除草剂抗性杂草的蔓延、基因组学的研究进展、气候变化以及对授粉昆虫种群数量持续减少的担忧，迫使农药行业不得不重新考虑作物保护的途径与方向。
    众所周知，世界人口目前已超过70亿，比上世纪60年代整整翻了一番。尽管自1963年以来世界人口的增长速度明显减缓，但是，世界人口在绝对数量上的大幅增长却是不容回避的客观事实，必然导致对粮食需求的持续增长。与此同时，对肉类食品需求的增长更大，而提供这些肉类食品所需的植物性饲料需要占用更多的土地种植。
    技术进步对供养日益增长的世界人口发挥了重要作用，其中，化肥、农药的作用功不可没，其在全球范围内的广泛使用对提高世界粮食产量至关重要。但是，继续依靠传统意义上的化肥、农药来进一步提高粮食产量的空间已十分有限。
    转基因作物，作为作物保护和提高作物产量的重要手段，在全球范围内的种植面积持续扩大，尽管在欧洲曾经受到很多人的反对。然而，耐除草剂抗性杂草的扩散与蔓延，导致转基因作物面临严峻挑战而陷入极度的困难状态。
草甘膦时代面临终结？
    孟山都等公司推广使用的生物技术作物，具有其设计上的简单性。以耐草甘膦种子（Roundup Ready）为例，其引入了单一的耐草甘膦基因，使作物对灭生性除草剂草甘膦（Roundup）具有耐受性。此类作物的种植，加上草甘膦的使用，可以轻易除去除种植作物之外的所有植物。然而，最初对草甘膦产生抗性的杂草，目前开始扩散和蔓延，导致该项生物技术可能面临以失败告终的命运，因为到目前为止，尚未发现能有效针对耐草甘膦抗性杂草的转基因作物与除草剂组合的替代技术。
    针对抗性杂草的蔓延和种植农户的诉求，农药行业似乎一筹莫展，竟然没有任何可供选用的新除草剂。其根本原因在于，转基因作物在美国和世界各地发展中国家的成功，使得世界各大农药巨头失去了对新除草剂开发的兴趣，“选择性除草剂不再那么重要”似乎成了行业共识。其结果是，在过去的20多年里几乎没有发现任何具有新作用方式的除草剂。这段时间内上市的除草剂，基本上是原有品种的改进与衍生。除草剂研究开发的放松与推延，给了杂草以环境适应、生物变异并最终发展成抗性的时间和空间。
    因此，完全有理由质疑，通过克隆单一的遗传基因而摒弃所有其它的生物属性，在未充分顾及复杂生态过程的情形下进行大规模种植，究竟是福是祸？生命过程需要生物多样性，作物也是如此。有事实表明，某些经济作物，如葡萄和可可，其周边具有一定的生物多样性反而有助于这类作物生长。也许其它作物也能受益于这种生物多样性，即使是自然界的授粉昆虫也更乐于分享多种植物花粉。
作物的化学保护
    理论上，杀虫剂的开发比除草剂容易，这主要是基于植物和昆虫之间的基本生物差异。害虫防治可以有多种方法，一般都不会对植物产生影响，但选择性却非常重要，因为农作物周围存在很多的有益昆虫，包括蜜蜂及其它授粉昆虫。因此，对有益昆虫的不良作用是衡量杀虫剂环境生态影响的重要指标。
    上世纪90年代，烟碱类化合物作为内吸性新型杀虫剂进入市场，并誉为对其它昆虫无不良影响。此类杀虫剂通过种子处理，渗透进入生长植物的细胞，从而令人相信其只会对咬食植物的害虫产生毒力作用，而不会对环境生态产生任何影响，即使对授粉昆虫也是安全的。然而，这种观点仅仅是理论上的推测，而事实并非如此。2006/2007年起，出现了“蜂群崩溃性紊乱”，导致蜜蜂种群大量消失而无法解释，从而怀疑烟碱类化合物是造成这种现象的原因之一。尽管尚未得出最终结论，但一系列研究表明，微孢子真菌和烟碱类化合物的共同作用可能是导致蜂群消失的主要原因。据推测，微孢子真菌会造成蜜蜂的过度能量消耗，致使蜜蜂饥饿难耐而大量食用含有烟碱类化合物的植物组织。
    绿色生物技术在杀虫方面也已形成规模产品，表达Bt毒素的转基因作物，如玉米和棉花等作物均已大量种植。然而，化学杀虫剂市场依然强劲，尤其在对转基因作物持强烈怀疑态度的欧洲更是如此，从而推动各大农药公司继续不遗余力地开发新型杀虫剂，如杜邦公司近年来推出的通过阻断位于钙通道的昆虫鱼尼丁受体而起到杀虫作用的双酰胺类化合物。
    对于传统的作物化学保护来说，受生物技术影响最小的是杀菌剂的开发，因为杀菌剂不存在来自转基因作物的竞争，也没有难以避免的副作用。有研究表明，即使在无病可治、无菌可杀的情况下，许多杀菌剂也有助于植物生长。因此，各大农药公司对杀菌剂的研究开发依然充满热情，并不断形成新的热点，如抑制真菌线粒体呼吸的吡唑酰胺类化合物，近年来受到各大公司热捧，颇具发展势头。Bayer公司的bixafen和penflufen（氟唑菌苯胺），Syngenta公司的isopyrazam和sedaxane（氟唑环菌胺），及BASF公司的fluxapyroxad（氟唑菌酰胺）等均属于此类新型杀菌剂。杀菌剂更便于加工成种子处理剂，从而减少其向环境中释放。
