通过遗传工程在超远缘杂交领域中取得了一些成功，但是还面临着许多难以逾越的障碍，其中最大的问题是，难以保持远缘杂交的长期遗传稳定性。因为在不同的种之间，或者在亲缘关系更远的不同科、不同目、不同纲之间，杂交双方存在着很大的差异性，彼此间“接触”后会很自然地产生排异，难以融合。这有点像在医学上，要把猪或其他动物的器官，移植到这种器官受损的病人体内，往往是很困难的。即使成功了，这个人体内的动物器官的特征，也不会成为—种遗传性状遗传给下一代。可以这样说，如何能使植物超远缘杂交的成功具备长期的遗传稳定性，也许是当前所有植物学疑难问题中最使人感兴趣的一个，也是最难以解决的一个。不过科学家们坚信，只要进行不懈的努力，在不久的将来必将有新的突破。
基因与转基因技术
“种瓜得瓜，种豆得豆”，“老鼠生来会打洞”。这类古老的遗传事实早为人们所知。
但遗传的机理，如种瓜为什么不能得豆，子女为什么会相似于双亲这样的问题却一直困扰着人们。
直到1865年，孟德尔的学说公布于世，遗传机理才有了一点眉目。孟德尔是奥地利的一位神甫，对大自然的现象非常感兴趣。他善于提出问题，再去解决问题，是一位伟大的实践家。为了解决遗传的一些机理问题，他在教堂的农地上试验豌豆的杂交，他把豆子的形状，花的颜色进行数字统计。最后，他发现这些豌豆的形状、颜色永远是按一定规律出现。孟德尔就把这些试验结果，总结为论文发表，这就是有名的“孟德尔定律”。孟德尔在论文中提出来的遗传单位或称之为遗传因子的概念，被后来丹麦的遗传学家约翰逊定义为遗传“基因”。
美国的实验胚胎学家摩尔根在果蝇的研究中发现基因是以一定的线性次序排列在细胞核的染色体上，从而建立了遗传的染色体学说。美国的细胞学家萨顿，根据自己的实验事实，很恰当地将孟德尔规律和摩尔根学说统一起来——基因由亲代传到子代的情形同染色体由亲代传到子代的情形相似。基因存在于细胞的染色体上。
大量的遗传学事实告诉我们：每一种生物体的各种性状都是由生物体内的众多基因控制着；每种生物体的细胞内所含的染色体的数目和形状是固定的；随着细胞核的分裂、染色体复制而一分为二，每一半染色体进入一个新形成的细胞中去。这样新形成的染色体数目和形状与老细胞是一致的。这样，子代相似于亲代初露端倪。
基因的物质基础是什么呢？瑞士一位年轻科学家证实了一种由化脓组织分离出来的基因物质是一种酸性物质，并称它为核素。后来，更多的科学工作者又从动物的生殖细胞核内分离了同性的“核素”，并确定这种核素的化学物质就是脱氧核糖核酸（即DNA），而一个基因单位就是DNA分子上面的一个片段。基因的基本功能是决定某种特殊蛋白质的一级结构。
基因存在于真核细胞中核内的染色体上。而在原核细胞中，基因却存在于细胞质的细胞器上，像叶绿体基因、线粒体基因等。所以，生物体的各种性状都是由基因决定的，但基因也会在环境的作用下产生变异。这样，环境的作用会通过基因变异而表现出性状的变异。这就是我们所熟知的所谓外因会通过内因起作用的哲学原理的实例。
在我们已经了解了遗传机理之后，为了改善某些生物的品质和产量，就设想将不同品种的生物细胞中决定良好性状的某些基因转移到另一种生物体上去，并使这些决定良好性状的基因特性表达出来，这就是转基因的最初出现点。1987年，美国的森福德教授首创了转基因技术，他是用金属钨或金的微粒（直径仅0.4～1.0微米）作为载体，在缓冲液中与已经分离出来的DNA相混合，并使用氯化钙使DNA沉淀在金属微粒上。用这种裹有遗传基因的金属微粒作为子弹，再利用高压气体或电弧放电作为子弹枪，将金属微粒打入受体的生物细胞核中去。在那里，金属子弹上的DNA被整合到受体生物的染色体上。从而实现了基因转移。在受体细胞进行细胞分裂时，在异体DNA的指导下，新细胞就可以合成出具有异体细胞的蛋白来，从而使异体生物的性状在受体生物上得以表达。
