生物科技在農作物上之應用
王強生、王惠亮、陳良築、蔡新聲
摘 要
生物技術在農作物上的應用可分為組織培養及分子生物二個領域。 在組織培養方面，可應用於： l. 利用生長點或莖頂培養配合熱處理的技術，可去除作物之病毒，以達到發押俊良特性及生產潛力的效果，同時可大量繁殖抗病或不帶病原之健康植株。 2. 利用莖頂培養獲得之無菌苗或懸浮細胞，進行種源保存及引種。 3. 試管授精及胚培養的技術，可轉移存在於遠緣野生種之優良特性於商業品種上。 4. 花藥培養形成單倍體的技術，則使育成新品種的時間縮短，提高選拔效率及減少人力的投資。 5. 癒合組織及懸浮細胞培養的技術，則為大量篩選優良之突變體，提供高效率、省時及便捷之道。 6.原生質體在細胞融合與基因轉殖上之應用，更開啟了遺傳工程的大門。 在分子生物方面，可應用於：
l. 創造新花色。
2. 建立基因圖譜並進行基因分離。
3. 利用反義基因調節作物基因表現。
4. 植物病毒之診斷。
5. 利用基因工程技術育成抗病、蟲作物。
6.以特殖植物生產動物或人類疫苗。
本文簡述生物技術在這些領域上的應用情形。
一、引 言
生物技術的範圍很廣，泛指經由人為操作的方式，控制生物土長、發育甚或產生變異等現象的技術。 而狹義的生物技術則指利用組織培養或分子生物的技術，進行生物品種改良及生產改進的技術。我國生物技術的研究發展起步堆較歐、美、日等先進國家為晚，但自l 98l年行政院將之列為八大重點科技之一後，研究工作於大學及研究機構積極展開，目前已小有所成，以下簡述生物技術在農作物領域之應用情形。
二、生物技術在農作物上之應用情形
(一)組織培養在農作物領域之應用情形
1. 無病原健康植物體的產生及大量繁殖
(1) 無病植物體的產生
許多植物特別走無性繁殖作物，一經病毒（Virus）或其它可造成系統性感染之病原體如真菌、細菌或菌質侵入，則終其一生甚至其後代個體終將成為帶病原植株。此種植株除生長受到抑制外，其產量與品質也受到顯著影響。帶病原植株栽培於田間，又司經由昆蟲媒介或其他方式，迅速將病原傳播至其他未感染植株，此種病害流行的結果，可使作物於數個栽培季後全數遭受病原感染而失去生產潛能，對農業生產造成重大損失。許多優良作物品種由於全面遭受病原危害而被淘汰，造成遺傳形質永遠遺失，殊為可惜。生長點或莖頂培養提供去除病原簡便可行的機會。植物體分生組織的細胞含有較低濃度的病毒，早在l940年代就已知悉。Holmes(1948）證實痛毒在植物體內呈不均等分佈，接近生長點尖端部分之組織病毒含量較低：基於此觀念，Morel ＆ Martin（1952）成功的由培養感染病毒的大理花生長點獲得無病毒植株：從此以後大理花、康乃蓉、菊花、馬鈴薯、蘭花、柑橘、草莓及蘆筍等作物，無病毒莖頂培養工作大為盛行。根據Wang（198B0）的報導，可經由莖頂或生長點培養獲得無病毒苗或無病徵（Symptomless）苗的作物多達48種屬。本省有關生長點或莖頂培養去除病毒的研究，先後有Leu（1972）利用～大小莖頂培養獲得去除嵌紋病毒的甘蔗健株；Wang ＆Loo（1973）由複合感染多種病毒的馬鈴薯莖頂（約200u）培養，去除PVX、PVS、PVM、PVA及Leaf roll等病毒。Wang並由感染大蒜嵌紋病 （mosaic）之鱗莖生長點培養獲得無病毒株，及由複合感染多種病毒的 草莓莖頂培養獲得無病徵幼苗。1970年代，由中研院、台灣大學、 中興大學及農改場等單位，合作進行利用生長點培養去除馬鈴薯病毒， 並大量繁殖該無病毒馬鈴薯原種供農民種植，使馬鈴薯每公頃產量倍增成功之例，是組織培養枝術被實際應用於農業生產之範例：隨後農試所 以熱處理配合莖頂培養技術去除甘藷之病毒獲得成功。糖研所及香蕉研 究所以莖頂培養技術去除甘蔗及香蕉之病毒，並大量繁殖健康種苗，香蕉更因此篩選出抗fusarial Wilt之植株。目前大邦分營養繁殖作物均可利用生長點培巷法去除病毒。
