围绕华北干旱、小麦锈病和赤霉病、玉米镰孢菌病害和大斑病、棉花黄萎病等病害发生严重，镉、铅、砷污染凸现等生产问题，针对作物抗旱、抗病、抗重金属污染中的抗性机理不明，发生、污染规律不清等科学问题，深入开展抗旱、抗病、抗重金属污染机理研究及应用。

重点研究小麦、玉米、棉花等作物抗旱节水规律，明确作物抗旱的生理生化机理；深入研究其干旱胁迫下的细胞信号转导途径、转导关键组分间的互作、ABA受体对下游干旱防御转录因子调节机理，揭示作物应答水分胁迫的信号转导网络；系统研究作物地上部和根体构型响应干旱胁迫的特征，构建作物抗旱节水技术指标体系，支撑区域作物抗旱品种遗传改良和节水模式构建。

系统研究小麦锈病、玉米大斑病、棉花黄萎病等主要病菌变异和遗传多样性，明确病菌的小种分布和进化规律，优化品种合理布局；利用多组学手段结合生物信息学方法，重点研究小麦抵抗锈菌、玉米抵抗大斑菌和镰孢菌、棉花抵抗黄萎病菌侵染的生理生化机理，解析病原菌识别侵染作物的生物学基础，构建作物-病原菌互作的细胞信号转导网络；创建评价作物抗病力的生理和分子指标体系，发掘作物抗病基因资源；深入研究作物秸秆还田模式镰孢菌病害发生和致灾机理，探索病害绿色防控的新途径、新方法、新技术。

采用HPLC-ICP-MS综合、系统的分析方法，系统多维度研究华北主要作物镉砷铅的赋存形态、分布特征和基因型差异，探明镉砷铅进入可食部位的吸收转运规律，揭示不同作物的解毒机制；采用高通量测序方法，重点研究作物根际微生物介导不同重金属形态转化路径，阐明其钝化重金属活性机理；深入研究叶面阻控和根系钝化重金属污染防控原理，创建适于华北地区遏制重金属进入可食部位的关键技术，保障该区域支撑农产品安全生产。