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。綠色植物是能將光能轉(zhuǎn)變成化學能的“生物反應器”，是人類賴以生存的最重要的基礎，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無不與之相關。

然而人類面臨著資源危機的挑戰(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)物的含量過低（如紅豆杉中的紫杉醇）；化學合成工藝流程復雜，成本過高，且會造成環(huán)境污染等。20世紀60年代起，隨著生物技術的迅猛發(fā)展，科學家們開始嘗試應用生物技術來開辟獲取植物中天然化合物的新途徑。這一新的技術途徑統(tǒng)稱為代謝工程。

與分子生物學研究手段去調(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，或降低那些對人類有害的化合物的含量，以滿足人類對醫(yī)藥、食品、輕化工及農(nóng)藥等工業(yè)原料的需要。尤其是通過植物細胞或組織的離體培養(yǎng)系統(tǒng)，實現(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路線有如下幾個方面。

1.植物細胞大規(guī)模培養(yǎng)

這一技術是基于植物細胞的全能性和借鑒微生物發(fā)酵培養(yǎng)的成功經(jīng)驗。植物細胞培養(yǎng)的3大要素是:獲得遺傳穩(wěn)定性好的高產(chǎn)細胞系；建立切實可行的次生代謝調(diào)控系統(tǒng)以及適合于植物細胞大規(guī)模培養(yǎng)的生物反應器。盡管存在種種技術難點，這一領域仍然取得了可喜的研究成果。我國在人參（Panax和新疆紫草（Arnebiaeuchroma)細胞大規(guī)模培養(yǎng)方面已實現(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。我國在黃花蒿、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)根生物反應器放大培養(yǎng)等問題仍是產(chǎn)業(yè)化的瓶頸因素。

3.植物次生代謝基因工程

人們在對某些次生代謝途徑獲得較多的了解后，通過對某種植物代謝途徑中某些關鍵酶基因的克隆、功能的研究，采用正義和反義目的基因表達載體的構(gòu)建和遺傳轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)對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。我國在這一研究領域?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展。

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