利用細胞工程技術進行作物育種，是迄今人類受益最多的一個方面。中國在這一領域已達到世界先進水平，以花藥單倍體育種途徑，培育出的水稻品種或品系有近百個，小麥有30個左右。其中河南省農科院培育的小麥新品種，具有抗倒伏、抗銹病、抗白粉病等優良性狀。
在常規的雜交育種中，育成一個新品種一般需要8～10年，而用細胞工程技術對雜種的花藥進行離體培養，可大大縮短育種周期，一般提前2～3年，而且有利優良性狀的篩選。前面已介紹過的微繁殖技術，在農業生產上也有廣泛的用途，其技術比較成熟，并已取得較大的經濟效益。例如，中國已解決了馬鈴薯的退化問題，日本麒麟公司已能在1000升容器中大量培養無病毒微型馬鈴薯塊莖作為種薯，實現種薯生產的自動化。通過植物體細胞的遺傳變異，篩選各種有經濟意義的突變體，為創造種質資源和新品種的選育發揮了作用。現已選育出優質的番茄、抗寒的亞麻、以及水稻、小麥、玉米等新品系。有希望通過這一技術改良作物的品質，使它更適合人類的營養需求。
蔬菜是人類膳食中不可缺少的成分，它為人體提供必需的維生素、礦物質等。蔬菜通常以種子、塊根、塊莖、插扦或分根等傳統方式進行繁殖，化費成本低。但是，在引種與繁育、品種的種性提純與復壯、育種過程的某些中間環節，植物細胞工程技術仍大有作為。例如，從國外引進蔬菜新品種，最初往往只有幾粒種子或很少量的塊根、塊莖等。要進行大規模的種植，必須先大量增殖，這就可應用微繁殖技術，在較短時間內迅速擴大群體。在常規育種過程中，也可應用原生質體或單倍體培養技術，快速繁殖后代，簡化制種程序。另外，還可結合植物基因工程技術，改良蔬菜品種。