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  瓦維洛夫出生於莫斯科的一個商人家庭,是當時名聲顯赫的物理學家謝爾蓋·瓦維洛夫的長兄。他以一篇關於蝸牛和害蟲的論文於1910年畢業於莫斯科農業學院。從1911年到1912年,他在應用植物學事務所和真菌學及植物病理學事務所工作。他在1913年到1914年他在歐洲旅行並研究了植物免疫學,和他一道研究的是奠定了遺傳學的科學地位的英國生物學家威廉·貝特森。  從1924年到1940年他擔任全蘇農業科學院院長,該學院位於列寧格勒。  當他正在發展他關於栽培植物的起源中心的理論時,瓦維洛夫組織了一系列的植物學及農藝學探險隊,收集了來自世界上每一個角落的種子,並創立了位於列寧格勒的世界上最大的植物種子庫。 這個種子庫甚至在長達28個月的列寧格勒保衛戰中都被勤勉地維護著——儘管要經歷捱餓的痛苦。尼古萊的一個助手白白地餓死了,身旁卻盡是可以食用的種子。瓦維洛夫也陳述了變種中的同系法則。  他曾是蘇聯中央執行委員會委員,全蘇地理協會主席和列寧獎金獲得者。在他生涯的大部分時光中, Georgy Balabajev輔助了瓦維洛夫的工作。  瓦維洛夫再三地批評了特羅菲姆·李森科反孟德爾學說的觀點。因此,瓦維洛夫在1940年8月被祕密逮捕並在1943年因營養不良而卒於獄中。一個建立於1943年的德國收集指揮部(German collecting command)掌控了他許多的遺傳學標本,這些標本被運送到了黨衛軍植物遺傳學院,該學院建立在格拉茨奧地利附近的蘭納克城堡。然而,這個指揮部只能將帶走儲存在德軍所佔領的領土上的標本,亦即主要位於烏克蘭和克里米亞的標本。位於列寧格勒的主要基因庫沒有受到影響。這個德國司令部的領導是海因茨·布魯徹(Heinz Brücher),一個黨衛軍官員,也是一位植物遺傳學專家。  今天,位於聖彼得堡的瓦維洛夫種植業學院仍然維護著一個植物遺傳資料庫,這是世界上最大的植物遺傳資料庫之一。該學院曾作為應用植物學事務所於1894年成立,又於1924年被重組為全蘇應用植物學和新穀物研究所(the All-Union Research Institute of Applied Botany and New Crops),繼而在1930年被重組為種植業研究院(the Research Institute of Plant Industry)。瓦維洛夫在1921年至1940年期間一直擔任該所的所長。為慶祝其建立75年,也為了紀念李森科對蘇聯學術界的殘酷迫害和粗暴統治,該研究所在1968年被重新以瓦維洛夫的名字命名。  於1977年被蘇聯天文學家尼古拉·切爾尼赫發現的第2862號小行星,瓦維洛夫星,是按照尼·瓦維洛夫和他的弟弟謝·瓦維洛夫的父名命名的。在月球背面的瓦維洛夫環形山從1970年開始也為了紀念此兄弟而命名為此。他也在Decemberists的專輯《The Crane Wife》中的歌曲《When The War Came》 中被提及。

  李森科起初只是亞塞拜然佔賈的一名農藝師,1925年,他的一些發現登上報紙之後,引起了瓦維洛夫的興趣。經過考察,瓦維洛夫十分欣賞李森科,便開始提拔他。瓦維洛夫很注重培養後起之秀,但是他並沒有注意到李森科的大多數所謂“發現”其實都是他個人的異想天開。更重要的是,李森科這個人心胸狹窄。因此,儘管瓦維洛夫很欣賞李森科的所謂“春化法”,還推舉李森科為國家獎金候選人和蘇聯科學院通訊院士候選人,將李森科捧上了天,但是後來由於學術上瓦維洛夫對李森科的批評毫無保留,因此李森科便心存積怨。  通過瓦維洛夫的提拔,又經過斯大林的幫助,李森科便由一個小小的農藝師成為了蘇聯農業科學的實際領導人。李森科得勢後,便利用卑劣的政治手段開除、逮捕、流放、槍斃了一大批遺傳學家,將蘇聯生物科學界完全摧毀。堅持真理的瓦維洛夫,對李森科的歪門邪道堅決抵制,最終也被自己曾經的得意門生殘害。1940年8月,瓦維洛夫被蘇聯當局祕密逮捕,1943年在獄中由於營養不良而死去。  瓦維洛夫和李森科的關係,正如伊索寓言中的農夫與蛇一般。  以瓦維洛夫為首的蘇聯遺傳學界與李森科學派之間曾有過三次論戰,甚至整個蘇聯學術界、文藝界都參與了進來。這三次論戰引起了國際社會的極大關注。

  蘇聯科學院建立了瓦維洛夫獎金 (1965年) 和瓦維洛夫勳章 (1968年)。
尼古拉·伊萬諾維奇·瓦維洛夫(,1887年-11月25日-1943年-1月26日)是蘇聯時期的俄羅斯植物學家和遺傳學家,其最主要的成就在於確認了栽培植物的起源中心。他將一生都貢獻給了有關小麥、玉米和其他支撐世界人口的穀物的研究。