Морфологические и биологические особенности озимых и яровых хлебов.

Строение важ­нейших органов у всех хлебных злаков очень сходно.

Корневая си­стема у них мочковатая. При прорастании зерна сначала образуют­ся так называемые зародышевые, или первичные, корни. Число их у разных хлебов неодинаково: у озимой пшеницы их чаще бывает 3, у яровой 5, у овса 3—4, у ячменя 5—8, а у проса, кукурузы, сорго и ри­са по одному. Из подземных стеблевых узлов образуются придаточ­ные, или узловые, корни, которые при достаточном увлажнении начи­нают быстро расти, однако первичные корни при этом не отмирают и в засушливые годы являются единственным средством подачи воды и пи­щи растениям.

Как первичные, так и вторичные, или придаточные, корни имеют большое значение. Многочисленными исследованиями установлено, что при развитии яровой пшеницы только с первичной корневой системой урожай ее составлял около 65% урожая растений с хорошо развитой первичной и вторичной корневой системой. У высокостебельных хле­бов (кукуруза, сорго) корни часто развиваются также из ближайших к поверхности почвы надземных узлов. Эти так называемые опорные, или воздушные, корни способствуют повышению устойчивости растений к полеганию или ветровалам.

Опытами В. Г. Ротмистрова (Одесса) установлено, что корни боль­шинства однолетних растений уже в двухнедельном возрасте проника­ют за пределы пахотного слоя. В таблице приводятся данные о глу­бине проникания корней и горизонтальном распространении их в пе­риод молочной спелости растения.

 

ТАБЛИЦА

Показатели	Озимая пшеница	Озимая рожь	Яровой ячмень	Яровая пшеница	Овес	Просо	Сорго	Кукуруза
Длина вертикальных корней, см
Диаметр поперечного сечения области занятой корнями,см

 

Наиболее мощно развита корневая система у кукурузы, озимой пшеницы и ржи. Основная часть корней всех хлебов размещается в верхнем пахотном слое почвы на глубине 20—25 см.

Стебель у хлебных злаков — соломина, состоящая из 5—7 меж­доузлий и разделенная стеблевыми узлами. У высокорослых сортов кукурузы может быть до 25 междоузлий. Число междоузлий соответ­ствует количеству листьев. У большинства хлебных злаков соломина полая, у кукурузы и сорго она заполнена паренхимой. Стебель растет всеми своими междоузлиями.

Первым трогается в росте нижнее междуузлие, затем последуюшие. Каждое новое междоузлие длинее нижнего во много раз. Стебель имеет наибольшую толшину средней части, наименьшую- в верхней. Прочность стеблей разная, она зависит от состава механической ткани.

Стебель обладает способностью образовать боковые побеги из подземных стеблебых узлов.

Лист состоит из листового влагалиша и листовой пластинки. На месте перехода листового влагалища в листовую пластинку имеется тонкая бесцветная пленка, называемая язычком (ligula). Язычок, плотно прилегая к стеблю, препятствует проникнове­нию воды внутрь листового влага­лища.

У основания листового влага­лища образуются двусторонние ли­нейные ушки (auriculae), охваты­вающие стебель. По строению язычка и ушек большинство хлебных
злаков легко различается между собой в ранней фазе развития - кущения. Язычок у пшеницы, ржи и ячменя короткий, а у овса он сильно развит и по краю зубчатый; у пшеницы ушки небольшие, ясно выраженные, часто с ресничками; у ржи они короткие, без ресничек, рано отпадают, а у ячменя очень крупные, без ресничек, полулунной формы, у овса ушек нет.

Соцветие у зерновых хлебов колос (рожь, пшеница, ячмень) или метелка (овес, просо, сорго и рис). У кукурузы на одном растении об­разуются два соцветия — метелка с мужскими цветками и початок с женскими цветками.

Колос состоит из членистого колосового стержня, являющегося продолжением стебля, и колосков. Широкая сторона стержня называ­ется лицевой, а узкая — боковой. У колоса пшеницы стержень колен­чатый, на каждом его членике находится один колосок, обычно состоя­щий из двух колосковых чешуи и одного или нескольких цветков; стер­жень заканчивается верхушечным колоском. Стержень колоса ржи изогнутый, опушенный; на каждом его членике имеется один колосок, обращенный к стержню широкой стороной; в каждом колоске нахо­дятся два цветка.

