Общая характеристика зерновых хлебов

1. Морфологическая характеристика

2. Химический состав зерна

3. Рост и развитие зерновых культур

4. Периоды налива и созревания

В мировом земледелии зерновые культуры занимают ведущее место и имеют важнейшее значение для населения всего земного шара. Хлеб – основной продукт питания человека, фуражное зерно – концентрированный корм для с/х животных.

Морфологическая характеристика. Корневая система у зерновых хлебов мочковатая. При прорастании зерна сначала обра­зуются зародышевые (первичные) корни. Число их у разных хлебов неодинаковое: у озимой пшеницы чаще бывает 3, у яровой — 5, у овса — 3—4, у ячменя — 5—8, у проса, кукурузы, сорго, риса — 1. Из подземных стеблевых узлов образуются узловые (вторичные) корни, которые играют важную роль в жизни растения. У высоко­стебельных хлебов (кукуруза, сорго) корни часто развиваются из ближайших к поверхности почвы стеблевых узлов, это так на­зываемые опорные или воздушные корни. Они также обеспечивают растения влагой и повышают их устойчивость к полеганию.

Основная масса корней размещается в пахотном слое почвы на глубине 20—25 см, где более активно протекают аэробные про­цессы.

Стебель у хлебных злаков — соломина цилиндрической фор­мы, полая или заполнена паренхимой, состоит из 5—7 междо­узлий, разделенных узлами. У позднеспелых сортов кукурузы число междоузлий достигает 23—25.

Рост стебля вставочный, происходит в результате удлинения междоузлий. Первым трогается в рост нижнее междоузлие. Сте­бель зерновых хлебов способен куститься, из его нижних подземных узлов образуются вторичные корни и боковые побеги.

Лист состоит из влагалища и листовой пластинки. Влагалище прикреплено к стеблю в нижней части и охватывает его в виде трубки. В месте перехода влагалища в листовую пластинку имеет­ся тонкая полупрозрачная пленка, называемая язычком. Язычок плотно прилегает к стеблю и препятствует про­никновению воды и различных вредителей внутрь листового влагалища. По обеим сторонам язычка образуются ушки, закрепляю­щие влагалище на стебле. Величина и форма язычка и ушек различны у разных зерновых культур и являются систематиче­скими признаками при определении хлебов I группы в фазу ку­щения и выхода в трубку.

Размеры и число листьев довольно сильно колеблются в зависи­мости от культуры, сорта и условий возделывания.

Соцветие у зерновых хлебов бывает двух типов: колос (у пшеницы, ржи, ячменя, тритикале) и метелка (у овса, проса, риса и сорго). У кукурузы на одном растении образуется два соцветия: в верхней части стебля — метелка с мужскими цветка­ми, а в пазухах листьев — початки с женскими цветками.

Колос состоит из колосового стержня и колосков, располо­женных на его уступах. Широкая сторона стержня называется лицевой, узкая — боковой. На каждом уступе колосового стержня у пшеницы, ржи, тритикале находится один колосок, обычно двух-или многоцветковый. У ячменя на каждом уступе колосового стерж­ня сидят три одноцветковых колоска. У многорядных ячменей в каждом из трех колосков образуется зерно, у двурядных — только в среднем колоске, два боковых колоска редуцированы (недораз­виты).

Метелка имеет центральную ось с узлами и междоузлиями. В узлах образуются боковые разветвления, которые в свою очередь могут ветвиться. На концах каждой веточки сидит один колосок. У овса колоски многоцветковые, у проса, риса и сорго — одно-цветковые.

Цветок состоит из двух цветковых чешуи: нижней (наруж­ной) и внутренней (верхней). У остистых форм наружная цветко­вая чешуя заканчивается остью. Между цветковыми чешуями рас­положены генеративные органы: женские — пестик с завязью и двухлопастным рыльцем и мужские — тычинки (у риса — 6, у осталь­ных хлебов — 3) с двугнездным пыльником. У основания каждого цветка между цветковыми чешуями и завязью находятся две плен­ки, при набухании которых цветок раскрывается.

