为了获取更高产和可持续种植的农作物，从事农作物培植技术的研究人员认为，必需对当下的农作物进行实质性的改造。为此，农业育种公司已开始转向包括基因技术、机器人技术等在内的其他技术以提高培育效率，旨在使农作物健壮、多产和有抵抗力。以下介绍的是一些目前正在探索的农作物改良技术及其可行的其他多种技术。
未来种植业技术种种
人造染色体 如果一种基因表现良好，那多种基因则会更好。这就是农业生物学家致力改进农作物的“魔杖”。目前，生物技术公司利用基因工程技术改造了多种载有除草和抗病虫害基因的农作物，并最终把目标设定在调控多种基因的演化过程上：诸如可能涉及20种基因的固氮，或者一种被称为C4基因的特殊光合作用上（后者在极端条件下效率极佳）。然而，如果把这些基因抱团聚集在一起，协调整套基因表达便是一项提升农作物产能的技艺，也因此是人造染色体上演好戏的地方。
这类“微型染色体”呈现多种特点。例如一家名为Chromatin公司的科学家已经研制出一种方法，即把整套有用的基因附着到玉米DNA环形成的“平台”上――这一平台给着丝点重复区域编码――靠近染色体聚集中央区在DNA复制期间起重要作用。一旦玉米DNA环上装载所需基因，立即就被植入靶标中。
另有几个研究小组，也在利用农作物自身的“额外”DNA，诸如玉米中的B染色体以及大麦、水稻和拟芥属植物四倍体DNA中的额外染色体，把含有所需基因和覆盖染色体末端的端粒体重复序列的DNA植入作物植株中，以创建一种新的微缩染色体。
不过，目前尚不清楚这些微缩染色体数代后是否会呈现稳定状态；或者说随着时间的推移，这种适量基因表达是否会保持住。
核糖核酸干预 有助于农作物抵御天敌的一种创新方法。核糖核酸干预（RNAi）是让农作物自身生成能中和病原体或者虫害的RNA分子，包括产生使靶标基因丧失功能的RNA基因。这些细微的RNA可以从农作物内扩散到寄生虫体内或者使农作物自身病毒丧失活力。
通过实验，即RNAi，研究人员显示了拟芥属作物可抵抗根癌线虫，以及针对病毒复制一种必不可少的蛋白质的基因活动，降低了木薯花叶病病毒造成的症状。实验还将扩大到针对其他所谓单链DNA病毒，例如木薯棕色条纹病等。
另有研究人员已开始尝试用RNAi方法关闭棉铃虫体内的一种解毒基因――一种对棉花产生gossypol毒素更加敏感的害虫。2008年，美国国家研究委员会（NRC）的一篇报道称，RNAi的潜力已初步认定，其特别适合在大规模农业方面的应用。
靶向基因置换 以前，研究人员尝试在增添和改进农作物基因时显然有些盲目。因为他们无从确认植入的基因将最终定位何处，而往往不辞劳苦地数千次筛选变异体，以求发现其中的规律。目前，研究人员正在完善把新基因移植到理想部位的多种方法：通过改变一种特殊基因序列或其DNA构造而非依赖其他物种基因，以此调节或改进农作物的生长过程。
利用锌指蛋白确认和附着特定的DNA序列，是目前研究人员正在采用的一种新方法：把锌指蛋白加入到可以切割DNA的一种酶中，研究人员可以在精确位点上为植入新的DNA提供靶标。
2009年末，通过提取来自细菌病原体Xanthomonas，两个研究小组发现该病原体是怎样促使感染发生的：Xanthomonas采用包括一系列“重复”片断氨基酸序列生成一种酶，其重复片断在12、13号位置拥有一个特殊氨基酸并因此确认一个特定碱基，使蛋白质有能力“抓”住其靶标DNA。目前，研究人员已经测算出如何改造这些蛋白质以利发现特定DNA序列，从而为另一种添加新基因方法或对染色体特定部位进行改造提供了基础。
第三种方法涉及核酸内切酶（该酶能在特定位点分解DNA）。在确认DNA长链后，这些蛋白质会沿着基因组攻击独特的位点。
转基因土豆 转基因西红柿
机器人学 目前，自动化技术正在帮助培植人员缩短农作物的培育时间：幼苗在温室生长并随着传送带穿行多个站点。期间，这些幼苗经受了干旱、炎热或其他生存状态的考验，其全程受到监测并被摄像，一切均在无人协助的情况下实现的，且无需经大田测试而发现个别具有最佳特性的农作物品种。
自动化运作系统不仅缩短了幼苗培植的耗时过程，还可帮助培植人员搜索最佳的基因组合时间。例如，孟山都生物技术公司研制出的“削片机”机器人技术，可从单个谷粒或豆类的种子提取内核切片，亦可在种子后期处理作业中抽取其胚芽，并经DNA指纹鉴定以确定其基因现状，而剩余部分则被悉心地储存。如果培植人员对其中的遗传变异体感兴趣，他们可以利用电子查询并自动索取储存的种子，不必等待种子发芽后才去查明哪些种子含有他们想要索取的特性。
其他一些可行的技术
改良种子营养成分 强化维生素A现已存在于农作物植株内，内含欧米茄-3脂肪酸大豆也正值研发中，目标是让更多维生素和更高蛋白质含量的农作物问世，包括按比例混合作物细胞壁以调节产出过程的生物燃料的研制也在进行中。
简化杂交过程 杂交种子往往会产生更茁壮的农作物，但有些种子的品质通常很脆弱。为了解决这个问题，专家倡导的办法是通过无融合生殖过程，即无性繁殖。例如，让水稻享有无融合生殖能力，预计每年可节省40亿美元开支（无融合生殖的一种替代方法是调控一年生农作物的遗传学特性，以利其演变为多年生农作物）。
设置警示灯 当农作物感受到压力时，有一种色素基因的开启能促其茎或根部变色，农业人员据此可采取补救行动。也有些人认为，安装在土壤和空气中的传感器也能从事这种工作。
节水多产 重构农作物根、叶结构以提高其生化通道抗旱能力，有助于增加水资源利用效率。例如，浅根农作物可以更有效地利用表土的潮湿性，以及增强农作物成熟和抗衰老控制力，减少收成受损数量。
改善氮吸收效能 化肥对于农业人员和环境都是一笔不小的开支。然而，改善农作物对氮的摄取和吸收能力，对提高作物的收成将是一大帮助。构建更有效的农作物内部机制，必须让基因执行固氮工作――这项工作可能不久就落在人造染色体上。
虫害防御系统 在农作物体内添加杀灭害虫和线虫的毒素基因，以此帮助增产。例如，添加基因后可以吸引这些害虫的天敌来对付害虫。
资料来源 Science
责任编辑 则 鸣