到本世紀末，地球上的人口將從現在的67億上升到100億。我們將不得不面對一個巨大的難題：如何解決越來越多的人的吃飯問題，同時又不破壞環境？
水和土地都是有限的，這決定了我們不能為了增產，無限擴張耕地的面積。土地只有這麼多，產量必須提高，水的用量必須減少。而這還不是唯一的麻煩。環境變化也是一個棘手的問題：一些地方會遭遇洪水，而另一些區域卻面臨乾旱；並且，農作物還要與新的病蟲害作鬥爭。
因此，提高土地的耕種效率，出臺更有益的水資源使用政策，改進控制害蟲的綜合性手段，減少對環境的有害干預，並開發多種新的農作物，成為許多國家共同奮鬥的重要目標。而以上幾種策略，必須從環境、經濟和社會影響三個方面——即“可持續農業”的三大支柱——進行評估。
定義“轉基因”
“轉基因”與傳統的“基因修飾”有兩個主要的不同之處：第一，轉基因方法導入植物的都是性質明確的基因；第二，這些基因可以來自任何物種。與之相對，傳統農業的大部分基因改造法（如人工選擇，基因的種間轉移、隨機突變、標記基因選擇和異種嫁接）向農作物引入的基因性質並不明確。有時，傳統方法也會將一個物種的基因轉移至另一個物種，小麥和黑麥、大麥和黑麥之間的基因轉移就是例子。
根據2011年的數據，到2008年時，全球已有25個國家、12億公頃的土地種植了共30種轉基因作物，其中15個國家是發展中國家。預計到2015年，全球將種植120種轉基因作物（包括土豆和大米），其中半數的種子由亞洲和拉丁美洲地區的國家級機構研發，生產的農作物主要供應各自的國內市場。
安全性評價
科學界普遍認可市場上現有轉基因食品的安全性。過去14年中，全球共有約8億公頃土地種植了商品化的轉基因作物。迄今為止，這些作物沒有對健康和環境產生過任何負面作用。美國國家研究委員會（National Research Council）和歐盟聯合研究中心（Joint Research Centre）都認為，我們現有的知識體系足以評估轉基因食品的安全性。
許多研究都顯示，與傳統作物相比，轉基因作物並沒有對環境和健康產生更多 “意外後果”(unintended consequence)。然而，這並不意味著每一種轉基因作物都像市售的轉基因商品一樣表現得那麼友善。每一種經過改造的新作物——不論轉基因還是傳統的基因修飾，都可能帶來一些“意外”的惡性後果。在美國，轉基因作物必須接受3個政府機構“具體問題具體分析”式的評估，相比之下，傳統的基因改造作物卻不受上述監管。
然而，時至今日，只有在傳統育種的食品中發現的有害物質才會被登記在冊。譬如，人們曾經用傳統方法篩選出一種新的芹菜，其中含有大量補骨脂素，能夠驅蟲。但是，一些農民在收割這種芹菜後發生了嚴重的皮疹。這就是所謂的“意外後果”。
抗蟲作物
“可以真正替代化學抗蟲藥的偉大產品已經出現，其中一些已經投入使用，並且獲得了巨大的成功；另一些則還在實驗室裡進行測試；還有一部分，現在還只是那些想象力豐富的科學家腦子裡剛剛萌芽的點子，正在等待進入實驗室的機會。這些新產品，不論處於什麼階段，都有一個共同的標籤：生物技術。科學家根據對害蟲機體與生理構造的理解和認識，開發出這些新的手段。昆蟲學家、病理學家、遺傳學家、生理學家和生物化學家聚集在一起，正為了創造一種新的生物控制學，貢獻他們的智慧和靈感。”（蕾切爾卡森，1962年）
20世紀60年代，一本《寂靜的春天》使許多普通人意識到濫用農藥對環境和人類健康造成的惡果。即便到了今天，美國加利福尼亞州每年仍會發生數千起農藥中毒事件。全球範圍內，每年與農藥中毒有關的死亡人數達到了30萬。
減少廣譜抗蟲農藥的使用，是最初一批轉基因作物誕生的原因之一。玉米和棉花經過轉基因改造，能夠製造出一種蛋白，殺死危害這些作物的毛蟲和甲蟲等重要害蟲。製造這種蛋白的基因來自土壤中的蘇雲金芽孢桿菌（Bt，Bacillus thuringiensis）。Bt毒素對許多害蟲而言可以說是“烈性毒藥”，但對大部分益蟲和其他生物沒有影響，對人類也是無害的。
敏感的昆蟲吃下Bt作物後，會被Bt毒素殺死。這意味著，Bt作物可以非常有效地控制藏在植株內部的害蟲，還有那些無法被農藥徹底殺死的害蟲，例如鑽進莖稈的歐洲玉米螟（Ostrinia nubilalis）和躲在棉花球裡的棉紅鈴蟲（Pectinophora gossypiella）。
