氮素是水稻需求量最大的矿质营养元素。氮肥的大量投入,在稳定提高稻谷产量,确保国家粮食安全的同时,也带来了资源利用效率低下,水体、大气环境污染,以及稻米品质变劣等负面效应。高产与高效协调、高产与优质协调,已成为当前稻作理论研究的主要科学问题。已有研究在水稻高产需氮规律和施氮技术上取得了重要突破。但在水稻产量和稻米品质对氮素的响应机制上进展较为缓慢,制约了我国稻作技术革新。本试验以武运粳7号和武育粳3号为材料,在揭示水稻产量及稻米品质的氮素效应的基础上,基于源库关系,探查了产量形成关键时期（幼穗发育期）和品质形成关键时期（灌浆结实期）植株水平的碳氮代谢特征及其对氮素的响应机制,以期为水稻高产、优质栽培理论与技术研究提供参考。主要结论如下:1.氮素对水稻产量及稻米品质均有不同程度的影响。总的来说,增施氮素能够提高稻谷产量、改善碾米品质及营养品质,但降低了外观品质和蒸煮食味品质。具体表现为:基蘖肥+促花肥+保花肥并施的模式可有效提高水稻产量,且随着施氮量的增加,增产效果显著;增施氮素主要通过提高穗数及穗粒数来实现增产目的,结实率和粒重受氮素影响较小;增施氮素降低了稻米的完善米率,增加了不完善米率（尤其是腹白米率）,穗肥比基肥对垩白发生率的影响大;增施氮素提高了稻米的糙米率、精米率及整精米率,且增加穗肥用量能有效提高稻米整精米率;增施氮素（尤其是穗肥）提高了糙米粗蛋白含量和精米蛋白质及其各组分含量;增施氮素降低了总淀粉含量、支链淀粉含量、直/支比、峰值粘度、热浆粘度、冷胶粘度和崩解值,提高了消减值和糊化温度。2.氮素对稻穗不同粒位籽粒产量性状和外观品质指标影响不同。产量性状在穗上的分布规律为:一次枝梗的粒数、结实率和糙米重大于二次枝梗,粒数在部位间的表现为中部枝梗>下部枝梗>上部枝梗,结实率和粒重均表现为上部枝梗>中部枝梗>下部枝梗。增施氮素可显著提高各部位的粒数、结实率及糙米重,二次枝梗（尤其是下部二次枝梗）对氮素响应较大。完善米的发生率表现为:二次枝梗>一次枝梗,垩白米率则相反,且垩白类型主要为腹白。增施氮素显著降低了各部位完善米率,增加了各部位不完善米率,尤其是腹白米率,二次枝梗受氮素影响较大。不同品种对氮素的最大响应粒位不同。3.氮素对水稻幼穗发育期叶片碳、氮代谢的影响不同。增施氮素能显著提高叶片净光合速率,增加气孔导度,提高胞间CO2浓度,促进蒸腾作用,提高羧化效率及水分利用率,增加单茎叶面积;增施氮素降低了叶片碳代谢主要产物含量,氮素穗肥降低效果显著;增施氮素提高了叶片全氮含量、叶片SPAD值、叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量及叶绿素a/b值,说明氮素穗肥能够提高叶片对光能的利用。利用MALDI-TOF-MS技术对叶色"黑黄"转变过程中46个差异蛋白进行鉴定,鉴定成功19个。其中与碳代谢相关的蛋白占主要部分（42.10%）,其次是与氮代谢相关的蛋白（31.58%）,与能量代谢相关的蛋白占10.53%,与胁迫响应相关的蛋白占15.79%。在叶色"黑-黄"转变过程中,大部分差异蛋白表达量下调,在叶色"黄黑"转变过程中未见恢复表达。β-1,3-葡聚糖酶只在叶色黑绿时表达,叶色落黄时无表达,而假定蛋白OsI₂1888只在叶色落黄时表达。4.氮素对水稻灌浆期间叶片与籽粒中氨基酸组分的影响不同。结果表明:随灌浆进程,单株叶片中游离氨基酸和蛋白质氨基酸与籽粒中游离氨基酸的含量均呈下降趋势,而籽粒中蛋白质氨基酸含量则逐渐增大。增施氮素后,单株水稻叶片与籽粒中游离氨基酸和蛋白质氨基酸的含量均显著提高。增施氮素后,对游离氨基酸来说,叶片中的N-再分配率及其对籽粒的N-贡献率增大;对蛋白质氨基酸来说,则呈现"先增大后减小"的趋势。叶片与籽粒中的游离氨基酸和蛋白质氨基酸组成均不同,但叶片与籽粒中游离氨基酸均以丙氨酸和谷氨酸为主,蛋白质氨基酸则以谷氨酸和天冬氨酸为主。叶片中蛋白质氨基酸组分对氮素的响应较大,且在花后14 d和花后35 d时,对氮素的响应最大;籽粒中蛋白质氨基酸组分相对稳定,基本不受氮素影响。