学院紧扣国家粮食安全战略与旱区农业高质量发展重大需求，立足作物学一级学科深厚办学根基，聚焦旱区农业发展痛点与产业关键技术难题，深耕学科内涵建设与交叉创新发展，逐步构建起特色鲜明、优势互补、协同发展的五大二级学科方向，全方位助力旱区农业提质增效与国家粮食安全保障。
（1）作物遗传育种（国家重点（培育）学科）
以遗传学、育种学、基因组学为理论基础，立足旱区，面向国家粮食主战场，致力于小麦、玉米、油菜和小杂粮等旱区作物遗传育种与种质创新。重点围绕优良种质资源发掘与鉴定、作物重要性状形成的分子基础、作物远缘杂交与染色体工程、作物基因组学等方面进行作物遗传理论创新和育种技术研发，并开展新材料创制和新品种培育。
（2）作物栽培学与耕作学（陕西省重点学科）
立足旱区作物生产，以植物生理学、农业生态学为理论支撑，围绕资源合理配置、群体优化设计与系统精准调控开展理论创新与技术研发。依托区域优势，重点开展旱区高效农作制度、抗逆丰产栽培、水肥智能调控等研究，致力于构建适应我国旱区特色的作物绿色、丰产、优质、高效生产模式，为保障国家粮食安全与推动旱区农业可持续发展提供坚实的理论与技术支撑。
（3）种子科学与技术
以小麦、玉米、油菜和小杂粮等旱区作物为对象，聚焦作物育种和种子生产全链条，以种质和新品种为载体，重点开展粮油作物种质资源精准评价、种质创制与遗传改良、新品种培育、种子发育生理与化学调控、种子生产与加工、优良新品种推广与应用等理论创新与技术研发，推动良种选育、繁育、推广一体化发展。
（4）作物智能育种与智慧农作（交叉二级学科）
以系统生物学、遗传学、数据科学与农业生态学为主要理论基础，以多组学技术、高通量表型与基因型鉴定、基因编辑、人工智能（机器学习等）、物联网及智能装备等为核心技术支撑，进行复杂性状（如抗病性与产量协同）的系统解析、优异种质的智能化挖掘与精准设计以及作物全生育期智慧化管理和耕作、栽培技术研发，开展高效、绿色、智能的现代化智能育种和智慧农作模式集成与应用、示范。
（5）作物生产系统与生态工程（交叉二级学科）
以作物生理学、作物生态学、宏观生态学、系统科学的基本理论为基础，以作物生产系统为对象，以作物生产技术、系统工程技术、农业防灾减灾技术、循环农业技术、信息技术等为支撑，围绕旱区农林复合等多元生态系统及其全产业链条，开展作物生产系统的结构与功能、生态循环模式构建、资源高效利用、区域农业发展规划的理论与技术研究，为保障国家粮食安全、生态文明建设与乡村全面振兴提供科学支撑。
