目前，植物組織培養已廣泛應用於國內外作物育種，並在以下幾個方面取得了很大進展:
(1)單倍體育種中的單倍體植株往往不能結實。當在培養中用秋水仙素處理時，染色體可以加倍，成為純合的二倍體植株。這種培養技術在育種中的應用稱為單倍體育種。單倍體育種具有速度快、效率高、壹次性獲得純合基因型的優點。因此，通過花藥或花粉培養進行單倍體育種是壹種全新的育種方法。並開始培育大面積種植的新作物品種。在單倍體育種中，中國科學家做出了傑出的貢獻。1974年育成世界上第壹個農作物新品種——煙草品種山雨1，隨後又育成中華8號水稻、京華1、單晶92-2097小麥等地區栽培的農作物新品種。還獲得了大量各種作物的花卉栽培新品系。河南省花藥培養育種取得豐碩成果，培育了裴華28、裴華2321、夏麥1、豫麥37、花花9號、華特早、豫麥60等優良品種(系)，已推廣700多萬畝，在全國名列前茅。
(2)胚培養在植物種間雜交或遠緣雜交中，雜種不育給遠緣雜交帶來許多困難。而胚胎早期體外培養可以使胚胎正常發育並成功培育雜交後代，通過克隆繁殖可以獲得大量具有相同特征的群體。胚胎培養已在50多個科和屬中獲得成功。在遠緣雜交中，可以將未受精的胚珠分離出來，用於試管中的不同花。
花粉在胚珠上萌發並受精，產生的雜種胚在試管中發育成完整的植株。這種方法被稱為“體外受精”。胚乳培養可獲得三倍體植株，為誘導三倍體植株開辟了壹條新途徑。三倍體加倍後，可獲得六倍體，培育出新的多倍體品種。
(3)細胞融合通過原生質體融合，可以部分克服有性雜交的不親和性，獲得體細胞雜種，從而創造新物種或選育優良品種，這是組織培養應用最吸引人的方面。目前已經獲得了40多個種間、屬間甚至科間的體細胞雜種和愈傷組織，其中壹些進壹步分化成苗。通過原生質體融合技術可以從不雜交的植物中獲得屬間雜種，如番茄和馬鈴薯、煙草和龍葵、芥菜和油菜，但這些雜種沒有實際應用價值。隨著原生質體融合、選擇和培養技術的不斷成熟和發展，未來有望獲得更多的體細胞雜種和具有壹定應用價值的經濟作物新品種。
(4)基因工程通過載體將目的基因切下來，將外源基因整合到植物基因組中是完全可能的。如果這項研究成功，將克服作物育種中的盲目性，根據人們的需要操縱作物的遺傳變異，成為優良品種。目前這項研究剛剛起步，植物的遺傳背景比原核生物更復雜。因此，有必要
通過基因工程提高作物產量和品質將是21世紀需要解決的問題。
(5)培養細胞的突變體，無論是愈傷組織培養還是細胞培養，都處於恒定的分生狀態，容易受到培養條件和外界壓力(如射線、化學物質)的影響而被誘導，從中篩選出對人有用的突變體，從而培育出新品種。特別是對壹些不易誘發突變、突變率低的性狀進行了細胞培養誘導、篩選和鑒定。
目前處理的細胞數量遠遠多於處理的個體數量，因此可能從中選出壹些突變率極低的性狀。如誘導植物抗病蟲、抗寒、耐鹽、抗除草劑和生理生化突變植株，為進壹步篩選和育種提供豐富的突變材料。目前通過該方法已篩選出抗病、耐鹽、高賴氨酸、高蛋白、高產的突變體，並已有部分用於生產。
2.2在植物脫毒和快速繁殖中的應用
脫毒苗和離體快繁是目前植物組織培養中應用最廣泛、最有效的方面。很多農產品都帶有病毒，尤其是無性植物，如土豆、紅薯、草莓、大蒜等。然而，並不是受感染植物的每個部位都攜帶病毒，懷特早在1943就發現植物生長點附近的病毒濃度很低，甚至沒有病毒。如果使用組織培養方法，取壹定大小的莖尖進行培養，再生的植株可以是無病毒的，從而獲得無病毒苗，然後將無病毒苗用於繁殖，這樣種植的作物不會或很少產生病毒。目前，組織培養已成功應用於甘蔗、菠蘿、香蕉、草莓等主要經濟作物。所用的外植體不限於莖尖。其他作物，如側芽、鱗片、葉片、鱗莖和根，都可以應用。