实验室国际合作基础深厚。通过高水平人才引进、学术带头人出访、国外知名科学家讲学模式，已与美国的康奈尔大学、达特茅斯学院、德克萨斯农工大学、Oklahoma Samuel Roberts Noble Foundation、华盛顿州立大学、荷兰的瓦赫宁根大学、英国洛桑研究所、澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、西澳大学、悉尼大学、新西兰林肯大学、瑞典农业大学等20余所国际知名大学和科研机构建立了密切合作关系。目前，实验室从国外新引进青年学术骨干10余名，分别来自美国加州大学戴维斯分校、卡莱姆森大学、芝加哥大学、威斯康辛大学、新墨西哥州立大学、新加坡国立大学，英属哥伦比亚大学、德国基尔大学，这为实验室进一步拓展与国际知名学术机构开展科研合作与交流提供强有利支撑。

实验室已与国际知名高校和科研机构合作并取得丰硕成果。今后实验室与澳大利亚西澳大学、荷兰瓦赫宁根大学展开深度密切合作，积极推进双方在优质性状组学分析与遗传评价、优质基因发掘与功能鉴定、作物全基因组分子设计与节水优质种质创新等领域开展原创性研究，力争使优质种质遗传基础领域的研究地位保持在国际一流水平行列，并建立博士生联合培养模式和知名同行专家、青年学者定期互访机制。

在作物抗逆生理生化机制研究领域，实验室与澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）和国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）建立合作关系，在小麦和棉花抗逆生理及分子调控机制方面展开长期深度合作研究，联合发表高水平SCI论文，联合申请国际合作项目“基于关联分析和连锁分析的小麦抗叶锈病基因分子定位”，双方已建立长期人员互访和博士生联合培养的模式，积极推动深度合作与交流。

实验室与新西兰林肯大学农业与生命科学学院邸洪杰教授（现为新西兰皇家科学院院士）团队联合建立“土壤与环境实验室”，开展了联合研究项目“中国北方设施蔬菜氮素高效利用的生化调控机制”，解决了设施蔬菜生产中氮素利用率低且易损失等一系列科学理论和应用技术问题，力争把“土壤与环境实验室”建设成集聚和培养高层次人才的基地以及国际联合研究示范基地。