利用莖頂培養獲得健株的方法往往受切取莖頂大小所左右，莖頂太小戍活不易，如木薯僅在切離的莖頂大於0.2mm時才能長成一完整植株， 否則僅形成癒合組織及根。而康乃馨莖頂小於0.2mm時不長根，大於 0.75mm時則mottle virus無法消除：故切離培殖體太大，無病毒株獲得 的機會相對減少。基於此缺點，植物無病毒株的獲得以利用熱處理法 配合切取較大的莖頂培養，可得更有效的結果。經過熱處理也許由於高熱使病毒不活性化，莖頂邦位病毒分佈之濃度有減低的傾向，此時摘取 之莖頂部位可較未經熱處理者大，因此可增加培養之成功率。例如甘藷 方面Hildebrand報導以38C熱療法，Alconero et al.（1975）及 Liao ＆ Chung（l979）以38 ~ 40C熱療法處理配合莖頂0.6mm大小培養，分別去除罹病株所感染的internal Cork, yellow dwarf, chlorotic spot 及複合感染的病毒。雖然生長點培養前配合熱處理可以增加無病毒之機會，然而並非所有植物均可忍受高溫處理，因此近年來有人成功的應用不同化學物質添加於培養基中，或在生長點切下時施以化學藥劑處理，以提高去除病毒機會。例如切取東亞蘭生長點時，利用抗ORSV病毒血清處理生長點，可增加無病毒苗獲得之百分比。在培養過程中添加一種核酸同分異構物Ribavirin(1-b-D-ribofuranosyl-1,2,4-triazolecarboxamide），可以抑制病毒活性，因而增加再生幼苗無毒化之比率。目前應用Ribavirin處理，成功獲得無病毒植物之例子，包括馬鈴薯病毒等十餘種，本省亦有應用此項枝數獲得無病毒竹苗及甘藷苗之例子。
(2) 大量繁殖
利用生長點培養再生小苗除了具有去除病毒之優點外，另一好處在於生長點細胞具有分化為完整植株之遺傳潛能，而且分化後植株極具遺傳穩定性，因此利用莖頂組織培養大量繁殖優良的營養繁殖作物，可減少傳統方法所需的投資及減少病蟲害重複感染的危險，使得商品品質均一，是解決大量繁殖最有利的方式。
Morel(l960）為了去除大花蕙蘭（Cymbidium）的病毒進行莖頂培養，意外的發現切取的莖頂在培養基上可形成芽球，將此芽球繼續切割，則可達無限繁殖的目的。據估計由一個莖頂經一年的繁殖可獲得一千六百萬棵幼小蘭株。自此莖頂培養的大量繁殖方式廣為盛行，如今已普遍的被利用在營養繁殖的園藝作物中：例如草莓由莖頂培養獲得大量無病毒植物體的方法，已被廣泛的應用於商業上。培養蘆筍雄株的莖頂也能達到大量繁殖的目的；這對蘆筍全雄育種，採種田所需的超雄性個體及同質雌性個體，短期間內大量繁殖非常有利。除了莖頂是大量繁殖的好材料之外：只要仍具有分生能力的植物組織都可以拿來做為培養的材料，例如蝴喋蘭可以幼葉或根端做為大量繁殖之材料，鹿角蕨可用幼葉大量繁殖，腎蕨或其它長有根莖（rhizome）或走莖（runner tip）之蕨類，可用此部份組織之尖端做為大量繁殖之材料。球莖或鱗莖類作物則可利用鱗片（bulb scale）繁殖，例如百合利用鱗片培養，可得比傳統鱗片沙插法發芽高出二十倍之植株，對進口名貴百合鱗片，獲取多量的植物體，組織培養是必不可少的工具。自然界中較長壽之木本植物，常屬稔實率較低之多倍體，這些植物主要以營養繁殖來延續：若能利用組織培養大量繁殖的技術，將高經濟價值植物之族群加大，則對人類將有莫大的貢獻。
