很久以前人們就已觀察到植物體存在著自發突變的現象，並證實了應用物理或化學誘變劑可大大提高整體植株水平的突變率，從中可選擇出一些具有優良性狀的新品種。但這種在整體植株水平發生的突變或誘變率較低，不像微生物易於在數目眾多的“單細胞”水平群體中反複進行。隨著植物組織培養技術的發展，特別是植物單細胞培養技術、原生質體培養與融合技術的建立，使得植物突變體的篩選和研究得以在細胞水平進行。自1969年Carlson首先從蕨類植物的孢子成功地分離出營養缺陷型突變體以來，人們已從近40種植物中篩選出上百種突變型。可以預計，利用植物組織細胞培養技術篩選細胞突變體的研究將有更大的發展。
利用植物細胞培養物突變係進行藥用植物的育種是一項新的育種技術，方法還不盡完善，但已初見成效。離體培養技術為克服在應用誘發突變來產生中草藥有益突變方麵的困難提供了一種新的更加有效的途徑，特別對於營養繁殖的中草藥更是如此。借助於物理化學誘變因素誘導細胞培養物產生各種突變，從中篩選出符合植物育種目標的突變體，這是近年來組織培養工作者和植物遺傳學家十分關心的問題。而且從事這方麵研究的人員越來越多，並已取得了可喜的進展。目前的研究主要集中在摸索誘變方法和突變體篩選方法，以獲得一些優良性狀變異品係，為藥用植物突變體育種開辟一條新的途徑。我國近年來也在水稻等作物上篩選到一些突變表現型，並已開始應用於生產。
從細胞水平篩選突變體，較之整體植株有許多優點，它可同時從大量細胞中篩選到所需的特性，如1ml細胞培養物有幾十萬到幾百萬個個體，一個培養瓶中的細胞就相當於成百上千畝土地上種植的植物，能高度利用空間；一個細胞的平均分裂周期不足一天，大大縮短了篩選的周期；由於條件可控製，細胞可重複生長在相同的環境下，因而可進行重複的選擇程序；由於突變體是來自細胞，可更加嚴格地確定突變體的特性。這些都是整體水平上進行篩選工作所無可比擬的。
一、突變與突變體育種
突變（mutation）是指一個基因內部結構所發生的可遺傳的變異。狹義的突變專指基因突變，也稱點突變，它通常可以引起一定的表現型改變。由基因突變而引起表現性狀突變的細胞或個體，稱為突變體（mutant）。基因突變的特征為：①稀有性。基因突變率很低，高等生物中通常觀察到的每一基因位點上每一世代的突變率為10-5左右。②隨機性。生物體發育的任何時期和任何細胞都可以發生某種性質的突變。基因突變是不定向的，如基因A可突變為a1、a2、a3……成為複等位基因。③可逆性。由野生型基因突變為突變型基因稱為正突變。突變型基因也可以回複突變為野生型基因，稱為反突變。通常正突變率高於反突變率。突變的情形根據有無誘發因素分為自發突變（spontaneousmutation）和誘發突變（inducedmutation）。不經過誘變處理所發生的突變稱為自發突變。近20年來，日益增多的報道表明，由組織培養物再生植株的後代中存在著廣泛的變異。在植物器官培養中往往首先產生大量愈傷組織，這是一種非組織形式繼續增殖的細胞團。往往包含了一些變異類型。由這些細胞進一步分化再生的植株就表現出性狀上的變異，這種變異已被通稱為體細胞無性係變異（somaclonalvariation），可以成為植物育種的新的變異源，進而可開拓為植物育種的一項新途徑，即細胞突變體育種。
利用體細胞無性係變異來獲得突變體的技術稱為細胞培養遺傳變異技術。無論是愈傷組織培養還是細胞培養，培養細胞均處在不斷分生狀態，容易受培養條件和外界壓力（如射線、化學物質）的影響而產生誘變，從中可以篩選出對人們有用的突變體，從而育成新品種。尤其對原來誘發突變較為困難、突變率較低的一些性狀，用細胞培養進行誘變、篩選和鑒定時，處理細胞數遠遠多於處理個體數，因此一些突變率極低的性狀有可能從中選擇出來，例如植物抗病蟲性、抗寒、耐鹽、抗除草劑、生理生化變異株等的誘發，為進一步篩選和選育提供了豐富的變異材料。目前，用這種方法已篩選到抗病、抗鹽、高賴氨酸、高蛋白、矮稈高產的突變體，有些已用於生產。
