Фазы роста и развития зерновых культур

 

Белки – основной материал при построении клеток и тканей у  человека и животных. Они делятся  на простые и сложные: нуклеопротеиды и липопротеиды, отличающиеся более  сложным химическим составом. Простые  белки в основном включают следующие  фракции: альбумины (водорастворимые  белки), глобулины (белки, растворимые  в слабых растворах нейтральных  солей), глиадины (белки, растворимые  в 70-80% этиловом спирте), глютенины (белки, растворимые в слабых растворах  кислот и щелочей). Наибольшую ценность представляют глиадины и глютенины. Для хлебопечения лучшее их соотношение 1:1.

 

Качество белка определяют по составу аминокислот: чем больше незаменимых и лимитирующих кислот (валина, лизина, триптофана и других), тем выше продовольственное и  кормовое достоинство культур.

 

Белки, нерастворимые в  воде, называют клейковинными или  клейковиной. Клейковина представляет собой сгусток белковых веществ, остающихся после отмывания теста  от крахмала и других составных частей. Кроме белков в клейковине содержаться  в небольшом количестве крахмал, жир и другие вещества. От качества и количества клейковины зависят  вкусовые и хлебопекарные свойства муки. Содержание сырой клейковины колеблется у пшеницы в пределах – 16-52%, у ржи – 8-26%, у ячменя – 6-20%, у тритикале – 28-44%. Хорошая  клейковина способна растягиваться  в длину и, не разрываясь, оказывать  сопротивлению растяжению. Пшеничная  клейковина отличается более высокими хлебопекарными качествами по сравнению  с ржаной, благодаря чему пшеничный  хлеб характеризуется высокой пористостью  и переваримостью. На содержание и  качество клейковины сильно влияют внешние  условия, уровень агротехники и  используемые сорта. Содержание клейковины повышается при применении органических и минеральных удобрений, соблюдении технологии возделывания, а также  при жаркой погоде во время налива зерна. При повреждении зерна  пшеницы клопами-черепашками значительно  снижается его качество.

 

Углеводы в зерне мятликовых культур представлены главным образом  полисахаридами, среди которых большую  часть составляет крахмал. Наибольшее количество его содержится в эндосперме (около 80% всех углеводов). Остальное  количество приходится на долю растворимых  углеводов – сахаров (2-3%), находящихся  преимущественно в зародыше. Больше всего углеводов находится в  центральной части зерновки, меньше – по периферии. В зависимости  от характера расположения крахмальных  зерен в клетках эндосперма зерно  хлебных культур может быть мучнистым  или стекловидным. В зерне с  мучнистым эндоспермом промежутки между крупными крахмальными зернами  заполнены множеством мелких крахмальных  зерен, прослойки белка тонкие. В  стекловидном зерне мелких крахмальных  зерен почти нет, а промежутки заполнены белками. Содержание крахмала в зерне увеличивается по мере продвижения посевов на запад  и на север, т. е изменяется в обратном направлении по сравнению с изменением количества белка.

 

Жир – это запасное высокоэнергетическое вещество, используемое при дыхании  и при прорастании зародыша. Содержание жира в зерне хлебных культур  составляет – 2-6%. Распределение его  в зерновке неравномерно, больше всего  его в зародыше и алейроновом  слое (в зародыше пшеницы до 14%, ржи  и ячменя до 12,5%, кукурузы – до 40%, овса – до 26%, проса – до 20%). При  наличии в муке большого количества жира она может прогоркнуть. Для  улучшения качества муки у кукурузы перед помолом удаляют зародыш, из него получают масло, используемое на продовольственные и лечебные цели. Жиры растительного происхождения  по консистенции жидкие, так как  состоят главным образом из непредельных кислот жирного ряда – олеиновой, линолевой и линоленовой с  одной, двумя или тремя двойными связями.

 

Зола входит в состав зерна  в виде минеральных, или зольных, веществ (фосфор, калий, кальций, натрий, железо, кремний, сера, хлор). В очень  малых количествах присутствуют марганец, цинк, никель, кобальт и  другие. Эти элементы входят в состав различных органических соединений и находятся в виде солей и  кислот.

 

Соотношение между элементами в составе золы зерна у разных культур различно. Например, в зерне  овса и проса кремния значительно  больше, чем в зерне пшеницы. Основную часть из минеральных веществ  составляет фосфор, калий и магний. В золе зерна пшеницы больше содержится фосфорной кислоты (около 50% массы  золы), окиси калия (около 30%), несколько  меньше – магния (около 12%) и очень  мало – кальция (около 2,8%).

 

Зерно и вырабатываемые из него продукты – важнейший источник минеральных веществ для человека. При сложном помоле преобладающая  часть золы отходит от отруби, поэтому, чем лучше мука отделена от отрубей, тем меньше в ней золы.