許多植物病害之病原體，必須在活體細胞上才能成活並繁殖後代，此即所謂的絕對寄生菌 ， 例如白粉病菌、露菌病及一些不易培養的維管束繁殖細菌（Fastidious baceeria）等，病原體不同菌系（Strain）或菌株（isolate)之妥善保存與繁殖，乃進行此類病害研究不可或缺之程序。將其保存或繁殖於自然生長之植物，必須耗費大量空間與人力，而且又難以避免保存過程中，不同來源菌系或菌株之相互污染。而無菌下之組織培養，可以解決空閒不足及相互污染之困擾，並且可以將病原菌有效率的長期保存於活體上，隨時取用做為研究材料。不過病原菌接種在無菌培養的組織下，其接種量與時機之掌握十分重要，乃進行此項工作時極需突玻之重點，若無法妥善掌握會導致組織快速死亡；相對的病原菌之保存與繁殖也會因而受阻。另外有益微生物如菌根菌（mycorrhiza），必須在活體寄主之根部才能繁殖，此類真菌之廣為應用，有賴大量接種源之穩定供應，過去常接種在盆栽之活體植物上繁殖，因此在空間與人力上所費不貲。目前已有人利用組織培養將菌根菌與寄主一起培養，在有限的空間下大量繁殖菌根菌接種源供推廣及應用之用。
2. 種源（Germplasm）的保存及引種
許多作物的野生種，因為具有抗病基因或其它優良性狀，所以能經歷千百年流傳至今。但這些野生種由於工商業發達及人口急速膨脹的結果，使得原來農作物生長的土地被用來建築房子或其它用途，這些變遷使得具有高度價值的野生種已不復存在。是故 ”種源” 的保存及 ”種源庫” 的建立，是目前國際間最熱門的話題之一。各種農作物遺傳資源之長期保存，傳統上常採用種子之低溫冷藏。但有些作物種子存活力極低，不適合長期保存，以致必須定期取出播種發芽，耗費人工與空間至鉅；又營養繁殖的作物則因每年更新營養體面臨感染病蟲害的危險。組織培養技術司解決傳統種源保存，時、空與人力上極不經濟之缺點。組織培養超低溫冷藏走保存種源的最好方法之一。馬鈴薯、康乃馨、婉豆、樹薯、蘋果及胡蘿蔔等組織培養材料經適當處理後，可保存在-196C之液態氮下而不失去其活力長達23個月。各種繁殖體中以分生組織生長點最適合進行長期冷凍保存，主要由於其具有遺傳穩定性，不易發生突變及容易再生之優點。癒合組織、原生質體及體胚等組織或細胞，亦可用相同方式長期保存，但由於其遺傳之不穩定，故並非最佳之選擇。若液態氮保存的方式能普遍化，配合電腦處理的作物 ”種源庫”，將是我們留給後世子孫的無價之寶。
利用單純的莖頂培養法，只要培養基及環境稍加改變，亦可使每次繼代培養的間隔，延長至一年以上而達到種源保存的目的。例如0.2 M mannitol之培養基， 可延緩馬鈴薯及甘藷等植物莖頂培養一生長速度，達到保存種源過程中不必要的人力、物力浪費：各種植物所能忍受之最低溫則各有不同，如馬鈴薯6-l 0C、甘藷15 -18C、葡萄9C、草莓4C為適合抑止莖頂生長，而又不傷害到莖頂之種源保存溫度。
國際間優良種源或品種的交換，以傳統土壤栽培方式運送常使病蟲害遠渡重洋傳播外邦。各先進國為了杜絕因引種所導致病蟲害的傳播，都設有嚴密的檢疫制度，但病蟲害由一國傳至另一國之例仍屢見不鮮。利用生長點培養所得一無病毒苗，生長於人工合成的培養基下引種，是進行國際間引種的最佳途徑。
3. 胚培養及試管受精
胚培養是最早被應用於育種方面的組織培養技術。植物間存有許多白花或異花不合和的現象，其原因有因花粉管不能萌茅，或即使萌芽卻達不到珠孔而無法進入珠心：而有些則雖可授精，但授精卵卻發育不良，不能發育成完整的胚而中途夭折：更有些雖可發育成胚或種子，但種子播種後卻不會發芽。究其原因大部分為物理或生理的排斥而引起。為解決上述不合和的現象，使卵子和精子結合以達到正常胚的發育，試管授精伴隨子房
、胚珠或發育初期的幼胚培養是最住手段。例如種間雜交（intespecific cross）常因胚和母體不合和 ， 以致產生胚不能發芽的種子（如香蕉及許多塊莖作物），則胚培養提供了使種子發芽的機會。林木方面的種子發芽常需時數年，利用胚培養則只須數天，如此可縮短每一育種世代的時間）。以下是胚培養成功的幾個例子：
(1) 胚培養與單倍體的形成
