๑. การขยายพันธุ์พืช (Micropropagation) การนำเทคโนโลยีของการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชไปใช้ประโยชน์ ทางด้านการขยายพันธุ์พืชให้ได้ต้นปลอดโรคเป็นจำนวนมากอย่างรวดเร็ว (rapid asexual propagation) สามารถผลิตต้นพันธุ์ได้ตลอดปี ซึ่งเมื่อนำไปปลูก จะได้ต้นลักษณะเหมือนเดิมทุกประการ และให้ผลผลิตที่มีคุณภาพ ดี การขยายพันธุ์พืชโดยการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อนี้ปกติจะผลิตต้นพันธุ์ขนาดเล็ก (miniplant หรือ plantlet) ได้แก่ กล้วยไม้ เบญจมาศ ขิง สับปะรด กล้วย หรือผลิตในรูปของหัวพันธุ์ขนาดเล็ก (microtuber หรือ bulbler หรือ cormel) ได้แก่ มันฝรั่ง ลิลลี่ แกลดิโอลัส หรือผลิตเมล็ดพันธุ์พืชต่าง ๆ โดยวิธีบังคับให้เกิดโซมาติกเอมบริโอ หรือเอมบริออยด์ (somatic embryo หรือ embryoid) ได้แก่ แครอท มะละกอ กาแฟ หน่อไม้ฝรั่ง และถ้าเคลือบด้วยสารเคมีบางชนิด เช่น โซเดียมแอลจิเนต (sodiumalginate) ทำเป็นเปลือกเมล็ด (seed coat) ก็จะได้เป็นเมล็ดเทียม (artificial seed) สามารถเก็บรักษา และขนส่งได้สะดวกกว่าวิธีผลิตต้นโดยตรง
๒. การอนุรักษ์เชื้อพันธุ์พืช (Germplasm conservation, gene bank) เป็นการเก็บรักษาพันธุ์พืช คือ เก็บแคลลัสของพืชที่อุณหภูมิ -196 องศาเซลเซียส (cryopreservation) ควบคุมโดยใช้ไนโตรเจนเหลว สามารถเก็บไว้ได้เป็นเวลานาน และเมื่อนำมาบังคับให้เกิดต้น ต้นที่ได้ไม่มีการกลายพันธุ์ หรือการเก็บรวบรวมพันธุ์พืชโดยบังคับให้พืชโตช้า ๆ ในขวด (minimal growth) การอนุรักษ์เชื้อพันธุ์พืชในขวดนี้ใช้พื้นที่น้อย นอกจากจะอยู่ในสภาพปลอดเชื้อแล้ว ยังปลอดจากภัยธรรมชาติอีกด้วย ในประเทศไทยได้มีการวิจัยรวบรวมพันธุ์ส้มไผ่ มันสำปะหลัง กล้วย พืชตระกูลขิง และ พืชสมุนไพรไว้ในขวด

๓. การแลกเปลี่ยนพันธุ์พืชกับต่างประเทศ (International transfer) การแลกเปลี่ยนพันธุ์พืชในสภาพที่อยู่ในขวด สะดวกกว่าการใช้เมล็ดหรือส่วนอื่น ๆ ของพืช เพราะพืชในขวดสะอาดและปราศจากเชื้อ จุลินทรีย์และรา
๔. การผลิตสารทุติยภูมิ (Secondary metabolite) การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืชสมุนไพรต่าาง ๆ แบบเซลล์แขวนลอย (suspension culture) สามารถผลิตสารต่าง ๆ ได้ เช่น ผลิตสารใช้เป็นยาฆ่าแมลงที่ใช้ทางด้ านการเกษตร ผลิตยารักษาโรคใช้ทางด้านการแพทย์ และผลิตสารที่ทำให้กุ้งลอกคราบที่ใช้ทางการประมง

๕. การปรับปรุงพันธุ์พืช (Plant provement) ประโยชน์มหาศาลที่ได้จากการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช คือ การปรับปรุงพันธุ์พืช สามารถสร้างพันธุ์พืชต่าง ๆ ได้ตามความประสงค์ ซึ่งมีหลายวิธีการ

