一、生物育种技术在农业领域的应用
美国在推动生物技术四大工程（即基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程）在农业领域应用的同时，也从传统农业步入生物工程农业时代，其中生物育种技术成为这一时代的亮点。
生物育种技术即指以转基因的方法，把不同植物，甚至动物的控制优良性状的基因，转移到所需要的植物或动物中去，实现按人的意志改良作物或动物的愿望。转基因作物培育相对传统作物的有性杂交及无性繁殖技术来说是一种全面的创新，具有缩短培育周期、克服常规育种无法逾越的障碍、促进物种间遗传物质的结合等优点，这一技术的应用大大提高了农作物的产量和农业效率。
本质上，植物基因工程的主要目的与常规育种一致，即创造出优良性状的作物新品种。自上个世纪70年代以来，美国利用基因育种技术，培育出了一批具有高产、抗虫、抗病、抗旱涝等特征的农作物品种。例如，利用基因工程技术，把一些高蛋白基因引入谷物作物，获得高蛋白小麦和高蛋白玉米，有助于解决人类食物紧缺问题；将细菌的杀虫基因转入到棉花中，使棉花能够抗棉铃虫；将冷水鱼的抗低温基因克隆到西红柿中，得到抗冻西红柿，使西红柿的生产期延长。利用细胞移植技术，将花蕊、子房或其他组织离体培养出再生植株，获得多种稳定的、有某种优势的品系，大大提高了培育优良品种的速度；通过植入固氮微生物的基因，使谷物等非豆科作物产生固氮能力，减少对化肥和非再生能源的依赖，提高单产和蛋白质的含量等等。
从总体来讲，转基因作物培育的主要优良性状有以下几类：转基因优质作物、转基因抗除草剂作物、转基因抗虫作物、转基因抗病毒作物、转基因抗真菌病害作物、转基因耐环境胁迫作物和转基因高产作物等。当然，并非每种转基因新培育品种只包含一个优良性状，它的目标可以是多性状综合优良新品种的培育。目前，生物技术育成的抗虫棉、抗虫玉米、抗除草剂玉米、抗虫马铃薯、抗除草剂大豆、油菜、棉花等转基因作物已在生产上获得广泛应用。
与此同时，美国的科学家利用基因工程方法将某些动物生长激素基因转移到细菌中，然后由细菌繁殖产生大量有用的激素。这些激素在畜禽新陈代谢过程中，能促进其体内蛋白质的合成和脂肪的消耗，从而加快生长发育，即在不增加饲料消耗的情况下提高畜禽的产量和品质。科学家已经成功地把某些动物基因转移到牛、猪、羊等的受精卵中，获得性能优异的畜禽品种。
另外，在病虫害综合防治方面，近年来，随着“天敌”对害虫致病、寄生的研究进展，美国已能通过提取这些发挥作用的物质，制成生物农药来防治植物病虫害，或是使“天敌”能够在体内合成致毒等物质，用作生物农药来防治植物病虫害。随着最新分子生物学手段的应用，转基因生物农药新品种不断涌现，向更安全和更环保的方面发展，且产品更新换代速度加快。利用生物农药的思路和转基因技术，美国能够生产出杀虫广、毒性强的微生物菌株，扩大了防治对象，增强了防治效果，只要把其喷洒在侵害作物的害虫上便可达到“以菌治虫”的目的。
此外，生物技术在美国农业中的应用，还让动植物成为制造“食用疫苗”和药物等的“工厂”。据悉，美国已开始利用水果、蔬菜生产抗肝炎、霍乱等传统疾病的疫苗。在利用动物的奶和蛋生产药物领域，一些研究成果的前景看好，包括绵羊奶已用于治疗囊性纤维变性，山羊奶已用于治疗癌症，鼠奶已用于治疗类风湿，鸡蛋已用于治疗流感。
二、生物技术作物品种的商业化应用
生物技术作物是美国农业生物技术产业的最重要领域。而且，美国是目前世界上生物技术作物种植面积最大的国家。自1996年开始第一个基因改良作物商业化种植以来，美国生物技术作物种植面积从150万公顷扩大到2004年的4470万公顷，7年间增长了29倍，约占世界种植面积的66%，是生物技术作物的最大产地和市场。当前，美国的玉米、棉花、大豆、油菜、番茄、甜瓜、水稻、亚麻、甜菜、南瓜、木瓜和菊苣等作物已有可供商业化种植的生物技术作物品种。其中已经大规模商业化种植的生物技术作物主要是玉米、棉花和大豆三种。据美国农业部的统计结果，2004年美国生物技术大豆面积为2573万公顷，占全国生物技术作物总面积的57.6%；生物技术玉米面积为1474万公顷，占33%；生物技术棉花面积为421万公顷，占9.4%。其中，以生物技术作物商业化种植的头几年面积增长速度最快，如1997、1998和1999的生物技术作物种植面积分别比上年增长了441%、153%和40%；近年来，生物技术作物面积增速明显趋缓，如2002、2003和2004年生物技术作物面积增幅仅分别为9%、5%和4.4%。按生物技术作物品种所导入特性分，2004年美国耐除草剂的生物技术作物种植面积为3165万公顷，占生物技术作物总面积的70.8%；BT抗虫生物技术作物的种植面积为973万公顷，占21.8%；兼具耐除草剂和BT抗虫特性的生物技术作物种植面积为330万公顷，占7.4%。
