Морфологические особенности и биологическая характеристика кукурузы

Ботаническая характеристика культуры

Кукуруза (Zeamays) — принадлежит к обширному семейству Мятликовых (Злаковых). Это однолетнее, крупное, травянистое растение, по внешнему виду сильно отличается от других хлебных злаков.

Корень. Кукуруза, подобно другим однолетним злаковым растениям, имеет мочковатую корневую систему, которая довольно глубоко проникает в почву (1,5−3 м и глубже), но основная часть тонких корней расположена в пахотном слое и распространена в стороны от стебля до 1 м и более.

Корневая система кукурузы имеет эмбриональные и придаточные корни. Н. Н. Третьяков выделяет пять типов корней, отличающихся по срокам образования, характеру роста и роли в жизни растений: главный зародышевый, боковые зародышевые, мезокотильные (эпикотильные), подземные узловые, надземные (воздушные) узловые [4].

Зародышевые корни первые 2−3 недели играют основную роль в снабжении растений водой и питательными элементами. Число боковых зародышевых корней в зависимости от сорта (гибрида) колеблется от 0 до 13. На дерново-подзолистых почвах растения кукурузы болезненно переносят повреждения зародышевых корней до фазы 8−9 листьев, при этом урожай снижается в 2−3 раза. Такое повреждение причиняют растениям вредители — проволочники, а также иногда бороны и культиваторы.

Основную и наиболее деятельную часть корневой системы взрослого растения кукурузы составляют стеблеузловые корни, отходящие от нижних (подземных) узлов стебля. Первые придаточные узловые корни образуются у основания второго узла молодого стебля примерно в то время, когда колеоптиле достигает поверхности почвы. Новые корни появляются на других узлах, расположенных недалеко от поверхности почвы. Очередной ярус узловых корней появляется после того, как образовалась новая пара листьев. В неблагоприятных условиях увлажнения образование ярусов корней отстает от образования листьев. На нижних пяти узлах корни растут так же, как и зародышевые, — вначале горизонтально, примерно через месяц после образования — углубляются. На узлах, расположенных выше, корни растут непосредственно вниз, что связано с температурой почвы в различные периоды вегетации кукурузы [5].

Кроме подземных придаточных корней у кукурузы отрастают надземные, или воздушные (опорные) корни, которые у некоторых сортов обычно появляются с началом выхода метелки. Они отходят от стебля под углом, некоторое время растут в воздушной среде, пока не достигнут почвы, в которую углубляются. Подземная часть этих корней участвует в снабжении растений влагой и минеральным питанием.

Стебель. Кукуруза образует прямой, гладкий, цилиндрический стебель, состоящий из междоузлий, отделяющихся узлами. Число надземных междоузлий и узлов колеблется от 5 до 30 см.

Высота стебля является одним из показателей скороспелости сорта, которая зависит также от условий выращивания, наличия питательных элементов в почве, температуры и особенно — от количества осадков в период выметывания мужских соцветий, густоты посева, длины светового дня и других факторов. В наших условиях высота стебля колеблется от 1 до 3,5 м, суточный прирост при благоприятных условиях может достигать 10−15 см и более. Скороспелые сорта, как правило, являются низкорослыми.

Кукуруза, как и другие злаки, может развивать из узлов боковые побеги. Из самых нижних узлов стебля у разных разновидностей и сортов образуется различное число боковых побегов, которые в какой-то степени лишают главный стебель питательных веществ, что является отрицательным признаком при возделывании кукурузы на зерно. Однако при выращивании на зеленый корм и силос эта особенность при благоприятных условиях вегетации повышает общий урожай массы [4].

Различают сильно кустящиеся сорта (обычно низкорослые многопочат-ковые растения, относящиеся к группе кремнистой и сахарной кукурузы), слабо кустящиеся (среднерослые растения, относящиеся к группе крахмалистой кукурузы) и не кустящиеся высокорослые растения (чаще зубовидной группы).

Лист. Стебель несет широкие длинные линейно-ланцетовидные листья, отходящие по одному из каждого узла стебля. Лист состоит из листового влагалища, листовой пластинки и язычка. Листовое влагалище плотно охватывает стебель (междоузлие), придавая ему большую прочность и устойчивость, а также защищая молодую ткань междоузлия от неблагоприятных условий. В месте перехода влагалища в пластинку находится язычок, представляющий собой маленький пленчатый бесцветный вырост, который способствует отгибу листа от стебля, а также предохраняет от проникновения влаги, спор, грибков, личинок насекомых в трубку влагалища и ткани стебля.

