Глава Зерновые культуры

В мировом земледелии зерновые культуры занимают более 710 млн га (1996г.). Они имеют продовольственное, кормовое значение, их продукция служит сырьем для многих отраслей легкой промышленности. Зерно хлебных злаков, крупяных и зернобобовых культур широко используют в мукомольной, крупяной, крахмало-паточной, спиртовой, пивоваренной и комбикормовой промышленности, в хлебобулочном, макаронном и кондитерском производствах. Зерно – основа питания для человека и кормовая база для скота и птицы. Определенное значение зерновые культуры имеют в медицине.

Площадь посева зерновых культур в России составляла в 1996 году 53,388 млн га (53,6% все посевной площади). Основные районы производства зерна в России – Северный Кавказ, Центрально-Черноземный район, Поволжье, Урал, Западная Сибирь.

К зерновым культурам относятся четыре группы (П.И. Подгорный): 1) колосовые хлеба и овес; 2) просовидные;– сем. Мятликовые (Poaceae) или злаковые (Gramineae);3) зерновые бобовые – сем. Бобовые (Fabaceae); 4) представители других семейств – сем. Гречишные (Poligonaceae) и др..

2.1 Общая характеристика зерновых хлебов Морфологические особенности зерновых злаковых культур

По морфологическим, биологическим и хозяйственным признакам зерновые культуры делятся на две группы: зерновые хлеба 1 группы (пшеница, рожь, ячмень, овес) и зерновые культуры 2 группы (рис, кукуруза, просо, сорго). Эти две группы хлебов имеют общие черты и отличительные особенности. Внутри ботанических родов различают виды, которые подразделяются на подвиды и разновидности, на сорта.

Корневая система – мочковатая. Различают первичные (зародышевые) и вторичные (узловые), а у просовидных – еще и эпикотильные корни. Зародышевые корешки появляются при прорастании зерна. Число их зависит от вида культуры и крупности зародыша. Они углубляются на глубину 50-100см и являются основными до фазы кущения и образования узловых (и эпикотильных) корней.

Узловые корни (вторичные) образуются во влажной почве, преимущественно в фазе кущения, и располагаются главным образом в поверхностном слое (0-40см).

Кукуруза и сорго образуют опорные (воздушные) корни из одного-двух надземных узлов стебля.

Стебель – соломина, полая или выполненная (у кукурузы и сорго), разделеннная узлами (перегородками на междоузлия (4-6 у хлебов 1 группы и рис, 7 и более – у просовидных). Первым трогается в рост и раньше заканчивает рост нижнее (первое) междоузлие, последним – верхнее, несущее соцветие. Первое (над узлом кущения) самое короткое. Каждое последующие междоузлие обгоняет в росте предыдущее. Соломина удлиняется до окончания цветения.

У хлебов отмечают еще базальное (корневидное) междоузлие – часть стебля между зародышевыми или эпикотильными корнями и основанием узла кущения.

Листья линейные узкие (пшеница, рожь, овес, рис), средние (ячмень), широкие (кукуруза, сорго, просо).

Зародышевых листьев бывает 3-5, сколько их заложено в зародыше. Они развиваются после появления всходов и работают на рост зародышевых корней и кущение.

Прикорневые листья образуются в процессе кущения, их число колеблется от 6 до 23. Они обеспечивают рост корневой системы и формируют продуктивный стеблестой.

Стеблеые листья появляются в фазе выхода в трубку на узлах стебля по одному. Нижние стеблевые листья, как и прикорневые, обеспечивают дальнейшее ускорение и рост стеблей, листья среднего яруса – озерненность колоса и создание запаса питательных веществ в стебле, верхний (флаговый) лист формирование и налив зерна.

	Лист состоит из листового влагалища и листовой пластинки. У основания влагалища листа, в месте прикрепления его к стеблю образуется утолщение – листовой узел. У основания листовой пластинки имеются язычок (тонкая бесцветная пленка) и ушки (обхватывающие стебель выросты листовой пластинки) (Рис. 9). Рис. 9. Язычки и ушки хлебов 1 группы 1 – овса; 2 – ржи; 3 – пшеницы; 4 - ячменя
Соцветие колос, состоит из колосового стержня и колосков, сидящих на уступах члеников стержня колоса. На каждом уступе у пшеницы, риса и тритикале крепится по одному колосу, а у ячменя – по три. Самые нижние (у пшеницы, ржи) и самые верхние (у ячменя) колоски в колосьях часто бывают недоразвитыми (без зерна). У двурядного ячменя недоразвиты крайние из трех колосков, сидящих на каждом уступе колосового стержня. Широкая сторона стержня называется лицевой, она имеет черепицевидное строение, а узкая – боковой, где видно коленчатость члеников (рис. 10). Рис. 10. Колос и колосовой стержень пшеницы: 1 – с лицевой стороны; 2 – с боковой стороны
			Колосок состоит из двух колосковых чешуй (у проса три) и цветков, заключенных между ними. Пшеница, в каждом колоске формирует по 5 цветков (рис. 10), рожь – 2, овес –3-5, ячмень – 1. Цветок состоит из двух цветковых пленок: наружной или нижней (у остевиидных форм она несет ость) и внутренней или верхней (более тонокая и нежная), между которыми формируются по три тычинки (у риса – 6) и завязь с двумя перистыми рыльцами, которая к концу вегетации превращается в зерновку.
Рис. 11. Колосок пшеницы  - колосок;  - схема строения колоска;  - пестик и лодикулы; 1 – колосковые чешуйки; 2 – наружная цветковая чешуя; 3 – внутренняя цветковая чешуя; 4 – пыльники; 5 – рыльце; 6 – завязь; 7 – лодикулы; 8 – цветоножка.

