บทความหลัก:การเพาะพันธุ์พืช

การดัดแปลงพืชมีการฝึกฝนโดยมนุษย์เป็นพันๆปีมาแล้วตั้งแต่จุดเริ่มต้นของอารยธรรม การดัดแปลงพืชโดยการเพาะพันธุ์จะเปลี่ยนแปลงพันธุกรรมของพืชเพื่อให้มันมีลักษณะเป็นประโยชน์มากขึ้นสำหรับมนุษย์ เช่นผลไม้หรือเมล็ดมีขนาดใหญ่ขึ้น อดทนแล้ง หรือต้านทานต่อแมลงศัตรูพืช ความก้าวหน้าที่สำคัญในการเพาะพันธุ์พืชเกิดหลังจากการทำงานของนักพันธุกรรม Gregor Mendel งานของเขาในแอลลีล(ยีนที่เป็นคู่กันหรือแสดงลักษณะเดียวกัน [พจนานุกรมศัพท์ สสวท.]) ลักษณะเด่นและลักษณะด้อย แม้ว่าในตอนแรกไม่ได้รับความสนใจเกือบ 50 ปี ได้ให้นักปรับปรุงพันธุ์พืชมีความเข้าใจที่ดีขึ้นในเรื่องพันธุศาสตร์และเทคนิคการเพาะพันธุ์ การปรับปรุงพันธุ์พืชรวมถึงเทคนิคเช่นการคัดเลือกพันธุ์ที่มีลักษณะที่พึงประสงค์ การผสมเกสรตนเอง และการผสมข้ามเกสร และเทคนิคโมเลกุลที่ปรับเปลี่ยนพันธุกรรมสิ่งมีชีวิต[48]

การปรับพันธุ์พืชให้เข้ากับสภาพแวดล้อมได้เพิ่มผลผลิตในกว่าศตวรรษที่ผ่านมา เพิ่มความต้านทานโรคและการทนแล้งที่ดีขึ้น, การเก็บเกี่ยวที่ง่ายและการปรับปรุงรสชาติและคุณค่าทางโภชนาการของพืช การคัดเลือกและปรับปรุงพันธุ์อย่างระมัดระวังมีผลกระทบอย่างมากกับลักษณะของพืช การเลือกและการปรับปรุงพันธุ์พืชในทศวรรษที่ 1920 และ 1930 ได้ปรับปรุงทุ่งหญ้า (หญ้าและถั่ว) ในนิวซีแลนด์. X-ray และอัลตราไวโอเลตที่กว้างขวางชักนำให้เกิดความพยายามในการกลายพันธุ์ (เช่นพันธุวิศวกรรมดั้งเดิม) ในช่วงทศวรรษที่ 1950 ได้ผลิตเมล็ดพันธุ์ที่หลากหลายของธัญพืชทางการค้าอันทันสมัยเช่นข้าวสาลี ข้าวโพด และข้าวบาร์เลย์[49][50]

การปฏิวัติเขียวจะนิยมใช้การผสมข้ามพันธุ์แบบธรรมดาเพื่อให้รวดเร็วในการเพิ่มผลผลิตโดยการสร้าง "สายพันธุ์ที่ให้ผลผลิตสูง" ตัวอย่างเช่นอัตราผลตอบแทนเฉลี่ยของข้าวโพดในประเทศสหรัฐอเมริกาได้เพิ่มขึ้นจาก 2.5 ตันต่อเฮกตาร์ (40 บุชเชลต่อเอเคอร์) ในปี 1900 เป็นประมาณ 9.4 ตัน/เฮกตาร์ (150 บุชเชลต่อเอเคอร์) ในปี 2001 ในทำนองเดียวกัน ผลผลิตข้าวสาลีโดยเฉลี่ยทั่วโลกได้เพิ่มขึ้นจากน้อยกว่า 1 ตัน/เฮกตาร์ในปี 1900 เป็นมากกว่า 2.5 ตัน/เฮกตาร์ในปี 1990 ในอเมริกาใต้อัตราผลตอบแทนข้าวสาลีเฉลี่ยประมาณ 2 ตัน/เฮกตาร์ แอฟริกาต่ำกว่า 1 ตัน/เฮกตาร์ และอียิปต์และอารเบียสูงถึง 3.5-4 ตัน/เฮกตาร์ด้วยการมีชลประทาน ในทางตรงกันข้าม ผลผลิตข้าวสาลีเฉลี่ยในหลายประเทศเช่นฝรั่งเศสมีมากกว่า 8 ตัน/เฮกตาร์ การแปรเปลี่ยนในอัตราผลตอบแทนมีสาเหตุหลักมาจากการแปรเปลี่ยนของสภาพภูมิอากาศ พันธุศาสตร์ และระดับของเทคนิคการทำการเกษตรอย่างเข้มข้น (การใช้ปุ๋ย สารเคมีควบคุมศัตรูพืช การควบคุมการเจริญเติบโตเพื่อหลีกเลี่ยงการพักตัว)[51][52][53]

