樹木育種學在我國已有半個多世紀的歷史。1938年，葉培忠在四川農業改進所峨嵋山林業試驗場率先在中國進行樹木人工有性雜交育種試驗工作。在中華民國時期，我國雖有少數林學家、園藝學家、植物學家做過壹些樹木育種的研究，但研究成果寥寥無幾，無人作過系統的研究，各大學農學院森林系的必修課程中，也沒有單獨開設這門學科。葉培忠從華中農學院到南京林學院後，專心致力於樹木育種的研究工作，查閱外國有關文獻，收集整理自己和國內其他學者在樹木育種方面的研究資料，廢寢忘食地編寫樹木育種學講義。這部講義集以往樹木育種研究之大成，開後世樹木育種研究之先聲。1956年，他率先在南京林學院開始講授樹木育種學。1960年他主編的《樹木育種學》（教學參考書）（中國林業出版社出版），是中國歷史上樹木育種方面第壹本系統、完整的教材。葉培忠除為本科生講授樹木育種課程外，還擔負培養樹木育種研究生和進修生的任務。他親自培養的研究生和進修生有好幾十人。樹木育種專家陳嶽武就是他的得意門生之壹。
中國楊樹雜交育種工作起步較晚，始於1946—1947年。葉培忠是這項工作的開創者。40年代，他在甘肅天水水土保持實驗區工作時，首次利用當地河北楊與山楊、毛白楊、響葉楊進行雜交育種，獲得了優於親本的雜交苗木。盡管當時試驗規模小，但積累了寶貴的試驗資料，為中國以後開展楊樹雜交試驗開辟了道路。天水水土保持實驗區職工為紀念葉培忠在天水的功績，把他培育的楊樹新品種中的壹個，起名為“葉氏白楊”。中華人民***和國建立後，中國各地楊樹雜交育種工作，基本上是在葉培忠40年代工作的基礎上開展的。據不完全統計，全國各地進行了400個雜交組合，既有種內、種間雜交，也有派間、屬間和復式雜交，其中生長表現優良的雜交組合，包括葉培忠親自培育的銀毛楊、小意楊、賽山楊等約有40個。這些楊樹雜交品種已在全國廣大地區推廣繁殖。50年代末，他在南京林學院樹木園內建立了楊樹引種區，引種國內外楊樹200多個無性系，成為國內楊樹育種研究試驗基地之壹。
1972年，以梁昌武、吳中倫為首的中國林業代表團在阿根廷布宜諾斯艾利斯出席第七屆林業會議後，考察了意大利林業，帶回壹批黑楊派南方型無性系插穗。吳中倫將這些插穗送給中國林業科學研究院、南京林學院、湖北省林業科學研究所和黑龍江省林業科學研究所4個單位分別引種試驗。南京林學院引種的黑楊派南方型無性系有I—63楊、I—69楊、I—72楊、I－214楊等4個品系61根插穗。由於插穗經旅途耽擱，已開始變色發黑，處於垂死狀態。葉培忠在接到這些插穗後，立即組織樹木育種教研室部分教師進行搶救。他們把插穗扡插在校內苗圃地裏，經過科學培植和精心管理，這些垂死的插穗竟奇跡般地被培育成苗，當年成苗49株，株高二三米。以後他們又用這些苗木進行無性繁殖，到1974年年底***培育大苗1000株，引種試驗成功。葉培忠及其助手並沒有將引種研究停留在校園裏，而是把這些優良無性系在林業生產中推廣應用。參照這些優良無性系原產地（美國南部）的氣候生態條件，他們選定江蘇北部平原地區進行小片試種，效果顯著，二三年生胸徑可達20多厘米。此項成果於1979年獲林業部科技成果二等獎，1985年又獲國家科技進步壹等獎。80年代末，這4個楊樹優良無性系已在長江中、下遊和黃淮地區廣為栽植。據不完全統計，栽植面積達520萬畝以上，年凈收益超過5億元。黑楊派南方型無性系引種栽培的成功，不但具有巨大的經濟效益，而且打破了南方不能大面積栽培楊樹的傳統觀點，豐富了林木引種的理論。
杉木是我國南方主要的造林樹種。葉培忠十分重視杉木的遺傳改良工作，從60年代初期開始就指導陳嶽武進行研究。為了改良杉木品種，他們深入閩、贛、湘、川、黔等省各個杉木林區，調查杉木生物學特性，選擇杉木優良類型。在調查研究的基礎上，對杉木自然類型的劃分、優樹選擇方法、早期選擇、遺傳型與環境互作，以及遺傳穩定性、種子生活力的變異、種子園遺傳增益等方面做了大量而系統的育種試驗。運用選擇、引種、雜交授粉等技術，培育了壹些杉木優良新品系。1966年，他們在福建省洋口林場主持建成了中國第壹個正規的杉木初級無性系種子園。用第壹代種子園的子代造林，其產材量比壹般商品種子增產15—20%。此項成果對中國發展杉木速生豐產林具有重大理論和實踐意義，於1978年獲全國科學大會獎，1982年獲林業部科技成果壹等獎，以後又獲國家計委、國家科委、農牧漁業部、林業部的農林科技推廣獎。此外，葉培忠在長期研究杉木遺傳改良工作中，於70年代初發現杉木花粉在壹般貯存條件下，能保持生活力達17年之久。由於杉木花粉能長期保存生活力，可以向外地寄送，因此，能簡便地引用外地花粉進行杉木雜交育種，對今後杉木引種繁育具有重要意義。