 

 

1- овса;

2 - ржи;

3- пшеницы;

4- ячменя

Колос ячменя отличается от колосьев пшеницы и ржи тем, что у него на каждом уступе колосового стержня сидят три одноцветковых колоска. У многорядных ячменей зерно образуется в каждом из трех колосков, а у двурядных — только в среднем колоске.

Метелка имеет центральную ось с узлами и междоузлиями. В уз­лах располагаются боковые разветвления, обычно в виде небольших мутовок. Боковые разветвления, в свою очередь, могут ветвиться и соз­давать таким образом ветви первого, второго и последующих поряд­ков. На концах веточек сидят колоски.

Колосок состоит из одного или нескольких цветков и двух колос­ковых чешуи.

Колосковые чешуи могут быть развиты в различной степени. У пшеницы они широкие, многонервные, с продольным килем; у ржи очень узкие, однонервные; у ячменя узкие, почти линейные; у овса ши­рокие, со многими выпуклыми продольными нервами.

Каждый цветок имеет две цветковые чешуи — нижнюю, или на­ружную (у остистых сортов она несет ость), и верхнюю, или внутрен­нюю, более тонкую, нежную и плоскую. Между цветковыми чешуями расположены завязь с одной обратной семяпочкой и двумя перистыми рыльцами и три тычинки (у риса шесть); у основания цветковых че­шуи имеются еще две небольшие тонкие пленки (lodiculae), набухание которых во время цветения обусловливает раскрытие цветка.

Рис. 5. Колосок пшеницы (схема):

1 — колосковая чешуя; 2 — наружная дветочная чешуя; 3 — внутренняя цветочная чешуя; 4 — тычинки; 5 — рыльце.

 

2. Строение и химический состав зерна.

Плод хлебных злаков, называемый обычно зерном, представляет собой зерновку, в которой единственное семя покрыто не только семен­ной оболочкой, развившейся из двух оболочек семяпочки, но и плодо­вой, образовавшейся из тканей завязи. У пленчатых хлебов зерновка, кроме того, покрыта цветковыми чешуям

 

Рис. 6. Строение зерновки пшеницы:

1 и 2 — плодовые оболочки;

3 и 4 — семенные оболочки;

5 — алейроновый слой эндосперма;

6 — щиток;

7 —почечка;

8 — зародыш;

9 —зачаточные корешки;

10 — эндо­сперм;

11 — хохолок.

 

 

У голозерной пшеницы и ржи зерно легко отделяется от чешуи, а у овса (если он пленчатый), проса, чумизы, риса цветковые чешуи плотно облегают зерновку; у пленчатого ячменя цветковые чешуи даже срастаются с зерновкой.

Эндосперм зерновки представляет собой ткань с запасными пита­тельными веществами. Наружный слой эндосперма, непосредственно примыкающий к оболочке, наполнен алейроновыми зернами, богатыми азотистыми веществами. Под ним находятся клетки, наполненные крах­мальными зернами. Зародыш расположен у основания зерновки, на выпуклой стороне. Он состоит из щитка, соединяющего его с эндоспер­мом, почечки, покрытой зачаточными листьями, первичного стебля и корешка. Зародыш по сравнению с эндоспермом семени невелик и со­ставляет у пшеницы, ржи и ячменя 1,5—2,5%, У овса 2—3,5%, а у ку­курузы 10—14% веса зерновки.

Химический состав зерна хлебных культур широко изменяется в за­висимости от внешних условий произрастания, почвы и сорта. Разли­чая в содержании белка, жира и углеводов настолько значительны (табл. 17), что сравнительный анализ зерна разных культур может быть сделан (в % абсолютно сухое вещество) приближенно.

 

ТАБЛИЦА 17

 

Хлебные злаки сильно различаются по содержанию белка в зер­не. Наиболее богата белком пшеница, особенно твердая. Больше всего белков отлагается в наружном (алейроновом) слое зерна, но качество этих белков низкое, так как они хуже перевариваются и почти не со­держат клейковины.

Содержание белка в зерне всех хлебов увеличивается при продви­жении их посевов на юг и на восток. В этом направлении на качество зерна действует возрастающая сухость климата и повышенное содер­жание азота в почвах. По трехлетним исследованиям ВИР, зерно яро­вой пшеницы Лютесценс 62, выращенное под Минском, содержало бел­ка в среднем 12,6%, под Саратовом—18,3%.

Соответствующей агротехникой можно повысить содержание бел­ка в зерне. Накоплению его благоприятствует внесение азотсодержа­щих органических и минеральных удобрений. При уборке пшеницы в фазе восковой спелости белка в зерне часто содержится больше, чем при полной спелости.