พันธุวิศวกรรม

บทความหลัก: พันธุวิศวกรรม

ดูเพิ่มเติม: อาหารดัดแปลงพันธุกรรม พืชดัดแปลงพันธุกรรม กฎระเบียบของการเปิดตัวของสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมและการถกเถียงเรื่องอาหารดัดแปลงพันธุกรรม

สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม (จีเอ็มโอ) เป็นสิ่งมีชีวิตที่สารพันธุกรรมของมันได้รับการแก้ไขโดยใช้เทคนิคพันธุวิศวกรรมที่รู้จักกันโดยทั่วไปว่าเป็นเทคโนโลยีผสมดีเอ็นเอ (อังกฤษ: recombinant DNA technology) พันธุวิศวกรรมมีการขยายยีนให้กับพ่อพันธุ์แม่พันธุ์เพื่อใช้ประโยชน์ในการสร้าง germlines ที่ต้องการสำหรับพืชใหม่ ความทนทานที่เพิ่มขึน เนื้อหาทางโภชนา การต้านทานแมลงและเชื้อไวรัส และความอดทนสารกำจัดวัชพืชเป็นเพียงไม่กี่ของคุณลักษณะที่ให้กับพันธุ์พืชผ่านทางพันธุวิศวกรรม[54] พืชจีเอ็มโอก่อให้เกิดความกังวลด้านความปลอดภัยของอาหารและการติดฉลากอาหาร หลายประเทศได้เข้มงวดในการผลิต การนำเข้าและ/หรือการใช้อาหารและพืชจีเอ็มโอ ซึ่งได้รับนำมาใช้อันเนื่องมาจากความกังวลเกี่ยวกับปัญหาสุขภาพที่อาจเกิดขึ้น และลดความหลากหลายทางการเกษตร และเพิ่มการปนเปื้อนของพืชที่ไม่ใช่จีเอ็มโอ[55] ปัจจุบัน สนธิสัญญาโลกชื่อว่า พิธีสารความปลอดภัยทางชีวภาพ จะกำกับดูแลการค้าของ GMOs มีการอภิปรายอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับการติดฉลากของอาหารที่ทำจาก GMOs และในขณะที่สหภาพยุโรปในปัจจุบันต้องการให้อาหารจีเอ็มโอทั้งหมดมีการระบุ แต่สหรัฐไม่ต้องการ[56]

เมล็ดพันธุ์ที่ต้านทานต่อสารกำจัดวัชพืชมียีนที่ถูกปลูกถ่ายเข้าไปในจีโนมของมันเพื่อช่วยให้พืชที่จะทนต่อการสัมผัสกับสารเคมีกำจัดวัชพืช รวมทั้ง glyphosates เมล็ดพันธุ์เหล่านี้ช่วยให้เกษตรกรสามารถปลูกพืชที่สามารถถูกฉีดพ่นด้วยสารเคมีกำจัดวัชพืชเพื่อควบคุมวัชพืชโดยไม่ทำร้ายพืชที่มีความต้านทาน พืชที่มีความต้านทานต่อสารกำจัดวัชพืชถูกใช้โดยเกษตรกรทั่วโลก[57] ด้วยการใช้ที่เพิ่มขึ้นของพืชที่ทนต่อสารกำจัดวัชพืช มีการเพิ่มขึ้นในการใช้สเปรย์สารกำจัดวัชพืชที่ใช้ glyphosate ในบางพื้นที่มีการพัฒนาวัชพืชที่ทนต่อสาร glyphosate ทำให้เกษตรกรหันไปใช้สารเคมีกำจัดวัชพืชอื่นๆ [58][59] บางการศึกษายังเชื่อมโยงการใช้งานอย่างแพร่หลายของ glyphosate กับการขาดธาตุเหล็กในพืชบางอย่างซึ่งเป็นความกังวลของทั้งการผลิตพืชและคุณภาพทางโภชนาการ ที่อาจเกิดผลกระทบทางเศรษฐกิจและสุขภาพ[60]

พืชจีเอ็มโออื่น ๆ ที่ใช้โดยผู้ปลูกรวมถึงพืชที่ทนต่อแมลง ที่มียีนจากแบคทีเรีย Bacillus thuringiensis (Bt) ที่อยู่ในดิน ซึ่งผลิตสารพิษที่เฉพาะเจาะจงต่อแมลง พืชเหล่านี้ป้องกันพืชจากความเสียหายที่เกิดจากแมลง[61] บางคนเชื่อว่าลักษณะทางพันธุกรรมที่คล้ายกันของต้านทานศัตรูพืชหรือดีกว่าสามารถจัดหามาได้ผ่านการปฏิบัติด้านการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม และความต้านทานต่อแมลงศัตรูพืชต่างๆสามารถได้รับจากการผสมข้ามพันธุ์หรือการผสมเกสรข้ามกับพันธุ์ป่า ในบางกรณีพันธุ์ป่าเป็นแหล่งที่มาหลักของลักษณะความต้านทานเช่นมะเขือเทศบางพันธุ์ที่ได้รับความต้านทานอย่างน้อย 19 โรคที่ได้มาผ่านทางการผสมข้ามกับประชากรป่าของมะเขือเทศ[62]