利用“基因枪”转基因技术，在改良植物品种、创造新品种的育种工作中发展很快，并取得了一个个具有实践意义并令人吃惊的成果。例如，利用根瘤土壤杆菌进行转导的禾本科粮食作物就获得了很大成功，像玉米、水稻、小麦等都已获得了转基因的工程株。
在“基因枪”转基因技术的启发下，现在转基因技术方法有了很大进展。科学家们还创造了转基因的电激法，就是将受体生物细胞放在含有DNA特殊的培养液内，再通入强烈的电脉冲刺激，可在受体细胞膜上打出小孔，培养液中的DNA通过小孔进入受体细胞并被整合到核内的染色体上。基因转移完成后，电脉冲停止，细胞膜上的小孔又被关闭。利用这种技术，不仅取得了一些植物的转基因，甚至加拿大的丹·莱佛伯博士还宣告：使用电激法已将哺乳动物体的基因转移到了植物细胞内，创造出动植物体生物。
利用转基因技术，人类已初步操纵了生命。
大家都知道，我们在儿童时期要分期到医院接种几种疫苗。对疫苗，相信大家也都很熟悉，它是能使机体产生有免疫力的病毒，如牛痘疫苗、麻疹疫苗等，通常也包括能使机体产生免疫力的细菌制剂、抗毒素、类毒素等。疫苗对我们的健康至关重要。
但是要说香蕉里面有疫苗，恐怕大家闻所未闻吧！事实上，不但是香蕉，其他某些植物上也可带有疫苗，这些植物我们称其为疫苗转基因植物。基因是生物体遗传的基本单位。我们可以运用生命科学和生物工程技术，将外源疫苗基因导入植物体内，经过培养使其带有该种疫苗。那么，人或动物通过食用这种植物就吃进疫苗了，就可收到药食两用的效果，这是农业科学同医药科学的有机结合。
在美国，已培育成烟草、土豆、番茄等“乙肝”疫苗转基因植物。德克萨斯农业机械大学和奥尔良大学研究人员以小鼠做实验，通过使其吃了转基因土豆（“工程土豆”）而对导致腹泻的病菌产生免疫力。美国研究人员还成功地将外源基因导入香蕉，还计划将大肠杆菌基因导入香蕉，制成含有转基因的香蕉食品罐头。直接食用这种香蕉或食用罐头香蕉食品，均可起到“食用疫苗”的作用。
另外，还可通过转基因植物生产抗体及其他医药产品。如美国采用基因工程技术将外源基因导入玉米或大豆，使其种子产生抗癌单克隆抗体，并通过蛋白质提取和分离技术回收了种子中的抗体。美国生产的一种“工程土豆”能生产螺旋杆菌的一种活性蛋白，它能产生对付霍乱的抗体，用“工程烟草植物”生产的抗体掺入牙膏中可防治致龋齿病菌诱发的牙病。
日本帝国大学研究人员将能产生降血压作用的缩氨酸基因导入番茄中，首次培育出具有降血压功效的番茄新品种。这样，高血压病患者通过吃番茄，既可增加营养又可降血压。
生命科学和生物工程技术的运用和发展，也使动物具有保健作用。比如在英国，研究人员通过基因工程，使山羊的奶含有一种叫TPA的物质，能治疗心脏病。韩国培育了一种低胆固醇的优质肉用猪，可以放心地吃个够，而不必惧怕因此而患动脉硬化症和心脏病。
随着科学的不断发展，会有更多的生物工程产品问世，我们享用水果、蔬菜、肉蛋等食品，不再仅仅是为了获取高营养，还可得到治病、美容、延寿等效果。基因工程可以开发抗逆和高产植物品种
在植物的育种过程中，利用基因工程可以打破物种的界限。只要是有利的基因，无论是细菌、动物还是其他植物甚至是人的基因，都可以转移给要改良的植物，培育出新型的植物，这就是转基因植物。另外，还可以对植物的原有基因进行修饰，把其中控制不利性状的基因剪掉或设法把它封闭起来而不发挥作用。用这些方法，人们已经开发了许多抗逆、高产植物品种。
所谓抗逆品种，是指植物具有抗病、抗虫、抗冻、抗除草剂、抗旱、抗寒、抗盐碱等特性。目前，在这些领域已取得不同程度的成功。
抗病毒植物基因工程。1986年美国科学家培育出抗烟草花叶病毒的转基因植株之后，又培育出了抗黄瓜花叶病毒、苜蓿花叶病毒的转基因植株。1986年以来，中国科学院的科学工作者有重点地加快这一领域的研究，已经成功培育出抗病的烟草、蕃茄和青椒。
