3.1.2 БОТАНІКО-БІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ КУКУРУДЗИ

Ключові слова: онтогенез, асимиляція, рослинна біомаса, коренева система, зерно, качан,  волоть,  листова поверхня, теплопотреба, вологопотреба.

Анотація: Наведено аналіз біологічних та агроекологічних властивостей кукурудзи.

Кукурудза – однодольна культурна рослина, що відноситься до родини злакових (Gramineae), роду Zea, який представлений єдиним видом - Zea mays. Ареал кукурудзи в культурі починається від екватора і поширюється далеко на північ. Кукурудза – однорічна рослина. Від більшої частини вирощуваних хлібних злаків вона відрізняється потужним розвитком, низкою морфологічних і фізіологічних ознак.

Коренева система кукурудзи мичкувата, потужна, сильно розгалужена. Основна маса коренів залягає в грунті на глибині 30-60 см, але багато дрібних життєдіяльних коренів проникає на глибину 150-200 см і більше, тому рослини кукурудзи успішно використовують воду і частково поживні речовини з глибоких шарів ґрунту.

Стебло прямостояче, округле, гладке, з потовщеними вузлами, із заповненою серцевиною. Серцевина представляє собою пухку паренхімну тканину, багату на воду і живильні речовини. Від основи до верхівки діаметр міжвузлів зменшується, а довжина їх збільшується; 3 – 5 зближених міжвузлів знаходяться в ґрунті. Висота стебла залежно від сорту (форми) змінюється від 0,5 до 3 м, у деяких пізньостиглих південних форм стебло досягає висоти 5 – 6 м. Стебло здатне до галуження.

Листя великі, лінійні, цільнокрайні, зверху опушені, розташовані по черзі на протилежних сторонах стебла. Піхви листків щільно огортають серцевину. Площа листя на одній рослині досягає 1 – 2 м² і більше.

Сорти кукурудзи, що мають різну тривалість вегетаційного періоду, розрізняються і по кількості листя. Зазвичай, чим скоростигліші сорти, тим менше формується вузлів, отже, тим менше і кількість листя. Так, скоростиглі сорти мають по 8 - 10 листків, сорти центральної та лісостепової зон Європейської частини СНД - 13-15, степової зони - 16-20, пізньостиглі сорти - по 30 - 40 і більше листя [2].

Кукурудза – рослина однодомна, роздільностатева, перехреснозапильна. Чоловіче суцвіття – волоть. Воно покриває верхівку стебла, продукує до 20 – 30 млн. пилкових зерен. Суцвіття складається з центральної осі, яка є продовженням верхнього міжвузля та бічних осей [1, 3].

Колоски волоті двоквіткові, з трьома пильовиками в кожній квітці; одна квітка на ніжці, інші сидячі, з двома тонкими квітковими лусками і двома біляквітковими плівками.

Жіноче суцвіття – качан, формується в пазухах листків. Колоски качана закладаються уздовж осі суцвіття попарно. У кожному колоску закладається по дві квітки, з яких розвивається тільки одна, верхня квітка, а нижня незабаром атрофується. На качані зазвичай буває парне число поздовжніх рядів квіток, а потім зерен – від 8 до 16, частіше всього 12 – 14 рядків. У окремих сортів число рядків зерен у качані може досягати 18 – 20, а іноді 28 – 30. Під час цвітіння маточки виходять за межі обгортки. На качані закладається до 500 – 1000 насінних зачатків.

Плід – зернівка, зазвичай гола, велика. Зернівка кукурудзи, так само як і інших хлібних злаків, являє собою односім’яний плід, але значно відрізняється за зовнішнім виглядом, формою, розмірами, будовою та хімічним складом. Вага 1000 насінин у дрібнонасінневих сортів дорівнює 100 – 150 г, у крупнонасінневих, найбільш поширених сортів, 300 – 400 г (у пшениці – 18 – 40 г).

 Зернівка кукурудзи складається з трьох основних частин: оболонки, ендосперму і зародка.

Оболонка представляє два зрощені шари – плодову і насіннєву оболонки, її вага становить 6 – 8% від загальної ваги зерна. Як відомо, плодова оболонка (перікарпій) утворюється із стінок зав'язі, а насіннєва – зі стінок насіннєвої бруньки. Слід зазначити, що у багатьох форм кукурудзи насіннєва оболонка частково або повністю редукується і в останньому випадку оболонка зернівки представлена лише перикарпієм.

Ендосперм, як і у насінні інших рослин, представляє собою вмістилище запасних поживних речовин, які мобілізуються при проростанні насіння. Ендосперм утворюється після запліднення вторинного ядра зародкового мішка одним з сперміїв. Швидко розростаючись, він займає більшу частину зернівки і становить 80 – 85% від її ваги. Морфологія ендосперму дуже різноманітна і є систематичною ознакою при класифікації кукурудзи.

