由于植物多倍体具有许多可供利用的优良特性，因此引起了人们的注意。中国鲍文奎等从1951年开始进行普通小麦与黑麦的属间杂交和同源四倍体水稻育种工作，1964年从一些杂交组合中选出了结实率较高、种子饱满度较好的一些八倍体小黑麦选系，1973年试种成功，1978年在中国西北、西南地区推广，这是八倍体小黑麦作为新的粮食作物第1次大面积在生产上推广应用。1985年，他们又得到一些产量和品质均超过对照的四倍体水稻无性系。
由于人工合成的双二倍体其异源染色体组间的不协调，常会出现结实率不高、籽粒饱满度差等缺点，因此大部分不能在生产上直接利用。一般是利用人工合成的双二倍体再与栽培品种杂交而间接利用。例如，1978年李振声等利用从普通小麦与长穗偃麦草杂交后代中选出的中间类型，再与普通小麦杂交选育出抗锈病、叶锈病和青干病的丰产小麦“小偃4号”和“小偃6号”等。
在果树方面，由于大多数果树为多年生，并采用无性繁殖，利用多倍体繁殖比其他作物更为有效。自然和人工都可产生有利用价值的多倍体。如四倍体苹果金帅来自芽变；夏葡萄是秋水仙素诱导的四倍体，而四倍体巨峰葡萄则是大粒康拜尔和森田尼杂交育成的。此外，多倍体牧草、芝麻、荞麦等在生产上也有所利用。
从20世纪30年代至90年代，人工创造多倍体的工作在基础和应用研究方面都取得了重大进展。今后，继续创造有直接或间接利用价值的新的多倍体类型仍有很大发展潜力。以人工合成的多倍体为桥梁亲本与栽培品种杂交，将外源遗传物质导入栽培品种的遗传背景，进一步丰富遗传资源，培育高产、抗逆、优质的栽培品种，越来越受到遗传育种学家的重视，并日益显示出广阔的发展前景。此外，利用亲缘种与栽培种杂交创造多类型雄性不育系，以便选配强优势杂交种也将是有待进一步开发的领域。组织培养和体细胞杂交技术的发展，将会进一步促进多倍体创新和利用研究的深入开展。
物理诱变育种
利用物理手段发生变异，并从中进行新品种的选育，称为物理诱变育种。物理诱变育种开始于20世纪30年代。随着原子能技术的广泛应用，世界很多国家都展开了物理诱变育种。
1964年，粮农组织（FAO）／国际原子能机构（IAEA）联合处成立，开始组织国际合作研究，将物理诱发突变由基础性研究转向实际应用，并取得了显著成绩，促进了农业生产，获得了明显的经济效益。
诱发作物产生突变是一种有效的育种手段。通过物理因素（一般指辐照）诱发突变所产生的变异性与进化进程中自发突变所发生的变异性并没有本质上的差别。但是，在变异的频率和范围上，物理诱变超出一般的自发突变，提高了突变率和扩大了突变谱。可能获得曾在进化中出现过但又消失了的在现有品种或品质资料中不能找到的遗传变异，甚至是自然界尚未出现或很难出现的新基因源。诱发突变还能创造和增加不同于基因重组形成的遗传变异，改变现有基因的等位性，打破连锁群，使单基因和基因群易位或消除，对改良由单基因控制的性状较为有效。同时诱发产生的变异较易稳定，可缩短育种年限。
在物理诱变育种中常采用的物理诱变剂是能引起物质电离的射线：ν射线（放射性同位素60Co、137Cs或核反应产生）、X射线（X光机产生）、中子（核反应堆或加速器产生，根据中子所带能量大小又分热中子、慢中子、中能中子、快中子和超快中子）、β射线和α射线（放射性同位素或加速器产生）以及紫外线、激光、无线电微波、电子流和离子束等。
物理诱变育种可以改良作物的某些特性，如产量能力、生育期、生长习性和株型、抗倒伏性和秸秆折断性、抗碎裂和抗脱落性、抗逆性和抗病虫害，以及淀粉、蛋白质、重要氨基酸、脂肪和油、有毒物质含量等品质指标。利用诱变出现的广泛变异，能创造各类遗传资源。通过辐射诱变还可以解决其他植物育种问题，如：克服植物不亲和性、诱导染色体易位、进行基因转移和诱导不对称杂种等。
目前，诱变育种的应用，以在生产上直接利用突变品种或以突变品种为亲本选育出新品种所取得的经济效益最大。据不完全统计，至1989年，已有51个国家利用诱变技术在136种植物上育成推广了1 330个品种。植物种类由禾谷类、豆类扩大到油料、工业原料、糖料、经济作物、果树、蔬菜、牧草、无性繁殖植物以及花卉等观赏植物。其中粮食作物、油料作物、纤维作物突变品种占2／3。诱变育成品种数量较多的国家有中国、印度、荷兰、前苏联、日本等国。许多国家在诱变品种的推广中收益很大。