 

Клетчатка – основная часть  оболочек, более высокое содержание ее отмечено в зерне пленчатых  культур, имеющих цветковые чешуи, а у голозерных – в плодовой оболочке. Содержание клетчатки зависит  от крупности зерна. В крупном  зерне клетчатки меньше, чем в  мелком.

 

Пигменты (порфирины, каротиноиды, антоцианы и другие) также присутствуют в зерне хлебных злаков, они  придают ему ту или иную окраску.

 

Ферменты – органические соединения, которые играют важную роль в переводе запасных питательных  веществ семени в усваиваемую  для прорастающего зародыша форму, например амилаза, расщепляющая крахмал, липаза – жиры и другие.

 

Витамины сложного и разнообразного химического состава необходимы для нормальной жизнедеятельности  человека и животных. В зерне хлебных  злаков содержаться главным образом  витамины А1, В1, В2, С, D, PP, E и другие. При  отсутствии или недостатке их в организме  нарушается обмен веществ, может  развиваться заболевание – авитаминоз.

 

Отличительные признаки зерновых культур первой и второй групп

 

Зерновые культуры по морфологическим  признакам и биологическим особенностям делят на 2 группы.

 

Хлеба первой группы относятся  к семейству Мятликовые (Poaceae), сюда входят пшеница, рожь, ячмень, овес, тритикале. Растения этой группы характеризуются  следующими признаками: соцветие –  колос (у овса – метелка), плод –  зерновка с продольной бороздкой, стебель  – соломина, обычно полая, корневая система мочковатая, зерно прорастает несколькими корешками. Растения озимые и яровые, менее требовательные к  теплу, но более требовательные к  влаге, относятся к культурам  длинного дня.

 

Хлеба второй группы также  относятся к семейству Мятликовые, это кукуруза, сорго, просо, рис. Отличительные  особенности растений этой группы: соцветие – метелка (у кукурузы женское  соцветие – початок, мужское метелка), стебель – соломина с выполненной  сердцевиной, корневая система мочковатая, зерно прорастает одним корешком, плод – зерновка, бороздка отсутствует. Растения имеют только яровые формы, более требовательны к теплу  и свету, отличаются засухоустойчивостью (кроме риса), относятся к растениям  короткого дня.

 

По продолжительности  вегетационного периода зерновые культуры делят на растения с коротким периодом вегетации – 60-80 дней (ячмень, просо  и другие); со средним – 90-100 (яровая пшеница, овес и другие) и длинным  – 120-140 дней (кукуруза, рис).

 

Возделываемые зерновые культуры значительно различаются по реакции  на длину дня и типу развития. По реакции на длину дня зерновые культуры на растения короткого и  длинного дня. У растений короткого  дня (хлеба второй группы) ускоренное цветение и созревание отмечаются при  длине дня – 10ч, а у растений длинного дня (хлеба первой группы) – при длине дня 14-16ч.

 

Озимые – это хлеба, которым для прохождения стадии яровизации в начальный период развития требуются невысокие температуры  – …-1…+10°С в течение 20-50 дней. Поэтому  их высевают осенью, за 40-60 дней до наступления  устойчивых морозов, а урожай получают в следующем году. При весеннем посеве растения, как правило, кустятся и не образуют стебля и колоса.

 

Яровые формы для прохождения  стадии яровизации требуют более  высоких температур – 5-20°С в течение 7-20 дней, поэтому их высевают весной и урожай собирают в том же году.

 

Двуручки проходят стадию яровизации при температуре – 3-15С. В южных районах страны имеются  сорта, которые нормально растут и развиваются, дают урожай при весеннем и осеннем посевах.

 

Деление хлебов на озимые, яровые и двуручки условно, но использование  этих форм имеет большое значение для производства и дает возможность  уменьшить напряженность труда  в весенний период и во время уборки.

 

Рост и развитие зерновых культур

 

В процессе индивидуального  роста и развития зерновые культуры проходят ряд фенологических фаз  и этапов органогенеза, каждый из которых  характеризуется образованием новых  органов и определенными внешними морфологическими признаками. В жизненном  цикле растений Ф.М. Куперман установлено 12 этапов органогенеза. В течение  вегетации у зерновых культур  отмечают следующие фазы роста и  развития: всходы, кущение, выход в  трубку, колошение (или выметывание), цветение, налив и созревание. Началом  фазы считают день, когда в нее  вступает не менее 10% растений; полная фаза отмечается при наличии соответствующих  признаков у 75% растений. У озимых культур первые 2 этапа органогенеза и две фазы при благоприятных  условиях протекают осенью, остальные  – весной и летом следующего года; у яровых – весной и летом в  год посева.

