次生代谢物是物种之间、种群之间及植株个体之间相互交流与作用的关键媒介，是植物向环境释放的代谢产物。对于植物自身而言，次生代谢物是重要的防御机制；从农产品品质角度出发，其功能与活性也主要由次生代谢物体现。因此，如何促使次生代谢物转化为功能性产品，如何通过调控次生代谢过程，使蔬菜、瓜果等农产品成为富含天然活性成分的食品，成为当前研究的重要方向。这一过程需要借助环境因素进行激发与诱导，包括温差、紫外线，以及生态环境、逆境环境等特定刺激，从而激活与次生代谢相关的基因，进而合成相应的次生代谢产物，这些产物中的活性成分决定了其抗氧化等功能特性。
当前，农业正处于从品质农业向功能型农业转型的关键阶段。功能型农业所生产的食品兼具药用功效和保健作用。农产品的发展历程依次经历了无公害、绿色、有机阶段，未来将朝着天然食品方向发展，逐步被同时具备营养与药用活性的天然食物所取代。虽然目前天然食物大多依赖传统的药食同源品种，但实际上，也可以通过调控栽培技术获取活性成分。以生菜为例，在收获前一周施用含微生物的肥料，可使多酚类含量提高30倍，甘露醇含量提高100多倍。这充分表明次生代谢物具有可调控性，我们能够在生产实践中制定并实施相应的调控机制、措施和方法。
在理论层面，次生代谢的全能性为生物制药领域中细胞层面的次生代谢物研究提供了坚实的理论基础。由于细胞具有全能性，获取次生代谢物无需依赖完整植株，通过细胞培养、激发和诱导等技术手段，即可在实验室环境中完成次生代谢物的合成与提取，这也正是未来生物制药的重要发展方向。以紫杉醇为例，未来可通过对红豆杉进行组织培养，并在培养基中添加苯丙氨酸、苯甲酸、N-苯甲酰甘氨酸等诱发物质，能够显著提高紫杉醇含量，其中添加丙氨酸的效果尤为突出。这些氨基酸类物质作为氮源，表明紫杉醇的合成代谢与氮代谢过程密切相关。
在栽培研究领域，我们计划开展一系列创新探索。鉴于氨基酸（如丙氨酸、甘氨酸）可作为氮肥的特性，我们拟研究以灰分为基础的营养液解决方案。当前的营养液大多由各种化学元素化合物配制而成，而未来我们将充分利用山区丰富的树枝、树叶、杂草等自然资源，将其焚烧转化为灰分，通过浸泡获取浸出液，再加入丙氨酸、甘氨酸等氨基酸作为氮源，以此替代传统营养液。甘氨酸的含氮量接近20%，属于高含氮物质。采用这种方式，不仅能够降低生产成本，还能实现山地生态资源的有效利用，减少肥料生产过程中产生的污染与排放，为无土栽培提供全新的途径。
对于次生代谢物的形成机制，研究表明植物并非在最佳生长环境下就能大量产生次生代谢物。根据生长与分化理论，次生代谢物大多在逆境环境下形成。当前，许多植物工厂过于强调温、光、气、热、水的最佳环境条件，这种环境虽然有利于植物的生长，但并不利于品质的形成。也就是说，在最佳生长环境下，作物虽然可能获得较高的产量和丰富的营养，但风味物质和次生代谢物的形成需要外界环境的刺激。因此，诱导子在这一过程中发挥着至关重要的作用，包括温度、湿度、光照、盐浓度、pH值、EC值等环境因素诱导，以及细胞培养过程中的诱导。诱导子本质上是能够增强代谢强度、激发次生代谢过程的物质。
在生态化栽培实践中，我们计划采用萃取物进行诱导。具体而言，将树枝树叶粉碎后，通过低温超声波萃取技术获取萃取液，并将其喷施在蔬菜瓜果表面。这种萃取液不仅能够防控病虫害，还能作为激发因子，促使植物产生次生代谢产物，进而提升农产品的品质与口感。低温超声波萃取与发酵萃取存在显著差异，发酵萃取周期较长，且部分成分会在发酵过程中被代谢分解；而低温超声波萃取能够直接提取细胞壁和液泡内含物，成分稳定，可直接使用。未来，我们将建立制度化的操作流程，每隔一周到十来天对作物喷施一次萃取物，以此激发次生代谢物的产生，这些小分子次生代谢物可通过植物的皮孔、气孔被吸收利用。