我国的诱变育种取得了很大成绩，突变品种的数量、种植面积和经济效益均居世界各国之首。育成的水稻、小麦、玉米、棉花、大豆、花生、油菜的突变品种多达241个。
同样，物理诱变育种也存在缺点，如诱发突变的方向、性质以及希望出现的变异频率还难以掌握；一般诱发有益的变异很少，无益的变异极多；除了某些性状受一对主基因控制外，一般情况下难以在同一次处理、同一突变体中有多种性状出现理想的变异。因此，从分子水平上探讨诱变的机理和某些规律性，深入研究定向诱变将是一项十分重要的课题。
要提高物理诱变育种的成效和水平，很大程度上依赖于诱发突变效率和选择效率的提高。诱变处理的原始材料的遗传背景，对诱发突变的表现和效率有重要作用。国内外的研究资料表明，诱变和杂交相结合是诱变育种的改进和发展。通过辐照处理杂合材料或将辐照诱发的有利用价值的突变体应用到杂交育种中，可以发挥基因突变和杂交重组率提高的双重作用，明显提高了突变频率并扩大了突变谱。开拓利用新诱变因素和方法，也有助于提高诱变效率。
近年来，激光、电子流、离子束等新技术已应用于诱变育种。1979年，中国科学院西北植物研究所用激光诱变育成“小偃6号”，推广面积达67万公顷以上。优质早籼品种“红突31”是用电子流处理水稻“红410”萌动种子后选育成的。
离子束注入生物效应于80年代中期发现，并很快投入诱变育种中应用，目前我国在这方面的研究在国际上处于领先地位。
1990年，吴跃进等用30keV的氮离子束处理水稻广亲和系干种子获得了优良突变体。1991年，程备久等对离子注入棉花的生物学效应进行了研究。由于离子束与生物体相互作用与ν射线、激光等有根本的区别，利用离子注入的高激发性、剂量集中性和可控性，将来有可能发展成定位诱变技术。
改进诱变处理方法，在辐照前后对材料进行温度、化学诱变剂和DNA修复抑制剂等的复合处理，也能取得较好的效果。
多年的研究和实践表明，物理诱变育种是创造作物新种质、选育优良品种、提高作物产量和品质的有效途径，也是常规育种难以取代的育种方式。诱变育种与杂交育种、生物技术的结合，将更能发挥其“创新”的特长。
细胞工程育种
植物细胞育种最初从组织和细胞培养开始，1902年德国科学家Haberlandt便开始了培养离体细胞的尝试。30~40年代随着植物生理学和细胞营养学的知识积累，植物组织培养技术有了实质性进展。自此以后，这方面的工作进展很快，特别是1958年美国植物生理学家Steward首次在胡萝卜细胞悬浮培养中成功地诱导出胚状体，并发育成完整植株。这在植物组织培养中是划时代的，使Haberlandt在20世纪初提出的植物细胞全能性的假设得以科学地证实。其实，在同时德国的植物学家Reinert也由培养的胡萝卜细胞通过体胚再生植株。这些工作很快地引起从事遗传育种研究的专家们的注意。当时他们设想，既然单细胞可以通过胚胎发生途径再生完整植株，那么在理论上就有可能用它来加速繁殖，并可以像微生物一样通过理化诱变筛选突变体。甚至，进一步人们还可以将两种不同的植物细胞融合在一起，并得到杂种植物。1972年，科学家首次把两种烟草原生质体融合在一起，这一成功给育种学家和植物学家带来新的希望。假如我们不经过有性繁殖就能够把不同植物细胞融合在一起，便可创造千千万万自然界中不存在的植物。比如，将西红柿和土豆杂交得到的植物，上面结西红柿下面长土豆。这些设想，大大拓展了细胞育种的空间。然而，真正有实际应用意义的是60年代初，法国Morel利用茎尖培养去病毒，并用于增殖快繁，这导致试管苗技术应运而生。我国在这方面已有不少成功的经验，甘蔗的试管苗繁殖即是一例。
众所周知，甘蔗的繁殖系数很低，获得一个优良的品系，推广出去至少要花上8～10年的时间，常规繁殖每公顷要用6～75吨种蔗，第二年只能扩种到5公顷，第三年25公顷。这不仅影响推广速度，而且又增加了种蔗的消耗。如果用组织培养方法，用20千克种蔗的芽尖分生繁殖，第一年即可得300万株苗，第二年春将这些苗定植在一级砂培苗圃里，到夏天转入二级组培种茎苗圃（由于组培中激素的后效应，组培苗较细、分蘖多，故可分转到二级苗圃），第三年得到的苗即可种植4 000公顷。广西甘蔗新品种“桂糖10号”就是用此法推广开的。此外，试管苗技术在珍、稀、名、特种质资源的保存上也非常有意义。我国在80年代进行试管苗的产业化开发，其中最为成功的要数广东的香蕉、广西的甘蔗、山东的草莓，都形成规模宏大的试管苗工厂，年产试管苗达数千万株，创造了巨大的经济效益。脱毒快繁的无菌苗产量高（一般比带毒苗增产20％～50％）、品质好、商品性能显著提高，深受农民的欢迎。我国近几年大力推广的脱毒山芋也产生了巨大的经济效益。
