5.1.4. Влияние природно-климатических факторов

на качество зерна злаковых культур

В созревающих зерновках злаковых культур происходят два взаимоза-висимых процесса – синтез углеводов и азотистых веществ, каждый из ко-торых характеризуется своим оптимумом внешних условий. При изменении условий выращивания могут наблюдаться значительные сдвиги в ходе этих биосинтетических процессов, в результате чего будет меняться химический состав зерна и его качественные показатели.

Так, например, известно, что синтез белков – многоэтапный и энерго-ёмкий процесс, требующий для своего осуществления высокой обеспечен-ности растений солнечной энергией. В то же время для образования углево-дов требуется больше воды, чем на синтез белков, вследствие чего при дефи-ците воды биохимические процессы в зерне смещаются в сторону большего накопления белковых веществ. Однако дефицит воды обычно наблюдается при солнечной погоде и, следовательно, повышенной температуре.

Таким образом, на формирование качества зерна чаще всего влияют три взаимосвязанных внешних фактора – свет, температура окружающей среды, обеспеченность влагой. В дождливую и прохладную погоду снижает-ся обеспеченность растений световой энергией, в результате ослабляется син-тез белков (как более энергоёмкий процесс) и в зерновках больше накапли-вается крахмала. При солнечной погоде повышается температура и усили-вается испарение воды, вследствие чего понижается обеспеченность расте-ний влагой и, как следствие, происходит изменение биохимических процес-сов в созревающем зерне в сторону большего накопления запасных белков.

Аналогичные явления наблюдаются и под влиянием климатических факторов. В северо-западных регионах нашей страны более влажный климат с умеренными летними температурами не обеспечивает оптимальных усло-вий для накопления белков, что затрудняет получение высококачественного зерна. При продвижении на юг и юго-восток интенсивность солнечной ради-ации и среднесуточные температуры возрастают, усиливается дефицит влаги и, таким образом, складываются наиболее благоприятные условия для накоп-ления в зерне белков.

В географических опытах с разными зерновыми культурами, проведен-ных по единой методике, было установлено, что в зависимости от действия климатических факторов и разных погодных условий содержание в зерне белков может изменяться в 1,5–2 раза. В ходе многолетних исследований было показано, что под влиянием природно-климатичесских факторов содер-жание белков в зерне пшеницы может изменяться на 5–10 %, в зерне ржи – на 5–7 %, в зерне ячменя – на 5–9 %, в зерне овса – на 4–7 %. В связи с тем что, как было указано ранее, синтез белков и крахмала в зерновках злаковых культур – конкурирующие процессы, концентрация крахмала по отношению к концентрации белков изменяется в обратном порядке примерно на такие же величины процентного содержания в зерне.

На синтез и накопление в зерновках злаковых растений запасных ве-ществ оказывает влияние не только интенсивность солнечной радиации, но и спектральный состав света. В опытах установлено, что при увеличении доли коротковолнового (синего) света в составе солнечной радиации из продуктов фотосинтеза в растениях больше образуется азотистых веществ – аминокис-лот и белков, в результате чего их концентрация в тканях растений повыша-ется. С другой стороны, преобладание красного света в составе солнечной радиации усиливает синтез и накопление в растениях углеводов.

В ясную погоду и при большей высоте стояния солнца над горизонтом в составе солнечной радиации увеличивается доля коротковолнового (сине-го) света, вследствие чего возрастает накопление в зерновках запасных бел-ков. Поскольку увеличение содержания белков в зерне происходит в основ-ном за счёт накопления их запасных форм, образующих клейковину, коли-чество последней возрастает и улучшаются хлебопекарные и макаронные качества зерна.

Количество и качество клейковины определяются генетически, то есть зависят от сорта пшеницы. Однако даже у самого высококачественного по зерну сорта возможно значительное снижение накопления в зерне клейкови-ны и ухудшение её качества в зависимости от условий выращивания. Накоп-ление в зерне пшеницы клейковины существенно уменьшается при влажных условиях её произрастания. Во влажных условиях урожайность пшеницы возрастает, а содержание в зерне клейковинных белков уменьшается.

При влажной погоде в период созревания зерновок ухудшается также качество клейковины, так как затягивается их созревание и в них сохраняется высокая активность гидролитических ферментов, ослабляющих клейковину. Наоборот, при сухой погоде и повышенных температурах наблюдается улуч-шение качества клейковины.