在生物制药领域，细胞工程是重要的发展途径，但未来我们还将探索利用完整植株进行制药的技术路线。通过对植物根系进行刺激诱导，使其能够源源不断地向环境中排出次生代谢物，再经过收集和提取等环节制成药物。这种方式充分利用了植物的再生性，与细胞培养或传统种植的一次性收获方式有所不同。例如，我们计划与成都中医药大学合作，对白芷、川芎等根茎类药材开展研究，一方面利用其器官再生性实现根茎的可持续收获，另一方面通过施加诱发因子，促使其根系释放药用代谢成分，最后通过蒸馏提取等工艺用于保健养生领域。
在细胞工程技术中，细胞培养基于细胞全能性，而利用植株进行制药的关键在于通过诱发因子强化代谢过程。未来，细胞融合技术将发挥重要作用，通过将两个以上不同细胞融合形成杂交细胞，再进行培养，并在培养过程中利用激发物进行刺激，从而完成次生代谢过程，实现生物制药和生物营养生产的目标。此外，细胞融合、胚状体培养和人工种皮技术的发展，还为无性化种子的研发奠定了基础。未来，种子可通过细胞培养形成胚状体，再包裹上营养物质制成，无需传统的田间种植方式。
目前，大规模生物发酵工程仍是获取次生代谢物的主要手段，约200多种植物可通过细胞发酵实现工业化生产和次生代谢物提取，如紫草、黄连、人参、地黄等，通过这种方式可获得四五百多种代谢产物。细胞发酵工程的原理是通过培养植物细胞，从发酵液中提取次生代谢物。我们还提出了一种新的提取构想：采用气雾栽培方式，将植物根系分为两股，一股置于基础营养液中，另一股置于清水中，通过施加微生物肥、制造创伤性胁迫或其他外界胁迫手段，促使植物向根系分泌更多的次生代谢物，进而对这些分泌物进行收集提取。在日常气雾栽培实践中，我们也经常会接触到植物分泌的次生代谢物，例如植物在逆境环境下分泌的黏状物，桃树开花时产生的流胶——桃胶，就是一种具有药用价值的次生代谢物，在雨季对其进行收集和处理，可实现对次生代谢物的有效利用。
未来生物制药将不断开辟新的技术路径。对于药用植物，可利用其再生性避免破坏性采收；借助气雾栽培的精准调控特性，实现次生代谢物的可控生产。细胞培养获取次生代谢物是重要的发展趋势，诱导因子包括化学诱导（如甲基磺酸乙酯、亚硝酸、乙烯等）和射线诱导（γ射线、X射线、紫外线）等方式。未来细胞培养将主要采用类似于啤酒发酵罐的悬浮液体培养方式，通过持续搅拌、通气，确保培养环境氧气充足、营养丰富，从而实现规模化生产。在培养过程中，培养基成分、外界胁迫因子、温度、pH值、接种量等诸多因素，都会对次生代谢物的合成产生影响。
在药用植物应用方面，对于以有效成分提取为目的的药材，可通过诱导根系分泌的方式获取次生代谢物；对于全株入药的本草类药材，可利用其再生性，在采收地下根茎后使其重新生长，从而提高产量和次生代谢物含量。
在生物防控领域，可采用间种、套种、混种等种植方式。例如在气雾栽培过程中，将青菜、白菜与紫苏混合播种，就是一种有效的绿色防控方法。次生代谢物研究是品质农业和中草药气雾栽培研究的核心内容。未来，我们将深入推进中草药气雾栽培的产业化、规模化研究，持续探索诱发因子的作用机制和植物再生性的应用潜力，构建药用植物GAP标准化技术体系，致力于恢复古方中药的药效。目前，中草药药效下降的问题较为突出，从次生代谢的角度分析，人工栽培与野生品种的次生代谢物含量至少存在百分之二三十的差距，因此，如何提高缺失的次生代谢物含量，是药用植物研究的关键所在。