Плод зерновых хлебов представляет собой односемянную зер­новку (обычно называемую зерном), у которой семенная оболочка срастается со стенками плода или околоплодника. У пленчатых хлебов (овес, просо, рис, сорго) зерновка покрыта цветковыми че­шуями, причем у ячменя цветковые чешуи срастаются с зернов­кой, а у остальных плотно облегают зерновку, не срастаясь с ней.

У основания зерна с выпуклой (спинной) стороны находится зародыш, а в верхней части — хохолок (у пшеницы, ржи, овса). Зародыш состоит из щитка, соединяющего его с эндоспермом, по­чечки, покрытой зачаточными листьями, первичного стебля и ко­решка. Остальная часть зерна представлена эндоспермом с запас­ными питательными веществами. Слой эндосперма, расположенный под оболочкой, называется алейроновым. Клетки его богаты бел­ковыми веществами. Под алейроновым слоем находится основная часть эндосперма, состоящая из клеток с зернами крахмала. Про­межутки между ними заполнены белковыми веществами.

Химический состав зерна. В состав зерна зерновых культур входят вода, органические и зольные вещества (табл. 1). Он может изменяться в зависимости от условий произрастания, уров­ня агротехники и сорта. Кроме основных органических и зольных іичцеств, в зерне содержатся ферменты и витамины.

Таблица 1 Химический состав зерна хлебных культур, %

Культура	Вода	Белки	Углеводы	Жиры	Зола	Клет- чатка
Пшеница мягкая	14,0	13,9	79,9	2,0	1,9	2,3
Пшеница твердая	14,0	16,0	77,4	2,1	2,0	2,4
Рожь	14,0	12,8	80,9	2,0	2,1	2,4
Ячмень	14,0	12,2	77,2	2,4	2,9	5,2
Овес	12,8	11,7	68,5	6,0	3,4	11,5
Кукуруза	14,0	11,6	78,9	5,3	1,5	2,6
Рис	12,0	7,6	72,5	2,2	5,9	11,8
Просо	12,5	12,1	69,8	4,5	4,3	9,2
Гречиха	14,5	13,1	67,8	3,1	2.8	13,1

Азотистые вещества являются важнейшей составной частью зерна хлебных злаков и состоят главным образом из белков. По калорийности они превосходят крахмал, сахар и уступают только растительным жирам.

После отмывания теста от крахмала и других составных частей остается сгусток белковых веществ, нерастворимых в воде, так называемая клейковина. Кроме белков, в клейковине содержатся в небольшом количестве крахмал, жир и другие вещества. От качества клейковины зависят вкусовые и хлебопекарные свойства муки. Хорошая клейковина обладает способностью растягиваться и, не разрываясь, оказывать сопротивление растяжению. Пшеничная клейковина отличается лучшими хлебопекарными качествами по сравнению с ржаной.

Пищевые и кормовые достоинства белков определяются содер­жанием и соотношением в них аминокислот. Наибольшую ценность представляют незаменимые аминокислоты (валин, лизин, триптофан, аланин, глутамин, лейцин, метионин, пролин и др.).

Безазотистые экстрактивные вещества пред­ставлены в основном крахмалом, большая часть которого содер­жится в эндосперме и составляет около 80% всех углеводов, осталь­ное приходится на долю растворимых углеводов — Сахаров, нахо­дящихся преимущественно в зародыше.

Жир содержится в основном в зародыше и алейроновом слое. Более высоким содержанием жира отличаются зерна кукурузы овса, проса.

Клетчатка— основная часть оболочек зерна. Более высокое содержание ее отмечено в зерне пленчатых культур, имеющих цветковые чешуи.

Ферменты — органические соединения, которые играют важ­ную роль в превращении запасных питательных веществ семени в усвояемую для прорастающего зародыша форму. Например, амилаза расщепляет крахмал до мальтозы и декстринов, липаза — жиры на глицерин и жирные кислоты, сахараза гидролизует сахарозу на глюкозу и фруктозу, дегидрогеназа участвует в дыхании.