將栽培種大麥（H. valgare）與野生種大麥（H. bulbosum）雜 交後生長約兩星期的幼胚培養，則因雜種胚發生染色體遺失的現象（chromosome elimintion）而產生單倍體，利用這種培養方式，加拿大某一私人種子公司，大量從事大麥的品種改良 ， 每年獲得上萬株以上的單倍體 ， 最近已有經由比法獲得註冊商標的優良品種。
(2) 胚的拯救
十字花科蔬菜可利用子房或胚珠的培養獲得種間或屬間雜種，例如青江菜（B. napus）是由蕪菁（B. campestris）和甘藍（B. oleracea）交配後產生之異質四元體（amphidiploid），這種蔬菜的產生走在極不可能的情形下自然獲得，日本的許多育種學家嚐試利用該二種親本再次交配以求獲得新的雜交種，但始終不成功。Inomata（l978）利用該二種蔬菜雜交後發育至四天的子房或胚珠培養，獲得了發育完好的胚，這些胚經由無菌播種可發育成小苗 ，結果發現眾多的雜種F1個體都具不同的表現型及成分含量，這種種間雜種後代的胚培養再經些許分力，可能發展出一些我們樂於食用的蔬菜。
木瓜未成熟胚培養是獲得遠緣雜交種後代的最好方法。為了將野土種木瓜Carica cauliflora 中杭輪點毒素病（ring spot virus）基因，轉移至栽培種木瓜Carica papaya上，抹用抗病回交育種法而進行兩種木瓜的逮緣雜交，但囚雜交胚常於發育早期即退化叱七，因此採取授粉後二星期之雜種胚加以培養（embryo rescue），可誘導出擬胚化癒合組織（embryogeniccallus），此癒合組織經擬胚體（embryoids）的誘導及植株再生，已成功的獲得遠緣雜交種後代並衣現出抗輪點毒素病之特性。
(3) 柑橘類作物之味心胚培養
柑橘可分單胚及多胚兩型，多胚型的柑橘除了包含一個由卵子跟精子結合的有性胚外，其餘則屬由珠心體細胞發育而來的珠心胚。這些珠心胚園藝上最重要的特性就是其遺傳組成完全和母體植株相同，而又不會帶有母體植林上所存在的病毒。利用這種特性，珠心胚的培養提供了
大量繁殖優良母株無病毒植物體的機會。對單胚種子的柑橘而言，則可培養珠心的體細胞，以促進此不含病毒之母體細胞分化成眾多的健康小苗。在柑橘雜交育種工作上，多胚種子的珠心胚常將授精卵胚壓擠，以致授精卵胚發育不良，播種後生長勢極差，不易選拔。培養早期發育之授精卵胚，因不受珠心胚之壓擠、而正常生長，為育種人員提供了比較正確的選拔機會。
(4) 蘭花種子的無菌播種
蘭花種子的胚只發育至球形期（globular stage），故蘭花種子的播種可算是早期的胚培養。早期的學者發現一般蘭花種子的播種均不發芽，但若播種後置放於成熟蘭株的花架下，則因灌水時可獲得來自成長
蘭株根部的共生菌（mycorrhyzae-like），而有少數種子可發芽，這種蘭根共生菌的主要功能在分解蘭花種子中少量的澱粉變成糖， 以供給球形胚繼繽發育所需的養分。Knudson（l922）利用上述原理將蘭花種子播種在含有無機鹽及2％蔗糖的培養基中，得到極高的發芽率。
4. 花藥培養產生單倍體之育種
自然界中，單倍體植物發生的頻度非常低，大約在0.001~0.01％間。許多方法如種間雜交後附隨而來的染色體數減少，以經過放射線處理後之花粉授粉，授粉時將花蕊行極端溫度的處理，延期授粉或遠緣雜交等，可或多或少增加單倍體植物形成的數目。然而這些方法既費時又費力，有時在最佳情況下，也只能產生極少數目的單倍體，因此低頻度單倍體的產生，限制了單倍體在育種上的應用。
花藥培養的主要目的在獲得單倍體。單倍體是指含有正常作物染色體數一半的個體，這種個體經染色體倍加處理後所產生的同質雙單元體，在作物品種改良上有其重要的意義。例如自交作物自雜種Fl獲得之同質雙單元體，可省去自交五至六代固定成純系之時間，而且提高選拔效率；異交作物則可利用產生之同質雙單元體選拔優良親本，以生產具有雜種優勢之Fl種子。單倍體對各個領域的基礎研究及應用亦具有相當價值，例如
