其次，传统粮食增产方式是以高投入、高产出为支撑的，不仅导致农作物生产成本高及效益低，而且造成生态系统污染，直接影响到环境质量和农产品质量安全，构建高产、低耗粮食增产新模式任重道远。
第三，气候变化导致农业自然灾害呈进一步加重的趋势，使粮食生产的波动性和不稳定性增加，近20年我国粮食受灾面积均占到粮食播种面积的30%以上，每年因灾损失的粮食在1000亿斤左右。
面对如此严峻挑战和艰巨任务，必须依靠农业科技创新和技术进步，来支撑我国粮食生产从低效益、高资源依存型向多高效益、高科技依存型转变，以不断满足国内日益增长的粮食需求，确保实现国家粮食长久安全。
生物技术构筑安全体系
随着生命科学、物质科学等基础科学和生物技术、信息技术、材料技术等高技术不断向农业领域渗透和融合，世界农业科技不断注入新的发展动力。基因组学、蛋白质组学和生物信息学等生命科学前沿的快速发展，使农业生物基因资源与遗传改良研究日趋深入，正在形成以种质资源为基础、以基因为核心、以品种为载体的新型粮食安全研究开发体系。
以分子育种和杂种优势利用两大核心技术为支撑的作物现代高效育种技术体系初步成型，分子设计育种技术不仅可以实现优良农作物新品种的定向培育，大幅度提高育种效率，而且可以调控作物品质、产量与抗性等性状的协调改良，为突破产量、品质和抗逆性的协调改良技术瓶颈，提供了有效途径；利用杂种优势技术，聚合优质、高产、抗病虫、水肥高效利用等性状新基因，培育超高产、品质优、能抵抗多种自然灾害和病虫害的水稻、玉米、小麦等“超级作物”新品种也不断取得新进展。
