種質資源保存
在20世紀70年代開始了原生質體的超低溫保存研究。有些植物只有在一年的某個特定時期才能成功分離原生質體，超低溫保存的原生質體可以隨時為研究提供所需的材料，并且是研究植物低溫傷害及細胞內結冰的好材料。目前，原生質體已用于一些作物（如玉米、小麥、大豆、曼陀羅、番茄、柑橘等）的超低溫保存。
原生質體融合
原生質體是進行原生質體融合（protoplast fusion）的材料。原生質體融合即體細胞雜交（ somatic cell hybridization）技術，具有十分誘人的前景，可以通過不同類型的原生質體融合克服傳統育種方法無法解決的生殖障礙問題，從而創造新的種質材料，還可以實現不同材料的核質基因重組，是植物細胞工程在育種上應用的重要內容。
篩選突變體
在原生質體培養過程中能夠產生體細胞無性系變異，或者在原生質體培養過程中誘導變異，從再生植株中篩選出具有優良性狀的變異體，成為植物育種新材料，或直接育成新品系。
植物遺傳轉化的理想受體
原生質體由于去除了細胞壁，使其容易攝取外源遺傳物質，如細胞器、細胞核、DNA等因而成為植物遺傳轉化的理想受體。這些年來，在利用原生質體的基礎上，建立了多種直接轉移基因的方法，如PEG法、電激轉化法、脂質體介導的轉化、基因槍轉化法、顯微注射法、微焦束激光導入法等。由于禾本科植物（包括牧草、草坪草等）難以采用農桿菌介導法轉基因，主要用直接轉化法，因此，在牧草和草坪草育種中原生質體培養技術尤為重要，是目的基因能得以轉化和表達的基礎和有效的途徑。