- 應用在育種上司縮短育種年限，提高選拔效率，節省人力及財力；克服自花不合和性及克服雜種Fl之繼續分離，且較易檢定突變及選拔（尤其是隱性 逍傳因子），以作為突變育種的材料。
- 遺傳因子分析上，可做為簡單遺傳分離比之測定。
- 單倍原生質體可做為體細胞雜交的材料。
（D)由花藥培養所獲得之癒合組織經分化後形成之植物體，常可將病毒去除等多種功用。
此外，groutand Weatherhead（l980） 曾以Saintpaulia ionantha為材料 ， 發展出一套獲取抗病變異同質個體之模式，其過程是花粉粒進行培養前先進行人工誘變，以增加獲得變異植株之機會。以化學藥劑直接浸漬花粉粒，或將花粉粒培養於含有誘變劑之培養基中一段時間，再移入誘導單倍體形成的培養基，使之發育成單倍體植株，由於單倍體植株通常生長勢較弱，因此利用秋水仙鹼處理使之形成雙倍體植株，所有植株經抗病檢定篩選，具有應用潛力植株立即進行生長點培養以快速增殖，供進一步應用。應用此模式可使同質抗病植物在l2-18個月之內獲得，遠較傳統育種所費的時間縮短甚多。
5. 癒合組織及細胞懸浮培養
培殖體在含有適量激素（auxins）的培養基，產生癒合組織是最常凡的反應。未成熟胚、花藥、莖頂、生長點等含有分生組織的培殖體，都是誘導癒合組織形成的好材料。形成之癒合組織在培養過程中極易產生變異的細胞，發生變異的頻度常和培養時間的長短成正比。一般而言，未成熟胚所誘導的癒合組織，分化植物體的能力最強，而花藥來源之癒合組織則因染色體數是正常個體數的一半，所以利用它來進行隱性基因突變的誘導十分有利；以上二種癒合組織在作物品種改良上被應用得極廣。利用這些癒合組織所建立的懸浮細胞，則可應用於下列幾個領域：
(1) 突變的誘導及分離
傳統方法大都以放射線或化學誘變劑處理植物的種子或花粉來誘導
突變；這些方法不但誘導率低，而且處理上需要極龐大的數量，對人力、財力各方面的需求亦極多，所以不十分實用。利用細胞懸浮培養或原生質體培養配合化學誘變劑處理，再以平碟培養篩選出突變之細胞，可克服傳統法沒有效率而且浪費人力、財力的缺點。例如一般處理的懸浮細胞濃度若為每ml三百萬個，經EMS處理後的細胞就如同三百萬粒水稻種子需 十二公頃 用地去篩選一般，每個三角瓶若今有50ml的細胞懸浮液，則一個二角瓶內所含懸浮細胞之誘變育種，其效率約等於一般水稻種子處理法600公頃之用地。常用的誘變育種方式是將誘變劑處理後之癒合組織、懸浮細胞或原生質體，培養在希望產生抵抗某種環境之逆境中（stress environment）進行篩選工作，再將存活的細胞或原生質體誘導形成植物體，而後將分化之植物體栽培在逆境中選拔真正的突變體。例如Carlson利用此法從菸草的單倍體懸浮細胞及原生質體，分離到許多生化突變體。他先以處理單倍體細胞，無法生長於最少成份基本培養基之突 變 細 胞可 被誘得， 將 所 有 突 變 及 未 突 變 細 胞處理5-bromodeoxyuridine，當細胞分裂時5-bromodeoxyuridine會與DNA結合，經照光則可殺死細胞；所以經處理後之細胞，只有不能在最少成份培養基生長之突變細胞仍然成活，將這些存活的突變細胞培養於含有不同氨基酸、維他命及核酸等成分之培養基，而得到了許多營養需求突變體（auxotrophs），在1l9個癒合組織中得到了6個營養需求突變體，其中4個可誘導出植株。1973年Carlson又以類似的方法得到菸草的抗病品種。他以得自單倍植物體的葉肉細胞或原生質體，處理0.25％ EMS 小時，處理後之細胞或原生質體經新鮮培養基沖洗二次，經培養二星期後，再以含methionine-sulfoximine（MSO）之培養基培養二個月，成活的癒合組織再培養於不含MSO之培養基，經生長數月後之癒合組織，測定其對MS0之抵抗性，將仍具抗性之癒合組織倍加後誘導成植株，結果個突變體中，有三個司抵抗由Pseudomonas tabacci病原體所造成的病害，這種病原體所造成的毒素是methionine之同類物質。