二、利用細胞變異篩選突變體的優缺點
培養細胞的基因突變與在整體水平上的基因突變一樣，都具有以下特征：①突變的細胞再生出植株後，從再生植株所產生的愈傷組織也表現出被選擇的表現型；②選擇出來的表現型能通過有性生殖保持其突變的特征。
(一)利用細胞變異篩選突變體的優點
整體植株的各種突變體是以可觀察到的表型特征為手段而鑒別的，當突變使某些生化功能改變時，一般不能通過表型觀察而進行鑒別，因此在植株水平上研究突變的分子基礎是較困難的。而植物細胞通過培養叮產生大量的可供選擇的各種變異群體，這些群體的生長易於控製，有時可達到同質水平。在培養的細胞中選擇突變體有利於研究突變的分子基礎。另外通過植物細胞培養篩選突變體可比利用田間試驗篩選突變體節省大量的空間和時間。
(二)利用細胞變異篩選突變體的缺點
利用培養的細胞誘發和篩選突變體不利之處是在細胞水平上篩選的突變不一定都能在植株水平上表達；與微生物相比，植物細胞群體增殖的時間較長、細胞易集聚、染色體不穩定以及再生能力容易喪失等缺點。除了原生質體外，難以得到完全是單細胞的材料。
三、利用植物組織細胞培養技術進行突變體育種的途徑
(一)應用單細胞培養技術培育突變體
單細胞培養(singlecellculture）是指從植物器官、愈傷組織或懸浮培養物中遊離出單個細胞，在無菌條件下進行體外生長、發育的一門技術。植物的單細胞既是進行生化研究的良好材料，也可為植物細胞育種創造基本技術條件，從而將傳統的個體水平的植物育種方法提到細胞水平的細胞育種。20世紀50年代發展起來的分子遺傳學主要以微生物為主要對象，過生物學家、物理學家、化學家的合作，對微生物的遺傳變異、生化背景進行了深入細致的研究。到了70年代，又發展了生物工程，按照預先設計好的藍圖，按照生物工程程序施工，對微生物進行有目的的改造。由於農作物在人類生活中的重要地位，人們很快把注意力轉移到作物的遺傳工程上來，分子遺傳學和微生物遺傳學的研究方法開始用於改進傳統的植物育學方法。特別是1958年Steward發現胡蘿L懸浮細胞培養再生胚狀體和植株以後，為植物細胞育種創造了基本條件。目前隻有枸杞（LyciumbarbarumL.）、土人參[Trlinlzmpaniculatum(Jeaq.)Geartn]等少部分藥用植物通過單細胞培養獲得了再生植株。
1.單細胞培養突變體的基本原理
(1)突變體的選擇微生物遺傳學對突變體的代謝過程了解得比較清楚，可用化學藥品將突變體篩選出來。微生物有較大的群體個數，在1ml培養基中微生物的個數可達109，而一畝地僅可生長作物數萬株（104），故微生物的選擇效率高，而植物的則低。據估計，在自然條件下篩選出大豆一種抗除草劑莠去淨（atrazine）的突變體需要106植株數，以每畝104計算就要100畝；而用微生物則隻要1ml培養物。用分離大量原生質體和細胞懸浮培養物方法，現已獲得1ml可達106的細胞培養物，從而可以仿效微生物育種方法將傳統的個體水平的植物育種方法提高到細胞水平的細胞育種。
(2)基因重組微生物可以通過轉導、轉化、細胞融合和基因工程的方法進行基因重組。在植物中的原生質體係統用於細胞工程和基因工程的研究，可望不久的將來能按微生物的程序進行操作。
(3)生化背景生化背景是植物遺傳學和育種學中一個最為薄弱的環節。高等植物，特別是農作物的許多性狀都為數量性狀，為多基因控製，比較複雜。植物的每一性狀的表現，都是通過一係列的代謝途徑。隻有了解了它的生化背景以後，才能有效地控製某一性狀的發育。