    综上，作物的化学保护依然具有良好的发展空间，具有新颖结构，尤其新的作用方式，并对环境生态安全的化合物是杀虫、杀菌剂的发展方向。
生物防治
    除了转基因作物和化学农药，作物保护的另一个“绿色”途径是生物防治。生物防治是利用天敌来控制有害生物种群，从应用上可分为传统方式和“增殖”方式（augmented way）。
    传统的生物防治是基于对有害生物的观测与调查，通常的情形是，有害生物迁移并进入新孳生区域后，其天敌却没有相伴而行，从而导致有害生物种群的无节制扩散而危害作物。通过在有害生物的新孳生区域接种天敌，可以在自然界生物种群之间达成天然平衡而实现控制有害生物的目的。而增殖的生物防治则是一种较激进的方式，其通过在生物工厂大量繁殖天敌种群，然后释放到田间将害物种群控制在危害水平以下。
    上述两种生物防治方式已针对上百种有害生物进行了充分的田间试验，应用试验最广泛的生物防治是针对蚜虫、粉虱、蓟马、叶螨和叶蝉等害虫。其中，捕食螨科Phytoseiidae（捕食用蓟马和其它叶螨）和茧蜂科Braconidae（胡蜂）已经在20多个国家和地区应用于害虫防治，主要市场包括荷兰、英国、法国和西班牙等地的温室作物。
    遗憾的是，多年来形成的依赖农药的种植习惯致使生物防治的推广应用屡遭挫折，备受冷落。农药行业认为生物防治过于繁琐，应用上受到限制；在过去的60年里大部分种植农户则已变得越来越离不开农药；政府部门的研究机构不再推行非化学防治；许多关于生物防治应用的文件、法规被束之高阁，有些生物防治方法甚至被禁用。
    然而，仍有不少科学家对生物防治持乐观态度，对生物防治的未来寄予希望。农药的抗性问题、消费者对无农药残留食品的需求及政府（尤其是欧盟）政策的转变，将为生物防治提供一定的发展空间。2010年在英国实施的针对原产于日本的入侵蓼科杂草虎杖（Fallopia japonica）的生物防治计划就是对生物防治方法的积极宣传，这是首次将生物防治方法应用于欧盟的杂草防除。农业生物科学国际研究中心的研究团队在日本本土筛选了多种用于控制这种杂草的昆虫，并发现了木虱科昆虫虎杖木虱（Aphalara itadori）而大量引进英国，用于蓼科杂草虎杖的防治。值得一提的是，这种木虱科昆虫不会危害其它任何植物。该项生物防治计划将持续数年，以观察能否控制这种恶性杂草可怕的生长蔓延。
加速作物的生物进化
    针对作物保护所面临的问题与挑战，农药行业依然致力于转基因作物和化学农药的更新换代。一批重要作物，如水稻、大豆、葡萄、棉花、玉米及油菜等，已经完成基因测序，有了各自的基因组成果。基于基因组学的研究成果，可望对整个的作物体系有所改进，而不是通过简单化的方法来引入或改变某个单一基因。如Bayer公司正在致力于根据种植环境来优化植物的整体代谢系统，使其具有更好的抗逆性。气候变化已经开始在全球范围内影响农业生产，抗逆性作物将显示其重要的经济价值。为了消除欧洲对转基因食品的普遍疑虑，Bayer公司正在努力用某些更“自然”的方法来达成这些目的，并与荷兰的专业种子公司Nunhems合作，利用基因组学和分子生物学的方法来加速作物的生物进化，在诱变选育的关键步骤上加快速度。
    利用化学物质或辐射可轻易实现诱变速率的提升，并获得对基因组的完全了解及需要改变的基因状态，进而可以选育诱变的种子并鉴定出最有希望的变异体，而不需要经历常规的植物生命的循环过程。这种选育过程节省了大量的开发时间、温室与田间试验空间及研究经费。
    Bayer公司Lambert领衔的研究团队有望利用2009年完成的油菜基因组开展选育研究，方向之一是防止油菜籽在收获前从植物上脱落，再就是调整其产生的脂肪酸的组成。菜籽油具有饱和脂肪酸含量低的特点，是比较健康的天然油品，但是在油品加工过程中往往会产生不需要的反式脂肪酸，为此，Lambert及其合作者正在研究调整油菜作物的代谢系统，以避免不需要的副产物。
    致力于作物进化的一系列其它研究计划正在进行中，主要目标是改进重要粮食作物，包括水稻、大豆、棉花、小麦和各种蔬菜的品质和特征，这些品质和特征，包括口味、储藏期限、环境抗逆性能（如干旱、霜冻）及营养储存等。很显然，依靠引入单一基因的传统方式根本不可能获得如此复杂的作物特征。
    作物保护应当拥有生态学的视野，并寄希望于各大公司能够正视过去的问题与教训，充分利用分子育种过程中所发现的遗传多样性，而不再局限于克隆某个单一的基因型。面对气候变化和人口增长对全球农业形成的持续挑战，生物多样性将成为大自然赐予人类的宝贵财富。
    〔Based on“New directions in crop protection” by Michael Gross, published on Current Biology (2011)〕