通过原生质体融合可以实现基囚在远缘物种间的转移和融合，可以避开有性生殖过程，有效地避免了远缘杂交中由于亲缘关系远而导致的物种间杂交不亲和、杂交不能受精或杂种胚败育等问题。体细胞杂交相对于传统的远缘杂交最为突出的一个优点是在转移细胞核基因的同时转移细胞质基因组，可以创造性地得到胞质杂种和不对称杂种，实现人为转移核染色体片段和细胞质基因。在得到的体细胞杂种中，细胞质基因组控制着多个重要的农艺性状，如细胞质雄性不育(CMS),抗除草剂、C₄高光效等，并且核质基因组互作能影响杂种植株的育性和其他农艺性状。更重要的是需要扩大和保存细胞质基因组的多样性，这样只能依靠体细胞融合转移细胞质基因组。

一、克服生殖障碍，创造新种质

对于一些栽培品种来说，通常缺少野生植物所具有的抗性，而二者又具有有性杂交不亲和性，通过有性杂交难以实现有利基因的交流，而且农作物的许多有利性状为多基因控制，采用遗传转化技术和传统远缘杂交技术也难以实现多基因控制性状的转移。原生质体融合是克服生殖隔离、有性杂交不亲和、植物多胚特性、花期不遇、果树童期长、雌(雄)性器官败育等生殖障碍的有效手段，并且能够转移多基因控制的性状，实现远缘重组，创造新型物种。

原生质体融合可以在种间、属间甚至科间植物中进行，自得到首例体细胞杂种以来，已得到很多有性杂交不亲和的植物种间、属间体细胞杂种，如胡萝卜(+)欧芹、小酸浆(+)毛曼陀罗、柑橘(+)蚝壳刺等，这些材料通过常规手段难以获得，并且在自然界中不存在。大部分柑橘品种具有多胚特性，通过有性杂交难以甚至不能得到杂种，采用原生质体融合则能够获得体细胞杂种，如酸橙(+)甜橙、红橘(+)甜橙。有一些品种具有雌雄性器官败育，有性杂交根本不能进行，如温州蜜柑为雄性不育类型，脐橙为雌雄不育类型，二者根本不能进行有性杂交，采用原生质体融合，成功地得到了二者的体细胞杂种。

二、转移有利性状，改善作物品质

农作物栽培受外界环境、生物逆境(病害、虫害)和非生物逆境的影响，提高农作物的抗逆性对扩大栽培面积、提高产量、增进品质具有很大的作用。栽培种改良所需的抗性性状往往存在于栽培品种的近缘种或野生种中，通过有性杂交难以实现抗性性状的转移，而采用原生质体融合则成功地实现了一些作物所需的抗性的转移(表7-1)。
表7-1利用原生质体融合转移的优异农艺性状的成功例子(修改自Davey et al.,2005)

*性状转移确认；+性状转移未确认。

采用原生质体融合改善作物品质也取得了一定的成功，如C₄型植物与C₃型植物原生质体融合以提高后者的光合效率在十字花科和禾本科(水稻)中取得了成功。Heath和Earle(1997)采用原生质体融合合成了低亚油酸的Brassica napus，其含量只有3. 5 ％，亚油酸含量最低杂种的油量从R0代的29. 3％增加到R₁代的36％。此外，原生质体融合是恢复育性、获得优良特性互补的材料的有效方法，Rasmussen等(1996)将不能开花、抗Pa₃的双单倍体番茄与雄性败育、抗Pa₂的双单倍体番茄融合，体细胞杂种的染色体变化较大，所有的体细胞杂种雌性可育，能够得到有活力的种子，接近四倍体的体细胞杂种的种子数最多，并且种子大小正常，具有58条及以上染色体的体细胞杂种的种子数少且小。采用这些体细胞杂种的花粉授粉能够引起果实发育，但只有一个体细胞杂种授粉后得到了有活力的种子，体细胞杂种对Pa₂和Pa₃表现出较高的抗性。