化學誘變劑也能 直接加在培養基中處理單倍植物體，例如Nitsch以含1~l 00m g/l EMS之培養基培養菸草花藥，可產生不同花色之單倍植物體，含N-3- nitrophenyl-N-pheneyl urea之培養基則獲得了白花突變種。Binging， Binging ＆ Straub發現將petunia單倍體細胞培養於含有抗生素（antibiotiC）之培養基中，結果某些生長情形良好之細胞對鏈黴素（Streptomycin）有抗性；這些結果顯示單倍體選拔的效率相當高。利用類似方法，對耐熱、耐鹽、耐早、抗寒、抗殺草劑及其他重要特性之突變，亦司經由懸浮細胞選出。
有時懸浮細胞或原生質體本身，即使不經誘變劑之處理，亦可產生許多變異而直接供選拔之用。許多報告指出，癒合組織及懸浮細胞或原生質體，經長期的培養均可形成變異，若從癒合組織、懸浮細胞或原生質體分化植物體走可能的，則這些癒合組織及懸浮細胞即可成為選拔突變體的材料，但因懸浮細胞有以下一優點， 所以取之為誘變育種的材料較癒合組織理想：(A)懸浮細胞生長速度比癒合組織快，且一次可處理多量之細胞；例如培養中的懸浮細胞約每一天半至二天倍加一次，培養初期之細胞濃度若為每以ml十萬個，則只需經十天培養即可使細胞濃度增加至每ml二百萬個。（B)暴露在選拔突變體的逆境中，懸浮細胞比癒合組織均勻。(C)癒合組織產生之突變體易受臨近未發生突變細胞之包圍而無法生長。(D)誘變劑之處理，懸浮細胞比癒合組織均一。
自懸浮細胞或原生質體中產生突變體，有人稱為體細胞突變（Somaclonal variation），這種突變產生的育種方式，特別適用於多倍體及具不稔而又以無性繁殖之異型結合個體（heterozyous），一旦有用的突變體被發現，立刻以組織培養法大量繁殖，極為簡單易行。但體細胞突變育種法也有以下幾個條件必須滿足才可實用：(A)發生之突變體必須極穩定。(B)發生的突變必須走重要的農藝性狀如產量、生長勢、成熟度、株型及稔實力等。(C)能產生以前未曾發生之突變，性狀尤佳。(D)育種家希望但無法以有性方式轉移之性狀。（E)確認新性狀所花的時間必須少於傳統育種法。（F)能在重要糧食作物產生希冀之突變體尤為育種家所歡迎。由於組織培養家常不是育種家，所以如何結合二個領域的專家，共同努力以開創Somaclonal variation之未來極為重要。增加遺傳變異的資源 ， 對現階段作物品種改良的工作，極其意義。自然界無法獲得之抗病基因， 可透過人工誘變法以取得突變單株。例如利用懸浮細胞、原土質體及癒合組織的細胞，在培養過程中以物理方法處理，如照射X或r射線，或以electrons, neutrons, protons, b及a particles等粒子撞擊，造成細胞DNA之突變，或利用化學藥劑處理進行人工誘變，亦不失為可行方法。 常用的誘變劑包括ethylmethansulfonate（EMS）及N-me-thyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine（NTG）等，整體而言使用化學誘變處理的例子較多 ， 結果也較穩定。
這些組織培養的誘變技術，使農業研究人員獲得極多的遺傳變異資源以進行不同需求之研究，這是過去傳統育種家夢寐以求之理想，而且也是應用傳統方法無法達到的。雖然遺傳變異資源已可簡易地獲得，但走正當其他育種學者大傷腦筋如何將變異個體篩選出來的同時，植病學者卻發現他們有極為優越的抗病篩選系統，可簡單，而快速地將具有抗病遺傳特性之個體篩選出來。例如有些植物病害之發生，乃由病原體分泌之毒質（toxin）所引起。利用組織培養枝術Brettell et al.（l980）。在培養基中加入l 00 m l/l之toxin，發現可以抑制大部分罹病玉米組織之生長，但有部分組織未受影響。將此正常組織誘導再生成為植株時，發現此種抗T-toxin之特性得以遺傳至後代。此方式提供了簡單易行且快速之篩選模式）特別適合toxin所造成病害之抗病篩選。此模式並且適用於抗藥劑、殺草劑或其他逆境（stress）之篩選。
