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植物的次生代谢（secondary metabolism）是一个相对于初生代谢（central metabolism）而言的以初生代谢的中间产物作为底物的消耗能量的过程，通常认为其与植物的生长﹑发育﹑繁殖等无直接关系。自1892年Kossel提出植物的初生代谢和次生代谢的概念以来，人们对于植物的次生代谢的认识得到了不断地发展。随着研究的不断深入，人们发现植物的次生代谢对植物的生长﹑发育﹑生存﹑繁衍具有重大的生理学和生态学意义，它们主要参与植物与环境之间的相互作用，因此，目前大量的研究人员亦称之为植物的特殊代谢（specialized metabolism）。植物不能通过移动来躲避环境中的各种危害，也不能通过语言来与周围的环境进行交流，因而进化出多种有效的物理﹑化学和发育上的防御机制。次生代谢产物（secondary metabolites）就是植物在长期进化过程中适应生态环境的结果，植物通过这些特殊的代谢产物来适应环境和与周围环境进行交流，用于减少昆虫或病原微生物危害﹑吸引传粉者和种子传播者，等等。当然，真菌也不例外，他们在消化和获得食物的同时也需要防止竞争者夺取他们的营养，因此也会产生一些具有抗菌活性的特殊代谢物质。
通过对大量的植物类群的代谢途径的研究和不同生物（包括人类）对这些特殊代谢物的利用关系的学习，目前已知的大约有200000种次生代谢产物，包括黄酮类﹑酚类﹑萜类﹑生物碱﹑香豆素﹑皂苷﹑木脂素﹑糖苷﹑甾类﹑多炔类﹑有机酸等。人类对植物次生代谢产物的利用十分广泛，比如利用花色苷﹑胡萝卜素等作为观赏用，利用萜类和香豆素类等作为香精和食品调味剂，利用乳胶等作为工业原料使用，其中最主要的应用方向还是医疗，从开始有人类文明起，植物就担负起了医疗和卫生保健的艰巨任务。据进出口银行2002年估算，全世界植物原料药的年市场份额为600亿~800亿美元，年增长速率为7%。至2012年，据WHO统计，韩国2004年传统医学的年度开支为44亿美元，而在2009年增长到74亿美元；在美国，2008年用于天然产品的自费开支为148亿美元；在中国，2012年中药产值估计达831亿美元，与2011年相比增长了20%以上。据世界银行推算，到2050年植物原料药的市场份额将达到5万亿美元。
药用植物的有效成分绝大多数都为植物次生代谢产物，也就是说，大部分的药用植物的有效成分都来源于其次生代谢过程，是由初生代谢所派生而来的一些非生长发育所必需的﹑具有特殊生理功能的小分子有机代谢物质。它们可能是一些普通的抗氧化剂，用以预防癌症或心血管疾病﹑降低疾病发病率，或者可能是一些已经被证明对特定人类疾病有特殊疗效的物质，如消炎﹑镇痛﹑抗抑郁﹑抗焦虑或者应对微生物感染等。中药药效的物质基础，例如人参 Panax ginseng 中的人参皂苷，丹参 Salvia miltiorrhiza 中的丹参酮﹑丹酚酸，新疆紫草 Arnebia euchroma 中的紫草素，黄连 Coptis chinensis 的药效成分小檗碱，麻黄 Ephedra sinica 的有效成分麻黄碱等，都是典型的植物次生代谢产物。
与初生代谢产物不同，植物次生代谢产物的分布在植物中受到严格限制，某些特殊的次生代谢产物往往只存在于一种或一些相关的物种中。不同药用植物所含次生代谢产物不同，不同的次生代谢产物形成了中药不同的药性，表现出不同的疗效。同时，次生代谢产物的种类﹑数量及其配比还是中药材质量评价的核心和关键，中药材品质形成的生物学本质是药用植物次生代谢产物合成与积累的过程。
从进化的角度来看，植物的次生代谢是一种尖端的进化军备竞赛（evolutionary arms races），一种协同进化，进化过程会不断提高捕食者发现和捕获猎物的效率，另一方面自然选择也会不断改进猎物及时发现和逃避捕食者的能力，这种复杂的适应和反适应关系就称为进化军备竞赛。例如，当一个物种进化出有毒的代谢途径时，竞争物种会产生互补的抗性。这些毒性和抗性的物质基础往往都是次生代谢产物，而人类在利用药用植物的过程中，通常都是利用药用植物的这种毒性和抗性，因此，药用植物的次生代谢是药材质量和药材疗效的关键。
