1．旱作栽培与作物生理

该方向针对山西省气候干旱、土壤贫瘠等问题，开展土壤水、肥、气、热及生物运行规律和作物抗旱适应规律研究，重点从作物“根─土系统”入手，探索水、肥、根、苗的相互关系，揭示作物蓄水保墒抗逆御旱机制，为旱作高产的持续发展提供理论依据。

2．作物生态与信息技术

该方向结合山西自然生态的复杂性与作物品种类型的多样性，研究作物对光温水等生态因子的反应规律，结合现代信息技术，开展作物精准管理和调控研究。针对山西省多发自然灾害，融合主要粮食作物物候信息及历史孕灾环境知识，利用3S技术进行长势和灾害的大尺度遥感监测研究，为山西省作物生产防灾减灾提供技术支撑。

3．作物化学调控与逆境生理

该方向利用现代信息技术区划主要小杂粮的种植适宜区，充分发挥区域优势，优化种植结构，进行规模化生产。研究小杂粮无公害、绿色和有机的标准化、机械化生产技术。针对作物生长状况，利用植物生长调节剂调控作物的生长发育和生理代谢，改善作物生长的微环境，达到抗逆、高产、优质、高效的目的。

4．现代育种与种子工程

该方向依托山西省丰富的杂粮种质资源，结合新型种质资源创制，利用基因组学、代谢组学及基因工程手段，充分发掘谷子、糜子、苦荞、燕麦等杂粮的重要性状基因资源，开发相关分子标记，并通过分子辅助育种手段研发高产优质杂粮新品种。

5．种质创新与遗传工程

该方向针对山西省优质种质资源缺乏的问题，利用分子生物学手段，结合常规育种技术，构建各种遗传群体，挖掘小麦、玉米、大豆等作物抗旱相关基因，创制异染色体体系，探寻新基因的遗传规律，为选育高产、优质、多抗作物新品种提供材料和理论基础。

6．生物技术与组学工程

该方向利用基因组编辑和全基因组关联分析等高通量技术，系统研究控制作物重要农艺性状的基因及表达调控机制，构建作物基因工程等高效遗传改良技术体系。面向高产优质低耗农业可持续发展和高碳资源绿色利用的重大需求，整合代谢工程等前沿技术，解析能源植物光合固碳与聚能分子机制及调控网络，培育抗逆、高效固碳和产能的能源植物新品种，为农业生物能源产业提供优异种质和技术支撑。