植物作為地球生物圈的重要構(gòu)成成分，與人類生活息息相關(guān)。綠色植物是能將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的“生物反應(yīng)器”，是人類賴以生存的最重要的基礎(chǔ)，它不僅為人類提供生命所必需的糖類、脂質(zhì)及蛋白質(zhì)等初生代謝物，同時(shí)也為人類提供許多有益的次生代謝物，如生物堿、萜類、黃酮類及酚類等化合物。這些天然化合物被人類廣泛用于醫(yī)藥、輕化工及農(nóng)業(yè)化學(xué)等工業(yè)的原料。因此人類所面臨的環(huán)境、糧食、疾病及能源等諸多危機(jī)無(wú)不與之相關(guān)。

然而人類面臨著資源危機(jī)的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在:盲目采集和生態(tài)環(huán)境的破壞致使許多野生植物趨于瀕危;一些特殊生境下的植物人工引種困難;能夠引種的植物則需要占用大量農(nóng)田；人工栽培受自然環(huán)境因素的制約，次生產(chǎn)物的含量和質(zhì)量不穩(wěn)定;在通常情況下，天然植株中目的次生產(chǎn)物的含量過(guò)低（如紅豆杉中的紫杉醇）；化學(xué)合成工藝流程復(fù)雜，成本過(guò)高，且會(huì)造成環(huán)境污染等。20世紀(jì)60年代起，隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展，科學(xué)家們開(kāi)始嘗試應(yīng)用生物技術(shù)來(lái)開(kāi)辟獲取植物中天然化合物的新途徑。這一新的技術(shù)途徑統(tǒng)稱為代謝工程。

與分子生物學(xué)研究手段去調(diào)控植物次生代謝，以最大限度地獲取人類所需要的次生代謝產(chǎn)物，或降低那些對(duì)人類有害的化合物的含量，以滿足人類對(duì)醫(yī)藥、食品、輕化工及農(nóng)藥等工業(yè)原料的需要。尤其是通過(guò)植物細(xì)胞或組織的離體培養(yǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，以克服引種栽培占用大量農(nóng)田、受自然環(huán)境的影響使化合物的含量和質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多弊病。

植物次生代謝工程的主要技術(shù)路線有如下幾個(gè)方面。

1.植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)

這一技術(shù)是基于植物細(xì)胞的全能性和借鑒微生物發(fā)酵培養(yǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)。植物細(xì)胞培養(yǎng)的3大要素是:獲得遺傳穩(wěn)定性好的高產(chǎn)細(xì)胞系；建立切實(shí)可行的次生代謝調(diào)控系統(tǒng)以及適合于植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的生物反應(yīng)器。盡管存在種種技術(shù)難點(diǎn)，這一領(lǐng)域仍然取得了可喜的研究成果。我國(guó)在人參（Panax和新疆紫草（Arnebiaeuchroma)細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)方面已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。

2.質(zhì)粒轉(zhuǎn)化的發(fā)根培養(yǎng)

Ri質(zhì)粒是發(fā)根農(nóng)桿菌中位于染色體DNA之外的獨(dú)立基因組。植物受該菌侵染后，可在侵染部位形成發(fā)根，發(fā)根具有天然根的結(jié)構(gòu)，具有較高的生長(zhǎng)速率和較好的遺傳穩(wěn)定性，能合成和宿主植物相同的次生代謝產(chǎn)物等特點(diǎn)。我國(guó)在黃花蒿、丹參、金蕎麥等多種藥用植物上成功地建立了發(fā)根培養(yǎng)系統(tǒng)。發(fā)根培養(yǎng)能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，仍有許多難題要解決，尤其是發(fā)根具有較高的含水量和發(fā)根生物反應(yīng)器放大培養(yǎng)等問(wèn)題仍是產(chǎn)業(yè)化的瓶頸因素。

3.植物次生代謝基因工程

人們?cè)趯?duì)某些次生代謝途徑獲得較多的了解后，通過(guò)對(duì)某種植物代謝途徑中某些關(guān)鍵酶基因的克隆、功能的研究，采用正義和反義目的基因表達(dá)載體的構(gòu)建和遺傳轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)次生代謝中碳流方向的分子調(diào)控，有可能大幅度提高目的化合物的含量，或是阻遏某種人們所不需要的化合物的生物合成。我國(guó)在這一研究領(lǐng)域?qū)S花蒿中青蒿素及紅豆杉中紫杉醇生物合成分子調(diào)控的研究，已取得重要的研究進(jìn)展。

綜上所述，生物技術(shù)不僅是人們獲取植物次生代謝產(chǎn)物的新途徑，也是保護(hù)植物資源使之永續(xù)利用的新途徑。