植物次生代谢产物的合成和积累随着植物的不同种类个体，不同生长环境，不同部位，生命周期﹑年生长周期﹑物候期等不同而不同。植物次生代谢产物的合成和积累在植物的系统进化史和植物个体生长史上都呈现出一个动态的过程。同种类植物中不同有效成分的积累动态不同，同一种有效成分在不同植物中的积累动态也不同。研究次生代谢产物合成和积累的规律与特点是认识和提高次生代谢产物产量的一条重要途径。只有掌握次生代谢产物合成和积累过程的规律，才能更好地利用次生代谢产物，更好地利用中药资源。
次生代谢的“全能性”是指任何植物的离体细胞在适宜的人工培养条件下都具有亲本植物的合成次生代谢产物的能力。换句话说，就是次生代谢产物合成的全部遗传信息（转录﹑翻译﹑基因表达等）和生理基础（酶﹑底物﹑代谢枢纽），都存在于一个离体细胞中。植物细胞在离体培养下有再分化为完整植株的能力，这种形态建成的全能性必定是以其内部生理生化过程为基础的，这些生理生化过程也包括次生代谢产物的生物合成。植物细胞次生代谢全能性的一个典型例子是在新疆紫草中，紫草素及其衍生物的分布部位是根部的木栓层。将新疆紫草种子萌发，用幼苗的根﹑胚轴﹑真叶和子叶诱导的愈伤组织均能合成紫草素类蒽醌色素，其组分与原植物的基本相同，有的含量甚至明显超过原植物，如具有抗肿瘤活性的乙酰紫草素。在栽培或野生条件下，新疆紫草地上部分的细胞不合成（或合成强度很弱）紫草素，而在组织培养条件下，合成能力都表现出来，表明这些细胞含有合成紫草素的全部遗传信息和生理基础，即代谢的全能性。植物细胞代谢的全能性是植物细胞代谢工程的基础，如果培养细胞不具备代谢全能性，植物次生代谢细胞工程的研究就无法进行。
次生代谢的多途径性主要表现在同一底物可以通过不同的代谢途径合成不同的代谢产物；同一产物可以由同一底物经由不同途径产生；同一产物也可由不同底物通过不同途径形成，如黄酮类﹑多酚类化合物可由不同途径﹑不同底物形成。这些途径在时间上是并行和交错的，在空间上是多方向的。这种多途径在时间和空间上不同强度和速度的搭配，构成植物次生代谢的不同类型。次生代谢的多途径观点表明次生代谢具有可调控性，包括含量的提高和成分的改变。植物生长的环境发生改变，其产生的次生代谢产物种类和数量会随之发生变化。光﹑温度﹑湿度﹑土壤营养﹑大气组成等环境因子均影响植物次生代谢，调控次生代谢产物的合成。在特定的次生代谢产物生产过程中，酶﹑基因﹑激素﹑诱导子等亦能有效地调节控制次级代谢物的合成和积累。
次生代谢产物的合成部位﹑分布范围及含量受植物遗传性的影响，在植物的系统进化史上呈现出一个动态的过程，这一过程通过植物亲缘关系反映出来。一般说来，如果一种植物含有某种次生代谢产物，那么与其亲缘关系较近的其他植物往往也含有该次生代谢产物。利用“亲缘关系相近的植物类群具有相似的化学成分”这一规律，可以预测某些化合物在植物界的分布，有方向﹑有目的地在某些类群中寻找新药源﹑新成分，开发和利用植物资源，并为植物系统演化和生物多样性保护等方面的研究提供一定的化学依据。在中药资源开发利用过程中，利用近缘种化学成分相似性的原理，在相近种中寻找新的资源植物，是既省时间又省人力的一条捷径。如印度在20世纪50年代研制出的“利血平”（降血压药物）是从印度蛇根木 Rauvolfia serpentina 中提取出来的，我国没有这种植物，但是应用近缘种化学成分相似性原理，我国专家在其同属植物中找到含有相似成分的国产植物萝芙木 Rauvolfia verticillata ，研制出了替代品“降压灵”，打破了国外对“利血平”的垄断局面。
所有高等植物都存在着次生代谢，每种植物中所含的次生代谢产物都有许多种，因此次生代谢产物的存在范围十分广泛。如生物碱在植物界中分布广泛，存在于50多个科中，绝大多数存在于双子叶植物中。但对有些特定的次生代谢产物来说，其产生的范围似乎又是特异性的，一种次生代谢产物只产生于某一种或几种植物中，或只在某种植物中含量较高。如杜仲胶只产生于杜仲 Eucommia ulmoides 中；长春花碱只在长春花 Catharanthus roseus 中含量较高；紫杉醇只在红豆杉属 Taxus 植物中有较高的含量。