Витамины. В зерне хлебных злаков содержатся главным образом витамины А_, В₁, В₂, С, D, РР, Е и др. Отсутствие или недостаток их в организме нарушает обмен веществ и вызывает ави­таминоз.

Рост и развитие зерновых культур. В процессе индивидуального роста и развития зерновые проходят ряд фенологических фаз и этапов органогенеза, каждый из которых характеризуется образова­нием новых органов и рядом внешних морфологических признаков. В жизненном цикле растений выделяют 12 этапов органогенеза

В течение вегетации у зерновых культур отмечают следующие фазы роста и развития: всходы, кущение, выход в трубку, коло­шение или выметывание, цветение 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 два этапа органогенеза и две фазы при благоприятных условиях протекают осенью, остальные — весной и летом следующего года; у яровых — весной и летом в год посева.

Минимальные температуры, при которых могут прорастать се­мена зерновых культур, следующие: 1— 2 °С для хлебов I группы, 8—12 °С для хлебов II группы.

Недостаток влаги, пониженные или повышенные (выше опти­мальных) температуры, слабая аэрация почвы задерживают про­растание семян и появление всходов.

Всходы. По мере набухания семена начинают прорастать. Первыми трогаются в рост зародышевые корешки, а затем стеб­левой побег. Прорвав семенную оболочку у голозерных хлебов, стебель появляется возле щитка, у пленчатых 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 колеоптиле.

Колеоптиле — видоизмененный первичный влагалищный лист ра­стения — предохраняет молодой стебель и первый лист от меха­нических повреждений во время роста их в почве. Как только стебелек выйдет на поверхность почвы, под действием солнечного света колеоптиле 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.

Через 10—14 дней после появления всходов у растений об­разуется несколько листьев (чаще 3). Одновременно с их ростом развивается корневая система. Ко времени образования 3—4 листь­ев зародышевые корни разветвляются и проникают в почву на глубину 30—35 см, рост стебля и листьев временно приостанав­ливается и начинается новая фаза развития растений — ку­щение.

Кущение — образование побегов из подземных стеблевых уз­лов. Сначала из них развиваются узловые корни, затем — боко­вые побеги, которые выходят на поверхность почвы и растут так же, как и главный стебель. Кустится растение в верхнем узле главного стебля, который расположен на глубине 1—3 см. Этот узел называется узлом кущения. Он является важным ор­ганом растения, повреждение узла приводит к ослаблению роста или гибели растения.

Одновременно с образованием боковых побегов формируется вторичная корневая система, которая размещается в основном в поверхностном слое почвы.

У колосовых культур (пшеница, рожь, ячмень) цветение на­чинается с колосков средней части колоса, у метельчатых (овес, просо, сорго) — с верхней части метелки.

С п е л о с т ь. Процесс образования зерна у хлебов Н. Н. Ку­лешов делит на три периода: формирование, налив и созревание. И. Г. Строна разделил первый период на два: образование и формирование семян.

Образование семян — период от оплодотворения до появления точки роста. Семя способно дать слабый росток. Масса 1000 се­мян 1 г. Продолжительность периода 7—9 дней и более.

Формирование семян — период от образования до установления окончательной длины зерна. В зерне много свободной воды и мало сухого вещества. Масса І000 семян 8—12 г.

Налив — период от начала отложения крахмала в эндосперме до прекращения этого процесса. Влажность зерна снижается до 37—40%. Продолжительность периода 20—25 дней.

Период налива делят на четыре фазы:

1. Фаза водянистого состояния — начало формирования клеток эндосперма. Сухое вещество составляет 2—3% максимального ко­личества. Длительность фазы 6 дней.

2. Фаза предмолочная — содержимое семени водянистое с мо­лочным оттенком. Сухого вещества накапливается 10%. Продол­жительность фазы 6—7 дней.

3. Фаза молочного состояния — зерно содержит молокообразную белую жидкость. Содержание сухого вещества составляет 50% от массы зрелого семени. Длительность фазы 7—15 дней.