Рис. 12. Строение зерновки злаков: Л —пшеница, Б —рожь, В — ячмень; 1, 4, 7—общий вид зерновки, 2, 3, 5, 8 — продольные срезы, 6, 9 — поперечные срезы; ал с — алейроновый слой, б— бороздка, зар — зародыш, к сл - кутикулярный слой, п кл — поперечные клетки, пр — перикарпий; ск — семенная кожура, тк — трубчатые клетки, цвч1—цветковая чешуя верхняя (внутренняя), цвч2—цветковая чешуя нижняя (наружная), щ — щиток, энд — крахмалистый эндосперм

Плод - зерновка, у которой семенная оболочка срастается с плодовой. Зерновка пленчатых культур, кроме того, покрыта мякинной оболочкой (цветковыми пленками), причем у пленчатого ячменя цветковые пленки срастаются с зерном, а у овса, проса, сорго, риса они плотно облегают его, не срастаясь с ним (рис. 12).

Зерновки имеют четко выраженный зародыш, расположенный внизу, на спинной стороне. Противоположный конец – верх зерновки, где у хлебов 1 группы имеется хохолок, а у ячменя и просовиных хлебов его нет. На брюшной стороне у хлебов 1 группы есть бороздка, у 2 группы она отсутствует.

В анатомическом строении зерновок различают плодовую и семенную оболочку, эндосперм (мучнистая часть, состоящая из крупных клеток, заполненных крахмальными зернами – 80…85% массы зерна) и зародыш, в котором легко можно различить почечку с зачатком листьев и стебля и первичные корешки. С эндоспермом, в котором сосредоточены все питательные вещества, необходимые для прорастания и появление всходов, зародыш соединен щитком (представляющим собой одну семядолю, поэтому злаки называют однодольными в отличии от двудольных культур, имеющих в семенах по две семядоли.

Вторая семядоля у злаков рудиментирована).

При прорастании через всасывающие клетки щитка к трогающемуся в рост зародышу поступают питательные вещества эндосперма. Самый поверхностный слой эндосперма состоит из клеток богатых белком; это алейроновый слой. Под ним располагаются клетки, наполненные крахмалом. Жиры сосредоточены в зародыше. У пленчатых хлебов (просо, рис) и у наиболее распространенных форм овса и ячменя зерновки покрыты цветковыми чешуями, а у сорго, кроме того, и колосовыми чешуями

Химический состав зерна

Химический состав зерна зависит от вида, сорта, почвенных и погодных условий, от внесения удобрений и проведение агроприемов. Различия в содержании воды, белка, жира, углеводов и других веществ показаны в таблице 7.

Углеводы, представлены на 58-69% крахмалом и моносахарами. Крахмал вместе с белками определяет консистенцию и структуру хлеба. Больше углеводов содержат голозерные хлеба (рожь, пшеница, кукуруза), меньше – пленчатые злаки, особенно овес. Клетчатки у овса и других пленчатых хлебов содержится в 2-5 раз больше (за счет пленок), чем у голозерных. Содержание углеводов вместе с клетчаткой примерно одинаково (около 70%) у всех зерновых злаков (у риса 74%).

Белки – основной материал при построении тканей у человека и животных. По калорийности они превосходят крахмал, сахар и уступают лишь растительным жирам.

Белки в зерне различают сложные (протеиды) и простые (протеины). Сложные содержатся в основном в зародыше, а протеины (запасные) – в эндосперме.

В состав белков входят фракции: альбумиды – растворимы в воде, глобулины – в растворах солей, глютелины – в слабых кислотах и щелочах, проламины или глиадины – в спирте, нерастворимые фракции – склеропротеины.

Для хлебопечения и производства макарон важны содержание и соотношение белковых фракций, образующих клейковину. Клейковина – сгусток нерастворимых в воде белков и др. веществ, остающихся после отмывания крахмала и др. компонентов. У пшеницы клейковина –16..20% до 40%. В состав сухой клейковины пшеницы входит 80-85% белка,6,4-6,7% крахмала, 2,1-2,8% жира, 2% зольных веществ и др. Качество клейковины зависит от соотношения глиадина и глютенина (лучшее 1:1) , с увеличением глиадина клейковина растяжима, а при избытке глютенина – короткорвущая и малосвязанна.

Рожь содержит те же фракции, что и у пшеницы, но при подготовке теста для хлебопечения они не образуют клейковины. В ячмене преобладает гордеин (спирторастворим) глютелин, они образуют с водой неэластичную, короткорвущуюся клейковину.