不同部位次生代谢产物的差异性表现在2个方面，即不同部位次生代谢产物成分的差异性和不同部位同种次生代谢产物含量的差异性。不同种类的植物发生次生代谢的器官往往不同。如烟草属 Nicotiana ﹑颠茄属 Atropa 等茄科植物的生物碱在根系中合成，金鸡纳属 Cinchona 植物中的奎宁碱却在叶中合成。次生代谢产物合成后可在原处积聚或转化，也可转运至他处贮存，结果使它们在不同植物体内的分布状况各异。有的植物各器官均含某种活性成分，但含量高低不同，如三角叶黄连 Coptis deltoidea 植株根茎﹑须根﹑茎秆及叶中的小檗碱含量分别为3.55%﹑0.88%﹑0.35%和0.44%。每种植物都含有次生代谢产物最多的器官，如草麻黄髓部﹑黄檗 Phellodendron amurense 树皮等。有些植物同一器官不同部位的次生物质含量也有差异。同一植物不同器官所含的次生物质种类也常有差异，如白屈菜 Chelidonium majus 植株根主要含有白屈菜碱﹑原阿片碱﹑ α 别隐品碱，种子却主要含有黄连碱﹑白屈菜红碱及小檗碱等。
处于不同生长发育阶段（或一年中的不同季节）的植物其次生代谢产物含量往往呈现一定的变化趋势，例如在一项益母草 Leonurus japonicus 的总生物碱含量在一年中变化的研究中发现，在幼苗期﹑盛叶期﹑花蕾期﹑盛花期﹑晚花期﹑果熟期和枯草期分别为1.06%﹑0.97%﹑0.939%﹑1.06%﹑0.70%﹑0.39%和0.08%。据此可为确定最佳采收期提供参考，如我国北方广为流传的“三月茵陈四月蒿，五月砍来当柴烧”的谚语，就说明三月生长的茵陈蒿 Artemisia capillaris 其药用有效成分含量高，可以作为药材，而四月以后的就不是茵陈而是“蒿”和“柴”了。
植物生命周期中次生代谢产物的合成和积累呈动态变化，大量次生代谢产物的产生常出现在植物生长发育的一定阶段。许多多年生植物随着年龄增长或生长年限不同，次生代谢活动也有差异，其次生代谢产物含量亦有变化。例如黄连中的小檗碱含量以5龄最高，6龄较少，故5龄为最佳采收期；人参随植株年龄增长有效成分逐年增加，5年生植株含量接近6年生植株，但4年生植株含量只有6年生植株的一半。
植物的年龄﹑生长的季节﹑微生物的侵染﹑放牧﹑辐射﹑植物间的竞争和营养供应状态等均对高等植物的次生代谢有很大影响。大多数植物根据其所处环境的变化来决定合成次生代谢产物的种类和数量，只有在特定的环境下才合成特定的次生代谢产物，或者显著地增加特定次生代谢产物在体内的产量。影响植物次生代谢的环境因子可分为物理﹑化学和生物因子三大类，其中物理类包括水分（干旱﹑水涝）﹑温度（热害﹑冻害）﹑紫外线辐射﹑电损伤﹑风害﹑土壤理化性质等；化学类包括营养﹑元素﹑毒素﹑重金属﹑盐碱﹑农药﹑大气组成等；生物因子包括竞争﹑抑制﹑化感作用﹑病虫害﹑有害微生物﹑个体密度等。以下主要从光照﹑水分﹑温度﹑土壤﹑大气环境以及生物因素等环境因子对药用植物次生代谢的影响进行叙述。
光照的强度﹑光质以及光照时间都对药用植物的次生代谢产生影响。
光强对不同药用植物次生代谢的作用并不是一致的。不同的药用植物最适宜的光照强度不同，对于某些阳生药用植物，光强的增加能够提高其次生代谢物质的含量，如生于阳坡的金银花 Lonicera japonica 绿原酸的含量高于阴坡；而对于阴生植物，则须适当遮阴以减少光照强度，如在20%的荫棚透光率时人参皂苷含量可达干重的4.5%。普遍认为，适当的光照强度会促使植物光合作用加快，进而提高次生代谢产物的积累。同时适当减弱光照强度，也可以诱导植物体内次生代谢产物的积累。王洋等实验发现喜树幼苗叶片的喜树碱含量随着遮阴程度的增加而增加，但严重遮阴时喜树碱含量降低。陈旭等研究表明，当光照强度在全光照85%的时候，莪术中的挥发油和莪术醇的含量最高。郑连金等研究发现光照强度为10μmol∕（m 2 ·s）时，金线莲能积累更多的总黄酮，当光照强度为60μmol∕（m 2 ·s）时，可以诱导金线莲次生代谢产物异鼠李素的合成。