๕.๑ การเพาะเลี้ยงเอมบริโอหรือคัพภุ (embryoculture) สามารถช่วยชีวิตพืชพันธุ์ต่าง ๆ ให้รอดชีวิต (embryo rescue) พืชบางชนิดถ้าปล่อยเอมบริโอให้เจริญอยู่ภายในเมล็ดตามธรรมชาติ อาจตายได้ เนื่องจากไม่มีอาหารสะสมในเมล็ด เช่น กล้วยไม้ หรือบางชนิดมีอาหารสะสมอยู่ก็จริง แต่ไม่สามารถนำไปใช้ได้ เช่น มะพร้าวกะทิ ซึ่งตามปกติจะไม่งอกในธรรมชาติหรือการตายของแอมบริโอ เนื่องจากเกิด imcompatibility ระหว่างเอมบริโอกับอาหารสะสมที่อยู่ใน endosperm ปัจจุบันสามารถผลิตลูกผสมระหว่าง apple กับ pear ได้เป็น appear ลูกผสมระหว่างผักกาดขาว (Chinese cabbage) กับ กะหล่ำปลี (cabbage) ได้เป็นผักกาดกะหล่ำ (hakuran) ลูกผสมไม้ดอกต่าง ๆ เช่น สร้อยทอง (solidago) กับแอสเตอร์ (aster) ได้เป็น solidaster ลูกผสม ไม้ดอกประเภทหัว เช่น ว่านสี่ทิศ (amaryllis) กับเนอรีน (nerine) ได้เป็น amarine กับพลับพลึง (crinum) ได้เป็น amacrinum ซึ่งลูกผสมของพันธุ์พืช ใหม่ ๆ เหล่านี้ ทำได้โดยการผสมเกสรข้ามพันธุ์หรือข้ามชนิด เมื่อเกิดการปฏิสนธิได้เอมบริโอแล้ว จึงทำการแยกเอมบริโอมาเลี้ยงด้วยอาหารวิทยาศาสตร์ เพื่อช่วยให้ลูกผสมรอดชีวิต เป็นการพัฒนาพันธุ์พืชใหม่ ๆ นอกจากนี้ ยังเป็นการย่นระยะเวลาในการปรับปรุงพันธุ์ ได้อีกด้วย

๕.๒ การเพาะเลี้ยงอับละอองเกสร และละอองเกสรของพืช (anther และ pollen culture) ในอาหารสังเคราะห์จะได้เป็นต้นพืชที่มีโครโมโซม เพียงชุดเดียว (haploid plant) ซึ่งสามารถเพิ่มโครโมโซมได้เป็น 2 ชุด (homozygous diploid) ซึ่งเป็นพันธุ์แท้ โดยใช้สารพวกโคลชิซีน (colchicine) ปกติแล้วการทำพืชพันธุ์แท้ ทำได้โดยผสมตัวเองซ้ำหลาย ๆ ชั่วอายุ (generations) ซึ่งใช้เวลานานประมาณ ๖-๗ ปี แต่โดยวิธีการนี้สามารถลดเวลาในการสร้างพันธุ์แท้ได้ โดยใช้เวลาเพียง ๑-๒ ปี ตัวอย่างพืชพันธุ์แท้ที่สามารถสร้างได้โดยใช้วิธีการนี้ได้สำเร็จ ได้แก่ ข้าว ข้าวโพด เบญจมาศ เยอบีรา ลิลลี่ พริก มะเขือ สตรอเบอรี่ เป็นต้น ปกติแล้วการสร้างพืชพันธุ์แท้ เพื่อให้ได้ต้นพันธุ์ที่มีคุณสมบัติต่าง ๆ กัน เช่น ทนเค็ม ทนแล้ง ทนร้อน ทนยาฆ่าวัชพืช ทนโรค ก็สามารถคัดพันธุ์ได้ในหลอดทดลอง โดยการปรับสภาพอาหารที่ใช้เลี้ยง หรือสิ่งแวดล้อมที่เลี้ยงได้ตามจุดประสงค์ ก็สามารถสร้างพืชที่ทนต่อ stress ต่าง ๆ ได้ เช่น ข้าวทนเค็ม ข้าวทนต่อยาฆ่า วัชพืช เป็นต้น

๕.๓การชักนำให้พืชกลายพันธุ์เป็นพันธุ์ใหม่ ๆ (induced mutation) สามารถทำได้ ซึ่งปกติแล้วการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ โดยผ่านแคลลัสเลี้ยงไปเรื่อย ๆเป็นเวลาหลาย ๆ ปี ก็เป็นสาเหตุทำให้เกิดการกลายพันธุ์ได้ ที่เรียกว่า somaclonal variation การกลายพันธุ์เกิดจากการเพิ่มหรือการขาดหายไปของโครโมโซม หรือยีนส์ที่ควบคุมลักษณะทางกรรมพันธุ์ ถ้าต้องการต้นกลายพันธุ์ในปริมาณที่มากขึ้น ก็สามารถนำไป treat ด้วยสารเคมีที่เรียกว่า chemical mutagen ได้แก่ EMS (ethyl methane sulfonate) หรือนำไปฉายรังสี (irradiation) เช่น รังสีแกมมา (gamma-ray) เป็นวิธีการสร้างพืชพันธุ์ใหม่ ๆ ขึ้นมาได้ นอกเหนือจากวิธีการดั้งเดิม คือ การผสมเกสรให้ติดเมล็ด โดยขบวนการ pollination fertilization และ seed production ซึ่งเป็นวิธีการง่าย ๆ ที่เกษตรกรรู้จักกันดีอยู่ แล้ว

โครงการวิจัยและพัฒนาการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช ภาควิชาพืชสวน คณะเกษตร มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ สามารถสร้างพันธุ์พืชใหม่ ๆ ได้หลายชนิด โดยการชักนำให้กลายพันธุ์ โดยใช้รังสีแกมมา กับต้นพันธุ์พืชในขณะเลี้ยงอยู่ในหลอดทดลอง ได้แก่คาร์เนชั่น เบญจมาศ เก็กฮวย และกล้วย เป็นต้น ซึ่งพันธุ์ใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นนี้แตกต่างไปจากพันธุ์เดิม ในเรื่องของลักษณะ ขนาดของดอก ขนาดของผล นอกจากนี้ในการขยายพันธุ์กล้วยไม้เป็นจำนวนมาก โดยวิธีเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ ก็พบว่าเกิดการกลายพันธุ์ขึ้นเอง (spontaneous mutation) ได้พันธุ์ใหม่ ๆ มากมาย แตกต่างจากพันธุ์เดิม ในเรื่องของ ขนาดของดอก และสีดอกเปลี่ยนแปลงไปจากของเดิม สำหรับการวิจัยในเรื่องขิงนั้น ก็สามารถพัฒนาพันธุ์ขิงต้น tetraploid จากต้น diploid โดยการใช้โคลชิซีนร่วมกับเทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ

ในปัจจุบันนี้ เทคโนโลยีชีวภาพชั้นสูง ที่นักวิจัยในต่างประเทศสร้างพืชพันธุ์ใหม่ ๆ ขึ้น ก็โดยวิธีการรวมโปรโตพลาสต์ (protoplast fusion) เป็นการ รวมของเซลล์โซมาติก (somatic cell) จึงเรียกว่าเป็นการทำ somatic hybridization ซึ่งแตกต่างจาก zygotic hybridization ที่จะสามารถบังคับให้พืชต่างชนิด ต่าง สกุล ต่างหมู่ ต่างเหล่า ผสมกันได้ โดยใช้สารเคมี ได้แก่ PEG (polyethylene glycol) หรือแคลเซียมคลอไรด์ (calcium choride) หรือใช้กระแสไฟฟ้าเป็นตัวกระตุ้น ปัจจุบันก็ ็มีลูกผสมมากมายเป็นพืชพันธุ์ใหม่ เช่น pomato ซึ่งเป็นลูกผสมระหว่างมันฝรั่ง (potato) และมะเขือเทศ (tomato) พืชต้นนี้ให้ผลคล้ายมะเขือเทศตามกิ่งก้าน และให้หัวคล้ายมันฝรั่งที่รากอีกด้วย

นอกจากการวิจัยทางด้านการรวมโปรโตพลาสต์ ทำให้เกิดเป็นพืชพันธุ์ใหม่แล้ว ในต่างประเทศยังมีการศึกษาเกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะทางกรรมพันธุ์ โดยสามารถแยกเอานิวเคลียส (nucleus) จากเซลล์ หรือแยกกรดนิวคลีอิก (nucleic acid) หรือแม้กระทั่ง organelle เล็ก ๆ ในเซลล์ ได้แก่ พลาสมิด (plasmid) ไมโตคอนเดรีย (mitochondria) หรือ DNA จากพืช RNA จากแบคทีเรีย เข้าไปในโปรโตพลาสต์ของพืชเศรษฐกิจ และยังทำให้เกิดเป็นพืชพันธุ์ที่พึงประสงค์ได้ในต่างประเทศได้ทำการวิจัยกันอย่างจริงจัง สามารถผลิตพันธุ์ใหม่ ๆ ได้มากมายหลายชนิด ได้แก่ sunbean (sunflower + bean) ซึ่งเกิดจากการตัดเอาส่วนหนึ่งของยีนส์จากต้นถั่ว เข้าไปต่อกับยีนส์ของทานตะวันลูกผสม sunbean นี้มีลักษณะของต้นถั่วและทานตะวันรวมกัน และในชีวิตของเรานี้ก็คงจะมีพืชพันธุ์ใหม่ ๆ เกิดขึ้นอีกมากมายโดยใช้เทคนิคทางพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) หรือ recombinant DNA หรือ DNA technology ซึ่งบางอย่างก็อาจจะได้ทั้งประโยชน์และโทษ จึงควรพิจารณาให้ดีว่าสมควรจะนำเทคโนโลยีเหล่านี้ไปใช้ในขอบเขตแค่ไหน และอย่างไร