Зерно: строение, структура и химический состав

Фото

Роль удобрений в развитии корней

В почве редко бывает достаточное количество питательных веществ в легкой для усвоения форме. Поэтому пшеницу дополнительно удобряют. Неправильное соотношение фосфора, калия и азота снижает продуктивность растений и качество зерна, повышает уязвимость к болезням.

Количество минеральных веществ для формирования достаточного урожая зерна на 1 га:

• 25–35 кг азота;
• 11–13 кг фосфора;
• 20–27 кг калия;
• 5 кг кальция;
• 4 кг магния;
• 3,5 кг серы;
• 5 г бора;
• 8,5 г меди;
• 270 г железа;
• 82 г марганца;
• 60 г цинка;
• 0,7 г молибдена.

Азотные удобрения вносят ранней весной. Они ускоряют кущение, увеличивают густоту стеблестоя и число члеников колосового стержня. Когда растение начинает выходить в трубку, проводят вторую подкормку, которая повышает урожайность. В третий раз пшеницу удобряют, когда она колосится.

Опыление

Для того чтобы произошло оплодотворение, необходимо, чтобы пыльца попала на рыльце пестика.

Процесс переноса пыльцы с тычинок на рыльце пестика называют опылением. Различают два основных типа опыления: самоопыление и перекрёстное опыление.

Самоопыление

При самоопылении пыльца с тычинки попадает на рыльце пестика того же самого цветка. Так опыляются пшеница, рис, овёс, ячмень, горох, фасоль, хлопчатник. Самоопыление у растений чаще всего происходит в ещё не раскрывшемся цветке, то есть в бутоне, когда цветок раскроется, оно уже закончено.

При самоопылении сливаются половые клетки, образовавшиеся на одном растении и, следовательно имеющие одинаковые наследственные признаки. Вот почему потомство, образовавшееся в результате процесса самоопыления, очень похоже на родительское растение.

Перекрёстное опыление

При перекрёстном опылении происходит перекомбинация наследственных признаков отцовского и материнского организмов, и образовавшееся потомство может приобрести новые свойства, которых не было у родителей. Такое потомство более жизнеспособно. В природе перекрёстное опыление встречается значительно чаще, чем самоопыление.

Перекрёстное опыление осуществляется с помощью разных внешних факторов.

Анемофилия (ветроопыление). У анемофильных растений цветки мелкие, часто собраны в соцветия, пыльцы образуется очень много, она сухая, мелкая, при раскрывании пыльника с силой выбрасывается наружу. Лёгкая пыльца этих растений может переноситься ветром на расстояния до нескольких сотен километров.

Пыльники расположены на длинных тонких нитях. Рыльца пестика широкие или длинные, перистые и высовываются из цветков. Анемофилия свойственна почти всем злакам, осокам.

Энтомофилия (перенесение пыльцы насекомыми). Приспособлением растений к энтомофилии являются запах, цвет и размер цветков, липкая пыльца с выростами. Большинство цветков двуполые, но созревание пыльцы и пестиков происходит не одновременно либо высота рылец больше или меньше высоты пыльников, что служит защитой от самоопыления.

В цветках насекомоопыляемых растений имеются участки, выделяющие сладкий ароматный раствор. Эти участки называются нектарниками. Нектарники могут находиться в разных местах цветка и иметь разные формы. Насекомые, подлетев к цветку, тянутся к нектарникам и пыльникам и во время трапезы пачкаются пыльцой. Когда насекомое перебирается на другой цветок, переносимые им пыльцевые зёрна прилипают к рыльцам.

При опылении насекомыми меньше пыльцы тратится впустую, и поэтому растение экономит вещества, производя меньше пыльцы. Пыльцевым зёрнам нет необходимости долго удерживаться в воздухе, и поэтому они могут быть тяжёлыми.

Насекомые могут опылять редко расположенные цветки и цветки в безветренных местах — в лесной чаще или гуще травы.

Как правило, каждый вид растений опыляется насекомыми нескольких видов и каждый вид насекомых-опылителей обслуживает несколько видов растений. Но есть такие виды растений, цветки которых опыляются насекомыми лишь одного вида. В таких случаях взаимное соответствие образов жизни и строения цветков и насекомых бывает настолько полным, что кажется чудесным.