植物可以通过不同的光受体来感受不同的光质，进而调控植物的生长发育。光质与次生代谢物的生成密切相关，如紫外辐射的增强可诱导植物产生较多酚醛类等有紫外吸收物质，以增强抗氧化能力，减少紫外辐射对植物自身的伤害。许多研究表明，光照可诱导植物中次生代谢产物的合成，而且蓝光比红光更有利于一些次生代谢产物的积累。不同光质对洋地黄 Rehmannia glutinosa 组织培养中强心苷形成与积累有影响，蓝光照射下，强心苷含量最高，而黄光﹑红光﹑绿光及黑暗条件下则很低。王立华实验发现三七生物量积累在白光处理下达到最高。梁宗锁等研究表明不同光质会影响丹参的生长及有效成分的积累，增加红蓝光后显著提高丹酚酸B的含量。李倩研究发现，紫外光促进了生菜花青素的合成，红光促进了花菜总酚酸的合成，同时蓝光和红光显著提高了丹参丹酚酸B含量。刘建福等以姜黄为实验材料，研究发现红蓝混合光和蓝光组有利于姜黄次生代谢产物的合成，绿光和远红光不利于姜黄次生代谢物的合成。
光周期是调节植物生长和发育的另一个重要因素，植物的形态学和物理发育可以通过改变光周期来改变。光周期与纬度﹑坡向﹑季节密切相关，在一定范围内，随着纬度的升高，光照时间相应延长。对于不同的药用植物光照时间长短对次生代谢产物的积累的影响也各不相同，对某些药用植物来说，适当延长光照时间，有利于提高其药用次生代谢物的含量，如长日照可提高许多植物酚酸和萜类的含量。产于河南﹑山东等道地产区金银花中的绿原酸和黄酮类化合物含量明显高于江苏等非道地产区，其主要决定因素就是光照时间。刘金花等以黄芩为原材料，研究发现光照时间首先促进了叶绿素的合成，进而提高了关键酶活性，刺激了酶基因表达，最终促进了次生代谢产物的合成。
药用植物次生代谢成分的合成受到环境温度的影响，其一，大多数次生代谢产物是通过碳代谢的中间产物经过次生代谢途径合成，温度胁迫下光合作用和呼吸作用均会受到抑制，进而影响次生代谢产物的合成；其二，植物在合成次生代谢产物的过程中需要众多催化酶的参与，不同的酶有着各自的催化适宜温度；其三，一些次生代谢物在植物忍受温度胁迫的过程中起着各种各样的生理调节作用。温度变化引起植物的生理﹑生化等代谢变化和植物次生代谢产物的变化，是植物自身防御机制的表现。同一植物所处温度不同时，其次生代谢活动强弱不同，次生代谢产物积累量也有差异。不同的植物忍受温度胁迫的能力和产生次生代谢物的种类以及次生代谢物的积累量不同。通常适温条件有利于无氮物质如多糖﹑淀粉等的合成，高温却有利于生物碱﹑蛋白质等含氮物质的合成。
高温诱导植物产生次生代谢物是植物对温度胁迫的积极反应，高温胁迫通常可以引起植物各种各样次生代谢产物的积累。如在高温干旱条件下，颠茄 Atropa belladonna ﹑金鸡纳 Cinchona ledgeriana 等植物体内生物碱的含量较高。一些次生代谢产物在植物耐受高温胁迫时起着重要的作用，其合成积累也会受到高温胁迫的诱导。如高温下花青素显著积累的原因可能是花青素类化合物可以降低植物叶的渗透势，有利于植物在高温﹑高盐﹑干旱等胁迫下增加水分吸收﹑减少水分蒸腾；异戊二烯类化合物具有分子量小﹑易挥发的特性，对植物的耐热能力具有补偿作用。此外，高温会诱导或提高植物抗氧化物酶，如超氧化物歧化酶﹑过氧化氢酶﹑过氧化物酶活性的升高，而这些抗氧化物酶在植物对不同环境胁迫忍受能力的获得方面起很重要的作用。大量研究表明，高温下次生代谢物含量的增加与高温胁迫诱导活性氧清除酶的活性升高有很大的关系，如蓖麻豆中4种过氧化物酶同工酶和温柏 Cydonia oblonga 嫁接愈伤组织中的一种过氧化物酶同工酶的活性与木质素的积累有关。
低温一方面影响植物的光系统Ⅰ﹑光系统Ⅱ﹑ATP的合成以及碳循环，从而影响植物的次生代谢，如在低温下，贯叶连翘 Hypericum perforatum 中金丝桃苷的含量降低。另一方面，低温诱导植物产生代谢产物以保护植物免遭冻害的破坏，如低温引起植物体内不饱和脂肪酸增加而产生抗低温防御反应，植物液泡中积累的可溶性物质可以降低冰点，表皮细胞液泡中积累的花色素苷可以防止表皮细胞受到冻害。
水分影响药用植物的各种生理代谢过程，包括次生代谢产物的生物合成，与药用植物的有效成分形成密切相关。不同的药用植物对水分的需求不一样。如黄连﹑何首乌 Fallopia multiflora ﹑半夏 Pinellia ternata 等喜温暖湿润的土壤环境，而甘草 Glycyrrhiza uralensis ﹑麻黄在适当干燥的环境中有效成分含量较高。据报道，人参的生长发育与土壤水分密切相关，当土壤的相对含水量为80%时，人参的光合速率高，参根增重快，生长健壮，药材品质好；当土壤的相对含水量在60%以下时，参根生长缓慢；土壤过湿（相对含水量为100%）则出现烂根现象。植物的不同生长时期，对水分的需求也不相同。薄荷 Mentha haplocalyx 从苗期至营养生长期都需要一定水分，但进入开花期则要求较干燥的气候，若阴雨连绵或久雨初晴，都可以使薄荷油的含量下降至正常量的75%左右。菘蓝的叶和根在不同的水分条件下，其有效成分含量有明显差异，根中的靛玉红含量在土壤含水量为45%时最高，而在90%时最低；叶中的靛玉红含量在土壤含水量为70%时最高，而在30%时最低。