抗虫植物基因工程。1990年我国科学家把苏云金芽孢杆菌杀虫基因导入棉花，培育出了棉花抗虫品种。害虫在这种棉花植株上取食后会出现厌食症状而死亡。同年11月，我国科学家又将苏云金杆菌晶体蛋白基因转入烟草，获得了能自身产生杀虫物质的植株。今后，有望实施这种基因工程的植物还有番茄、马铃薯、玉米、大豆、油菜、苜蓿等。
抗除草剂植物基因工程。该工程是植物基因工程中较为成功的一个领域。除草剂可以将农田里的杂草除掉，但往往也对农田里的作物产生危害。目前已培育出的有镇草宁、敌稗等几种抗除草剂的转基因植物。另外，美国科学家从鼠沙门氏菌中分离出抗除草剂基因后，引入了蕃茄和烟草，也培育出了抗除草剂的转基因植株。
在抗盐碱、抗寒、抗冻、抗旱植物基因工程。在这一领域，中外科学家们也进行了一些尝试，并取得不少成果。中国科学院的科研工作者，从耐旱、耐盐植物中分离出与脯氨酸合成有关的基因，将它与抗卡那霉素的基因连接在一起，然后导入烟草中，得到的转基因烟草提高了耐盐性。另外，有人将马铃薯的基因导入西红柿，得到了抗寒性较强的西红柿，这样的西红柿可以在冬季种植而无需大棚的保护。美国一家公司人工合成了带有“不冻结”蛋白质密码的遗传基因，将这种基因植入西红柿，在冷冻时细胞不会因内部水分膨胀而改变组织结构和味道。英国的科学家正在研究如何培育出能在摄氏零度以下生长的草莓和马铃薯，一旦获得成功，一些寒冷的不毛之地将会被开垦种植。美国科学家还正在致力于把仙人掌的基因移入小麦、玉米或大豆，以培育抗旱的新品种。
用基因工程可以提高植物的光合作用效率，达到提高农作物产量的目的。若能把光合作用效率较高的作物（如C4型作物）的基因转移到水稻等作物上，有可能使水稻成为早熟品种。这不仅意味着可以增加一年的茬数而达到增产，而且还能利用光合作用吸收更多的CO2和放出更多的O2，对人类面临的环境问题也会大有裨益。
基因技术在改良植物品种方面和细胞技术的差别
基因技术在改良植物品种方面是在分子水平上进行的。从理论上来说，可以将任何生物——包括动物、植物、微生物以及人类的基因与原来植物的基因进行重组，以培育出性状优良的新品种。与此相比，细胞技术在改良植物品种方面仍然是在细胞水平上进行的，其中的细胞融合、细胞培养、细胞重组等都必须是植物细胞，不能将动物或人的细胞进行上述这些细胞技术操作。
基因技术在改良植物品种时，可以对原有基因进行剪切，去掉不良基因，保留优良基因，还可以从外界引入优良的基因。而细胞技术在改良植物品种时采取的是要么全部保留原有细胞的基因，要么全部换成外来基因的方法。其中细胞融合、细胞培养所得到的新品种保留了原来细胞的全部基因，而遗传物质转移这种细胞技术则是把原来细胞的基因都去掉后换上外来的基因。
基因技术在改良植物品种时更具根本性，因而也更能最大限度地满足人们的需要。人类可以设计出甚至“创造出”有重要经济价值的、充分汇集不同生物中对人类有益性状的植物新品种。但基因技术往往操作复杂、耗资巨大、设备复杂，因而难度较大。与此相比，细胞技术虽不能像基因技术那样“任意”培育出新品种，但在可行的范围内却表现出设备简单、耗资较少和操作方便的特点。
生物技术对提高食品品质的意义
生物技术在提高食品的营养品质方面取得了很大成就，生产出了被人们誉为“人造肉”的单细胞蛋白；同样，生物技术在提高食品的色、香、味、形等品质以及食品卫生方面也取得了重大进展。
首先，利用生物技术可以制得各种食品添加剂，它不影响食品的营养价值，具有防止食品腐败变质、增强食品感官性质的作用。例如，发酵工程生产的柠檬酸打破了传统的酸味剂只有醋和乳酸的局面，成为近代食品工业中的第一食用酸味剂。另外，发酵工程制得的L—苹果酸是国际食品界公认的安全性食品添加剂，是加工果酱、果汁、饮料、糖果等的优选酸味剂之一。在甜味剂的生产方面，用酶工程法合成的天冬氨素较过去的化学合成法有两个优点：不产生有苦味的副产品，因而省去了纯化的工序；降低了原料消耗，可节约30％左右。
用发酵工程制得的新型鲜味剂有乌苷酸和肌苷酸，它们与传统的鲜味剂味精混合使用，能成倍地提高鲜味。