1996年，Bt作物正式商品化，成為了種植範圍第二大的轉基因作物。在此之前，Bt毒素已作為生物農藥使用了多年。有一些人直到現在還在使用這種農藥，其中包括有機農產品的種植者。人體已經暴露在Bt農藥中達數十年之久，這一事實使得美國環保局（EPA）和美國食品及藥品管理局（FDA）在批准Bt作物上市前，擁有豐富的材料來評價其安全性。另外，科學家用自然界中多種Bt毒素，做了大量毒性和過敏性實驗。根據實驗結果和長期累積的數據，人們的結論是：Bt作物和施用Bt農藥的傳統作物一樣，對人和動物的健康以及環境沒有負面影響，是安全的。
種植Bt作物減少了化學殺蟲劑的用量，因此對環境和經濟產生了正面效應，這對農業的可持續發展至關重要。以Bt棉花為中心，美國亞利桑那州建立起了一套完整的害蟲監控系統。這套系統運行了十多年，到今天仍然十分有效。從1996年到2008年，亞利桑那州的抗蟲農藥使用量減少了70%，省下了20億美元。
最近的一項研究還發現，從Bt玉米中獲得經濟利益的，不只是這種轉基因作物的種植者。2009年，美國有2 220萬公頃土地種植了Bt玉米，佔全美玉米種植總面積的63%。據估計，14年間，伊利諾伊州、明尼蘇達州和威斯康辛州的玉米種植者累計獲益達32億美元，值得一提的是，其中24億美元來自於種植非Bt玉米。這是由於，種植Bt玉米造成了對歐洲玉米螟的區域性壓制，減少了這種主要害蟲對普通玉米的危害。另一項可比的估計數據是，艾奧瓦州和內布拉斯加州玉米種植者總受益36億美元，其中19億美元來自於非Bt玉米。這些數據進一步印證了此前一些研究的觀點，即種植轉基因作物可以使種植者之外更大範圍內的人們受益。
種植Bt作物，同樣符合可持續農業的另一個重要目標，那就是增加生物多樣性。科學家對42項田間實驗進行分析後發現，與非Bt作物相比，種植Bt作物的田地裡，存在更豐富的無害無脊椎動物（比如昆蟲、蜘蛛、蟎，以及其他一些並非專門危害Bt作物的物種）。種植轉基因作物能夠豐富田地的生物多樣性，這一結論為抗蟲農藥的使用設置了一個基線，截至2005年，美國已有23%的玉米田和71%的棉花田，按照這一基線的指導來使用抗蟲農藥。
在發展中國家，Bt作物也展現出了它的好處。舉個例子，轉基因大米和棉花為印度等國的農民節約了大筆農藥支出。2005年，中國對“預備商品化”的轉基因大米進行的一次研究顯示，隨著農藥使用量的降低，與農藥相關的傷害事件也減少了。
然而，儘管Bt棉花有效控制了棉鈴蟲在中國的爆發，其他一些不能被Bt毒素殺死的害蟲，正變得越來越令人頭痛。這更加說明，Bt作物需要與其他抗蟲手段聯用。美國亞利桑那州就發展了一套全方位的害蟲控制系統，農民使用窄譜殺蟲劑對付那些不怕Bt毒素的主要害蟲。窄譜殺蟲劑可以保護其他益蟲。農民使用進食抑制劑對付草盲蝽(Lygus hesperus) 一類的害蟲，用昆蟲生長調控劑來對付菸草粉蝨（Bemisia tabaci）。
無論有機、合成還是基因工程製造的殺蟲劑，都會使害蟲產生抗藥性。對傳統蔬菜作物（非轉基因）反覆噴灑Bt農藥，已經使小菜蛾（Plutella xylostella）進化出了對Bt毒素的抗性。
這反映出農業上一個極為常見的現象：面對較高的選擇壓力，害蟲會進化出抗藥性。那麼，為什麼已經過了十多年，Bt作物仍能保持抗蟲的能力？答案要歸功於生物多樣性。如果農民將Bt作物和非轉基因作物混合種植，那些不產生Bt毒素的植物，就能幫助減緩抗性的產生。
那些眼睜睜看著Bt作物失去效果的人，大多沒有利用生物多樣性帶來的益處。種植Bt棉的印度農民就是一個例子，他們沒有給非Bt棉留下足夠的空間，棉紅鈴蟲便逐漸產生了非常強的Bt抗藥性。而在美國亞利桑那州，從1996年到2005年，農民一直採用生物多樣性的種植策略，那裡的棉紅鈴蟲沒有產生Bt抗藥性。
美國已經註銷了只帶有單一Cry1AC毒素的Bt棉。現在，他們的Bt棉都至少帶有兩種昆蟲毒素。新的Bt棉或Bt糧食都含有兩種以上的毒素，這既能延緩抗性的產生，又能擴大殺滅害蟲的譜系。有一種新Bt抗蟲棉能產生5種Bt毒素，其中3種殺滅蛾蟲，另外2種專殺甲蟲。
儘管生物多樣性的種植策略減緩了抗藥性的產生，但這種手段也有它的侷限性。比如，並不是所有農民都會照專家說的辦。一個替代性的抗蟲策略是，將不育的害蟲釋放到田間，與產生抗藥性的昆蟲進行交配。
2006年到2009年，亞利桑那州將這一手段引入他們的“綜合性”滅蟲計劃。農藥噴灑被淘汰出局，亞利桑那州的棉紅鈴蟲殺滅率達到99%。全方位、綜合性滅蟲策略的成功，印證了蕾切爾卡森的預言，為未來的農業生產提供了一副路線圖。
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