对陆生药用植物来说，水分过多对次生代谢产物的形成是不利的，干旱胁迫通常会使药用植物体内的次生代谢物质浓度升高，如萜类﹑生物碱﹑有机酸等。金鸡纳树 Cinchona ledgeriana 在雨季不形成奎宁，在高温干燥条件下奎宁含量较高，而在土壤湿度过大的环境下含量就显著降低，甚至不能形成。欧莨菪 Scopolia carniolica 在干燥条件下阿托品含量可高达1%左右，而在湿润环境下只有0.4%左右。麻黄中的生物碱含量在雨季急剧下降，而在干燥的秋季上升到最高值。干旱胁迫可对银杏叶片中槲皮素含量的提高有一定的促进作用，而抑制了芦丁含量的增加。甘肃武都当归中的挥发油含量为0.66%，云南丽江当归中的挥发油含量为0.50%，四川当归中的挥发油含量为0.25%。武都属半干旱气候环境，武都当归长期生长于多光﹑干燥环境下，挥发油含量高；而四川当归生长在少光﹑潮湿环境下，挥发油含量较低。
干旱对次生代谢物含量的影响通常与干旱胁迫的程度﹑发生时间的长短有关。短时间的干旱胁迫，可使次生代谢成分的含量增加；但长时间的胁迫，会得到相反的结果。原因是在适度干旱条件下，一方面脱落酸和脯氨酸等次生代谢产物增多，提高植物的抗逆性；另一方面植物的生长受到限制，大量的光合产物在体内积累，植物利用这些“过剩”的光合产物合成含碳次生化合物（如萜类），使组织中次生代谢物的浓度上升。但严重的干旱会使植物体内水分失去平衡，生理代谢过程发生紊乱，使产生的光合产物和其他原料非常有限，从而使植物中含碳次生代谢物的合成受到限制。
另外，环境湿度对病原物的影响最大，大多数真菌的孢子必须在水中才能萌发，其中经气流传播的病原菌，湿度越高，对入侵越有利。南方的梅雨季节和北方的雨季，排水和通风不好时，药用植物病害发生普遍而且严重，少雨干旱的季节发病较轻或不发病。
植物的根系在植物和土壤之间进行着频繁的物质交换，土壤条件是药用植物获得养分和水分的基础，是影响植物生长和次生代谢物积累的重要生态环境因子。影响植物生长并影响其次生代谢的关键因子除了土壤温度和土壤水分以外，还包括土壤的质地﹑土壤矿质营养﹑土壤有机质﹑土壤酸碱度以及土壤中的盐分含量。
土壤质地又称为土壤机械组成或土壤颗粒组成，是指土壤中各粒级的组合比例或各粒级所占的百分数，也即土壤的砂黏程度。不同质地的土壤，矿物质﹑有机物﹑空气和水的质与量差别很大。泽泻 Alisma plantago - aquatica ﹑黑三棱 Sparganium stoloniferum 等适宜黏土生长，而北沙参 Glehnia littoralis ﹑川贝母 Fritillariacirrhosa ﹑阳春砂 Amomum villosum 等在砂土中生长有利于次生代谢物积累。
土壤中的无机营养元素在药用植物次生代谢过程中起着重要作用，如土壤元素钾﹑磷﹑锰﹑锌﹑镁和土壤有机质含量的差异是当归Angelica sinensis道地性形成的主要土壤生态因子。锰﹑铁﹑锌和硼等微量元素有利于丹参根中丹参素含量的增加，铁﹑锰﹑锌和铜等有利于丹参酮ⅡA的积累。连翘Forsythia suspensa中连翘苷的含量与土壤有效钾呈显著正相关。根据次生代谢的C∕N平衡假说，土壤氮素的增加会导致植物中非结构碳水化合物含量下降，从而使以非结构碳水化合物为直接合成底物的单萜类次生代谢物水平减少，但以氨基酸为前体的次生代谢产物水平提高；反之，在增加植物体内非结构碳水化合物的条件下，缩合单宁﹑纤维素﹑酚类化合物和萜烯类化合物等含碳次生代谢产物大量产生。如限制氮肥和磷肥的施用有利于黄酮类物质的积累。适当的低氮胁迫对喜树碱的合成和积累有利，喜树幼苗中喜树碱的含量随氮素的增加而明显降低，而且铵态氮∕硝态氮的比例也影响喜树碱的合成和积累。