此外，自20世纪60年代印度科学家Guha和Maheshwari以毛叶曼陀罗为材料通过花药培养获得单倍体胚状体以来，目前国际上已有200余种植物通过花药培养获得花粉植株。其中我国首先培育成功的有40余种。水稻、小麦、玉米、烟草等作物的花药培养已开始在育种中发挥作用。截止到80年代末，我国通过花药培养的方法育出了20多个农作物新品种，种植面积达130多万公顷，比较有影响的水稻品种，有中花12、京花101等，小麦品种有京花5号等。
除农作物花培育种以外，林木果树的花培育种工作也广泛地开展起来，林木果树的花药培养是一项更困难、但也更具有开发利用价值的技术。因为木本植物本身通常是高度杂合的，许多木本植物通过有性杂交育种相当困难。通过花药培养，有可能得到一个具有高度变异的不同的花粉植株群体，再通过加倍和选择便可得到有用的纯系，从而可能选出新品种。我国在这方面取得了可喜的进展，由橡胶、杨树的多个种以及苹果、柑橘、龙眼、荔枝、葡萄等果树均已获得一批花粉植株，有些已经开始走向应用。
另外，原生质体培养是组培中一个非常重要的领域。和动物细胞不同，植物细胞外面包着一层坚硬的细胞壁，这道天然“屏障”阻挡着植物细胞的彼此融合，并给各种遗传操作带来极大的困难。如果获得了植物原生质体就能克服这些难题。植物原生质体的研究虽然已有很长的历史，但由于用机械方法分离原生质体操作麻烦、得率低、取材也受到限制，从而使这个领域的研究长期以来进展缓慢。自1960年英国植物生理学家Cocking首次采用纤维素酶从番茄幼根分离得到了原生质体，从而开创了用酶法分离植物原生质体的新阶段。由于原生质体培养是细胞杂交和遗传转化的基础，所以原生质体培养倍受各国科学家们的重视，尤其是农作物的原生质的培养更是研究的热点。水稻原生质体培养首次成株是1985年由日本的Fujimu-ra等完成的，以后其他重要的粮食作物纷纷培养成功。利用原生质体培养技术可以进行细胞杂交，培育新的农作品种，甚至创制新物种。
通过体细胞杂交培育抗病的新品种，这方面研究比较多的材料是马铃薯。与栽培马铃薯有性不亲和的野生种能抗多种马铃薯的病害，它与马铃薯的体细胞杂种对马铃薯卷叶病毒、马铃薯ν病毒的抗性都显著高于栽培亲本。1988年Fish等利用上述的马铃薯体细胞杂种同栽培品种回交的途径培育新品种。
目前通过体细胞杂交改良作物品种最成功的例子是中国农科院烟草所卜锅章等的工作。他们在1980年将普通烟草与黄花烟草的原生质体进行融合，得到了种间体细胞杂种植株。经过多年的回交与自交选育，终于获得了品质优良、兼抗多种病害的烟草新品种。
有人曾将马铃薯与番茄进行体细胞杂交，得到了体细胞杂种植株。在1986~1988年间，将白菜型油菜与甘蓝进行体细胞杂交，成功地得到了合成种甘蓝型油菜，它具有预期的38条染色体，大部分可育。将甘蓝型油菜进而与黑芥的体细胞杂交也得到了一些染色体数为54条的杂种。它组合了油菜属所有的三套染色体，它可育并结了种籽。目前还难以估计这一途径在育种上的意义，但作为育种新途径的探索，仍受到许多人的重视。同时，用它来研究一些物种的起源与进化，也许有更大的意义随着细胞和组织培养技术研究的日趋深入，人们已经可以将许多作物除去细胞壁的原生质体通过培养再生成完整植株，这使得人们有可能进行远缘物种的原生质体融合即体细胞杂交，培养出人们所需求的“超级植物”。
随着细胞大量培养技术的日趋完善和对植物次生物质的利用研究的深入，真正的工厂化农业、车间化农业就会应运而生，人们可以在一个中等规模的“发酵工厂”里，生产成千上万公顷土地上产出的人参有效成分、中草药的有效成分、农产品的有用物质。
随着人们对植物体细胞胚大量发生的深入研究，人们可以大量生产无性繁殖作物的人工种子，通过使用人工种子可以极大地简化无性繁殖作物的栽植过程，提高繁殖系数，降低生产成本，提高种植这些作物的经济效益。
基因工程育种
