以农作物矮秆、耐肥品种应用为先导的第一次绿色革命，使世界粮食生产发生了深刻变化。随着新世纪的到来，人类面临着人口膨胀、耕地减少、生态恶化等生存和发展的诸多矛盾，最令人担忧的依然是食物问题，尤其是粮食问题，科学家们一直致力于这方面的研究与探索，希望通过新的农业科技革命，通过技术的不断改进和创新，以满足不断增长的人口对食物的需求。
种子是农业生产的起点，有了好的种子不仅可以大幅度地增加农产品的产量，提高品质，节约劳动，降低成本乃至减少环境污染（如减少农药的施用）的同时也能对农业产品的加工、转化和实现产业化经营产生导向性影响。所以科学家们非常重视品种的改良和创制，试图在充分利用生物遗传资源的基础上，将常规育种技术与先进的生物技术相结合，为动植物品种的改良开辟一条更为有效和宽广的途径，进行一次新的绿色革命。
生物技术是农业高技术的核心。未来农业发展中所面临的许多深层次的矛盾，如资源日渐匮乏与需求不断增长的矛盾、产量与品质的矛盾、集约生产与环境保护的矛盾等都可以通过生物技术加以解决。生物技术的发展不仅为动植物品种改良开辟了一条崭新途径，也为有效、持续地利用农业资源，开发农业生产新领域乃至农业初级产品深度、精度加工都提供了有力的技术支撑。
常规的育种方法，为农业的增产、增收作出了巨大的贡献。目前人们使用的育种方法主要有以下四种。第一，把遗传性状相同的放在一起，这在育种上叫纯系选种。第二，把不同性状染色体放在一起，叫杂交。杂交在育种上贡献最大。在美国，1930年以前，玉米产量很低，使用杂交种后，产量增加了5倍左右。第三，就是突变，有人工的也有自然的。突变对育种的作用并不是很大，因为突变产生的很多性状并非我们所要求的。第四，就是多倍体育种。应用上述4种育种途径，使我们的粮食产量有了很大的增长。例如，在1960～1970年间，布劳格通过杂交改良育出了矮秆、耐肥的小麦品种，使小麦增产1~2倍。从而掀起了第一次绿色革命的浪潮。由于他的杰出贡献，1970年他被授予诺贝尔和平奖。常规育种的局限一是周期太长，二是目标定向性差。假如我们想把一个好的基因从一个植物转到另一个植物上，传统的育种只能通过有性杂交，要花很多时间、利用很大的群体，才有可能筛选出有用的基因重组体。另外，运用常规育种的方法，人们也不可能把烟草和鸦片杂交到一起。为什么不行呢？因为每种植物都有独立性，即生殖隔离。如果每一种植物都能杂交的话，那么世界上剩下的可能只有一种植物了。当有性杂交不能够达到目的时，科学家便开始探寻新的方法。从而开始了细胞育种与分子育种（即基因工程育种）的探索。
种质创新
种质创新既不同于自然变异产生的新类型，也不同于人工培育的新品种。因为自然演变进程缓慢，并带有偶然性和局限性；而培育新品种要适合一定的栽培条件或在一定地区综合性状良好的条件下才能在生产上推广应用。
种质创新只要求强化某一优良性状或综合某些优良性状，有目标地扩大遗传基础。于是，利用已有的各种不同类型的种质资源，采用各种培育手段，将某些植物种质资源所特有的有利性状转育到某一作物上，从而创造出这一作物具有突出特长的新种质。这是开发利用重要资源的中间环节，这些新资源比其原始亲本更为种类繁多，各具特长，一般遗传背景有较大改进，更便于育种学家的进一步加工利用，又称预育种。
作物种质资源的遗传多样性是育成突破性品种的基础。但随着作物品种水平的不断提高，育种目标要求的越来越全面，育种工作者利用的亲本也越来越集中。至20世纪60年代初期为止，美国大豆种植面积的95％以上使用的品种都具有6个来自中国东北的大豆品系的遗传背景。其结果是作物遗传基础日益狭窄，造成了品种改良停滞不前的局面。70年代以来，扩大种质的应用范围日益受到人们的重视。但是，有些种质资源在提供某些独特的有利基因的同时（尤其利用野生种），也往往伴随着许多不良性状，直接用作亲本进行杂交育种常延长育种进程，成功率也低，进行远缘杂交时更会发生不亲和或后代不育的困难。因此，在正式应用这些材料之前，预先通过自然渗透、回交育种、远缘杂交、群体改良等手段，创造出既具有独特优良性状，又能打破不利基因连锁，在一般性状上大为改进的新种质，便成为育种工作中迫切需要解决的问题。
