Pemuliaan tanaman
tanaman pada satu petak lahan). Berbagai tanaman penghasil komoditi dagang utama dunia seperti tebu, teh, kopi, lada, dan tarum dibudidayakan di berbagai tanah jajahan, termasuk Kepulauan Nusantara, tentu saja dengan melibatkan perbudakan atau tanam paksa. Pada abad ini pula cengkeh dan pala mulai ditanam di luar Maluku, sehingga harganya menurun dan tidak lagi menjadi rempah-rempah yang eksklusif.
Pola pertanaman monokultur yang diterapkan pada abad ke-18 dan ke-19 di Eropa dan perkebunan-perkebunan di berbagai negeri jajahan memakan korban dengan terjadinya dua wabah besar: serangan hawar kentang Phytophthora infestans yang menyebabkan Wabah Kelaparan Besar di Irlandia, Skotlandia serta beberapa wilayah Eropa lainnya sejak 1845 akibat dan hancurnya perkebunan kopi arabika dan liberika akibat serangan
karat daun Hemileia vastatrix di perkebunan dataran rendah Afrika dan Asia sejak 1861 sampai akhir abad ke-19. Pada tahun 1880-an juga meluas wabah penyakit sereh di berbagai perkebunan tebu dunia.
Para botaniwan dan ahli pertanian kemudian segera mengambil pelajaran dari kasus-kasus ini untuk menyediakan bahan tanam yang tahan terhadap serangan organisme pengganggu, sekaligus memberikan hasil yang lebih baik. Usaha-usaha perbaikan mutu genetik tanaman perkebunan mulai dilakukan pada akhir abad ke-19 di beberapa daerah koloni, termasuk Hindia Belanda.
Kebun penelitian gula (tebu) pertama kali didirikan di Semarang tahun 1885 (Proefstation Midden Java), setahun kemudian didirikan pula di Kagok, Jawa Barat, dan menyusul di Pasuruan tanggal 8 Juli 1887 (Proefstation Oost Java, POJ). Salah satu misinya adalah mengatasi kerugian akibat penyakit sereh. Pada tahun 1905 seluruh penelitian gula/tebu dipusatkan di Pasuruan (sekarang menjadi
P3GI). Berbagai klon tebu hasil lembaga penelitian ini pernah termasuk sebagai kultivar tebu paling unggul di dunia di paruh pertama abad ke-20, seperti POJ 2364, POJ 2878, dan POJ 3016 sehingga menjadikan Jawa sebagai produsen gula terbesar di belahan timur bumi.
Pusat penelitian karet (sekarang menjadi Pusat Penelitian Karet Indonesia) didirikan di Sungei Putih, Sumatera Utara, oleh AVROS, dan pemuliaan para dimulai sejak 1910. AVROS juga mendirikan lembaga penelitian kelapa sawit (sekarang populer sebagai PPKS) di Marihat, Sumatera Utara pada tahun 1911, meskipun tanaman ini sudah sejak 1848 didatangkan ke Medan/Deli dan Bogor.
Awal abad ke-20 menjadi titik perkembangan pemuliaan tanaman yang berbasis ilmu pengetahuan. Perkembangan pesat dalam botani, genetika, agronomi, dan statistika tumbuh sebagai motor utama modernisasi pemuliaan tanaman sejak awal abad ke-20 hingga 1980-an. Mekanisasi pertanian di dunia yang meluas sejak 1950-an memungkinkan penanaman secara massal dengan tenaga kerja minimal. Ketika
biologi molekular tumbuh pesat sejak 1970-an, pemuliaan tanaman juga mengambil manfaat darinya, dan mulailah perkembangan pemuliaan tanaman yang didukung ilmu tersebut sejak 1980-an. Bioinformatika juga perlahan-lahan mengambil peran statistika sebagai pendukung utama dalam analisis data eksperimen.
Penemuan kembali Hukum Pewarisan Mendel pada tahun 1900, eksperimen terhadap seleksi atas generasi hasil persilangan dan galur murni oleh Wilhelm Johannsen (dekade pertama abad ke-20), peletakan dasar Hukum Hardy-Weinberg (1908 dan 1909), dan penjelasan pewarisan kuantitatif berbasis Hukum Mendel oleh Sir Ronald Fisher pada tahun 1916 memberikan banyak dasar-dasar teoretik terhadap berbagai fenomena yang telah dikenal dalam praktik dan menjadi dasar bagi aplikasi ilmu dan teknologi dalam perbaikan kultivar.