广义的土壤有机质包括生长在其上的生命体﹑动植物与微生物残体以及这些生命体分解和合成的各类有机物质，主要由非特异性有机质和腐殖质构成。土壤有机质具有保肥﹑提高土壤肥力﹑改善土壤的物理性状﹑促进植物生长发育﹑提高土壤自净能力等作用和意义，是生态农业所关注的最重要的土壤组成成分之一，是土壤肥力的物质基础，也是土壤形成发育的主要标志。目前，直接的土壤腐殖质对次生代谢产物积累的影响研究的还比较少，针对药用植物而言，有机肥的应用以及增加土壤有机质的其他生态种植措施，不仅能够全面提高药用植物的产量，同时还能提高药材质量。
即土壤pH，是土壤各种化学性质的综合反映，直接影响土壤养分的存在状态﹑转化和有效性。大部分的药用植物适宜pH 6~7的土壤环境，其土壤的养分条件最好，有利于植物的生长，但也有很多植物偏爱微酸或微碱性的土壤，如石松 Lycopodium japonicum ﹑狗脊 Woodwardia japonica ﹑肉桂 Cinnamomum cassia 喜酸性土壤，而甘草﹑柏木 Cupressus funebris 等喜碱性土壤。土壤pH与植物次生代谢密切相关，如连翘中连翘苷的含量与土壤pH呈显著负相关；地黄生长和梓醇积累适宜于透气性好的碱性土壤。还有研究表明，土壤的酸碱度可以直接影响植物中生物碱的积累量，植物中生物碱的含量随土壤pH的升高而增加。在强酸性土壤中生长的植物，其生物碱含量不到4%，而在碱性土壤中生长的植物中生物碱积累量超出正常水平，能达到15%。
土壤中的含盐量也影响到药用植物的次生代谢成分。盐胁迫类似干旱胁迫对植物有两方面的影响，一方面是抑制植物的生长，导致植物的产量下降；另一方面使植物次生代谢物含量增加。不同生境土壤含盐量对枸杞 Lycium chinense 的多糖含量具有一定的影响，过高与过低的土壤盐分浓度下枸杞积累的多糖含量均低于含中等土壤盐分下枸杞多糖含量的累积。也有研究表明，土壤含盐量影响植物中酚类次生代谢产物的合成和积累，盐胁迫下生长的植物酚类化合物的积累量能迅速增加。
大气环境对植物次生代谢的影响分为大气组成和空气流动两个方面。
大气中的CO 2 可以通过植物光合作用形成碳水化合物，从而间接地对植物的次生代谢等生理过程产生影响。增加CO 2 的浓度会使植物的光合作用增强，引起植物内非结构碳水化合物过剩，促进以碳为基础的次生代谢物，如酚类﹑萜类﹑单宁等的合成。有实验证明，CO 2 倍增条件下，糖槭 Acer saccharum 叶片的防御性化合物（单宁）含量也大大增加；薄荷叶片挥发性物质如单萜和倍半萜烯的总含量升高。CO 2 对植物次生代谢物的影响存在种间差异，高CO 2 浓度下的小麦，灌浆期其叶的酚类化合物含量明显高于对照，而橙树无变化，松树叶片酚类化合物浓度反而呈下降趋势，但是，总体上CO 2 倍增会诱发植物次生代谢物含量的增加。除CO 2 外，O 3 也影响次生代谢物积累量，如针叶植物暴露在O 3 中可以增加其酚类物质的含量。植物叶子暴露在O 3 中后，其缩合单宁的含量增加。
空气流动简称风，是一种很重要的生态因子，它在一定范围内促进热量﹑水分﹑O 2 ﹑CO 2 的流动，从而改变环境的气候，间接影响植物生长发育和次生代谢。
药用植物在与微生物﹑动物和植物协同进化过程中，会产生一些次生化感物质如酚类﹑单宁﹑萜类﹑生物碱等来抵御天敌的侵袭，增强抗病能力，提高种间的竞争能力以适应环境。生物因素对次生代谢产物合成的影响与药用植物次生代谢产物的生态学功能密切相关。
植物根际微生物既包括促进植物生长的有益微生物，又包括抑制植物生长的有害微生物，这些微生物的群落组成随着植物种类和发育时期等因素的改变而发生变化，进而影响药用植物生长发育及其次生代谢。例如普遍认为的菌根真菌的侵染会在一定程度上促进药用植物次生代谢产物的积累。另外，一些微生物是某些药用植物生长和产生有效药用成分的必要条件，如不同生物学类型的蜜环菌，对天麻的生物量和化学成分含量的影响有明显的差异。从短叶红豆杉 Taxus brevifolia 树皮和德国鸢尾 Iris germanica 根状茎中分离出的一些内生真菌可产生紫杉醇和鸢尾酮等次生代谢物质，此源于高等植物与其寄生菌间存在的次生代谢基因转移现象。