 

Набухание и прорастание  семян предшествует фазе всходов. Для  того чтобы семена проросли они должны набухнуть, т. е поглотить определенное количество воды, которое зависит  от их крупности и химического  состава. Например, семена ржи поглощают 55-65% воды от их массы, пшеницы – 47-48%, ячменя – 48-57%, овса – 60-75%, кукурузы – 37-44%, проса и сорго – 25-38%. Для набухания  семян зернобобовых культур требуется  – 100-125% воды от их абсолютно сухой  массы.

 

На поглощение воды оказывают  влияние температура среды, концентрация почвенного раствора, структура и  крупность зерна. Наиболее благоприятная  температура в период набухания  семян – 10-21С. На почвах с повышенной концентрацией солей набухание, а затем и прорастание затягиваются. Мучнистое зерно пшеницы и  мелкие семена поглощают воду быстрее, чем стекловидное и крупное зерно, поэтому для получения дружных  всходов посевной материал должен быть выравненным. Пленчатое зерно набухает медленнее, чем голозерное. При набухании  в семенах происходят биохимические  и физиологические процессы. Под  воздействием ферментов сложные  химические соединения (крахмал, белки, жиры и другие) переходят в простые, растворимые соединения. Они становятся доступными для питания зародыша и через щиток перемещаются в  него.

 

Д. Н. Прянишников установил, что находящийся в эндосперме белок расщепляется с образованием аминокислот и небольшого количества аспарагина и глютамина. Азотистые  вещества, вступая в реакции с  продуктами расщепления углеводов, служат для синтеза новых белков в растущем зародыше.

 

Получив питание, зародыш  из состояния покоя переходит  к активной жизнедеятельности. Семена начинают прорастать. В это время  им необходима влага, кислород и определенные температурные условия.

 

Минимальные температуры, при  которых могут прорастать семена зерновых культур:

 

1. Для хлебов 1 группы –  1-2°С (оптимальная 15-20°С);

 

2. Для хлебов 2 группы –  8-12°С (оптимальная 25-30°С).

 

В климатических условиях РФ при посеве в оптимальные сроки  температура колеблется в интервале  – 6-12°С для хлебов 1 группы и 15-22°С для  хлебов 2 группы, хотя оптимальная температура  значительно выше. Температура выше 30-35°С отрицательно сказывается на прорастании семян и даже может  вызвать их гибель.

 

Недостаток или избыток  влаги, пониженные или повышенные температуры, слабый доступ воздуха в почву  задерживают прорастание семян. Избыточное увлажнение почвы, глубокая заделка семян, особенно на тяжелых  почвах, образование корки на поверхности  почвы затрудняет доступ воздуха  к проросткам, от чего резко снижаются  прорастание семян и появление  всходов.

 

Всходы – первая фаза роста  и развития. По мере набухания семена начинают прорастать. Вначале трогаются  в рост зародышевые корешки, а  затем – стеблевой побег. Прорвав  семенную оболочку у голозерных хлебов, стебель появляется возле щитка, у пленчатых культур он проходит под цветковой чешуей и выходит  у верхней части зерна, начиная  пробиваться на поверхность почвы. Сверху он покрыт тонкой прозрачной пленкой  в виде чехлика, называемого колеоптиль (coleoptile). Колеоптиль – видоизмененный первичный влагалищный лист растения – предохраняет молодой стебель  и первый лист от механических повреждений  во время их роста в почве. Как  только стебелек выйдет на поверхность  почвы, под действием солнечного света колеоптиль прекращает рост и  под давлением растущего листа  разрывается, наружу выходит первый настоящий лист. В момент выхода первого зеленого листа у зерновых культур отмечается фаза всходов.

 

Для выращивания высоких  и устойчивых урожаев очень важно  получить своевременные, дружные и  полноценные всходы оптимальной  густоты. Этого можно добиться путем  установления правильной нормы высева, использования высококачественных семян, улучшения агротехники и  условий произрастания. Густота  растений зависит от полевой всхожести  семян. Полевая всхожесть – количество появившихся всходов, выраженное в  процентах к числу высеянных  всхожих семян. Полевая всхожесть  семян в хозяйствах различных  зон РФ в среднем колеблется в  пределах – 60-70%. При соблюдении технологии возделывания зерновых культур полевая  всхожесть значительно повышается и достигает – 70-85%. Установлено, что снижение полевой всхожести на 1% приводит к уменьшению урожая зерновых на 1,5-2%.

 

Агрономическое значение фазы всходов заключается в том, что при изреживании посевов (некачественнее семена, неблагоприятные условия  в период всходов) проводят пересев  в этой фазе. Более поздний пересев  ведет к снижению урожая. Нормальная густота всходов – основа хорошего урожая культуры.