黑龙江省作为中国水稻主产区,其栽培面积和总产量位居中国前列,是中国粮食安全的重要保障,但低温冷害频繁发生,严重影响水稻生长发育及产量形成,制约水稻发展。孕穗期既是水稻产量形成的关键时期,也是对温度反应最敏感的时期,该时期遭受低温冷害,严重影响水稻的生长发育进程及产量形成过程,造成大幅度减产或绝产。尿囊素作为植物氮素循环系统的重要物质,在胁迫应答过程中具有重要作用。本试验以松粳21为试验材料,以常温处理为对照,采用冷水灌溉的方式模拟自然冷害,设置不同浓度尿囊素梯度(0 kg/hm~2、5 kg/hm~2、10 kg/hm~2、15 kg/hm~2、20 kg/hm~2、25 kg/hm~2),研究外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻根系特性及碳氮代谢的调控效应,明确外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻根系构型、氮代谢、尿囊素代谢、氮素吸收及转运、光合特性、非结构性碳水化合物形成积累的影响及其内在联系,进而揭示根系特性与氮素形成积累、非结构性碳水化合物形成积累与产量形成间关系,为制定水稻抗逆增效保产栽培技术措施奠定基础。本试验主要结果如下:1.外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻根系生长影响显著。与常温对照相比,孕穗期低温胁迫显著降低了根系长度、根系体积、根系表面积、根系伤流强度、根系氧化力和根系吸收面积。与孕穗期低温胁迫相比,施用外源尿囊素能提高根系形态和根系活力,且随外源尿囊素施用水平的提高呈先升后降的趋势,C15处理根系形态和根系活力显著升高并达到最大,但仍低于常温对照。2.外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻氮代谢关键酶活性影响显著。与常温对照相比,孕穗期低温胁迫显著降低根系和功能叶片硝酸还原酶(NR)和γ-氨基丁酸转氨酶(GABA-T)活性,提高谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、谷氨酸脱羧酶(GAD)、黄嘌呤氧化酶(XOD)、脲酶(UE)活性。与孕穗期低温胁迫相比,施用外源尿囊素能提高氮代谢关键酶(除GABA-T外)活性,且随外源尿囊素施用水平的提高呈先升后降的趋势,C15处理氮代谢关键酶活性(除GABA-T外)显著升高并达到最大,且显著高于常温对照(齐穗期根系NR活性和孕穗期叶片NR活性显著高于常温对照,其余显著低于或差异不显著);施用外源尿囊素可显著降低GABA-T活性(蜡熟期和完熟期功能叶片C5处理差异不显著),随外源尿囊素type 2 pathology施用水平的提高呈先降后升的趋势,C15处理GABA-T活性最低,且显著低于常温对照。3.外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻氮素积累和分配影响显著。与常温对照相比,孕穗期低温胁GDC-0068供应商迫下各器官氮素积累量均显著下降,茎鞘和叶片氮素分配比例上升,穗部氮素分配比例下降。与孕穗期低温胁迫相比,施用外源尿囊素可提高各器官氮素积累量,且随着尿囊素施用水平的提高呈先升后降的趋势,C15处理(茎鞘齐穗期C20处理)各器官氮素积累量显著升高并达到最大,其中完熟期C15处理叶片、齐穗期C15和C20处理与蜡熟期至完熟期C15处理茎鞘氮素积累量高于常温对照,其余均低于常温对照;施用外源尿囊素可降低茎鞘和叶片氮素分配比例,增加穗部氮素分配比例,C15处理穗部氮素分配比例最大,但仍低于常温对照,说明低温胁迫下施用适量尿囊素能促进各器官氮素向穗部的转运。4.外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻光合特性影响显著。与常温对照相比,孕穗期低温胁迫显著降低了功能叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ的潜在光化学效率(Fv/Fo)和叶面积指数(LAI)。与孕穗期低温胁迫相比,施用外源尿囊素可提高功能叶片叶绿素含量、Pn、Tr、Ci、Fv/Fm、Fv/Fo和LAI,且随着尿囊素施用水平的提高呈先升后降的趋势,C15处理光合特性各指标显著升高并达到最大,但仍低于常温对照。5.外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻蔗糖代谢影响显著。与常温对照相比,孕穗期低温胁迫下功能叶片各生育时期蔗糖含量及可溶性糖含量显著升高,果糖含量在孕穗期至乳熟期显著升高、在VX-661体外蜡熟期和完熟期显著降低,这与孕穗期至乳熟期蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性显著升高、蜡熟期和完熟期SS、SPS活性显著降低有关;蜡熟期和完熟期籽粒蔗糖含量和可溶性糖含量(除齐穗期和乳熟期外)显著升高,齐穗期和乳熟期籽粒蔗糖含量、果糖含量和齐穗期可溶性糖含量显著降低。与孕穗期低温胁迫相比,施用外源尿囊素可提高孕穗期至齐穗期功能叶片蔗糖含量和可溶性糖含量、果糖含量及SS活性和SPS活性和籽粒齐穗期至乳熟期蔗糖含量、果糖含量、齐穗期可溶性糖含量,且随着尿囊素施用水平的提高呈先升后降的趋势,C15处理时各指标显著升高并达到最大;施用外源尿囊素可降低功能叶片齐穗期后蔗糖、蜡熟期至完熟期可溶性糖含量;蜡熟期至完熟期籽粒蔗糖含量和可溶性糖含量,且随着尿囊素施用水平的提高呈先降后升的趋势,C15处理显著降低且含量最低。与常温对照相比外源尿囊素处理籽粒蜡熟期和完熟期蔗糖含量、可溶性糖含量显著升高;籽粒齐穗期至乳熟期蔗糖含量和果糖含量及齐穗期可溶性糖含量显著降低。6.外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻籽粒淀粉形成影响显著。与常温对照相比,孕穗期低温胁迫下籽粒支链淀粉含量、总淀粉含量、可溶性淀粉合成酶(SSS)活性、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)活性、淀粉分支酶(SBE)活性与齐穗期、乳熟期直链淀粉含量和颗粒性淀粉合成酶(GBSS)活性显著降低;蜡熟期和完熟期籽粒直链淀粉含量和GBSS活性显著升高。与孕穗期低温胁迫相比,施用外源尿囊素可提高籽粒支链淀粉含量、总淀粉含量、SSS活性、AGPase活性、SBE活性、齐穗期与乳熟期直链淀粉含量和GBSS活性,且随尿囊素施用水平的提高呈先升后降的趋势,C15处理上述指标显著升高并达到最大,但仍低于常温对照;施用外源尿囊素显著降低蜡熟期和完熟期籽粒直链淀粉含量和GBSS活性,且随尿囊素施用水平的提高呈先降后升的趋势,C15处理显著降低,但仍高于常温对照。7.外源尿囊素对孕穗期低温胁迫下水稻产量影响显著。与常温对照相比,孕穗期低温胁迫下各器官干物质积累量、穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、一次枝梗粒数、二次枝梗粒数、每穗粒数、结实率、千粒重、产量显著降低;2021年有效穗数差异不显著但低于常温对照,2022年有效穗数显著低于常温对照。与孕穗期低温胁迫相比,施用外源尿囊素可提高上述指标,且随着尿囊素施用水平的提高呈先升后降的趋势,C15处理上述指标(除有效穗数外)显著升高并达到最大,但仍低于常温对照。