Cuộc Cách mạng Xanh đầu tiên diễn ra nhờ những thành công trong việc chọn tạo giống cây trồng, tiên phong bởi nhà nông học Norman Borlaug vào những năm 1960. Các giống lúa mì lùn năng suất cao do Borlaug và nhóm của ông lai tạo đã mang lại sản lượng ngũ cốc tăng gấp đôi. Cách mạng Xanh khi đó đã ngăn chặn nạn đói toàn cầu được dự đoán chắc chắn xảy ra vào những năm 1970 bởi những người có cái nhìn tiêu cực về dân số như nhà côn trùng học Paul Ehrlich của đại học Stanford. Sau đó, nhiều nhà chọn tạo cây trồng khác đã sử dụng phương thức của Borlaug để cải thiện giống, tăng năng suất cho các loại cây ngũ cốc thiết yếu khác. Kể từ năm 1961, sản lượng ngũ cốc toàn cầu đã tăng 400% trong khi dân số thế giới tăng 260%. ÔngBorlaug đã được trao giải Nobel Hòa bình năm 1970 cho những thành tựu của mình. Tất nhiên, những gián đoạn không mong muốn xảy ra do đại dịch COVID-19 và cuộc chiến của Nga vào Ukraine hiện đang làm xáo trộn nguồn cung ngũ cốc và phân bón trên toàn cầu.
Ông Borlaug đã cần khoảng 20 năm chọn tạo miệt mài để phát triển giống lúa mì năng suất cao và có khả năng kháng bệnh. Ngày nay, các nhà chọn tạo giống cây trồng đang tận dụng các công cụ của CNSH hiện đại để làm tăng đáng kể tỉ lệ tăng trưởng năng suất, khả năng chịu hạn và kháng bệnh trong cây trồng.
Cây trồng của cuộc Cách mạng Xanh yêu cầu tăng lượng phân bón sử dụng để đạt được năng suất cao hơn. Tuy nhiên, phân bón có một số tác dụng phụ có hại về mặt sinh thái. Ví dụ, sự rửa trôi của ni-tơ trên bề mặt và những phân bón khác không được cây trồng hấp thụ sẽ thúc đẩy sự phát triển của tảo có hại ở sông, hồ và các khu vực ven biển. Ngoài ra, lượng phân đạm dư thừa bị phân hủy bởi vi khuẩn trong đất khiến nồng độ khí nhà kính nitơ oxit trong khí quyển tăng lên, nồng độ này nếu tính theo pound (đơn vị khối lượng của Anh), sẽ có khả năng gây ra sự nóng lên toàn cầu cao hơn 300 lần so với khí cacbon đioxit.
Gần đây, các nhà chọn tạo giống cây trồng hiện đại đã có những bước đột phá trong việc cắt giảm đáng kể lượng phân đạm mà cây trồng cần cho ra ngũ cốc. Cụ thể là vào tháng 7 vừa qua, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã thông báo về sự phát triển của lúa và lúa mì “siêu nạp” mà họ thu nhận được bằng cách tăng gấp đôi sự biểu hiện của một gen điều hòa làm tăng khả năng hấp thụ nitơ lên gấp 4-5 lần và tăng cường khả năng quang hợp. Trong các thử nghiệm đồng ruộng, năng suất của cây lúa được chỉnh sửa gen cao hơn từ 40 đến 70% so với các giống lúa thông thường. Đột phá này cho phép nông dân tạo ra lương thực nhiều hơn với đầu vào và diện tích canh tác ít hơn.
Một số cây trồng như đậu nành và cỏ linh lăng thu nhận phần lớn lượng phân bón nitơ chúng cần thông qua mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn đất cố định đạm. Đậu nành cung cấp đường cho vi khuẩn sống trên rễ, và vi khuẩn này lấy nitơ từ không khí và biến nó thành phân nitrat và amoniac cung cấp ngược trở lại cho cây. Tuy nhiên, vi khuẩn cố định đạm không thể xâm nhập vào rễ của các cây ngũ cốc.
Một nhóm các nhà nghiên cứu liên kết với Đại học California Davis (Hoa Kỳ) đã công bố thành công của họ trong việc chỉnh sửa gen các giống lúa để làm cho rễ của chúng có thể tiếp nhận vi khuẩn cố định nitơ. Kết quả là, khi được trồng trong điều kiện nitơ trong đất hạn chế, năng suất của các giống được chỉnh sửa gen cao hơn từ 20 đến 35% so với các giống thông thường. Các nhà nghiên cứu tin rằng các kỹ thuật chỉnh sửa gen của họ có thể được áp dụng cho các loại cây ngũ cốc khác.
Cuộc Cách mạng Xanh mới dựa trên những ứng dụng công nghệ sinh học trong nông nghiệp hứa hẹn một tương lai mà ở đó thực phẩm được tạo ra nhiều hơn từ các cây trồng có năng suất cao hơn, sở dụng phân đạm ít hơn - điều này đồng nghĩa với việc sẽ có nhiều đất canh tác được phục hồi về tự nhiên hơn, nguồn nước ô nhiễm ít hơn và phát thải khí nhà kính được giảm thiểu.