(2) 人工種子之誘導及製作
有人說二十世紀能掌握種子市場的國家就能控制這個世界；也有人說未來國際間種子的生產事業將與組織培養息息相關。只要看到先進國的種子公司紛紛致力於組織培養科技的研究，就不難想像這些預言不是危言聳聽。目前種子商所賴以賺大錢的Fl種子或種苗，若能以組織培養大量繁殖及廉價供應，試問還有誰願花高價收購種子。目前研究的重點在於利用細胞培養形成的擬胚體製作人工種子，假若以生物反應器大量生產擬胚體的技術開發成功，細胞培養過程中之染色體變異可控制， 由懸浮細胞生成之擬胚體可同步化（synchronization）（使擬胚體之成熟期趨於一致，以方便製作人工種子之過程），而且提供擬胚體發芽所需養份之保護膜已研裝成功，則未來Fl種子的生產再也不是靠需要大量人力、地方的田間交配了，即使以營養體扦插繁殖之無性繁殖作物也可用人工種子播種了。
(3) 生產二次代謝物
二次代謝物（又稱次級代謝物）乃指化學構造複雜，非全部植物體或植物細胞均具有，由特殊遺傳形質控制，其合成與細胞之分化有關，對合成之細胞本身而言缺乏重要性之細胞代謝物如固醇、生物鹼類、抗生素及色素等。相對於二次代謝物則有一次代謝物（又稱初級代謝物），乃指對植物體生長、存活不可或缺，植物體所共有，如碳水化合物、脂肪、氨基酸、蛋白質及核酸等。利用組織或細胞培養法大量生產工業用或醫藥用的有機代謝物，特別是二次代謝物是最近十分熱門的話題。植物體本身具有很強的生合成能力，其所合成的化合物種類之多、範圍之廣，可能是其他生物無法相比的。目前已知的天然化合物有30,000多種，其中80％以上來自植物，可見高等植物在合成天然物質中所扮演的重要角色。而植物組織和細胞培養不受環境因素如氣候、季節、土壤和病蟲害的影響，能在地球上任何地方與任何時候進行，培養物及生產的物質整齋一致；任何新發現的植物種類都能立即著手培養能縮短繁殖和引種栽培的時間；同時還可以人工控制防止有毒藥物的擴散和濫用；尤其重要的是植物細胞培養可以工廠化生產而不與農業爭地，培養細胞生長迅速、周期短，能夠在人工控制條件下，採用科學方法提高產量和品質。
促使植物細胞培養生產二次代謝物，可從(A)選擇植物激素：(B)培養液的組成：(C)化學應力一誘引物質的添加；(D)物理應力及(E)分化培養等方面著手。利用微生物植入（microbial iinsert）的方法，將土壤微生物Agrobacterium rhizogenes 中具有誘發被感染植物或細胞產生大量毛狀根（hairy root）之基因，植入培植體或細胞中，以生產人參之主要藥用成份gensenoside已被日本工業界廣泛應用；利用根系生產二次代謝物之文獻極多，其產物以菸鹼（nicotine）及植物鹼為主。經由植物細胞培養生產的物質包括植物鹼、碳水化合物、心臟漿劑、酵素、殺蟲劑、荷爾蒙、色素及香味成份，目前已工業化生產之二次代謝物如（奈昆）、紅豆杉醇（taxol）、番紅花素（Saffron）及許多抗癌物質等。
植物細胞具有很強的生合成及產生新物質的能力，目前才只是它的起步階段而已，若能配合生物技術的快速發展，使得生產二次代謝物的成本降低，植物細胞培養將更受重視；一般預料，將來會有許多更高價的化合物利用此一技術以企業化生產。利用懸浮細胞土產人類有用的二次代謝物， 在培養技術及細胞株的選擇方面尚需加強 ， 這方面的研究，值得政府有關部門大力贊助。
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