4. Фаза тестообразного состояния — эндосперм имеет консистен­цию теста. Содержание сухого вещества составляет 89—90% мак­симального количества. Продолжительность фазы 4—5 дней.

Созревание начинается с прекращения поступления пластиче­ских веществ. Влажность зерна снижается до 18—12% и даже до 8%. Зерно созрело и пригодно для посевных, технических и хо­зяйственных целей, но развитие семени еще не закончено.

Период созревания делят на две фазы:

1. Фаза восковой спелости—эндосперм восковидный, упругий.

оболочка зерна приобретает желтый цвет. Влажность снижается до 30%. Длительность фазы 3—6 дней. В этой фазе приступают к двухфазной (раздельной) уборке.

2. Фаза твердой спелости — эндосперм твердый, на изломе муч­нистый или стекловидный, оболочка плотная, кожистая, окраска типичная. Влажность в зависимости от зоны 8—22%. Продолжи­тельность фазы 3—5 дней. В этой фазе в зерне протекают слож­ные биохимические процессы, после чего появляется новое и са­мое главное свойство семени — нормальная всхожесть. Поэтому до­полнительно выделяют еще два периода: послеуборочное дозрева­ние и полная спелость.

Во время послеуборочного дозревания заканчивается синтез вы­сокомолекулярных белковых соединений, свободные жирные кислоты превращаются в жиры, укрупняются молекулы углеводов, дыхание замедляется. В начале периода всхожесть семян низкая, в кон­це — нормальная. Продолжительность его колеблется от нескольких дней до нескольких месяцев в зависимости от особенностей куль­туры и внешних условий.

Лекция №6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР

План:

1. Морфологические и биологические особенности озимых и яровых хлебов.

2. Строение и химический состав зерна.

3. Фазы роста и развития растений, этапы органогенеза. Цветение и налив зерна. Созревание и фазы спелости.

Группировка зерновых культур. По характеру возделывания, мор­фологическим и биологическим особенностям зерновые культуры де­лятся на три группы:

1) хлебные злаки I группы;

2) хлебные злаки II группы (просовидные) и растения других семейств;

3) зерновые бобовые.

1. Хлебные злаки I группы: а) озимые, высеваемые с осени, пред­шествующей году сбора урожая: пшеница, рожь, ячмень, овес; б) те же, но ранние яровые культуры. Отличительные особенности хлебов этой группы заключаются в следующем: зерно с продольной бороздкой, прорастает несколькими корешками; соцветие — колос или метелка (у овса); нижние цветки колосков развиты сильнее верхних; растения длинного дня, более холодостойкие и влаголюбивые по сравнению с просовидными хлебами.

2. Хлебные злаки II группы (просовидные) и растения других се­мейств: а) просовидные злаки, подразделяющиеся на группу культур,возделываемых при сплошном и широкорядном посеве (просо, чуми­за); б) высокостебельные злаки, требующие междурядной обработки,а также используемые как кулисные растения (кукуруза, сорго). Обо­собленно стоит рис. К хлебам этой группы обычно относят крупянуюкультуру гречиху, которая входит в семейство гречишных.

Особенности растений,II группы следующие: зерно без продольной бороздки, прорастает одним корешком; соцветие— метелка или поча­ток (у кукурузы); верхние цветки колосков развиты сильнее нижних, все это — растения короткого дня, яровые, более теплолюбивые, но и более засухоустойчивые (кроме риса), чем хлеба I группы.

Кроме отмеченных особенностей, хлеба I группы характеризуются более быстрым ростом в период от всходов до кущения; рост хлебов II группы в начальных фазах замедленный.

3. Зерновые бобовые — горох, чечевица, вика, чина, бобы, нут, лю­пины, фасоль, соя. Растения этой группы характеризуются высокимсодержанием белка, сложными листьями (перистые, тройчатые и паль­чатые), стержневой корневой системой. При помощи клубеньковыхбактерий они используют свободный азот атмосферы. По длине веге­тационного периода, потребности в тепле и отношению к низким тем­пературам во время вегетации зерновые бобовые культуры очень раз­нообразны.