Глава 1 обзор литературы.

1. Морфологические и биологические особенности кукурузы.

Кукуруза, она же «маис» (Zea mays L.), однолетнее травянистое растение семейства злаковых, класса однодольных. Место рождения – Центральная и Южная Америка. Кукуруза – раздельнополое, перекрестноопыляемое растение.

Стебель у кукурузы прямой, высотой от 50 см до 7 м, но иногда и кустится. В отличие от стеблей других злаков, он толстый и не полый – имеет рыхлую сердцевину. От крупных узлов отходят большие, длиной до 1 м, волнистые листья с опушенным верхом, заполняющие между растениями все свободное пространство.

Кукуруза имеет длинные линейно-ланцетовидные листья, отходящие по одному из каждого узла с двух сторон стебля. Каждый лист охватывает стебель всегда в направлении, обратном предыдущему листу.

Число листьев на стебле сильно колеблется у разных групп, разновидностей, сортов и даже в пределах сорта. Кожухов указывает, что в соответствии с числом узлов скороспелые сорта образуют обычно 5-7 надземных листьев и 4-5 подземных, среднеспелые сорта - 9-10 надземных и 6-7 подземных, а позднеспелые сорта - 14-16 надземных и 8-9 подземных листьев. Каждый лист состоит из цельной, относительно широкой пластинки (5-12 см и более).

Лист – широколинейный, состоит из влагалища, пластинки и небольшого язычка, который защищает стебель от пыли, воды, вредных микроорганизмов, а в ряде случаев – и от вредителей, для чего у некоторых сортов и гибридов язычок образует еще специальные ушки. На 1 см² с обеих сторон насчитывается до 17 тыс. устьиц, а на одном кукурузном растении их в среднем более 100 млн. обычно при температуре 20-21С очередной лист появляется через два дня после предыдущего. При 18-19С это происходит через 2-4 дня, при 15-16С через 6, а, при 13-14С – только через 8 дней. Общая поверхность листьев на одном растении в зависимости от сорта колеблется от 0,3 до 1,2 м² и более, если считать еще и листья пасынков.

Кукуруза – типичный однодомник, ее раздельнополые цветки расположены на одном растении, причем мужские (тычиночные) сидят в метелке на верхушке стебля, а женские (пестичные) – в пазухах листьев, в початке. На каждый женский цветок на початке кукурузы приходится от 20 до 40 тыс. пыльцевых зерен на метелке. Поскольку пыльца в тычинках созревает раньше, чем появляются из початков рыльца пестиков, самоопыления у кукурузы почти не бывает: пыльцу в нужный момент она получает от соседних растений. И чем ближе сосед, тем лучше. Бывает, что пыльцу сносит ветром на 1,5 км, но уже за пределами 300 м она теряет жизнеспособность.

Початок покрыт листовой оберткой, наружные слои которой состоят из более толстых листьев, и часто образуют «ушки». На стержне початка попарно вертикальными рядами расположены женские цветковые колоски. Развивается и плодоносит один цветок. Длина каждого початка колеблется от 4 до 50 сантиметров, диаметр от 2 до 10 сантиметров, а масса от 30 до 500 граммов. Полной спелости достигают обычно 1-2, редко 3 початка. Потенциально растение может сформировать столько початков, сколько у него стеблевых листьев, однако у наших сортов початки обычно развиваются в пазухах листьев расположенных от 7 до 15 узла стебля. Причем самым крупным и наиболее развитым всегда оказывается верхний початок.

Из каждой завязи цветка выходят длинные нитевидные, покрытые волосками столбики с раздвоенным на конце рыльцем. Нити способны воспринимать пыльцу по всей своей длине. Из-под кроющих листьев первыми появляются столбики цветков, расположенных в верхней части нижней трети початка. Выход столбиков заканчивается на 4-5 день. В самом начале появления рыльца способны к восприятию пыльцы. Попав на рыльце, она прорастает через шесть часов. Полное оплодотворение происходит через 25-30 часов.