种质创新可由专业人员进行，将创造出的新种质提供给育种家使用。例如，前苏联的全苏栽培植物研究所进行了很多作物的远缘杂交，但只创造新种质，不选育新品种，研究了麦类、蔬菜、棉花等作物的种、属间远缘杂交，创造出具有突出特点的新种质资源。另一种做法是由育种学家在进行新品种选育的过程中“兼顾”种质创新，即从分离世代材料或高代品系中选留那些具有突出特点但尚不够完善的材料或品系作为新种质使用。如国际水稻研究所（IRRI）从育种材料中选育优良种质，从丰产、抗病虫、抗旱、耐不良土壤、耐深水、抗洪、抗寒、品质和食味等方面产生经过改进的种质。另外，具有独特性状的田间自然变异株的发现和利用，也是种质创新的一个途径，如我国“矮变1号”小麦就是从田间变异株中选出的，含Rht10矮杆基因。
种质创新的事例很多。在50年代后期，美国沃格尔
（O.AVogel）用日本矮秆但不抗锈病的小麦品种农林10号与美国品种Brevorl4杂交，打破了矮秆与不抗锈病的连锁，成功地育成了含有Rhtl和Rht2矮秆基因的著名小麦矮杆新种质Norinl0-Brevorl4，成为世界上的矮秆育种材料。国际玉米小麦改良中心以它为矮源育成了一批墨西哥半矮秆小麦品种。法国也通过远缘杂交把某些小麦亲缘植物的抗病基因转育到小麦上，培育出小麦抗病新种质，大大丰富了小麦良种的抗病资源。
带有半矮秆基因Sdl品种的扩大种植引起了水稻的绿色革命。这个基因是中国从广东省未经改良的半矮秆农家品种上获得的。带有Sdl基因改良的品种在亚洲地区推广，已占该地区水稻种植面积的40％以上。
墨西哥的白马齿型玉米Zapalote Chico被用来提供对穗虫的抗性。秘鲁的Ladyfinger爆裂种玉米是抗北方王米枯萎病的抗源。国际玉米小麦改良中心充分利用4个综合种培育自由授粉品种和杂交种，这些材料广泛地用在低洼热带地区。
其他作物如高粱、花生、燕麦、甘蔗、番茄、草莓、马铃薯、牧草、豆类等均有成功地利用地方种和野生种进行育种改良的事例。
1950年以来，中国研究的小偃麦、小黑麦、小簇麦、小赖麦等育种都包括着种质创新的内容，已获得一些抗源或矮秆、大粒的新种质及异源染色体附加系、代换系和易位系。从1979年开始，种质创新已被正式列为国家重要科学技术发展规划。至1990年我国已有计划有目的地创制出一批新种质资源。
近年，各国已将种质创新列入计划。菲律宾国际水稻改良计划列有选育优良种质这个项目。美国大豆研究人员组织了一个合作计划，筛选从国外引入的材料，根据不同的育种目标进行杂交以及遗传研究。
制定种质创新目标必须结合当前育种需要，同时注意远近结合，一方面要为当前的育种服务，同时为下一步的育种做好材料准备。同时，创新途径和方法是多种多样的，鉴定手段必须注意准确可靠，要结合创新目标，使其遗传基础宽广，除用品种间杂交方法外，更要利用野生的和近缘属植物进行远缘杂交。近年，国内外人工诱导并利用无性繁殖系的变异，也是种质创新的方法之一。
人工种子
植物有一“特长”，即是能够进行无性繁殖，不需要经过花粉（精子）的授粉和胚珠（卵子）的受精作用，而由植物体组织本身就可以形成植株，也就是说植物的根、茎和叶子的每个细胞都可以长成一棵植株。我们把植物的这种能力，叫做“全能性”。
科学家利用植物的这一特长，开展了植物组织培养研究。
先切下一段植物组织，在含有丰富营养的培养基里进行体外培养。这些组织形成无结构的组织团块，叫愈伤组织。把愈伤组织不断地分成小块，又形成愈伤组织，如此反复操作，可以形成许许多多的愈伤组织。然后更换不同成分的培养基，愈伤组织便形成胚状体，这些胚状体就是作为人工种子用的种胚。
现在让我们换个话题，先说说种子。
众所周知，种植业离不开种子。种小麦要麦种，种菜要菜籽，种花要花籽……种子担负着植物传宗接代的任务。
种子播种到土里，生根发芽，接着长出叶片，慢慢地长成一棵植株。过些时候，它开花了。花中有雌蕊，是胚珠（卵子）所在地。花粉落到雌蕊上，进行授粉后，胚珠发育成种子，也就是人们常说的开花结果。从种子到种子是植物的一个生命周期。各种植物的种子，其形状、大小和颜色都不一样，但是它们的基本结构是一样的：种子都由种皮、胚乳和种胚三部分组成。不妨举花生为例：一粒花生最外面红色的一层皮叫种皮，起保护作用；食用部分是胚乳，是贮藏营养的地方；中间有一个硬的尖尖颗粒状的是种胚，它以后发育形成植株，可说是植物的“胎儿”。