根据美国农业部农业统计局的资料，2004年美国生物技术大豆的品种面积为2573万公顷，比2003年增长6.6%，占大豆种植总面积的85%。自2001年以来，生物技术大豆种植面积以每年160万～200万公顷的幅度增加，从2001年的2039万公顷增加到了2002年和2003年的2215万公顷和2414万公顷。与此同时，生物技术大豆面积占大豆总面积的比例也从2001年的68%分别上升到了2002年和2003年的75%和81%。在三种主要生物技术作物中，目前以生物技术大豆的应用范围最广，覆盖率（生物技术大豆面积占大豆总面积的百分比）最高。从生物技术大豆的特性来看，2004年大面积商业化种植的生物技术大豆仍然只有耐除草剂特性一种。
2004年，美国生物技术棉花的种植面积为421万公顷，比2003年增长2.4%。2001年生物技术棉花面积虽曾达到了433万公顷，但2002年和2003年分别下降到了407万公顷和411万公顷。近年来生物技术棉花面积呈现逐渐回升势头，但2004年仍未恢复到历史最高水平。实际上，近年来生物技术棉花面积减少的直接原因是棉花种植总面积出现了下降。2001～2004年间，生物技术棉花的覆盖率分别为69%、71%、73%和74%，一直保持着稳定上升趋势。在三种主要生物技术作物中，生物技术棉花的覆盖率低于生物技术大豆而位居第二。从生物技术棉花的特性来看，2004年种植的生物技术棉花具有耐除草剂特性、BT抗虫特性以及兼具耐除草剂和BT抗虫特性三种类型。其中，耐除草剂的生物技术棉花面积166万公顷，占生物技术棉花总面积的39.5%；BT抗虫棉花面积89万公顷，占21%，兼具耐除草剂和BT抗虫特性的生物技术棉花面积为166万公顷，占39.5%。
据统计，2004年美国生物技术玉米种植面积为1474万公顷，比2003年增长15.2%。近年来，生物技术玉米面积增长较快，2002年比2001年增长36.6%，达到1089万公顷；2003年又比2002年增长17.6%，达到1280万公顷。自2001年以来，生物技术玉米的覆盖率也一直稳定上升，已从26%上升到了2004年的45%，每年升高5个百分点以上。总的来看，生物技术玉米的覆盖率在三种主要生物技术作物中为最低。
根据美国食品和药物管理局公布的资料，截至2004年，美国经过批准投入商业化应用的生物技术作物品种总数为59个。其中包括生物技术玉米品种17个，油菜品种9个，棉花品种8个，番茄品种6个，土豆品种4个，大豆品种3个，甜菜品种3个，南瓜品种2个，水稻、小麦、亚麻、木瓜、罗马甜瓜、菊苣和葡萄剪股颖品种各1个。从育种单位来看，孟山都公司在各育种单位中稳居首位，并且该公司是目前美国生物技术土豆品种的唯一来源；品种数量居第二、三位的是AgrEvo公司和Calgene公司。
在农业生物技术进步的带动下，农业生物技术公司也蓬勃发展起来。在世界颇具影响的农业生物技术公司即美国孟山都公司经过20多年的不断并购及生物技术创新，已由传统的化学农药公司成功地转型为农业生物技术公司，2004年年营业额约为60亿美元，居美国生物技术公司第二位。而在全世界前20大农业生物技术公司中，美国已占了10家。
三、农业生物技术产业公共政策的运用
美国农业生物技术应用之所以取得如此巨大的成就，主要应归根于其农业生物技术产业公共政策的运用。过去10多年来，美国农业生物技术产业公共政策可分为五个方面：
