1.研究对象  作物学旨在从基因型和环境两方面及其相互关系上阐明并揭示作物全年、综合、可持续的高产、优质、高效和生态环境安全、可持续的理论、方法和技术，是关于大田作物生产与品种改良的一门应用与理论并重的科学。作物学研究的实体对象是大田作物、农田生态系统及与作物生产密切相关的农村社会经济系统。作物学研究的科学问题随作物生产理论与技术的实际需求变化而变化，其研究领域与对象在不断扩展。随着日益加速的社会发展、技术进步和环境变化，现代作物生产的目标已经从单一追求高产向高产、高效、优质、生态、安 全的综合目标发展，要求作物系统不仅是一个农产品生产系统，同时也是生态环境友好的净化系统。作物生产手段和方式已经从人力、畜力、分散的模式逐步向机械化、自动化、标准化、规模化模式转变。作物品种改良的手段和方法也从经验性、表现型、分散式向定向性、基因型、模块化的水平升级。因此，现代作物学的研究方向和对象包括：作物对环境变化的响应与适应特征和机制；作物高产、高效、优质、生态、安全相协调的栽培理论与技术；耕作制度与作物可持续生产；作物信息技术及农机农艺融合理论与技术；作物种质资源创新理论和高效利 用技术；作物遗传规律与基因挖掘理论与应用；高产多抗品种培育理论与技术；作物杂种优势 理论与应用技术；作物种子、种苗繁育理论与技术；作物种子、种苗质量控制理论与技术；作物学研究理论与方法等。

2.理论体系  作为一门理论与应用并重的学科，作物学的理论体系一直处于快速发展和日臻完善之中。纵观作物学各研究领域和方向，作物学的理论体系包括作物生理生态学、作物 栽培学、耕作学、作物信息学、作物种质资源学、作物遗传学、作物育种学、作物基因工程学和作物种子工程学等领域，涉及作物基因、细胞、组织、器官、个体、群体和系统多个层面。综合作物学学科的主要研究领域和方向的理论创新状况及发展动态，结合作物生产目标和技术需求的发展趋势，作物学的核心理论包括：作物生长发育的协同规律及其对环境变化的生理生态响应与适应机制；作物产量与品质形成规律及其协调机制；作物产量与资源利用关系的基本规律及其协调机制；农田生态系统对环境变化的响应与适应机制及作物周年高产高效的区域布局理论；作物基因、细胞、组织、器官、个体、群体和系统的信息产生规律及其监测、收集、分析和模拟原理；作物产量、品质和抗性等重要性状的遗传规律及其调控机制；作物基因组和蛋白组结构特征及其变化规律和重组原理；表型组特性与发育规律；作物分子设计和杂种优势利用理论及新品种培育原理；作物种子种苗繁育理论和质量控制工程原理等方面。

3.知识基础  在学科传统方向不断提升，新领域快速拓展过程中，作物学的知识基础也得到了系统扩展和全面夯实。作物学专业知识体系包括四个有机组成部分，即作物学理论知识、作物学技术知识、作物学工程知识和作物学方法论。作物学理论知识主要是关于作物生长发育、作物遗传变异和农田生态系统演替等基本特征、过程和规律的知识，包括作物生理学、作物生态学、作物遗传学、农业生态学等理论体系。作物学技术知识主要是关于作物栽培、品种改良、土壤耕作、作物布局、种子生产等生产技术和管理相关的知识，比如作物高产高效栽 培、作物高产优质栽培、保护性耕作制度、高产多抗品种选育、杂种优势利用、分子设计育种、良种繁育等技术体系。作物学工程知识主要是关于良种-良法-系统集成等一体化工程相关的知识，包括作物细胞工程、作物基因工程、作物种子工程、作物信息工程、农田生态工程、农机农艺融合工程等。

因学科方向或研究领域不同，其知识基础也有所侧重。作物学非常重视解决生产实际问题，以满足作物生产对科学技术日益增长的需求，并为作物产业发展提供理论指导和技术支撑。作物生产系统是一个综合体系，除了作物科学的关键支撑作用外，其他与作物生产相关的 学科知识也非常重要。这些学科知识包括农业资源与环境学科的土壤学、土壤肥料学、植物营养学、农业气象学等，植物保护学科的昆虫学、植物病理学、杂草学、农药学等，生物学学科 的植物生理学、植物解剖学、植物发育学、分子生物学等，以及生态学的分子生态学、个体生 态学、群落生态学和系统生态学等知识。它们既是本学科知识发展的基础，也是本学科的服务对象。

4.研究方法  作物学是非常重视解决作物生产实际问题的实验性应用科学。作物学研究方法体系除了包括已有的自然科学和社会科学实验研究的共性方法论，比如文献分析、科学假设、实验设计、数据收集、结果分析和归纳总结等方法论，直观描述、调查分析、定位监测、定量测试、定量比较、数理统计等研究手段，室内实验、田间试验和系统模拟等研究方式外，在科学发展过程中，还形成了本学科专门的方法体系。该方法体系包括：作物系统的综合分析、作物系统的优化控制、作物系统的模拟分析、作物系统的集成示范等研究方法。

(1)作物系统综合分析的研究方法。作物生产系统是一个生物、环境和社会的综合体，是 一个物能开放、动态变化、层次多样的复杂系统。在对作物基因、细胞、器官、组织、个体、 群体和系统等特征、过程与规律及其对环境的响应与适应进行定性描述和定量分析的同时，还应对整个系统的互作关系及其关键过程进行综合描述，形成对作物生长发育、遗传变异和系统演变的整体认识，从而不断完善和丰富作物学的理论体系。

(2)作物系统优化控制的研究方法。在阐明作物基本特征与规律及其与环境关系的基础上，作物学需要对作物系统进行人为控制，包括基因重组、群体调控、空间重组和系统重构等多种方法与手段，以构建不同基因型和表现型及多样性的作物新系统。通过系统控制和人为调控，来阐明作物系统在不同层次上对人为干扰和环境变化的响应特征与机制。

(3)作物系统模拟分析的研究方法。在室内实验测定、田间试验监测和综合分析方法的基础上，作物科学与现代信息科学结合，形成了一系列的模型模拟分析的综合方法。这些方法包括作物信息实时监测、作物生长发育模型、作物智能决策系统、作物系统模拟、作物生产预测预警等，不仅提高了我们对作物系统的认识深度，而且提高了对作物系统的调控能力和水平。随着作物生产现代化进程的加快，作物系统的自动控制、智能决策、作物系统模拟等方法的应用将与日俱增。

(4)作物系统集成示范的研究方法。作物生产不仅是一个生物、环境、技术的综合体，也是一个社会、经济、生态三大效益的权衡过程，区域性特征突出，需要多种理论与技术的集成。为了验证作物科学理论与技术的可行性和合理性，作物学专家在取得单项技术突破后，还应进行区域性理论与技术集成示范，并进行推广应用。该方法一般以作物生产的生态经济区为边界，以一项或几项关键技术为基础，进行多项配套技术的综合试验，以完成对技术的集成与验证，实现技术模式的集成创新。