Плод кукурузы – зерновка. Зерно кукурузы имеет развитый зародыш, составляющий 8-15% от всего зерна. Зародыш кукурузы охватывает примерно 1/9 объема зерна, заходит глубоко внутрь зерна и в площади его продольного сечения занимает до 1/3. Большая часть жира (от 77 до 89%) и минеральных веществ (около 80%) сосредоточена в зародыше. Зародыш также богат белками (от 20 до 30%) и сахарами. Крахмал и основная масса белков содержится в эндосперме. По строению зародыша кукуруза относится к классу однодольных (имеющих одну семядолю) растений. Масса зародыша в сухой зерновке обычно составляет 8-13% от массы зерна. Менее весома доля оболочки – 6-8 %. Большую же часть зерна 80-86% представляет эндосперм. Установлено, что на своем веку початок претерпел заметное изменение. Если у древнеиндейской кукурузы было всего 8 вертикальных рядов зерен, то у современной можно насчитать более 24 рядов. Но одно осталось неизменным – в любом початке всегда четное число зерен, и початков с нечетным количеством рядов не бывает. Лучшими для семенных целей являются зерна, находящиеся в середине початка. Всходы в обычных полевых условиях появляются через 10-12 суток.

Спелые зерна блестящие, желтоватого цвета, часто напоминают крупные сплюснутые горошины. В початке их 600 и более. Однако внешне семена разных разновидностей и сортов могут отличаться по форме, цвету и размерам. Одни из них продолговатые, другие округлые, третьи вдавлены с боков, четвертые заострены, пятые напоминают клюв птицы. Причем различия в форме зерна можно обнаружить не только между растениями, но и даже в одном початке. Как правило, в основании верхней части початка зерно имеет округлую форму, в середине сжато с боков, продолговатое, плоское. В свою очередь округлые и плоские зерна подразделяются на мелкие, средние и крупные. И причем зерна окрашены в разные цвета: белые, кремовые, золотистые, желтые, оранжевые, лиловые, темно-коричневые. По одной только окраске можно установить разновидность или подвид того или иного сорта.

У кукурузы довольно развитая, мощная, сильно разветвленная мочковатая корневая система. Общая длина ее у одного растения достигает более 12 км, а масса корней составляет до 15% надземной массы. Корни проникают далеко в почву до 1,5 м глубины. Особую устойчивость кукурузе придают толстые и прочные корни образующиеся в нижних узлах стебля и предохраняющие растение от полегания.

Кукуруза - теплолюбивое и засухоустойчивое растение. Созревание скороспелых форм кукурузы наступает при условии, если от устойчивого прогревания почвы в пределах +10-12⁰ на глубине 10 см до первых заморозков пройдет не менее 100 дней. Для среднеспелых гибридов и сортов необходима сумма температур 2600⁰, а для позднеспелых более 2800⁰.

При достаточном увлажнении кукуруза дает высокие урожаи в условиях сильной жары и воздушной засухи, даже в районах Средней Азии. Однако недостаток почвенной влаги при воздушной засухе, особенно в конце фазы интенсивного роста - созревания зерна, резко снижает урожай.

Все сорта и гибриды по отношению к температуре прорастания можно разделить на три категории: прорастающие при температуре почвы +7,5-8⁰ (Воронежская 76, гибрид Буковинский 2), прорастающие при +8-10⁰ (гибрид ВИР 25) и не переносящие пониженных температур, хорошо прорастающие при температуре +10-12⁰ (гибрид ВИР 42 и др.). В селекционной практике уже известны формы кукурузы, прорастающие при +5-6⁰ и даже +4-5⁰.

Кукуруза требует интенсивного солнечного освещения на стадии роста и тепла – в пору зрелости. Прорастает кукуруза только в почве, прогретой до 10С. Сумма среднесуточных температур за весь период ее роста около 4000. Осенние холода, даже ниже 0С для нее губительны, а вот всходы способны переносить заморозки до -3С, а вместо отмороженных листьев примерно через неделю отрастают новые.