三、转移部分染色体，获得非对称杂种

一个杂种中有两套不同来源的基因组并不是我们所期望的，在杂种中仍存在不同程度的体细胞不亲和性，这样常会导致杂种部分或完全不育，难以形成育种上有用的材料。而非对称融合在一定程度上能克服体细胞不亲和现象，可以得到一般的方法得不到的杂种。在融合前对供体原生质体进行处理，造成染色体的片段化，在发育中丢失，得到非对称杂种。非对称杂种中只保留有供体部分遗传物质，可以在一定程度上减轻体细胞杂种不亲和性。小酸浆与胡萝卜有性杂交未能得到杂种，对称融合虽然得到了愈伤组织，却不能分化再生成植株，而通过非对称融合却得到了杂种植株。此外，非对称融合可以得到可育杂种，并且不必多代回交就能够得到应用，缩短了育种进程。通过非对称融合技术还将胡萝卜的抗病性转到烟草中，并且得到了可育的非整倍体植株；烟草和颠茄原生质体融合杂种细胞中供体(颠茄)的染色体丢失严重，但再生植株育性正常。同时，从供体转移部分遗传物质到受体中去能够实现由多基因控制的具有重要经济价值的性状(如抗病性等)的转移，但又去掉一些不利性状的干扰。染色体丢失的程度在同一组合不同的杂种中是不一致的，导致融合后再生后代中所含的染色体量变化很大。花椰菜与白菜型油菜非对称融合杂种中保留有供体25％～100％的染色体；多花黑麦草与牛尾草(受体)的融合后代中，供体染色体丢失达80％，还有一个细胞系的供体染色体全部丢失。这样就使得非对称杂种成为遗传变异的重要来源，加之原生质体群体大，可供选择的机会多，变异的范围广，从再生后代中选出较为理想的类型而应用于生产实践的可能性就增大。

四、转移细胞质基因组，得到胞质杂种

植物细胞质中最为重要的两种细胞器是叶绿体和线粒体，细胞质雄性不育(CMS)是由线粒体基因组决定的，叶绿体基因组则编码了对一些抗生素的抗性特征、白化突变和RuBPcase组分Ⅰ蛋白的大亚基，这些性状是随着线粒体或叶绿体进行遗传的。如果这些抗性来自于不同的亲本，通过有性杂交或基因工程难以实现二者的统一，因为在被子植物中，有性杂交的胞质基因组主要为母系遗传，杂种的细胞质来于母本，而父本的细胞质不能进入杂种中，杂交双亲的胞质基因组不能同时进入到杂种中，而采用原生质体融合可同时将一方亲本由线粒体基因组编码的CMS和另一方亲本由叶绿体基因组控制的性状(如抗除草剂)综合在一起。Pelletier等(1983)通过PEG融合获得抗Trazine但同时具有‘Ogura'型CMS的油菜胞质杂种。Barsby等(1987)用射线辐射抗Triazine的甘蓝型油菜原生质体，与经碘乙酸处理的具CMS特性的甘蓝型油菜原生质体融合，也得到了胞质杂种，综合了双亲Polima CMS和抗Triazine的胞质性状，得到既抗Triazine又是胞质雄性不育的的新型甘蓝型油菜。这些都表明原生质体融合技术在整合胞质基因组以改良作物中具有广阔的应用前景。

转移胞质基因研究最成功的是CMS, CMS是一个在高等植物中普遍存在的母系遗传性状，由线粒体基因组编码，能够导致花粉没有功能，广泛应用于生产F₁代杂交种子，用常规方法转移CMS要经过5～8代甚至8～10代才能替换掉胞质供体的核基因组，而通过原生质体融合方法则可以缩短转移CMS的时间，转移CMS已在烟草、油菜、花椰菜、水稻、矮牵牛、胡萝卜、黑麦草等植物中获得了成功。

