生物技術是獲取植物次生代謝產物的新途徑

植物作爲地球生物圈的重要構成成分，與人類生活息息相關。綠色植物是能將光能轉變成化學能的“生物反應器”，是人類賴以生存的最重要的基礎，它不僅爲人類提供生命所必需的糖類、脂質及蛋白質等初生代謝物，同時也爲人類提供許多有益的次生代謝物，如生物鹼、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於醫藥、輕化工及農業化學等工業的原料。因此人類所面臨的環境、糧食、疾病及能源等諸多危機無不與之相關。

然而人類面臨着資源危機的挑戰，主要體現在:盲目採集和生態環境的破壞致使許多野生植物趨於瀕危;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佔用大量農田；人工栽培受自然環境因素的制約，次生產物的含量和質量不穩定;在通常情況下，天然植株中目的次生產物的含量過低（如紅豆杉中的紫杉醇）；化學合成工藝流程複雜，成本過高，且會造成環境污染等。20世紀60年代起，隨着生物技術的迅猛發展，科學家們開始嘗試應用生物技術來開闢獲取植物中天然化合物的新途徑。這一新的技術途徑統稱爲代謝工程。

與分子生物學研究手段去調控植物次生代謝，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，以滿足人類對醫藥、食品、輕化工及農藥等工業原料的需要。尤其是通過植物細胞或組織的離體培養系統，實現大規模的工業化生產，以克服引種栽培佔用大量農田、受自然環境的影響使化合物的含量和質量不穩定等諸多弊病。

植物次生代謝工程的主要技術路線有如下幾個方面。

1.植物細胞大規模培養

這一技術是基於植物細胞的全能性和借鑑微生物發酵培養的成功經驗。植物細胞培養的3大要素是:獲得遺傳穩定性好的高產細胞系；建立切實可行的次生代謝調控系統以及適合於植物細胞大規模培養的生物反應器。儘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。我國在人蔘（Panax和新疆紫草（Arnebiaeuchroma)細胞大規模培養方面已實現產業化規模。

2.質粒轉化的髮根培養

Ri質粒是髮根農桿菌中位於染色體DNA之外的獨立基因組。植物受該菌侵染後，可在侵染部位形成髮根，髮根具有天然根的結構，具有較高的生長速率和較好的遺傳穩定性，能合成和宿主植物相同的次生代謝產物等特點。我國在黃花蒿、丹蔘、金蕎麥等多種藥用植物上成功地建立了髮根培養系統。髮根培養能否實現產業化，仍有許多難題要解決，尤其是髮根具有較高的含水量和髮根生物反應器放大培養等問題仍是產業化的瓶頸因素。

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瞭解後，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，採用正義和反義目的基因表達載體的構建和遺傳轉化，實現對次生代謝中碳流方向的分子調控，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對黃花蒿中青蒿素及紅豆杉中紫杉醇生物合成分子調控的研究，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物的新途徑，也是保護植物資源使之永續利用的新途徑。