导生根率最高,可作为组织培养及后续研究的母体材料。组织培育结果表明,诱导啤酒花愈伤组织的最佳外植体是腋芽;愈伤组织最适培养基条件为MS培养基+葡萄糖20.0g/L+6-BA 0.1 mg/L+IAA 1.0 mg/L+2,4-D 2.0 mg/L+谷氨酰胺0.002 g/L+PVP 2.0g/L+6.5 g/L琼脂,pH为5.8-6.0;诱导腋芽愈伤组织分化不定芽的最适培养基激素配比为6-BA 1.0 mg/L+NAA 0.2 mg/L,芽分化率可达66.67%;适合啤酒花腋芽愈伤组织根分化的最佳培养基激素组合为6-BA 0.1 mg/L+IBA 1.0 mg/L,且试管苗移栽成活率高达80%。4.对啤酒花PJ274雌花序不同成熟时期的花序进行转录组测序,共得到100297个unigene,其中68797条unigene得到功能注释,注释率为68.59%,与桑树(Morus alba L.)的序列相匹配的unigene占36.55%。在雌性花序成熟中期,基因表达上、下调的分别有14135、4412个;在花序成熟后期,基因表达上、下调的分别有9483、8591个,主要参与代谢过程、细胞过程、生物调节、调节生物学过程与响应刺激等过程。在花序成熟中期和后期,鉴定到共同表达上、下调基因分别为1823、1605个。啤酒花苦味酸合成代谢相关途径中的相关基因随着花序的成熟,表达丰度显著变化,以BCAA(支链氨基酸)和MEP(甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸)代谢通路相关基因为主。5.用iTRAQ蛋白质组学的方法对啤酒花PJ274雌性花序中苦味酸物质合成代谢过程相关蛋白质进行定量分析,共鉴定到6535个蛋白质,成熟中期和后期样品中,分别鉴定到426、726个差异表达蛋白;生物学代谢途径在成熟过程中发生显著变化,由萜类化合物代谢途径蛋白显著富集转变为黄酮类物质生物合成途径蛋白显著富集状态;对萜类、苦味酸和异戊烯基黄酮类化合物合成相关差异表达蛋白质进行分析,确定倍半萜类化合物的合成主要发生在质体中;并鉴定到了参与物质转运途径的相关蛋白质,包括6个ATP结合体蛋白、3个脂转移蛋白和36个参与囊泡转运相关蛋白。