Perkembangan yang paling revolusioner dalam genetika dan pemuliaan tanaman adalah ditemukannya cara perakitan varietas hibrida pada tahun 1910-an setelah serangkaian percobaan persilangan galur murni di Amerika Serikat sejak akhir abad ke-19 oleh Edward M. East, George H. Shull dan Donald F. Jones yang memanfaatkan gejala heterosis. Ditemukannya teknologi mandul jantan pada tahun 1940-an semakin meningkatkan efisiensi perakitan varietas hibrida.
Cara budidaya yang semakin efisien dan mendorong intensifikasi dalam pertanian, dengan penggunaan pupuk kimia, pestisida, dan mekanisasi pertanian, memunculkan lahan pertanian dengan kebutuhan benih berjumlah besar dan mulai menghasilkan "raksasa" dalam industri perbenihan. Tumbuhnya industri perbenihan juga dimungkinkan sejak adanya varietas hibrida karena benih
yang harus dibeli petani memungkinkan industri perbenihan untuk tumbuh. Dari sini mulai muncul pula isu perlindungan varietas tanaman. Di Amerika Serikat muncul Dekalb dan Pioneer Hi-Bred sebagai pemain utama dalam industri benih. Dari Eropa, wilayah yang telah memulai produksi benih setengah industrial pada abad ke-19, muncul KWS Saat dan NPZ (Jerman), serta SW Seeds (Swedia) sebagai pemain
utama di bidang perbenihan tanaman serealia dan pakan ternak hijauan. Di Taiwan dan Jepang juga berkembang perusahaan benih yang menguasai pasar regional Asia, seperti Sakata (Jepang) dan Known You Seeds (Taiwan).
Seusai Perang Dunia II (PD II) perbaikan genetik gandum yang didukung Yayasan Rockefeller di lembaga penelitian yang didanainya di Meksiko sebagai bagian dari paket teknologi untuk melipatgandakan hasil gandum menunjukkan keberhasilan. Strategi ini, yang dikonsep oleh Norman Borlaug, kemudian dicoba untuk diterapkan pada tanaman pokok lain, khususnya padi dan beberapa serealia minor lainnya
(seperti sorgum dan milet) dan didukung oleh FAO. Revolusi dalam teknik bercocok tanam ini kelak dikenal secara iinformal sebagai Revolusi Hijau. Untuk mendukung revolusi ini banyak dibentuk lembaga-lembaga penelitian perbaikan tanaman bertaraf dunia seperti CIMMYT (di Meksiko, 1957; sebagai kelanjutan dari lembaga milik Yayasan Rockefeller), IRRI (di
Filipina, 1960), ICRISAT (di Andhra Pradesh, India, 1972), dan CIP (di La Molina, Peru). Lembaga-lembaga ini sekarang tergabung dalam CGIAR dan koleksi serta hasil-hasil penelitiannya bersifat publik.
Akhir PD II juga menjadi awal berkembangnya teknik-teknik baru dalam perluasan latar genetik tanaman. Mutasi buatan, yang tekniknya dikenal sejak 1920-an, mulai luas dikembangkan pada tahun 1950-an sampai dengan 1970-an sebagai cara untuk menambahkan variabilitas genetik. Pemuliaan dengan menggunakan teknik mutasi buatan ini dikenal sebagai pemuliaan mutasi. Selain
mutasi, teknik perluasan latar genetik juga menggunakan teknik poliploidisasi buatan menggunakan kolkisin, yang dasar-dasarnya diperoleh dari berbagai percobaan oleh Karpechenko pada tahun 1920-an. Tanaman poliploid biasanya berukuran lebih besar dan dengan demikian memiliki hasil yang lebih tinggi.
Gelombang bioteknologi, yang memanfaatkan berbagai metode biologi molekuler, yang mulai menguat pada tahun 1970-an mengimbas pemuliaan tanaman. Tanaman transgenik pertama dilaporkan hampir bersamaan pada tahun 1983, yaitu tembakau, Petunia, dan bunga matahari. Selanjutnya muncul berbagai tanaman transgenik dari berbagai spesies lain; yang paling populer dan kontroversial adalah pada jagung,
kapas, tomat, dan kedelai yang disisipkan gen-gen toleran herbisida atau gen ketahanan terhadap hama tertentu. Perkembangan ini memunculkan wacana pemberian hak paten terhadap metode, gen, serta tumbuhan terlibat dalam proses rekayasa ini. Kalangan aktivis lingkungan dan sebagian filsuf menilai hal ini kontroversial dengan memunculkan kritik ideologis dan etis terhadap praktik ini
sebagai reaksinya, terutama karena teknologi ini dikuasai oleh segelintir perusahaan multinasional. Isu politik, lingkungan, dan etika, yang sebelumnya tidak pernah masuk dalam khazanah pemuliaan tanaman, mulai masuk sebagai pertimbangan baru.