由於組織培養法的突出特點是作物的快速繁殖，對於壹些繁殖系數低的“名、優、特、新、奇”作物品種的繁殖，對於脫毒苗、新育種、新引進、稀缺育種、優良單株、瀕危植物、基因等都有較大的意義。同時可以比常規方法快幾萬到上百萬倍的速度繁殖，及時提供大量優質種薯和種苗。脫毒馬鈴薯莖稈、無毒苗和微型脫毒種薯已廣泛應用於馬鈴薯生產，從根本上解決了馬鈴薯退化問題。目前，觀賞植物、園藝作物、經濟樹木、無性繁殖作物等的部分或大部分都是通過離體快繁提供種苗，國際市場上已經出現試管苗，並形成產業化。
2.3在生產植物有用產品中的應用
通過組織或細胞的大規模培養，有可能產生人類所需的所有天然有機化合物，如蛋白質、脂肪、糖、藥物、香料、生物密封和其他活性化合物。因此，這壹領域近年來引起了人們的極大興趣，許多工業部門都投入了研究。目前約有20種植物的培養組織中的有效物質高於原植物。在世界上已獲得100多項專利。近年來，單細胞培養生產蛋白質將為飼料和食品工業提供廣闊的原料生產前景。利用組織培養生產人工無法合成的微生物和藥物或有效成分的研究正在不斷深入，部分已投入工業化生產，預計未來會有更大發展。
2.4 .在植物種質資源保存和交流中的應用
農業生產是在現有種質資源的基礎上進行的。由於自然災害與生物的競爭以及人類活動對自然的影響，相當數量的植物物種已經在地球上消失或正在消失。具有獨特遺傳特征的生物物種的滅絕是不可彌補的損失。利用植物組織和細胞方法低溫保存種質，可以大大節省人力、物力和土地，也方便了種質。
資源的交換和轉移防止了有害病蟲害的人為傳播，為有用基因的保存和拯救帶來了希望。例如，胡蘿蔔和煙草等植物的細胞懸浮液可以在-20℃至-196℃的低溫下保存幾個月，但它們仍然可以再次生長並再生植株。
2.5在遺傳、生理、生化和病理研究中的應用
組織培養促進了植物遺傳學、生理學、生物化學和病理學的研究，已成為植物科學研究的常規方法。從花藥和花粉培養獲得的單倍體和純合二倍體植株是研究細胞遺傳學的極好材料。在細胞培養中容易引起變異和染色體改變，從而獲得附加系、代換系、易位系等新型作物。為研究染色工程開辟了壹條新的途徑。細胞培養和組織培養為研究植物生理活動提供了非常有力的手段。植物組織培養在礦質營養、有機營養、生長活性物質等方面開展了許多研究，有利於認識植物營養問題。用單細胞培養來研究植物的光合代謝是非常理想的。近年來，對光自養培養的研究也很有成效。在細胞生物合成的研究中，細胞組織培養也是非常有用的，比如找出尼古丁在煙草中的位置等。細胞培養為病理學的研究提供了方便，如通過單細胞或原生質體培養鑒定植物抗病性，幾天內即可出結果。
2.6 .研究開放式組織培養技術，解決世界性難題
利用壹次性塑料飲水杯和食品保鮮膜作為培養容器和密封材料，並添加抑菌劑抑制培養基的汙染，在自然光照的溫室中快速培育出合格健壯的植物組培苗。近日，該項目通過了包括中國著名工程院院士陳俊宇在內的9位專家學者的評審。專家認為，鑒於植物組織培養必須在嚴格無菌環境下操作的局限性，本研究開發了壹種高效抑菌劑。在培養基中添加抑菌劑後，培養基具有抑制真菌和細菌生長的作用，在有限的抑菌濃度範圍內對植物生長無不良影響。因此，在植物組織培養過程中，可以省去培養基的高壓滅菌程序，不用潔凈工作臺就可以進行接種，這是植物組織培養技術史上的重大突破，也是國內外首創；用普通聚乙烯塑料杯代替傳統的高溫高壓玻璃和聚丙烯塑料制品，用食品保鮮膜代替密封膜的技術也是國內外首創。研究所提出的完善的開放式植物組織培養規程和中藥抑菌劑研制的商品化培養基，大大降低了植物組織培養的成本，使植物組織培養的高精尖技術走向普通大眾，必將加快我國組織培養產業化的步伐，促進組織培養的發展。