Наиболее высокий урожай эта культура дает на тяжелых плодородных землях, хотя ее можно выращивать на разных почвах. Хорошо реагирует на внесение удобрений. По сравнению с сортами и гибридными популяциями, межлинейные гибриды более отзывчивы на внесение удобрений при орошении (Говоров 1970, Завертайло 1980). Для создания высокого урожая, какой бы засухоустойчивостью ни обладала культура, необходимо столько воды, сколько ее требуется на образование единицы сухого вещества. Кукуруза способна давать при определенных условиях очень высокие урожаи, поэтому она и потребляет много воды.

У кукурузы существует ярко выраженный критический период, в течение которого обеспеченность почвенной влагой является непременным условием получения высокого урожая. Установлено, что наибольшее количество воды эта культура расходует в течении 30 дней - за 10-12 дней до выбрасывания метелок.

От наличия почвенной влаги зависит закладка генеративных органов, т.е. формирования соответствующего количества початков.

В то же время, кукуруза не может нормально расти при избыточном увлажнении и резко снижает урожай на плохо дренируемых, переувлажненных почвах.

Кукуруза - растение короткого дня. При выращивании в северных районах, где день длиннее, она развивает большую вегетативную массу, но фаза плодоношения задерживается. Кукуруза очень светолюбива.

Кукуруза отличается большой неравномерностью и изменчивостью развития. Вид Zea mays обладает исключительной дифференцированностью по признакам. По мнению Н.Н.Кулешова (1955), это объясняется длительным культурным возрастом кукурузного растения и ярко выраженной пластичностью в реакции на природные условия его ареала, простирающегося от 58⁰ с.ш. до 40⁰ ю.ш. и от низменностей до высокогорного плато. Изменчивость кукурузного растения колеблется в больших амплитудах.

Изменчивость кукурузы можно использовать направленно, если создать наилучшие условия для усиленного развития вегетативных и генеративных органов.

Цикл развития растения этой культуры можно поделить на следующие этапы:

• набухание семян (впитывание влаги), их пробуждение;

• прорастание и появление всходов;

• листообразование;

• активный рост;

• появление мужских и женских соцветий;

• цветение;

• формирование початка;

• формирование семян, налив и установление крупности;

созревание и испарение материнской влаги.

Новейшие археологические данные свидетельствуют, что кукурузы индейцы знали, по всей вероятности, еще в эпоху до инкской цивилизации. Туземцы Америки возделывали ее на протяжении 5000 лет, в культуру она была введена в горных районах еще в каменном веке.

По мнению П. М. Жуковского первичный центр формообразования кукурузы находился в Центрально-Американском центре культурных растений, расположенном на территории Мексики, Гватемалы, Коста-Рики, Панамы. Именно из Мексики произошла мелкосеменная, кремнистая, зубовидная и сахарная кукуруза.

Хотя кукуруза и является относительно молодым культурным растением, так как в Европу она была завезена Колумбом из Америки более 500 лет назад, но прошло более 400 лет прежде чем она достигла Центральной Европы. Экономическое значение ее стало существенным лишь после Второй мировой войны. На роль кукурузы в земледелии есть разные взгляды, но значение ее в мире в будущем возрастет. Это обусловлено, в первую очередь, ее потенциальной возможностью обеспечить растущее население продовольствием. Для повышения уровня и стабильности урожаев кукурузы потребуются большие работы в области селекции, в том числе и использование генных технологий и культуры тканей (Estler, Manfred, 1996).

И в итоге за 500 лет, прошедших с того времени, как американское детище покинуло свою колыбель, площадь посевов маиса и его валовой сбор, увеличились настолько, что теперь занимают третье место среди всех возделываемых культур земного шара. Число кукурузосеющих стран давно превышает сотню. Сегодня мировое производство кукурузы приближается к 40 млн. тонн.

Кукуруза служит одновременно и кормом, и пищей. Изделия из кукурузы определяются в основном тремя различными видами текстуры сортов кукурузы, произрастающих в разных районах и составом их зерна. В соответствии с этим получают различные виды круп из кукурузы, используемые для самых разнообразных продуктов. Часть этих продуктов идет на питание человека, часть в животноводство. Если в США она, главным образом, кормовая культура, то на Балканах и во многих странах Южной Америки, Азии и Африки свыше 80 процентов урожая используется на питание населения.