Орнитофилия (опыление птицами). Характерно для некоторых тропических растений с яркоокрашенными цветками, обильным выделениям нектара, прочной эластичной структурой.

Гидрофилия (опыление с помощью воды). Наблюдается у водных растений. Пыльца и рыльце этих растений чаще всего имеют нитеобразную форму.

Зоофилия (опыление с помощью животных). Для этих растений характерны крупные размеры цветка, обильное выделение нектара, содержащего слизи, массовая продукция пыльцы, при опылении летучими мышами — цветение ночью.

Вторичные корни у озимой пшеницы

У озимой культуры есть первичные корни, которые образуются в эмбриональном гипокотиле (зародышевом стебельке) семян, и вторичные, развивающиеся из узлов кущения. Последние появляются через 20 дней после всходов. В период кущения из каждого нового стебля формируется по 2 корня, которые питают боковые побеги. При этом первичные корни не прекращают свою работу, а если вторичные не развились (например, из-за засухи), то они полностью обеспечивают злак минералами и водой.

На поглощающую деятельность вторичной системы влияет такой элемент, как сера. Микроэлемент участвует в углеводном и азотном обмене веществ, обеспечивает накопление крахмала и сахара в зерне. При нехватке вещества в почве и корнях снижается урожайность культуры.

Содержание серы в корнях озимой пшеницы: 5:1 в соотношении с азотом.

Особенности строения корней

Корневая система у пшеницы эффективно выполняет свои функции, но поглощает воду она не всей поверхностью. На концах ответвлений корней имеется зона всасывания, которая состоит их тоненьких волосков, толщиной 0,1 мм и длиной 1-10 мм. Эти волоски покрыты слизью, что существенно повышает эффективность поглощения воды и питательных веществ. Рядом расположена зона деления, которая обеспечивает прорастание корневой системы. Длина корня пшеницы может достигать двух метров, но наиболее эффективное всасывание воды и питательных веществ происходит на глубине до 30 см.

Тип корневой системы

Пшеница имеет мочковатый тип корневой системы, характерный для однодольных растений. Мочковатая корневая система представляет собой несколько первичных корней, выходящих из семени и придаточные, выходящие из стебля. Имеет очень ветвистую структуру.

Кущение пшеницы

Когда пшеница находится на стадии роста, при которой над почвой уже видны 3-4 листочка, под землей имеется утолщение стебля, называемое узлом кущения. Во время этапа накопления, в нем образуются питательные элементы и зачатки будущих частей растения. Из узла кущения обычно произрастает основной и несколько стеблей второго порядка. По всей длине стебля формируются утолщения — узлы. Длина участков между ними — междоузлий увеличивается к верхней части стебля. Каждый побег образует пару корешков, которые разрастаются в почву и питают всё растение. Дополнительные стебли при кущении могут образовывать колосья, тем самым повышая урожай. Кущение может положительно влиять на сопротивляемость растения внешним неблагоприятным факторам и обеспечивает ему выживание. Искусственно усилить интенсивность кущения можно применением морфорегуляторов и ранней азотной подпиткой.

Выход в трубку

Следующая фаза роста зерновых хлебов — раздвигание нижних междоузлий стебля, или выход в трубку. В этот период фармируются генеративные органы. Для растений в этой фазе необходимы высокая интенсивность освещения и хорошая обеспеченность влагой.

Рост стебля начинается с удлинения нижнего междоузлия, расположенного непосредственно над узлом кущения. Интенсивный рост первого междоузлия продолжается 5—7 дней, затем он ослабевает и заканчивается на 10—15-й день. Почти одновременно начинает увеличиваться второе междоузлие. После приостановки его роста усиленно удлиняются третье и последующие междоузлия. Каждое междоузлие растет своей нижней частью, поэтому верхняя часть междоузлия раньше становится твердой, тогда как нижняя часть еще остается мягкой и нежной. Такой тип роста называется интеркалярным. При полегании зерновые хлеба способны подняться благодаря продолжающемуся росту междоузлий с нижней стороны стеблевых узлов. Заканчивается рост  междоузлий  обычно  к  концу  цветения — началу   налива   зерна.

Число междоузлий у хлебов первой группы 4—7, а у кукурузы и Сорго значительно больше — 16—20.

