Систематика та морфо-біологічні особливості зернових
Зернові культури — пшениця, жито, ячмінь, овес, тритикале, просо, кукурудза, сорго і рис — це окремі роди родини злакових (тонконогових) — Роасеае.
Кожний рід за певними морфологічними та іншими ознаками (щільністю колоса або волоті, характером розвитку колосків у колосі, ламкістю стрижня колоса, будовою колоскових лусок тощо) поділяється на види (тверда і м'яка пшениця, посівний і піщаний овес і т. д.), а види — на підвиди (дворядний і багаторядний ячмінь, кремениста та зубовидна кукурудза) або географічні групи (північноросійське і західносибірське жито та ін.).
Вид, підвид і група на підставі інших морфологічних ознак (за забарвленням лусок колосків, наявністю чи відсутністю на лусках опушення, забарвленням зерна і стрижня качана у кукурудзи, формою зерна та ін.) поділяються на різновиди, а різновиди — на сорти.
Зернові культури за морфологічними та біологічними ознаками і властивостями поділяються на дві групи. До першої групи належать пшениця, жито, ячмінь, овес і тритикале; до другої — кукурудза, просо, сорго та рис. Характерні особливості зернових культур першої та другої груп такі:
Перша група | Друга група |
На черевному боці зернівки є чітка поздовжня борозенка | Зернівка поздовжньої борозенки не має |
Зерно проростає кількома зародковими корінцями | Зерно проростає одним зародковим корінцем |
У колоску розвиваються і плодоносять нижні квітки, а верхні лишаються неплідними або значною мірою редукуються | У колоску розвивається і плодоносить верхня квітка, а нижня редукується |
Стебла звичайно порожнисті | Стебла порожнисті або виповнені серцевиною |
Є озимі та ярі форми | Є тільки ярі форми |
Вибагливість до тепла менша | Вибагливість до тепла вища |
Вибагливість до вологи вища | Вибагливість до вологи менша |
Рослини довгого світлового дня | Рослини короткого світлового дня |
Розвиток на початкових фазах від сходів до кущення більш-менш швидкий | Розвиток на початкових фазах повільний |
Коренева система зернових злаків мичкувата, основна маса якої розміщується у верхньому (на глибині до 25 см) шарі ґрунту. У злаків розрізняють первинні, або зародкові, та вторинні, або стеблові, корені. Зародкові корені утворюються під час проростання з насінини, а вторинні - з підземних і надземних стеблових вузлів та найбільше - з підземного стеблового вузла - вузла кущіння. На відміну від первинних, які відразу ростуть вглиб ґрунту, вторинні корені спочатку ростуть горизонтально, а потім заглиблюються в ґрунт. Зародкові і стеблові корені дуже розгалужуються і утворюють кореневу мичку.
У нормальних умовах розвитку хлібні злаки мають більш розвинену вторинну кореневу систему. Основна роль у формуванні вторинної кореневої системи належить кореням, які утворюються підземними стебловими вузлами, особливо, з вузла кущіння. Також деякі хлібні злаки (кукурудза, сорго) досить часто розвивають із надземних стеблових вузлів повітряні, або опірні, корені, які відіграють, в основному, механічну роль у підтриманні стебла.
Загальна довжина коріння злаків сягає великих розмірів. Так, у рослин пшениці вона становить близько 10 км і проникає у ґрунт на глибину 1,5 м.
Стебло злаків - циліндрична, розділена вузлами, у більшості порожниста (пшениця, жито, тритікале, ячмінь, овес) або виповнена серцевинною паренхімою (кукурудза, сорго, деякі різновидності проса) соломина. Стебло може мати від 5-7 міжвузлів (пшениця, жито, ячмінь та ін.) і до 20 та більше (кукурудза, сорго).
Ріст стебла інтеркалярний і відбувається за рахунок поділу й росту клітин вузлів та у більшості хлібів продовжується до кінця цвітіння. Стебло може утворювати бічні пагони з підземних стеблових вузлів, верхній з яких називається вузлом кущіння, а саме явище - кущінням. Крім того, стебла сорго, проса здатні до галуження.
Під час кущіння на стеблі закладаються надземні вузли з дуже короткими міжвузлями і зачатковим колосом. До початку інтенсивного росту у фазу виходу в трубку довжина надземної частини стебла і колоса вимірюється сантиметрами.
Висота хлібних злаків за сприятливих умов росту досягає 1-2 м (найбільша у жита і найменша у ячменю), у кукурудзи та сорго - 2-4 м і більше.
Листок зернових злаків складається з листкової піхви й листкової пластинки і утворюється на кожному вузлі стебла. Листкова піхва захищає стебло від пошкодження та надає йому стійкості проти вилягання. У нижній частині листка утворюється потовщення - листковий вузол, який охоплює стебло над стебловим вузлом. У місці переходу листкової піхви в пластинку є тонка плівка, яка називається язичком. Язичок перешкоджає попаданню сторонніх тіл, води, шкідників у середину листкової піхви. З обох сторін язичка на краях листкової пластинки утворюються вушка, які закріплюють піхву на стеблі.
За такими морфологічними ознаками, як вушка і язичок, розрізняють хліба до викидання рослинами суцвіть. Слід мати на увазі, що нормального розвитку язичок і вушка досягають у фазі кущіння.