У периферичній частині ендосперму розташований алейроновий шар, що складається з одного ряду клітин, щільно прилягаючих до внутрішнього шару оболонки. У клітинах міститься велика кількість білка у вигляді дрібних алейронових зерен, а у деяких форм і масла; крохмаль у них відсутній. Алейроновий шар є джерелом ауксинів, ферментів та інших речовин, що відіграють важливу роль в мобілізації запасних поживних речовин ендосперму при проростанні насіння. Центральна частина ендосперму складається з однорідних великих клітин, заповнених крохмалем. Периферичні клітини ендосперму більш витягнуті.

Зародок, що виникає в результаті запліднення яйцеклітини, у кукурудзи великий, на його частку припадає 10 – 14% від ваги зернівки (у пшениці близько 2%). Його добре видно неозброєним оком, він розташований біля основи зернівки і поглиблюється в ендосперм. Зародок складається з щитка, бруньки та корінця.

Щиток (видозмінена сім'ядоля у злакових) випуклою стороною звернений до ендосперму, а увігнутою – охоплює бруньку і корінець, які прикріплені до нього в стебловій частині. Щиток складається з досить великих паренхімних клітин, що включають білки, крохмаль і жири. При проростанні насіння запасні поживні речовини щитка в першу чергу перетворюються на водорозчинні поживні речовини. Надалі щиток грає важливу роль у мобілізації запасних поживних речовин ендосперму і живлені зростаючого зародка. Брунька занурена в масивне тіло щитка і складається з конуса зростання та 5 – 7 зародкових листочків, вкритих колеоптилем. В одній площині з брунькою лежать зародкові корінці – головний, більш розвинений і два бокові.

Зародок кукурудзи багатий зольними елементами (80% від загального їх вмісту в зернівці), білками (22%) і жирами (80 – 84%).

Залежно від групи і сорту (гібрида) зернівки кукурудзи мають різне забарвлення – біле, кремове, жовте, помаранчеве, червоне. Сорти з кольоровим зерном більш цінні в кормовому відношенні, оскільки містять більше каротиноїдів [1].

Зерно кукурудзи містить в середньому (у %): води – 11 – 14; крохмалю – 56 – 61; протеїну – 8,8 – 9,6; масла – 4,2 – 4,8; клітковини – 2,0 – 2,8; гідролізованої клітковини – 9,8 – 11,7; золи – 1,3 – 1,6 [1].

Особливості росту і розвитку. Розрізняють такі фенологічні фази росту кукурудзи: набухання насіння,  проростання насіння, сходи, утворення 3-го лист­ка, кущення, 5-й лист, 7-й лист, 9-й лист, вихід у трубку (11 - 13-й листки), викидання волоті, цвітіння волоті, поява нитей качана (цвітіння), достигання зерна молочної, воскової і повної стиглості.

Для того щоб з'ясувати причини нерівномірного росту стебла і кореневої системи, запізнювання і розриву в строках цвітіння волоті і качанів, передбачити число качанів, що досягнуть молочно-воскової стиглості, величину качана, число зерен в ряду, число рядів на качані, необхідно, особливо в міжфазні періоди, більш глибоко вивчати ріст і розвиток рослин, причому більш тонким, ніж фенологічні спостереження, морфофізіологічним аналізом. Подібний аналіз важливий також для дослідження причин депресії при самозапилення і, навпаки, проявлення гібридної потужності при схрещуванні. Особливо він важливий для з'ясування впливу різних чинників на продуктивність рослин [4].

Морфофізіологічний аналіз, або біологічний контроль за розвитком і ростом рослини, полягає в послідовному спостереженні за ходом формування кожного органу у рослин і, зокрема, найважливіших органів плодоношення - чоловічих і жіночих суцвіть кукурудзи - в зв'язку з умовами життя.

Морфофізіологічним аналізом цей метод спостережень за рослинами названий також і тому, що з його допомогою систематично досліджуються форми і органи рослин, що утворюються на базі фізіологічно різних, послідовних стадій розвитку рослини.

Згідно з дослідженнями Ф.М. Куперман у розвитку чоловічих суцвіть виділяють 9 етапів органогенезу: І - конус наростання недиференційований; ІІ - диференціація конуса наростання; ІІІ - швидкий ріст конуса наростання в довжи­ну і формування бічних гілок волоті; IV - формування колоскових лопатей; V - формування квіток у колосках; VI - утворення пилку в пиляках; VII - ріст у довжину всіх члеників суцвіття, витягуван­ня   тичинкових ниток, завершення формування статевих клітин; VIII - викидання волотей; ІХ - цвітіння волоті.

У розвитку жіночих суцвіть визначено 12 етапів: І - конус наро­стання качана недиференційований; ІІ - диференціація вкороче­ного пагона качана на вузли й міжвузля; ІІІ - витягування конуса наростання; IV - утворення і формування колоскових лопатей; V - закладання маточкового і тичинкового горбочків; VI - формування зародкового мішка і ріст стовпчика маточки; VII - завершення фор­мування статевих клітин; VIII - викидання стовпчиків; ІХ - цві­тіння, запилення; Х - формування зернівки; ХІ - молочна стиг­лість; ХІІ - перетворення поживних речовин зернівки на запасні [4].