Начало выхода в трубку отмечается с момента, когда узел поднимается над поверхностью почвы на высоту 5 см и его можно прощупать через влагалище листа. Иногда выход в трубку смешивают с простым удлинением листовых влагалищ (а не стеблей), что нередко бывает у озимых хлебов при раннем посеве и теплой осени или при густом  посеве,  способствующем  вытягиванию  растений.

Жизненные процессы прорастающего семени

Всхожесть семян

Всхожесть семян — важный показатель их качества самих семян. Определить её не сложно.

Цель: научиться определять всхожесть семян.

Что делают: отсчитывают, из семенного материала, 100 семян подряд, без выбора, раскладывают их на мокрой фильтровальной бумаге или на смоченном песке (можно на мокрой тряпочке).

Что наблюдаем: через 3-4 дня подсчитывают число проросших семян и смотрят, насколько дружно прорастают семена.

Через 7-10 дней вновь подсчитывают число проросших семян и смотрят окончательную всхожесть.

Всхожесть оценивают в процентах, подсчитывая количество проросших процентов из 100 посеянных.

Стержневая корневая система

Данный тип характерен почти для всех двудольных  растений. Выделяется четкий главный корень с отходящими от него боковыми отростками. Для данного типа характерно  более глубокое проникновение  земляной слой. Такие растения способны добывать себе воду с глубин, составляющих несколько десятков метров. Встречаются в местах с сухим климатом и редкими осадками. У моркови в корне происходит запасание и питательных веществ, так овощ готовится к непростому лету. То же относится и к свекле, корневой петрушке, редиске. Некоторые сажают морковь в зиму и, благодаря своему мощному корню, она прекрасно переносит холодное время.

Среди деревьев такая корневая система наблюдается у рябины, вяза, дуба и других. Глубоко уходя под землю, корень снабжает необходимыми веществами крону хозяина. Тоже относится и кустарникам, растущим на приусадебных участках, таким, как роза, шиповник. Все они не страдают от долгого отсутствия дождей.

Ученые заметили, что на формирование корневой системы влияют многие факторы, среди которых качество почвы и наличие подземных вод на небольшой глубине. В такой ситуации растение развивает корни вблизи поверхности земли, так все необходимое для жизни оказывается доступным. Но, если для местности характерно отсутствие частых осадков, растение будет давать длинные корни, уходящие глубоко под землю. Такими способностями обладает сосна.

Развитие и рост корневой системы пшеницы

Незадолго после посадки семян в почву, начинается их прорастание. Развитие корневой системы озимой пшеницы начинается с появления главного зародышевого корешка, а далее, с интервалами в 2-3 дня прорастает по одному первичному корешку, пока их число не достигнет пяти. При благоприятных условиях выращивания, возможно появление шестого и седьмого корешков, они прорастают перпендикулярно первым пяти. При засухе, не подходящей температуре или бедной почве, первичных корешков прорастает всего три. Это сигнал о том, что не стоит ждать большого урожая.

После формирования узла кущения развиваются вторичные корни пшеницы. Они прорастают из почек, расположенных возле соединения листьев и стебля. Узловые корни отличаются от первичных наличием более жесткой структуры.

Скорость прорастания корней во время трубкования и колошения может достигать 2-3 см в сутки.

Наиболее интенсивный их рост отмечается в верхних слоях почвы. При проникновении в более глубокие слои, скорость роста корней замедляется из-за более низкой температуры в тех местах.

Факторы, влияющие на развитие корневой системы

• Температура почвы.
• Сроки посева.
• Влажность.
• Структура почвы.
• Кислотность среды.
• Используемые удобрения.

Чтобы получать воду и питательные вещества, корневой системе требуется прорастать в глубь почвы. Скорость прорастания зависит от влажности почвы, наличия в ней удобрений и температуры окружающей среды.

Экспериментально выявлено, что масса корней может увеличиваться даже при температуре таянья льда. Конечно такая низкая температура препятствует зарождению первичных корешков, наиболее благоприятная температура для развития корневой системы пшеницы — 15-20 градусов.

Еще один важный фактор — влажность почвы. При не достаточном увлажнении есть высокая вероятность пересыхания верхних слоев почвы, где находится узел кущения. Это препятствует формированию вторичных корней до тех пор, пока дожди не исправят ситуацию. В свою очередь, замедление роста корней негативно влияет на кущение, в плоть до его полной остановки в условиях сильной засухи.