В состав белков хлебных злаков входят альбумин, глобулин, глю-теин и глиадин. Альбумин растворяется в воде и свертывается при на­гревании водного раствора. Последние три формы белка, нераствори­мые в воде, называются клейковиной. Кклейковина—это эластичная, связная и упругая масса, получаемая из теста, из которого крахмал удален струей воды. Глютеин обладает свойством эластичности и рас­тяжимости. Глиадин растягивается плохо, а при высыхании становится твердым, хрупким и прозрачным. От соотношения между глиадином и глютеином зависит качество клейковины. Лучшее для хлебопечения от­ношение глиадина к глютеину примерно 1:1.

Клейковина, кроме пшеницы и ржи, содержится также в зерне не­которых сортов ячменя. Количество сырой клейковины у пшеницы от 16 до 50%, у ржи 26% и у ячменя от 2 до 19%.

На выход и качество клейковины большое влияние оказывают внешние условия. Если налив зерна происходит в условиях жаркой, су­ховейной погоды, выход клейковины повышается. Повреждение зерна вредной черепашкой значительно снижает его качество.

Клейковина пшеницы обладает наиболее ценными качествами, бла­годаря чему пшеничный хлеб отличается высокой пористостью и пере­варимостью. Клейковина ржи по качеству значительно уступает клей­ковине пшеницы: она менее эластична и растяжима, поэтому ржаной хлеб имеет меньшую пористость и объем.

Безазотистые экстрактивные вещества представле­ны в основном крахмалом, который содержится в эндосперме и состав­ляет около 80% всех углеводов. Остальная часть приходится на тро­стниковый сахар, находящийся по преимуществу в зародыше (около 1,5% веса зерна). Углеводов больше в центральной части зерновки, чем по периферии. Содержание крахмала в зерне увеличивается по ме­ре продвижения посевов на запад и к северу, т.е. изменяется в обрат­ном, порядке по сравнению с изменением количества белка.

Жира в зерне хлебов около 2—4%, в зерне кукурузы и овса ко­личество его достигает 5—6%. Распределение жира в зерне крайне не­равномерно; наибольшее его количество у всех хлебов находится в клетках зародыша (у пшеницы — около 14%, у ржи и ячменя—12,4, у овса — до 26, у проса — до 20, у кукурузы — до 40%). Наличие в му­ке значительного количества жира вызывает ее прогоркание. Для улучшения качества муки у кукурузы перед помолом удаляют заро­дыш, из которого получают пищевое и лечебное масло.

Зола у пленчатых хлебов находится преимущественно в пленках, а у голозерных — главным образом в плодовой оболочке. При сложном помоле преобладающая часть золы отходит в отруби, поэтому чем' лучше мука отделена от отрубей, тем меньше в ней золы. (например, пшеницы) богата фосфорной кислотой (около 50%) и бед­на кальцием (2,8%), магния в ней несколько больше (12%)- Количест­во окиси калия в золе составляет около 30% веса золы.

Клетчатка составляет основу клеточных стенок и оболочек зер­на, поэтому клетчатки больше у пленчатых хлебов. В мелких зернах клетчатки больше, чем в крупных.

Вода, регулирующая жизненные физиологические процессы, нахо­дится в зерне в следующих видах: 1) химически связанной, входящей в состав молекул веществ в строго определенных соотношениях (эта вода постоянна и инертна); 2) физико-химически связанной, входящей в состав материала в различных соотношениях; к этой форме связи от­носится адсорбционно связанная, осмотически поглощенная и струк­турная вода; 3) механически связанной или свободной, количество ко­торой может изменяться очень сильно; эта вода легко удаляется при высушивании. Влажность зерна хлебных злаков при хранении должна быть доведена до воздушносухого состояния (14—15%).

Помимо белков, углеводов, жиров, зольных элементов, в зернах содержатся ферменты и витамины. Ферменты играют большую роль в превращении запасных веществ семени в усвояемую для про­растающего зародыша форму. Основными ферментами являются: ди­астаз, расщепляющий углеводы (крахмал в сахар); липаза, расщепля­ющая жиры; группа протеолитических ферментов, изменяющих белки; окислительные ферменты —пероксидаза и др.

Витамины (соединения сложного и разнообразного химического состава) имеют большое значение для растений, человека и животных. В зернах хлебных злаков содержится комплекс витаминов.