动物与药用植物之间通过互利共生及取食关系对药用植物的次生代谢可产生直接影响。如单萜和倍半萜等具有挥发性的萜类物质，通常对昆虫具有引诱﹑忌避和信息传递的效应。如胜红蓟释放的胜红蓟素及其类似物就有杀驱柑橘植株的作用。植物在遭到昆虫侵害后，植物的挥发性次生代谢产物的含量和组分会发生改变，这些次生代谢产物可作阻食剂或毒性物质驱避昆虫；也可释放到空气中使植食性昆虫难以辨认或增强对天敌昆虫的引诱作用，如受棉红蜘蛛侵袭的陆地棉 Gossypium hirsutum 会释放一些萜类物质以吸引智利小植绥螨。
植物种间和种内的化感作用﹑自毒作用﹑寄生﹑共生﹑识别﹑报警等或有益或有害的化学作用都是通过次生代谢来实现。例如寄主植物分泌独脚金内酯刺激寄生植物种子的萌发；玉米和蚕豆两种作物种在一起时，根系分泌物中一种黄酮类物质—染料木素的浓度会大幅度增加，而染料木素是豆科作物和根瘤菌对话的关键信号物质，玉米根系分泌物在强化豆科作物结瘤固氮中具有重要作用。
此外，植物在被病原菌﹑昆虫﹑寄生植物等侵染后会诱导一些信号分子，茉莉酸﹑水杨酸﹑乙烯﹑独脚金内酯等的产生或积累。这些信号分子在植物相应外部环境刺激﹑诱导防御反应等方面具有重要的作用。
植物体进化了一系列的防御机制来防止昆虫取食，这些机制主要分为两类：一类是组成型防御（constitutive deFense），是植物固有的防御反应，是植物受基因控制且在长期系统发育过程中形成的一种固有特性，但随着环境条件的改变，其防御程度存在差异。另一类为诱导型防御（inducible deFense），仅发生在植物被伤害以后，具有高效快速被激活的特性。根据植物对植食昆虫及外界环境胁迫的防御及抵抗方式，可分为化学防御（chemical deFense）和机械防御（mechanical deFense）。化学防御是指植物通过生理生化调节而产生不利昆虫取食等的抵抗作用，次生代谢物的合成是植物化学防御的重要策略之一。
与抗虫性有关的植物次生代谢物主要是生物碱﹑萜类和酚类，这些物质通过多种方式影响昆虫的行为，作用包括直接防御和间接防御。直接防御是指植物中的多酚﹑黄酮﹑生物碱等化合物可直接影响植食性昆虫的取食并表现出毒性或排趋性。其防御的机制主要有3种：一是次生物质决定植物可食部分的适口性，使动物拒食，如由生物碱﹑皂苷类﹑萜类﹑黄酮类等化合物形成的苦味对动物有拒斥作用，使动物不以味苦的植物为食；二是利用氰类及生物碱等有毒物质进行防御，由于这类物质易被吸收，在剂量很低时就对动物产生有效的生理影响，从而达到防御目的。如蓖麻 Ricinus communis 种子中的蓖麻蛋白比砷和氰化物的毒性还要强500倍；三是利用酚类和萜类化合物抑制动物消化，限制觅食。间接防御是指有些植物在受到植食性昆虫取食攻击时，能够释放出特异性挥发物吸引天敌，以减轻害虫对植物自身的进一步伤害，这种通过吸引天敌来保护寄主植物的防卫措施可视为是一种间接抗性机制。同时，昆虫侵害植物后释放的特定挥发物能作为信号传递给邻近的植物来诱导防御反应基因的表达，增强对植食昆虫攻击的反应。
植物次生代谢产物参与植物抗真菌﹑细菌﹑病毒，甚至线虫的作用，当植物受到真菌﹑病毒﹑细菌等病原微生物的诱导后可以产生抗病菌能力，其生化机制是植物产生的次生代谢物质参与了植物免疫反应。参与植物抗病反应的次生代谢产物有些是植物原有的成分，如角质﹑木栓质﹑木质素等相对分子质量大的成分，在病原菌侵入前作为物理障碍；有些是组成型表达的单宁酸﹑多酚﹑生物碱等相对分子质量小的次生代谢物，它们可以阻止病原菌侵入而起抗病作用；另外一类是诱导型次生代谢，是植物体在病原菌或其他诱导因子的作用下，通过抑制或激活相关的酶系基因而合成新的代谢产物，称植物抗毒素或植保素（phytoalexins）。这些物质主要是萜类﹑苷类﹑异黄酮类﹑生物碱类等小分子次生代谢产物。这些物质积累在感染点周围，具有强烈的抗菌活性，能够提高植物的抗病能力，增强免疫能力。如油茶 Camellia oleifera 中的皂苷对炭疽病菌有较强的毒害作用；梨火疫病菌等病原菌侵染苹果亚科欧洲花楸 Sorbus aucuparia 后，可诱导其在染病组织与健康组织衔接处大量积累联苯和二苯并呋喃类化合物，具有强烈的抑菌活性，可以阻止病菌的进一步侵染。植物体内非诱导的次生代谢物也可以作为预先形成的抑菌物质暂时贮存在一定的组织中，如以糖苷的形式储存在液泡当中，当植物受到病原体的诱导后转变为植保素产生免疫反应。