Избыточная влажность тоже вредит развитию корневой системы. Это происходит из-за нарушения газообмена в земле. Оптимальная влажность — 60-70%.

Скорость и глубина разрастания корней зависит также от рыхлости земли. Если в ней есть трещинки, туннели, вырытые червями, корешки успешно прорастают через них. Они также способны образовывать свои туннели через влажную почву. Столкновение с плотной, сухой почвой приводит к утолщению кончика корня и увеличению его разветвленности.

Повышенная кислотность среды, в которой прорастает корневая система, может негативно влиять на количество и качество урожая. Она поражает поглощающую часть корня, уменьшая проницаемость протоплазмы его клеток. Тем самым, кислотность препятствует полноценному поступлению питательных веществ, а следовательно и развитию растения.

Опытным путем было выявлено оптимальное время посева — первая половина сентября.

Растения, посеянные в такой срок, имеют высокую физиологическую активность и успевают к зимовке сформировать достаточную корневую систему. Более ранний посев обеспечивает несколько большее накопление массы корневища, но конечный урожай получается меньший. Более поздний посев не позволяет корневой системе в достаточной мере разрастись к концу осеннего вегетативного периода.

По мере роста, поглотительная способность корней меняется. В начале вегетации, она максимальна. В конце — имеет отрицательную величину, то есть происходит выброс в почву минеральных веществ корневой системой.

В таблице представлены измерения показателей корневой системы в разные периоды роста.

Фаза развития	Масса корней одного растения, г	Поверхность корней
удельная м2\гсырой массы	на 1 растение м2
Сырая	Сухая	общая адсорбирующая	рабочая поглощающая	общая адсорбирующая	рабочая поглощающая
Кущение Колошение Восковая спелость	1,86 8,46 5,56	0,12 0,89 0,69	1,360 1,406 1,341	0,668 0,705 0,664	2,524 11,875 7,429	1,238 5,969 3,685

Описание березы

Корневая система березы развитая и очень мощная. Она бывает стержневой и поверхностной. У проростка обычно стержневой корень, но он достаточно быстро перестает расти и отмирает. Затем начинают развиваться боковые корневые побеги, дающие множество ответвлений. Они располагаются косо под углом в 30-40º и уходят в землю неглубоко. Такое положение придаточных корней позволяет березе иметь повышенную устойчивость и прочность. Очень многое в строении корней зависит от того, где именно произрастает растение.

Первые несколько лет своей жизни береза растет очень медленно. Но когда отмирает основной корень и разрастается периферийная часть, дерево начинает расти гораздо быстрее. Находящиеся довольно близко к поверхности корни забирают из земли всю влагу и питательные вещества. Там, где растет береза, другим растениям выжить крайне сложно.

Взрослое дерево обычно имеет кору белого, беловато-желтого, буро-красноватого, иногда коричневого, сероватого и даже почти черного цвета, исходя из разновидности. Белый цвет обусловлен наличием в клетках ткани коры бегулина — белого красящего смолистого вещества. Наружный слой называется берестой и обычно легко снимается слоями или лентами. У достаточно старых берез нижние отделы ствола приобретают темно-серый цвет и изборождены глубокими трещинами. В обхвате ствол бывает до 1,5 м.

Березы

Листья у дерева гладкие, с мелкими зазубринками по краям, округлой или треугольной формы с вытянутым острым кончиком, сидят поочередно на коротком черешке. На листовой пластинке отчетливо видны перистые жилки, которые оканчиваются зубчиками. Молодые свежие листки покрыты клейкой смолой и имеют нежно-зеленый цвет. Осенью, перед тем, как опасть, листва желтеет.

Березы принадлежат к двудольным, раздельнополым и опыляемым ветром растениям. Мужские сережки появляются летом, цветут весной и после этого сразу же опадают. Женские же распускаются вместе с листками и после опыления в них созревают плоды, представляющие собой мелкий приплюснутый орешек, снабженный «крылышками». Благодаря этим перепонкам плоды березы способны уноситься ветром на расстояние свыше 100 м.