五、作为育种材料直接应用

植物体细胞杂种的获得一方面为直接改良品种提供了大量可供选择和利用的材料，另一方面也可以作为育种的中间材料，用于植物进一步改良。例如，细胞质雄性不育烟草的创制，融合亲本为晒烟(N. dehneyi)的雄性不育种和烟草品种‘Consolation 402'，为了防止晒烟的细胞核移入烟草，对其原生质体用100Gy的X射线照射处理，以获得导入N. debneyi细胞质的细胞质杂种，选择株型类似烟草、无畸形，花为雄性不育，将这样的细胞质不育杂种再同烟草回交，其雄性不育性高度稳定，并且叶片产量、品质、生物碱含量等均与对照无显著性差异，各种抗病性也很强。由细胞质雄性不育的亲本与水稻品种‘日本晴’原生质体杂交，融合产物再生的植株为杂种((2n=24)，并且能够正常抽穗开花，但为雄性不育，将其与旧本晴’回交获得了种子，由种子发育来的植株雄性不育。

在柑橘中，国内外已获得近200例体细胞杂种。这些体细胞杂种主要的用途有以下两个方面：第一，直接用作砧木品种改良，获得的体细胞杂种中有一部分具有抗性互补性，或者具有较好的抗性，或者具有其他的特点(如矮化)；第二，由于获得的体细胞杂种大部分为四倍体，可以作为父本与二倍体杂交，结合幼胚抢救，获得三倍体，以便从中选出可以利用的无籽品种。除柑橘外，体细胞杂种在其他作物中也多用做育种的中间材料。

体细胞杂种可以作为回交亲本以创造新的优良品系。例如，Arumugam等(2000)利用原生质体融合获得了具有‘Oxy' CMS的Brassica juncea (AABB)(有严重的褪绿症)与B. oleracea (CC)的杂种，并且利用此杂种与B.na pus (AACC)和B. carinata(BBCC)回交，得到了许多含CMS但无褪绿症的新品系。Zubko等(2001)报道获得的烟草体细胞杂种花冠和雄蕊不正常，与野生种回交后，获得了正常的改良CMS品系。

六、细胞器的互作研究

体细胞杂种相较于传统的有性杂交而言，可以选择性的转移细胞核和细胞质基因，因此体细胞杂种是核质杂种，同时拥有不同来源的基因组，细胞质中的线粒体、叶绿体、质体等和不同背景的细胞核基因组在单个细胞和植株中存在互作和协调。对称杂种、不对称杂种和胞质杂种等是细胞器间和细胞质中细胞器和核质间的互作研究的良好材料，同时也是研究倍性化后细胞质和细胞核基因组表达模式的很好材料。也可以应用于染色体定位或者进行染色体排除等机理研究。由于亲缘关系较远的物种进行融合后会出现染色体排斥现象，这样的体细胞杂种为此类研究等提供了便利条件。

多倍化是植物进化过程中的一种自然现象，也是促进植物进化的主要动力。植物中虽存在大量的多倍体种，但是有关不同亲本的基因组加倍形成多倍体后，亲代基因能否很好表达的分子机制目前知道的还比较少。在天然和人工新合成的异源多倍体植物中都存在许多遗传变异，可以引起多倍体植物产生一些重要的特征，包括基因加倍后表达的多样性、遗传学和细胞学上的二倍化、基因组间的相互协调，以及细胞核基因组和细胞质基因组间的相互作用和协调问题。

目前原生质体融合研究已能够应用于植物改良，原生质体操作在作物遗传改良中显示出巨大的应用前景。然而，在乐观的同时，我们必须清楚地看到，原生质体培养和融合以及获得的新材料在农业上的应用尚需一定的时日，一些植物原生质体培养和融合未能取得成功，获得的体细胞杂种还未有真正的应用，仍然存在体细胞杂种再生困难或再生植株寿命短等问题，这都需要在今后的研究中不断探索。