Суцвіття в хлібних злаків двох типів: колос (пшениця, ячмінь, жито, тритікале) і волоть (овес, просо, рис, сорго). Кукурудза утворює два види суцвіть: зверху волоть з чоловічими квітками, а в пазухах листків жіноче суцвіття - качан.
Колос складається із стрижня, який є продовженням стебла і колосків, що розміщуються на його виступах. У волоті стрижень галузиться на гілочки, на закінченнях яких знаходяться колоски.
Колосок злакових зернових культур має дві колоскові луски і квітки. Колоскові луски захищають від пошкоджень квітки, а потім зерна, які в них розвиваються. Колоски бувають одно-, дво- та багатоквітковими.
Кожна квітка складається з зовнішньої, або нижньої, і внутрішньої лусок, між якими розміщується маточка з дволопатевою пірчастою приймочкою та три тичинки (у рису шість). Саме на зовнішній квітковій лусці у остистих форм знаходиться остюк.
Колоскові та квіткові луски злаків дуже різняться між собою і є важливими ознаками для визначення виду цих рослин.
Квітки у хлібних злаків, за винятком кукурудзи, двостатеві.
Плід хлібних злаків - зернівка, яку часто називають зерном. У ячменю, вівса, проса, рису, сорго зернівки переважно вкриті квітковими лусками (плівками) і їх називають плівчастими. У пшениці, жита, кукурудзи зернівки голі.
Зернівки пшениці, жита, тритікале, ячменю, вівса на черевному боці мають поздовжню борозенку. Протилежний бік зернівки називається спинним.
За розміщенням у колоску в зернівці розрізняють нижню і верхню частини. У нижній частині зернівки з спинного боку розміщений зародок. У верхній частині насінини пшениці, жита, вівса є чубок, який складається з коротеньких волосків. У деяких хлібів він є досить характерною систематичною ознакою для розпізнавання видів та сортів.
Розміри зернівки визначають, вимірюючи їх довжину, ширину і товщину. Довжина зернини - це відстань від її основи до верхнього кінця, ширина - відстань між боковими сторонами і товщина - між спинним і черевним боками.
Насінина злакових культур складається із зародка, ендосперму та двох оболонок: внутрішньої - насінної і зовнішньої - плодової, які щільно зрослися між собою. Плодова оболонка утворюється із стінок зав'язі. Під нею розміщені два шари насінної оболонки, яка утворюється з оболонок насінного зачатка. Між зародком, який містить первинні корінці і стебельця, та ендоспермом знаходиться щиток, що являє собою сім'ядолю зернівки. Зародок у різних хлібів не однаковий. У пшениці, жита, ячменю його маса становить 1,5-3%, у кукурудзи - 10-14% маси зернівки.
Ріст хлібних злаків відбувається за фазами. В Україні прийнята класифікація фаз росту за Ф.М. Куперман - фаза проростання насіння, сходів, кущіння, вихід у трубку, колосіння або викидання волоті, цвітіння і достигання.
I. Проростання насіння. Для цієї фази необхідна наявність трьох основних факторів - тепла, вологи, повітря, які спричиняють у насінині ряд складних біохімічних та фізіологічних перетворень, що відбуваються з запасними речовинами ендосперму та зародком.
Спочатку починає рости коренева система, а пізніш розвивається пагін.
II. Сходи - це поява на поверхні ґрунту зелених листків. Спочатку з'являється на поверхні колеоптиль, з якого, розриваючи його, появляється перший листочок. Далі з'являється другий, третій і т.д. Паралельно з появою листків йде ріст первинної кореневої системи.
У пшениці перші листки забарвлені в зелений колір, у жита - фіолетово-коричневий, ячменю - сизуватий, вівса - світло-зелений.
III. Кущіння відбувається після утворення третього листка. Це своєрідне галуження підземного стебла, під час якого утворюються додаткові стебла і вторинна коренева система. Інтенсивність кущіння тісно пов'язана з продуктивністю зернових.
IV. Вихід у трубку - це фаза активного росту стебла і формування генеративних органів рослин.
V. Колосіння, або викидання волоті, характеризується виходом суцвіття з піхви флагового листка.
VI. Цвітіння відбувається після V фази, але може і збігатись з нею, так як у ячменю.
Розрізняють злакові рослини самозапильні (пшениця, ячмінь, овес, рис, просо) і перехреснозапильні (жито, кукурудза, сорго). Цвітіння триває від 3-4 днів у вівса і до 6-10 - у пшениці.
VII. Достигання зерна включає в себе процеси наливу і остаточного формування зрілої насінини.
Цю фазу ділять ще на три частини:
1) Молочна стиглість. Зерно ще зеленого кольору, під час роздушування з'являється молочна рідина, вміст води в ньому 50-52%. Відмирають нижні листки рослини. Настає через 10-18 днів після цвітіння.
2) Воскова стиглість. Зерно набуває нормального забарвлення, стає твердим, як віск, легко розрізується нігтем, вміст води до 25%. Жовтіє вся рослина.
3) Повна стиглість характеризується вмістом вологи в зерні 15% (до 20%), зерно стає твердим, перетворень запасних продуктів не відбувається, зерно легко осипається.