Что такое корневая система

Все корни растения в общей своей массе образуют его корневую систему.  Размеру ее может превышать объем надземной части. Потребность в больших объемах влаги является одним из факторов, приводящих к такому развитию подземной массы представителей растительного мира.. И чем больше представитель растительного мира, тем больше он потребляет влаги из почвы. При произрастании в зоне с жарким климатом, ему приходится много воды испарять, при этом корневая система развивается с целью удовлетворения потребностей растения. К примеру, у пшеницы и ржи длина подземной части может превышать 500м.  По внешнему виду корневые системы относят к одному из двух типов:

• стержневая – в этом случае один из корней гораздо крупнее и толще остальных. Например, у колокольчика, моркови. Очень хорошо удерживает растение в почве. В крупном корне очень удобно хранить питательные вещества про запас.
• мочковатая – все корни примерно одинаковые по толщине и даже длине. Например, у пшеницы, лука-порея и многих трав. Данная система очень плотно пронизывает почву и эффективно всасывает питательные вещества из нее.

Злаки Старого Света

Ячмень

Культура, которую люди культивировали еще в каменном веке, задолго до появления египетских пирамид. Считается, что в самом начале это случилось на нынешней территории Сирии. Ячмень со временем распространиля на всю территорию Евразии — от Атлантического побережья до Китая и Кореи. Предполагается, что ячменное пиво — древнейший хмельной напиток, известный людям еще с эпохи неолита.

ЯчменьФото: ru.wikipedia.org

Пшеница

Культурная пшеница уже нуждалась в человеке, она завоевывала континент вместе с человеком, который засевал ею все новые и новые поля.

С пшеницей связана и рожь. Отдельные семена ржи встречаются в найденных археологами зернохранилищах древних народов за тысячу лет до н.э., но в качестве самостоятельной зерновой культуры она проявилась по мере миграции человеческих племен на север. В условиях более сурового климата, когда пшеница уже не могла плодоносить, рожь давала устойчивые урожаи. Благодаря своей выносливости рожь стала культивироваться у праславян как самостоятельная зерновая культура.

Рис

Около 7 000 лет назад на нынешней территории севера Таиланда и Вьетнама местное население начало культивировать рис. Распространение злака шло очень медленно — лишь в середине I тысячелетия до н.э. рис прописался в Индии, Китае, Индокитае, Малазии и Индонезии. Со временем рис начали культивировать во многих странах, в том числе и на юге России.

Колосья рисаФото: Keith Weller, ru.wikipedia.org

Овес

Семена овса, найденные при раскопках в Египте, относятся к 2000 году до н.э., правда, археологи предполагают, что это были семена дикого овса. Культивировать его начали примерно за 1000 лет до н.э.

Считается, что родина дикого овса — северо-восточные провинции Китая и Монголия. Двигаясь по континенту вместе с полбой, овес постепенно вытеснял ее в качестве кормовой культуры для скота, благодаря большей выносливости и урожайности.

Во времена Древнего Рима считался чисто кормовой культурой. И те, кто ел овсянку, подвергались насмешкам — за поедание корма для скота.

Шло время, овес появился на Оловянных островах — и тут он оказался одним из лучших злаков. Со временем Оловянные острова стали сначала Англией, а потом и Великобританией, а корм для скота превратился в изысканную «овсянку, сэр».

Каши из обработанного овса — и геркулес, и хлопья мгновенного приготовления — оказались очень полезны для здоровья. Кроме каш, для здоровья пьют даже овсяной отвар. А овсяный кисель долгое время был крайне дешевой и сытной едой.

Лошади пасутся на поле овса в Минской области БелоруссииФото: Alex Zelenko, ru.wikipedia.org

Просо, пшено и чумиза

Пшено появилось на столе у человека примерно 2300 лет назад, с территории северного Китая и Монголии. Просо пришлось по вкусу людям. С приходом христианства пшенные каши начали употреблять в России в постные дни, а также — на Рождественский и Великий Пост.

В Китае очень уважают головчатое просо, или чумизу. Почти то же самое пшено, из которого делают кашу. Полезная и диетическая пища.

ПросоФото: ru.wikipedia.org

Пшеничный зародыш

Зародыш пшеницы состоит из корешков (центральных и вторичных), апикальной образующей ткани, стебелька и почечки.