在农业生产中，为了获得足够的种子，必须占用大面积的土地进行种子的繁殖。因此，人们梦想着能够在实验室里产生种子。这个梦想现在已初步实现，那就是人工种子。
植物人工种子是将组织培养过程中产生的体细胞胚包裹在具有营养和保护功能的介质中所形成的颗粒体。广义地讲，人工种子是植物繁殖中有利用价值的体细胞胚。人工种子的实际形式（如有无种皮、是否休眠等）视应用目的而定。人工种子技术的本质是将体细胞胚模仿天然种子进行植物克隆系的快速繁殖。该生物技术的开发不仅可使未来人工种子生产工厂化，解决生产上大量用种问题，而且还可用于品种改良及种质保存等。
1978年，莫诺什哥（TMurashige）最早提出用体细胞胚生产人工种子。1984年，莱德伯克（KRedenbaugh）等第一次将体细胞胚包裹在凝胶中，制做出人工种子。此后，人工种子技术引起植物组织培养学家们的广泛研究。1985年，出现用水溶性树脂作人工种皮，此种人工种子可进行干燥。1987年，出现直接用干燥的体细胞胚作人工种子。此时，全世界已从150多种农作物上获得了体细胞胚，但某些重要农作物的体细胞胚至今尚未得到，其原因是大多数作物的体细胞胚质量不高。迄今关于人工种子技术的研究仍处在初级阶段。在实现人工种子生产工厂化之前，尚有许多基本问题需要解决。
体细胞胚是人工种子的主要部分，获得发育一致且成熟的体细胞胚是生产高质量人工种子的基础。首先，细胞和组织培养过程中体细胞胚发育不同步会严重影响人工种子在生产中的应用。通常有两种调节体细胞胚发育同步化的方法：一种是用物理方法分离出大小一致的胚胎发生组织，进而发育成较同步的体细胞胚；另一种是用植物生长调节剂调控体细胞胚发育同步化。其次，体细胞胚的遗传变异也影响其质量。再次，体细胞胚在发育过程中没有休眠期，但它像合子胚一样也需要一段时间的休眠。1991年哥瑞认为，人工种子较高的成苗率说明脱水促进了体细胞胚的成熟和萌发。此外，某些植物的体细胞胚尽管发育良好，但萌发率很低，需用打破休眠的方法处理。
1987年他用低温处理体细胞胚，结果促进其萌发。
人工种子由体细胞胚和包裹在其外部的介质构成。此介质类似于天然种子的种皮和胚乳，它不仅对其内部的体细胞胚起保护作用，便于生产上的各种操作，而且含有各种营养物质、植物生长调节剂和抗生素等物质，以便于人工种子的存活和萌发。但迄今为止，以水凝胶包裹体细胞胚生产的人工种子储藏期都不超过30天。此类人工种子适合先在温室内生长一段时间，然后再移植到大田种植。该方法生产的苜蓿、胡萝卜、芹菜和菜花的人工种子均已成功地种植在土壤中，但成苗率很低，作为大田应用的人工种子，其形式应符合大田常规种植的要求。因此，大田作物的人工种子应像天然种子一样，干燥休眠的体细胞胚包裹在干燥的和较硬的介质中。另外，科学家们提出了其他一些方法，如液体条播法。
人工种子究竟有哪些优越性呢？
人工种子的优越性是显而易见的。人们可以不在大面积土地上繁殖种子，而在实验室里实现种子生产工厂化，既可以不受自然环境的影响，如干旱、大风大雨、冰雹等，也不会受害虫的威胁，不受季节的限制，一年四季都可以大规模生产。
有些植物很难繁殖，采用人工种子的方法，就可以获得植株。还有在农作物的生产上，各品种杂交，常常会出现杂种优势的现象，即两个品种的优点都能表现出来。可是杂种第一代结的种子，如果再种下去，就要出现分离现象，不能保持杂种优势了。如果用杂种第一代的组织细胞进行培养，用胚状体作种胚制作人工种子，就可以保持杂种优势的性状。
人工种子可以用来大批量生产那些经济价值较高的树种，用于造林，加快绿化进程，改善生态环境，还可以用来抢救一些濒临灭绝的珍稀植物。只要世界上还留下一株这样的植物，科学家就有可能设法制作人工种子，使它繁殖下去。
当前，已有20多种植物制成人工种子。石刁柏凤仙花属秋海棠莴苣嫩茎花椰菜矮牵牛花椰菜菠萝黄瓜马铃薯仙客来水稻黄花菜菠菜大蒜甘蔗天竺葵烟草扶郎花属番茄西洋参西瓜火炬松花旗松3.容易建立生产工艺与能产生高商品价值的作物苜蓿棉花芹菜油棕咖啡葡萄玉米芒果柑橘核桃美国和日本已经成功开发了芹菜、莴苣、生菜和苜蓿的人工种子，现在研究大量生产的技术，以便尽快实现产业化。
美国在树木的人工种子研究方面也取得很大进展，正在对花旗松、火炬松、挪威云杉等进行试验。欧洲也正加紧研究，把人工种子的研究列入尤里卡计划。
我国这方面的研究虽然起步较晚，但也已取得重大进展。