一是技术政策。作为世界上农业生物技术最先进的国家，美国政府发展农业生物技术产业的指导思想是，一方面强化自己的领先优势，引领世界农业生物技术产业的发展方向；另一方面发挥农业生物技术对其他科学技术的促进作用，全面推动经济社会可持续发展。为此，美国建立了高层次协调机制和产业组织体系，加大了对农业生物技术及其产业的投入。据统计，1985年全球作物生物技术研发总共投入了9亿美元，其中私有公司投了5.5亿美元（占61%），而1995年仅美国农业生物技术研发投入就有20亿美元（全球为27.5亿）。目前，美国在农业生物技术产业领域已形成了由政府、企业、科研机构和大学构成的联合研发生产机制。政府通过下放国有研发科研成果，鼓励产、学、研合作，已经成为美国农业生物技术产业不断发展并取得成功的一大特色。另据美国商务部2003年公布的一份生物技术产业调查报告显示，在商务部问卷调查的美国境内1031家公司中，有128家（占12%）生物技术公司从事与农业生物技术相关的活动，其中63%的公司从事植物及种苗相关的研究，41%的公司进行与家畜相关的研究，而进行水产相关研究的占16%。这些农业生物技术公司的研究经费投入相当高，平均占净销售额的34.2%。农业生物技术公司对研究的大规模资金投入反过来又推动了农业生物技术的长足进步。这样，二者相辅相成，相互推动，形成良性循环，为农业生物技术发展开辟了广阔的前景。
二是推广政策。农业生物的新技术令人目不暇接，但如何让农民能够很快接受才是其真正的关键。为此，美国各级政府从各个方面加强了对农业生物技术的推广和高效服务，并积极与各种专业协会和决策咨询机构形成了民间农业社会化服务，引导农民使用生物技术。内容包括大力宣传农业生物技术手段的好处，让农民普遍感到对农业生物技术产业化的投入很值。据美国明尼苏达州立大学国际粮食与农业政策中心的调查显示，2002年，来自玉米、大豆、棉花和油菜的收成创造的400亿美元价值中，一半是源于运用生物技术对种子进行改良的作物。在商品化的4种生物技术作物中，玉米每英亩的产量与传统品种产量相比增值最大，高达60美元。抗除草剂大豆的亩产收益增加将近15美元。另一方面，生物技术使得杀虫剂用量明显减少。以往美国农作物每英亩平均用农药22美元，现在生物技术作物仅用约10美元，效益的对比使生物技术作物更具竞争力。调查还认为，生物技术作物可以根据人类的需要，通过对作物基因的增加或减少，改变食物营养成分，使它变得更为丰富和适合人体需要；同时，生物技术作物本身具有的抗杂草、抗病毒和抗虫害能力，减少了化学药剂的使用和污染，保护了生态环境。美国国家食品和农业政策中心的最新研究也发现，美国2004年种植的1.18亿亩生物技术作物带来了66亿磅的增产，为美国农民增加了23亿美元的净收入；同时，生物技术作物将抗虫用品减少了34%，减少量达1560万磅，有利于环境保护。农民尝到甜头后，自然会对农业生物技术产业化产生强烈的渴望。
三是竞争政策。美国依靠市场机制和竞争政策，使得具有高投入、高产出特性的农业生物技术产业吸引众多投资者，从而使这个行业的竞争变得非常激烈。在优胜劣汰的市场竞争机制下，美国的农业生物技术产业始终保持了旺盛的生命力。为取得竞争优势，美国农业生物技术公司的兼并、重组此起彼伏。据业内人士分析，由于生物技术作物为精密农业注入了推动力，未来提供的转基因性状不仅仅是产量，资源保护和环境改良性状将成为新的焦点，因此，生物技术作物产业将会促进农资提供者和生物技术公司之间新一轮的重组。农业生物技术作物的种植和推广，在市场已经出现种子与农药、种子与除草剂、种子与化肥的捆绑销售，这个现象在生物技术抗除草剂作物上表现尤为突出。可以预料，不管是美国还是别的国家，农业生物技术作物产业的发展将会为新一轮农资公司的重组提供推动力。
四是商业化政策。即采取优惠措施，创造健康的并且鼓励竞争的商业环境和贸易政策，引导、保护和刺激技术创新。与此同时加大政府对研发的支出。据统计，过去20年，美国在开发农业生物技术方面的投入年均增幅达15.5%，其间，美国政府的专项拨款达35亿美元。最近，美国《世界农业》杂志发表的有关评述指出，近20多年来的基因技术成果已开始进入半商业化、商业化推广时期，由此拉开了世界农业生产大变革的帷幕。
五是经济政策。美国政府运用经济政策等杠杆，引导资金对农业生物技术及产业的投入。政府通过诸如税收优惠、政府担保、研发补贴、信息服务等一系列优惠措施，鼓励对农业生物技术产业的风险投资，进而推动了农业生物技术产业的快速发展。
来源:《中国科技成果》2007年第4期