Главной составной частью листа кукурузы является листовая пластинка — крупная, с волнистой поверхностью и мощно развитой центральной жилкой, состоящей из нескольких соединенных сосудисто-волокнистых пучков и многих параллельных жилок. С нижней стороны лист гладкий, с верхней — слегка опушенный [3].

Листья кукурузы появляются неравномерно: первые три — сразу один за другим через 1−2 дня. Следующие 4−8-й появляются медленнее, через 3−5 дней. Следующие листья появляются быстрее (через каждые 1−2 дня), так как к этому времени растение имеет большую поверхность закончивших рост листьев и хорошо развитую корневую систему.

С 10−12-го по 16−18-й лист появление очередных листьев замедляется, что, по-видимому, связано с большим потреблением питательных веществ на формирование генеративных органов [2].

Цветок. Кукуруза имеет два рода соцветий — мужские и женские. Мужское соцветие с тычиночными цветками располагается на верхушке стебля в виде крупной метелки с большим количеством колосков.

Колоски мужского соцветия парные: один — сидячий, другой — на ножке. Они располагаются на боковых веточках в два ряда, а на главной оси — в несколько рядов. Колоски состоят из 1−2 тычиночных цветков, двух колосковых чешуи, двух перепончатых цветочных чешуи и двух мясистых цветковых пленок.

Каждый цветок образует три тычинки, состоящие из тычиночной нити и узкого линейного пыльника, в котором созревают желтые овальные пыльцевые зерна (пыльца). Пыльники на нитях прикреплены в одной точке у середины, вследствие чего они легко качаются, развевая пыльцу. В каждом мужском соцветии образуется до 20 млн. пыльцевых зерен; при благоприятных условиях пыльца сохраняет жизнеспособность только в течение 1−2 суток. Пыльца может переноситься ветром без потери оплодотворяющей способности на 200−250 м [3].

Цветение метелки начинается через 3−4 дня после появления соцветия из раструба верхних листьев в средней части соцветия, затем распространяется вверх и вниз. Сначала расцветает главный цветонос, затем — боковые. От начала до конца цветения метелки проходит 5−7 дней.

Женские соцветия — початки — представляют собой сильно укороченные побеги. Они развиваются в пазухах листьев, значительное время прикрываемые листовыми влагалищами. На одном растении может быть несколько початков. Современные гибриды, культивируемые в Беларуси, как правило, образуют один, иногда два початка на растении, но второй (нижний) часто бывает недостаточно развитым и созревает позднее.

На стержне початка продольными рядами (от 8 до 24 и более) попарно расположены двухцветковые колоски. В колоске имеется два цветка: нормально развитый плодоносящий верхний и недостаточно развитый бесплодный нижний [5].

Початок — простое гроздевидное соцветие с сильно утолщенной осью — стержнем. Стержень початка бывает разной величины и формы: от почти цилиндрической до конусовидной. Форма стержня является характерным сортовым признаком. Зерна на цилиндрическом стержне развиваются более равномерно и формируются одинаковыми по величине и форме по всей его длине. Очень толстый стержень из-за сильной гигроскопичности и медленного высыхания при досушке початков невыгоден, при высокой влажности он может служить источником заражения зерна болезнями.

Удельный вес стержня от общего веса початка колеблется от 10 до 40%, обычно — 15−20%. Стержень имеет белую или красную окраску разных оттенков, которая является сортовым признаком [3].

Початок сидит на ножке. В зависимости от толщины и степени укорачивания междоузлий боковой ветви, ножки початков образуются разной формы, чем предопределяется различное положение початков.

Цветение початков обычно наступает на 3−5 дней позже, чем метелок. 11ри благоприятных условиях питания и увлажнения этот разрыв сокращается до 1−2 дней, а при засухе и недостатке влаги в почве достигает 10−20 дней, что может привести к большому количеству бесплодных початков и череззернице. Степень запаздывания зацветания женских цветков по сравнению с мужскими также зависит от особенностей сорта. У современных гибридов цветение часто наступает одновременно. При продолжительной холодной и пасмурной погоде или при поздних сроках сева, когда цветение приходится на период с более коротким световым днем, рыльца могут появиться раньше, чем зацветет метелка того же растения.

После оплодотворения рыльца засыхают через 2−4 дня, но если опыление не произойдет, они остаются зелеными и способными принимать пыльцу в течение трех недель после появления из листьев обертки [2].

