黑龙江省是国家重要的粳稻主产区和商品粳稻生产基地,2016年黑龙江粳稻种植面积达381万公顷,总产量达2255.3万吨,占全国水稻总产的10.9%,黑龙江省粳稻的稳产、高产是国家粮食安全,尤其是口粮安全的重要保障。黑龙江省作为主要寒地稻作区,低温冷害频繁发生,现已成为限制黑龙江省水稻发展的主要因素之一。孕穗期是水稻产量形成的关键时期,也是对温度敏感的时期。该时期遭遇低温冷害,严重影响水稻的生长发育进程、生理生化特性及产量形成过程,甚至会造成大幅度减产或绝产。水稻根系是水分和养分吸收的主要器官,对水稻的生长具有至关重要的作用。氮代谢是作物体内关键的基础代谢途径之一,对维持代谢途径和生理功能具有至关重要作用。本试验以粳稻品种东农428和松粳10号为试验材料,采用冷水胁迫的方式在大田条件下模拟自然冷害,研究孕穗期冷水胁迫对寒地粳稻根系形态建成和氮代谢的影响,旨在探明孕穗期低温胁迫下寒地粳稻根系生长与氮代谢及其与产量的关系,揭示寒地粳稻根系氮代谢对冷水胁迫的响应机制,从而丰富寒地粳稻氮代谢生理基础,为寒地粳稻耐冷生理研究提供理论依据。本试验主要结果如下:1.孕穗期冷水胁迫抑制胁迫期间寒地粳稻根系发生和生长,加快寒地粳稻齐穗期至成熟期根系衰老。与对照相比,孕穗期冷水胁迫期间和胁迫后根长密度、根体积、根表面积和根平均直径均下降,且降幅随处理天数增加而增大,处理间存在差异。冷水胁迫3d寒地粳稻上述指标差异不显著;冷水胁迫6-15d下显著下降。孕穗期冷水胁迫期间和胁迫后东农428根长密度、根体积、根表面积下降幅度低于松粳10,随胁迫时间延长其差距不断增大,这是东农428产量降幅较松粳10低的原因之一。2.孕穗期冷水胁迫抑制胁迫期间寒地粳稻根系生理活性,处理结束后仍然具有抑制作用。与对照相比,孕穗期冷水胁迫期间和胁迫后寒地粳稻根系氧化力和根系伤流强度均下降,且降幅随处理天数增加而增大,处理间存在差异。冷水胁迫3d根系活力差异不显著(除松粳10根系伤流强度差异显著外);冷水胁迫6-15d显著下降。冷水胁迫期间以及齐穗期和乳熟期东农428根系活力下降幅度低于松粳10,随着胁迫时间延长其差距不断增大,这是东农428根系养分转运高于松粳10的原因之一。3.孕穗期冷水胁迫期间寒地粳稻根系硝酸还原酶(NR)活性随胁迫天数不同而发生变化。与对照相比,冷水胁迫3-6d寒地粳稻根系NR活性上升;冷水胁迫9-15d寒地粳稻根系NR活性均显著下降。孕穗期冷水胁迫后寒地粳稻齐穗至蜡熟期根系NR活性显著下降,降幅随处理天数增加而增大,处理间存在差异。东农428比松粳10能维持较高的根系NR活性。4.与对照相比,孕穗期冷水胁迫期间和胁迫后寒地粳稻根系氨同化酶活性活性均上升,且增幅随处理天数增加而增大,处理间存在差异。孕穗期冷水胁迫3d东农428根系谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性均与对照差异不显著,松粳10则显著增加;冷水胁迫6-15d寒地粳稻根系GS、GOGAT和GDH活性显著上升。冷水胁迫期间和胁迫后东农428根系GS、GOGAT活性的增幅小于松粳10,根系GDH活性的增幅大于松粳10。5.与对照相比,孕穗期冷水胁迫期间和胁迫后寒地粳稻根系谷草转氨酶(GOT)和谷丙转氨酶(GPT)活性上升,且增幅随处理天数增加而增大,处理间存在差异。冷水胁迫6-15d东农428根系GOT活性显著上升;冷水胁迫9-15d松粳10根系GOT活性显著上升;冷水胁迫东农428根系GPT活性一直显著上升;冷水胁迫6d后松粳10根系GPT活性显著上升。冷水胁迫期间和胁迫后东农428根系GOT和GPT活性增幅比松粳10大。6.与对照相比,孕穗期冷水胁迫后寒地粳稻植株氮素积累量和地上部氮素积累比例下降,且降幅随处理天数增加而增大,处理和品种间存在差异。孕穗期冷水胁迫后寒地粳稻齐穗期单位根长氮量和氮素干物质生产效率上升,且增幅随处理天数增加而增大,处理和品种间存在差异。7.与对照相比,孕穗期冷水胁迫期间以及齐穗至成熟期寒地粳稻根干重、地上部干重和根冠比均下降,且降幅随处理天数增加而增大,处理间存在差异。与对照相比,冷水胁迫3d根干重和地上部干重差异不显著;冷水胁迫6-15d显著下降。冷水胁迫期间和胁迫后东农428比松粳10根干重和地上部干重的降幅小。8.与对照相比,孕穗期冷水胁迫后寒地粳稻产量及产量构成因素均下降,且降幅随处理天数增加而增大,处理间存在差异。东农428产量及产量构成因素降幅均低于松粳10,其中东农428和松粳10产量降幅范围分别是3.64%-43.05%、17.79%-51.75%。东农428在D3处理下产量构成因素差异不显著与其根系形态和活力差异不显著有关。东农428耐冷性较松粳10强的原因是冷水胁迫下东农428较高的根长密度、根干重、根系活力和根系NR活性使得东农428植株氮素积累量和地上部干重较高,最终使产量降幅较松粳10低。