次生代谢产物对土壤微生物的调控作用最先在黄酮和类黄酮诱导根瘤菌—豆科植物共生结瘤因子的研究中已被阐明。最新的研究还发现植物次生代谢产物还能调控植物根系土壤微生物的动态平衡。2019年，《 Science 》上发表的文章揭示了拟南芥三萜类化合物对根系微生物组的调控规律，证实拟南芥产生一系列特殊的三萜类物质，指导拟南芥特异性微生物组的建成与维持，使其能够根据自身目的来塑造和调整根内和根周围的微生物群落。推测植物界内的代谢多样性可能为塑造微生物组适应宿主需求的过程中提供了交流和识别的基础，可以部分解释植物特异代谢物存在意义。还有学者比较了自然土中生长的野生型（Col-0）和不同的TPS25﹑TPS30突变体的根系微生物组，发现野生型和TPS25﹑TPS30突变体形成了显著不同的根系微生物组。有意思的是，TPS25和TPS30单突变体根系微生物组的变化具有比较大程度的交叉，暗示植物利用次生代谢物调控根系微生物组成可能存在构效关系，即结构类似的化合物具有类似的调控微生物组成功能，含氮有机物﹑萜类化合物﹑酚类化合物等不同类型的次生代谢产物可能调控不同微生物类群的组成。次生代谢产物此生态学功能的揭示将为利用植物天然化合物促进根系益生菌在绿色农业中的应用提供了理论依据，也将为植物根系微生物组工程化提供了机会，为研究根系微生物组在植物生长和健康中的作用奠定了基础。
植物间相互存在着以化学物质为媒介的交互作用，也称为克生作用，这些化学物质多是次生代谢物。植物通过次生代谢物质可对同种或不同种植物产生相生或克生作用，在营养和空间的生存竞争上起到防御作用，以控制种群数量，达到有利种群的持续繁衍。植物次生代谢产物介导的植物之间协同和竞争作用最典型的就是植物间的化感作用。植物间的化感作用是近年来颇受重视的研究领域，它主要是指植物产生并向环境释放次生代谢产物从而影响周围植物生长和发育的过程。化感作用包括促进和抑制两个方面，在范围上包括种群内部和物种间的相互作用。例如，马樱丹 Lantana camara 的释放的化感物质岩茨烯A和岩茨烯B，能有效地抑制水葫芦 Eichhornia crassipes 的生长；苍术 Atractylodes lancea 挥发油中的主要组分为β桉叶醇，研究表明100mg∕l和250mg∕l的β桉叶醇能强烈抑制苍术胚芽伸长。目前所发现的化感物质主要来源于植物次生代谢产物，通常可分为酚类﹑萜类﹑炔类﹑生物碱和其他结构5类，具有分子量较小﹑结构简单等特点。药用植物与其他植物的根本区别在于它们含有特定的生理活性物质，而这些化学物质又往往也是药用植物次生代谢物质，同时这些物质在药用植物提高自身保护和生存竞争能力﹑协调与环境的关系方面充当重要的角色，其产生和变化比初生代谢产物与环境有更强的相关性和对应性，因此药用植物的化感作用表现更加强烈，并且追求中药材质量的同时可能会加剧药用植物化感作用。
植物对非生物因素的防御主要表现在对物理环境的适应。在自然环境条件下，高温﹑低温﹑干旱﹑高盐等物理环境都有可能对植物造成伤害。在一定程度上，植物对环境的变化也可以作出相应的适应，植物对物理环境的适应可以发生在形态结构上，也可以发生在生理生化上，而次生代谢产物则成为生理生化适应的物质基础。干旱胁迫下植物组织中一些次生代谢产物的浓度常常上升，如生氰苷﹑硫化物﹑萜类化合物﹑生物碱﹑单宁和有机酸等，以提高植物的抗逆性。如小麦在发生萎蔫的4h内，脱落酸含量增加达40倍。类似的，许多盐生植物体能大量积累甜菜碱和脯氨酸，以抵御不良环境，盐生植物通过在细胞内积累这些无毒溶质，可以平衡由于液泡内无机离子（如Na+等）积累所造成的细胞质渗透压的变化，能对细胞起到保护作用。耐霜植物在低温下糖类积累增加，同时在苹果 Malus pumila ﹑山梨 Pyrus ussuriensis ﹑石榴 Punica granatum 中发现有多元醇，如甘油﹑山梨醇﹑甘露醇等的积累，糖类和多元醇的增多可减少液泡中冰的形成，增加体内不饱和脂肪酸的含量，增强细胞膜液化程度，提高细胞膜抗寒力。同样，高温可使植物体内饱和脂肪酸含量增加，从而使细胞膜不易液化，抗热能力增强。由紫外光辐射诱导产生的酚类等次生代谢物可吸收紫外光，具有增强植物抗氧化和抗虫食能力﹑减少紫外光辐射对植物自身的伤害和影响枯枝落叶分解的功能。