葉培忠不僅在楊樹和杉木的育種、引種研究上做出了顯著的成績，而且對馬褂木、楸樹、松樹、墨西哥落羽松等樹種的育種試驗，也取得了具有開拓性的成果。例如，他將馬褂木用中國馬褂木與北美鵝掌楸進行正反人工雜交授粉，得到的雜種馬褂木生長勢優於親本，株高和根頸生長比親本馬褂木分別增長42%和137%。雜種抗性較強，秋季落葉時間比親本晚。楸樹具有自花不孕性，年年開花，極少結實，大量繁殖造林受到限制。為解決這個問題，葉培忠用滇楸與楸樹、滇楸與灰楸、灰楸與滇楸等3個雜交組合進行異花授粉，獲得雜交種子1000多粒，這壹成果解決了以往楸樹不能進行有性繁殖的問題，為推廣這個優良樹種創造了條件。他用13種松樹先後選配了近30個雜交組合，選育出3個優良組合，即黑松與長葉松、黑松與雲南松、黑松與混合花粉（濕地松十火炬松十雲南松）。這3個雜交組合的第壹代雜種長勢都強於母本黑松自由授粉後代，株高生長分別超過母本55%、35%、69%，根頸生長分別超過母本44%、20%、34%。
1963年3月20日， 葉培忠用中國柳杉作父本，墨西哥落羽杉作母本進行屬間雜交試驗，後來奇跡般地得到了3個球果，經播種培育出12株雜交墨杉小苗。經過多年不斷扡插擴繁，到1972年，南京林學院林場***培育出6000多株性能大大優於親本的雜交墨杉幼苗。他將雜交墨杉幼苗分送給了上海、武漢等地很多林業生產部門試種。1978年葉培忠故世，該品種曾壹度不為人們矚目。多年後，該樹種的速生、抗臺風、抗鹽堿、耐水濕、落葉期短、可凈化空氣等優良性狀被上海林業總站總工程師葉增基和站長沈烈英等人發現並努力加以搶救、扡插和擴繁。他們培育的種苗在上海浦東川沙林場營造了壹片近2000株的雜交墨杉種群。2003年8月，葉增基、徐炳聲等人在美國的SIDA雜誌發表論文，向世界介紹了這壹新樹種。根據植物國際命名法則，他們將雜交墨杉正式命名為“培忠杉”（xTaxodiomeria peizhongii），商品名為“東方杉”。2004年7月，國家林業局批準授予“東方杉”植物新品種權，上海市林業總站和南京林業大學是品種權人。2007年，美國聯邦專利局邀請世界上同行專家審核，認可東方杉的國家知識產權屬於中國，並頒發了證書，獲得美國植物專利（美國專利號：United States Patent PP17767），這是我國木本植物新品種首次在國外獲得專利，這壹雜交新品種得到了國內外壹致認可。 水土保持在我國作為生產實踐自古有之，而作為專門學科研究，則始於40年代。
1943年春，葉培忠參加了以美國人W．C．羅德民（Lowdermilk）博士為首的西北水土保持考察團，擔任保土植物的考察任務。在4個月的考察期間，他采集植物標本2000多號，其中以西北的禾本科與豆科植物標本最多，較為齊全；采集抗寒耐旱的保土植物種子，計禾本科54種、豆科木本類14種、灌木類10種、其他17種。這些植物標本與種子，為開展西北水土保持工作提供了重要資料。西北水土保持考察工作結束後，他被留在農林部天水水土保持實驗區工作。在當時人手少、設備差的條件下，他同傅煥光（實驗區主任）、任承統、蔣德麒等人壹起，克服重重困難，為中國水土保持事業艱苦創業。實驗區的具體科研工作大多由葉培忠負責指導和處理。他經常頂烈日、冒嚴寒，奔波於實驗區各個試驗場圃之間。1945年6月，傅煥光赴美考察，由他接任實驗區主任，從此他的工作更加繁重忙碌。
葉培忠在天水水土保持實驗區工作5年多的時間裏，做了大量水土保持試驗，諸如河北省苗圃牧草原種場的建設與育種、選種試驗；保土植物試驗；特用經濟植物的引種與繁殖試驗；荒山溝壑造林試驗等。這些試驗都取得了豐碩成果。譬如，他創建的河北苗圃牧草原種場，是當時國內規模較大的牧草試驗基地，場內引種的品種300個左右，其中被選出推廣的優良品種有草木樨、狼尾草、野牛草、蘇丹草、二葉草、葛藤等。草木樨是他1946年引進美國品種培育的，已在西北地區大面積推廣種植，被譽為西北的“寶貝草”。狼尾草是全國有名的優良牧草，在西北地區已廣為種植，被譽稱“葉氏狼尾草”。他培育的野牛草，1959年從天水引種到北京，大量繁殖於“十大建築”周圍，成為北京草坪的主要草種之壹。1945年由葉培忠鑒定的產於天水縣李子園的天水葛藤，經天水水土保持實驗區種植，較西南引種之葛藤耐寒抗旱；1948年寄往美國貝爾茨維爾（Beltsville）試種，能在－10°C低溫下安全越冬，被美國作為推廣之良種。此外，在荒山溝壑造林試驗中，他還通過20多個樹種試驗效果的比較，發現刺槐作荒山溝壑造林樹種，效果顯著。刺槐被譽為天水三大寶之壹，不僅在甘肅省廣為種植，而且在全國推廣。