Плодзерновка, состоящая из оболочки, эндосперма и зародыша. Зрелый эндосперм, на который приходится 85−90% массы зерновки, состоит из наружной части — одноклеточного алейронового слоя — и внутренней части, заполняющей основную часть зерна и содержащей запасные вещества (прежде всего крахмал). В эндосперме различают роговидную и мучнистую части, степень развития которых является одним из отличительных признаков различных форм кукурузы. Роговидный эндосперм более богат белком, поэтому кремнистые сорта и гибриды содержат больше белка, чем зубовидные и крахмалистые.

Зародыш, достигающий 8−15% массы зерновки, расположен в небольшом углублении у основания зерна и направлен в сторону верхней части початка [2].

По строению и форме зерна различают следующие девять ботанических групп кукурузы: кремнистую, зубовидную, полузубовидную, сахарную, лопающуюся, крахмалистую, крахмалисто-сахарную, восковидную, пленчатую. В Беларуси наиболее широкое распространение получили первые четыре группы.

Зубовидная кукуруза (Zeamays L., indentata). Самый распространенный подвид, сравнительно новый в культуре (рисунок 1). Зерно удлиненно-призматическое с вмятиной на верхушке, по форме напоминает конский зуб. Эндосперм на боковых сторонах зерновок стекловидный, в центре зерна и на верхушке — мучнистый. Крахмала в зерне 68−76%, белка — 8−20%, жира — около 5%.

Рисунок 1 — Зубовидная кукуруза.

Кремнистая кукуруза (Zeamays L., indurata). По происхождению один из наиболее древних подвидов, имеет самый широкий ареал на земном шаре (рисунок 2). Отличается холодостойкостью, имеет как исключительно позднеспелые, так и скороспелые формы. Зерно округлое, сдавленное, гладкое, блестящее. Эндосперм стекловидный и только в центральной части зерновки — мучнистый. Крахмала в зерне 65−83%, белка — 8−18%, жира — до 5%. Ценное сырье для производства муки, из которой готовят мамалыгу, хлебные изделия, крупы.

Рисунок 2 — Кремнистая кукуруза.

Сахарная кукуруза (ZeamaysL., saccharata). Возникла как мутант зубовидных и кремнистых сортов (рисунок 3). Считается сравнительно молодой в культуре. Имеет крупную морщинистую зерновку, состоящую из полупрозрачного стекловидного эндосперма с характерным блеском в изломе. В эндосперме сахарных сортов, кроме различных форм крахмала, содержится водорастворимый декстрин и протеин. Белка в зерне до 18−20%, углеводов — до 64%, из них половина приходится на долю декстрина, жира — 8−9%.

Рисунок 3 — Сахарная кукуруза.

Лопающаяся кукуруза (Zeamays L., everta). Наиболее древний подвид (рисунок 4). Зерно мелкое, эндосперм целиком роговидный. При поджаривании сухое черно лопается, образуя белые хлопья. Имеются две формы: рисовая с остроконечными зерновками и перловая с округлыми зерновками. Крахмала в зерне 62−72%, белка 10−14%. Используется на крупу и хлопья. Растения отличаются хорошей кустистостью, облиственностью и многопочатковостью.

Рисунок 4 — Лопающаяся кукуруза.

Восковидная кукуруза (Zeamays L., ceratina). Подвид сравнительно недавно в культуре (рисунок 5). Восковидная кукуруза. Зерно по форме и твердости похоже на зерно кремнистой кукурузы. Наружная часть эндосперма непрозрачна и по внешнему виду из-за матового оттенка похожа на воск. Используется для получения декстрина.

Рисунок 5 — Восковидная кукуруза.

Крахмалистая кукуруза (Zeamays L., amylacea). Форма зерна, как у кремнистой кукурузы (рисунок 6). Зерновка почти вся наполнена мучнистой массой. Роговидный эндосперм отсутствует или представлен лишь тонким наружным слоем. Крахмала в зерне 72−83%, белка 7−12%, жира 5%. Зерно — ценное сырье для крахмалопаточной, спиртоводочной и маслобойной промышленности.

Рисунок 6 — Крахмалистая кукуруза.

Пленчатая кукуруза (Zeamays L., tunicata). Характерный признак — сильно развитые прицветники женских цветков, плотно прикрывающие зерновку. Практического значения не имеет [2].

Рисунок 7 — Пленчатая кукуруза.