Строение пшеничного зерна и его зародыша можно детально рассмотреть только при помощи специального оборудования. Семядоля зародыша похожа на маленькую пластину. Последняя находится недалеко от эндосперма. Семядоля или щиток состоит из алейроновых клеток. Имеется также специальная линия, которая соединяет щиток с пучком корешковых сосудов.

С внешней стороны семядоля покрыта эпителием. Ему отводится важная роль из-за способности выделять специальные ферменты, которые расщепляют сложные вещества до простых в процессе прорастания зародыша.

Строение листа пшеницы

Состоит он из трех частей:

• Пластина;
• Влагалище;
• Язык с ушками.

Нижняя часть влагалища крепко охватывает стебель по кругу. Внизу находится небольшое кольцеобразное утолщение, которое называют листвой узел. Со временем узел разрастается и создает давление на стебель, что помогает подымать пшеницу после полегания. По всей длине стебля располагаются междоузлия снизу вверх, разделенные стеблевыми узлами.

На месте перехода влагалища в пластинку у пшеницы есть тоненькая, наполовину прозрачная пленка, – это лигула или язычок, плотно прилегающий к стеблю. Так создается преграда для попадания в трубку влагалища воды и паразитов. У язычка имеется два выроста – ушки. В безлигульных сортах пшеницы язычок развит слабо, ушек нет.

По мере развития листовой пластины из меристемы, что расположена у основания, вытягивается влагалище. На листовой пластинке у пшеницы имеются утолщения, это соответствует проводящим пучкам, которые проходят по всей длине. Его верхняя сторона и нижняя различные:

• Верх – ровный, гладкий
• Низ – ребристый, шероховатый

Ширина пшеничных листьев может колебаться от 3 до 20 см в зависимости от сорта. Они плоские, длинные, широколинейные, сидячие с поочередным расположением.

Мощь растения и размер первого листа зависят от величины пшеничных зерен и условий произрастания. Крупные зерна дадут большее количество сосудистых пучков — по ним поступают питательные вещества. Постепенно растение приобретает силу.

Типы пшеничных листьев

Они делятся на два типа:

1. Прикорневые (образуются из подземных узлов).
2. Стеблевые (формируются на надземной части стебля).

Прикорневые (нижние) листья растут весной, когда корень еще слабый, но в грунте достаточное количество влаги, питания. Развиваются они из питательных веществ зерна.

Надземные или стеблевые произрастают, когда растение пшеницы уже взрослое, стебель приобретает форму трубки и образовался колос. Они крупные, живут долго. Их развитие имеет существенное значение в ассимиляции культуры, особенно в развитии корня и зачатии колоса.

Полезно использовать удобрения для увеличения площади листьев. Также величина и количество листов пшеницы зависит от биологических особенностей сорта. Зачастую, сорта пшеницы различают по размеру листа.

Листовое жилкование

Разветвление в листьях проводящих жилок (путей) называется жилкование листа или проводящая система. По жилкам протекает вода, минеральные вещества, продукты фотосинтеза. Жилкование бывает разных типов. У пшеницы отчетливо просматривается жилкование листа. Преобладает параллельное или дуговидное жилкование.

• При параллельном типе жилки проходят вдоль листа, параллельно друг другу.
• В дуговидном — жилки сходятся в верхней части листа. Первичные жилки самостоятельно выходят из листового влагалища, переходя в основание пластины, и тянутся до вершины листа.

Опушение

Кроме жилкования, на многих пшеничных листах можно увидеть волоски. Они являются одноклеточными образованиями и появляются из-за размножения клеток эпидермиса на внешних стенках.

Степень опушения зависит от температуры воздуха. Если температура понижается, то опушение увеличивается, если происходит повышение температурного режима — количество волосков уменьшается. Они защищают растение. На песчаных и земляных грунтах больше страдают сорта пшеницы без опушения или с малым количеством опушки. Сорта с большим количеством волосков страдают меньше.

Когда ветер подымает песчинки и несет их над пшеничным полем, то сталкиваясь с волосками, песчинки отскакивают, эпидермис не повреждается. Если повреждается эпидермис, культура интенсивно испаряет влагу и растение остается беззащитным от неблагоприятных условий природы.

Неоднородность опушки влияет на листовой окрас: от светло-зеленого до сизовато-зеленого с разнообразием оттенков.