段美娟长期从事水稻高产、高抗（抗病、抗虫、抗非生物逆境）、工程雄性不育系育种及杂交稻机械化制种等方面的基础与应用研究。承担国家自科基金区域联合基金重点项目、国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自科基金面上项目、湖南省重大专项等课题20余项。获湖南省技术发明奖一等奖、湖南省科技进步一等奖、二等奖、三等奖等9项，获湖南五四青年奖章和湖南省人民政府一等功。制定国家标准、省级规程、国家主推技术等11个，获授权发明专利15项，通过国家农作物品种审定委员会审定的品种7个。在《PNAS》《The Crop Journal》《Nature Communication》《Frontiers in Plant Science》《Rice》《作物学报》等杂志发表论文100余篇。
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