В условиях относительного дефицита влаги быстрее отмирают листья и сокращается приток углеводов в созревающее зерно, в результате чего в нём снижается накопление запасных углеводов, а концентрация белков повыша-ется, в зерновках также быстро понижается активность гидролитических ферментов. При сильном дефиците влаги (засуха, суховеи) быстро ингиби-руются все биосинтетические процессы, в результате образуется щуплое зерно с невыполненным эндоспермом, вследствие чего уменьшается масса зерновок. С другой стороны, высокая влажность в период налива зерна затягивает его созревание, в зерновки поступает больше углеводистых ве-ществ, вследствие чего повышается содержание крахмала, а накопление белков снижается.

Очень часто при затяжных дождях, сильных туманах и росах во время созревания зерновок в них усиливается активность гидролитических фермен-тов, повышающих концентрацию сахаров и небелковых азотистых веществ, в результате чего в зерне увеличивается осмотическое давление за счёт прито-ка воды с поверхности колосковых чешуй и на поверхность колоса иниции-руется выделение низкомолекулярных органических веществ.

Вследствие потери сухих веществ быстро уменьшается масса зерна и ухудшаются его технологические свойства. Такие явления получили назва-ние "стекание зерна". Стекание зерна может наблюдаться также при непра-вильном орошении, когда, например, проводится дождевание в начале нали-ва зерновок.

Если происходит переувлажнение зерна на завершающих этапах созре-вания, в нём могут инициироваться процессы скрытого прорастания (про-растание на корню), повышается активность гидролитических ферментов и особенно α-амилаз, наблюдается частичная деградация крахмала и клейко-винных белков, что приводит к ухудшению технологических свойств зерна. Вследствие деградации крахмала и клейковины усиливается газообразующая и ослабляется газоудерживающая способность теста, повышается его расте-каемость. В результате уменьшается объём хлеба и ухудшаются его вкусовые свойства (солодовый привкус), мякиш хлеба теряет упругость. Проросшее зерно очень плохо хранится и быстро теряет всхожесть.

Особенно склонна к прорастанию на корню такая злаковая культура, как рожь, зерно которой имеет очень короткий период покоя. При длитель-ном переувлажнении пшеница также может подвергаться скрытому прорас-танию на корню или в валках при раздельной уборке. При возделывании данных культур в регионах с повышенным увлажнением необходимо подби-рать сорта с меньшей склонностью к прорастанию зерна на корню или такие сорта, у которых созревание зерновок происходит в более благоприятные по погодным условиям сроки.

В качестве критерия влажности в данном регионе используется пока-затель – гидротермический коэффициент, выражающий отношение коли-чества осадков за определённый период вегетации растений к среднесу-точной температуре воздуха. При увеличении гидротермического коэффи-циента в период созревания зерна свыше 4–5 возникает опасность переув-лажнения и скрытого прорастания зерна.

При выращивании зерновых культур в засушливой зоне применяются приёмы их орошения. С помощью поливов регулируется водный режим растений и создаются условия, необходимые для формирования высоких уро-жаев зерновых культур. Однако при этом очень часто снижается белковость зерна. В опытах с разными сортами яровой и озимой пшеницы показано, что в условиях орошения содержание в зерне белков может снижаться на 2–5 %, примерно на такую же величину увеличивается содержание крахмала.

Одной из причин снижения белковости зерна при поливах является повышение влагообеспеченности растений, в связи с чем в период его созре-вания, как указывалось ранее, складываются более благоприятные условия для накопления углеводов. Другая возможная причина – недостаток пита-тельных веществ, и прежде всего азота, во время налива зерна.

Орошение стимулирует ростовые процессы в первой половине ве-гетации растений, в результате чего из почвы поглощается много пита-тельных веществ для формирования вегетативной массы; значительная часть азота связывается микрофлорой почвы, а также теряется за счёт вымывания нитратов и процессов денитрификации. Таким образом, к началу налива зерна, когда начинается интенсивный синтез запасных белков, почва значительно обедняется доступными для растений формами азота. Поэтому важной задачей при выращивании зерновых культур в условиях орошения является обеспечение необходимого уровня азотного питания растений в период налива и созревания зерна. Только в этом случае можно получить высококачественное зерно.

В северных и восточных регионах нашей страны наряду с переувлаж-нением созревающее зерно может подвергаться действию низких температур (заморозки ниже –3 ⁰С), при этом в зерновках образуются кристаллики льда, разрушающие их ткани. После оттаивания наблюдается замедление или пол-ное прекращение биосинтетических процессов в зерне. Поэтому морозобой-ное зерно вследствие незавершённости в нём процессов синтеза белков и крахмала не достигает своей полной массы, оно отличается повышенным содержанием сахаров и небелковых азотистых веществ, высокой актив-ностью гидролитических ферментов, вследствие чего характеризуется ухудшенными технологическими свойствами и непригодно для длительного хранения. Однако зерно полной спелости не ухудшает свои качественные показатели при длительном действии заморозков.