在提取技术方面，超声波萃取类似于破壁技术，通过破坏液泡和细胞壁结构，能够快速释放次生代谢物。相关研究表明，物理颗粒直径越小，其表面积越大，酶反应或微生物作用的效率就越高。除了超声波萃取外，还有二氧化碳超临界萃取、酶萃取等方法。酶萃取虽然所需时间较长，但处理量大；在生物防控场景下，当处理量需求较小时，可采用超声波萃取；若要实现农业基地废弃物的循环利用，构建生态循环溶液体系，则可采用酶工程技术。
未来，再生性气雾栽培技术和根系诱导分裂研究，将成为药用植物栽培和生物制药领域的重要手段。以五指毛桃为例，作为药食同源植物，采用气雾栽培可利用其根系再生性实现分批收获，相较于传统地理栽培的一次性破坏性收获方式，具有显著优势。
在农业产业发展方面，以番茄和高原草莓为例，通过技术创新和模式优化，均具有较大的提升空间。番茄采用气雾栽培技术，产量可增加一倍，结合1200-1300米高海拔地区的气候优势，生产出的番茄不仅口感好，而且上市时间具有竞争力，经济效益显著提高。高原草莓可通过冷库储存种苗，延迟种植时间，在4月份至9月份的市场淡季上市，从而大幅提高附加值。
现代农业发展需要构建科学合理的股权架构，改变传统小规模农业专业户合作社的运营模式，吸引更多资源和人才回流农村参与农业发展。1200-1300米海拔区域气候条件适宜，适合种植多种瓜果蔬菜和药用植物，气候资源将成为该区域农业生产的重要价值来源。以当前大棚番茄种植为例，亩效益可达5万元，若采用气雾栽培技术，产量翻倍且劳动力成本降低，亩产值有望提升至10万元。以600亩种植规模计算，产值可从300万元提升至600万元。此外，采用立柱式倒挂栽培方式，经多年测产验证，小番茄产量至少可提高一倍以上，结合高海拔地区的独特优势，其品质提升后市场价格也将进一步提高。
未来，我们将着力研究以植物灰分、氨基酸和硫酸为主要成分的循环溶液体系。该体系通过将植物灰分与氨基酸混合，并利用硫酸调节酸碱度，形成适合作物无土栽培的营养液。这一理念与传统农业中使用草木灰加人粪尿种植作物的原理相似，能够实现农业生产的无废循环。在实际操作中，利用无烟焚烧炉可方便地将树枝树叶甚至部分生活垃圾转化为灰分，动物下脚料经发酵后可制成氨基酸，两者混合理论上能够满足作物无土栽培所需的营养元素。特别是在山区，获取这些资源相对容易，而在平原地区，虽然获取树枝树叶存在一定难度，但也可通过合理规划实现资源利用。
中国现代农业发展必须走符合本国国情的特色道路。实践表明，无论是欧洲、美国还是以色列的农业模式，直接引入中国进行产业化均面临诸多困难。以国外水培蔬菜项目为例，采用漂浮流动、自动化水流运转和机械手臂移苗的生产方式，虽然生产效率高，能够实现省力化、无人化，但50亩的投资高达1.8亿元，在产品价格较高的情况下，回本周期仍长达10年，过高的投资强度和不可控的市场风险使得此类项目难以推广。而我们自主研发的技术，50亩的投资控制在150万-200万元，在实现无人化生产的同时，产能更高。相比之下，投资仅为国外模式的1%，且通过技术迭代，目前一亩地的平均投资可降至3万元，100亩的总投资约300万元。这充分说明，现代农业发展不能简单依赖引进、消化和吸收国外先进技术，必须探索出适合中国国情的发展道路。
此外，在农业发展过程中，灌溉设施也将迎来革新，新型高层插滴灌溉设施的应用将进一步降低成本。未来农业应致力于成为“大自然的搬运工”，减少对人力、农药和化肥的依赖，充分利用自然条件实现农业生产。在乡村发展中，村书记作为关键角色，其对新事物的接受程度、管理理念以及商业运作能力，对整个村庄的发展起着决定性作用。未来的村庄可类比为一个公司，村书记如同公司董事长，其制定的产业振兴战略方案以及资源平台整合能力，直接关系到乡村振兴的成效。
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