按照旱区农业生产的实际和作物逆境生物学的学科特点，确立了作物抗逆种质和基因资源发掘、作物非生物胁迫应答机理与调控、作物与有害生物互作机理及防控和作物抗逆种质创新与品种设计4个有机联系的研究方向，其主要研究内容和目标如下：

以旱区主要粮油、果树等作物及其近缘植物的种质资源为对象，围绕抗旱、耐寒耐热、抗病虫及优质高产等性状，进行种质资源的收集、整理与综合评价，建立作物种质资源抗逆性鉴定与评价的技术体系，鉴选出具有重要利用价值的种质和基因资源，揭示作物抗旱、耐寒耐热、抗病虫及高产优质等重要性状的遗传规律，为作物逆境生物学研究和抗逆种质创新及新品种培育奠定基础。

以旱区作物面临的干旱、盐碱、低温和高温等非生物逆境为主攻方向，以抗性和敏感的作物（小麦、苹果等）种质为材料，从形态结构、生理生化、细胞生物学、遗传与表观遗传、分子生物学等方面系统研究作物适应与抵御非生物逆境的机制，揭示非生物逆境对作物致害的机理，阐明作物感受、抵御与耐受逆境的信号转导通路和基因调控网络，探索提高作物非生物逆境抗性的策略和技术，为作物抗逆种质创新和品种选育及作物栽培技术改进提供科学依据和技术。

针对旱区作物生产中存在的重大病虫危害问题，以粮油、果树、蔬菜作物的主要病虫，如小麦条锈病、小麦赤霉病、小麦吸浆虫、蚜虫、苹果腐烂病、卵菌病害等为主攻对象，从分子和细胞、个体和群体水平研究其发生规律、病虫与作物的互作关系，揭示作物病虫致害的机理、作物抗病虫性的机制、病虫与作物互作的遗传基础及环境因素对病虫种群的调控作用，为旱区作物抗病虫品种的选育、作物重大病虫害防控策略的确立及病虫害综合治理体系的构建提供科学依据与关键技术。

围绕抗旱、耐寒耐热、抗病虫（如小麦的条锈病、白粉病、赤霉病及蚜虫，葡萄白粉病，苹果腐烂病等）等重要性状，探索创制小麦、玉米、油菜、苹果、葡萄等旱区主要作物抗逆种质和新品种设计的新理论与新方法，综合运用细胞工程、染色体工程、基因工程、分子标记辅助选择等现代生物技术，创制作物抗逆新种质，与常规育种技术紧密结合，培育适宜大面积生产应用的高产优质、抗逆广适的作物新品种，服务旱区农业生产。