Вирощувані польові форми соняшнику представлені однорічними рослинами.
Морфологічні ознаки. Коренева система стрижнева, проникає в грунт на глибину до 3 м і більше, що обумовлює високу посухостійкість соняшнику. В селекції добирають рослини з некрихким у основі головним коренем, який розповсюджується на достатню глибину, з великим числом розгалуджень у орному шарі грунту.
Стебло прямостояче, покрите волосками, з нахилом у верхній його частині або поникле, з рихлою серцевиною. Висота рослин від 1 до 3 м і більше в гігантських коромових сортів. У польових олійних форм стебло переважно гілчасте. Гілчасті форми з з рецесивним типом спадкування часто використовуються як бвтьківські форми рослин в селекції на гетерозис.
У вирощуваних сортів стебло повинне бути прямостоячим, не поникаючим після цвітіння, не схильним до гілчастості і надломлюванню, однакової довжини в усіх рослин. Короткостеблість повинна сполучатися з збільшенням діаметра стебла, оскільки значний об’єм серцевинної паренхіми і швидкий відтік вмісту його клітин під час критичного періоду (16 – 20 днів після початку цвітіння) сприяють зниженню добових дефіцитів оводненості і підвищенню інтенсивності поділу клітин, які запасають олію.
Збереження зеленого забарвлення стебел до дозрівання зерен пов’язане з стійкістю тканин стебла до ураження попільною гниллю і вертицилльозом, а також підвищеною посухостійкістю.
Деякі вчені вважають, що при селекції на зниження висоти рослин для звичайних польових умов бажано добирати біотипи, які нечутливі до затінення, ніж вводити гени короткостеблості від сорту Донський низькорослий 47.
Листки соняшнику крупні, на довгих черешках. Їх число на стеблі пов’язане з тривалістю вегетаційного періоду. Встановлено, що на формування і розгортання одного листа в середньому витрачається біля трьох днів, таким чином, при утворенні 35 листків (як у більшості селекційних сортів) період вегетації становить 105 днів. При оптимальних умовах розвитку рослина соняшнику переходить до генеративної фази лише після формування на конусі наростання максимального для даного генотипа числа листків. Тому в селекції середньо- і скоростиглих сортів і гібридів при доборі необхідно враховувати число листків на рослині.
Роль листків різних ярусів у соняшнику різна, Найбільшою фотосинтетичною активністю, інтенсивним відтоком ассимілятів, мінімальною оводненістю характеризуються листки від 12 – 15-го ярусів. Вони відіграють важливу роль у біосинтезі олії в зернівці. Дослідженнями А.Б. Дьякова у Всеросійському НДІ олійних культур імені В.С. Пустовойта (ВНДІОК) встановлено, що зниження розмірів п’яти верхніх листків, ріст яких повинен припинятися до початку критичного періоду, призводить до підвищення посухостійкості і толерантності до загущення.
Соняшник характеризується надмірним вегетативним ростом, урожай зернівок становить не більше 25% надземної біомаси. З метою оптимізації фотосинтетичної діяльності необхідно скорочувати площу листків і одночасно підвищувати інтенсивність їх функціонування. Більш продуктивна витрата вологи на створення врожаю зерна в період цвітіння – налив забезпечується коли рослини мають оптимальну продихову регуляцію, мають віддзеркалююче світло серебристе опушення листків, збільшений шар воску на кутикулі, якщо їм притаманне швидке відмирання нижніх листків при посухі, помірне нарощування листової поверхні навіть при сприятливих умовах в першій половині вегетації.
Для економної витрати вологи рослини ідеального типу повинні формувати ценози з індексами площі листків 2 га на 1 га посіву і менше в залежності від вологозабезпеченості.
Суцвіття соняшнику – кошик, закритий на периферії багаторядною листовою обгорткою. Трьохзубчасті приквітники утворюють у квітколоже сотові поглиблення, в кожному приквітнику розвивається одна квітка, всього в кошику утворюється 1 – 1,5 тис. квіток.
По вінцях кошика розміщуються безстатеві язичкові квітки жовтувато-оранжевого забарвлення, на квітколоже по колу розміщуються трубчасті двостатеві квітки. Чашечка трубчастої квітки складається з двох редукованих чашелистиків. Зрослопелюстковий віночок має форму кушинчика з п’ятьома зубчиками. Всередині біля основи віночка знаходяться нектарники. П’ять тичинок квітки з зрослими в вигляді трубочки пиляками і вільними нитками оточують стовпчик маточки. Довжина трубочки 3 – 7 мм, діаметр 1- 2 мм. Під час дозрівання пиляків їх гнізда відкриваються поздовжніми щілинами у порожнину трубочки. Пилкові зерна овальної форми, діаметром 30 – 45 мм, жовто-оранжевого забарвлення, вкриті шипами. Приймочка має дволопатеву, вкриту ворсинками маточку, циліндричний стовпчик довжиною 8 – 12 мм і нижній одногіздний насіневий зачаток з однією обернутою насіневою брунькою
Плід – зернівка з кожистою лушпиною, яка не зростається з зернівкою (ядром). Цінна особливість сортів і гібридів соняшнику – наявність в лушпині між гіподермальним шаром клітин і склеренхімною тканиною чорно-вугільного за забарвленням так званого панцирного шару, який складається з нерозчинного в воді, кислотах і лугах фітомелана. Цей шар підвищує тведість лушпини, перешкоджає проникненню гусіні соняшникової молі всередину зернівки і захищає від потраплення в неї міцелія пліснявих грибів. Необхідно постійно проводити добір гомозиготних за панцирністю форм, оскільки такі форми є джерелом вищіплення безпанцирних генотипів або генотипів з переривчастим панцирним шаром.
Лушпинність зернівок (частка лушпиння в загальній масі насінини) коливається від 18 – 20 до 40 – 50%. Зниження її у сучасних сортів і гібридів до 20 – 25% дало змогу істотно збільшити олійність зернівок. Але оскільки лушпина відіграє роль захисної оболонки від механічних ушкоджень, хвороб і шкідників, необхідно проводити добір на тонколушпинність у сполученні з міцністю, щільністю лушпини і добре розвиненим безперервним панцирним шаром.
Маса 1000 зерен коливається від 40 до 125 г. Сорти і гібриди повинні мати масу 1000 зерен біля 100 г і натуру зерна 480 – 550 г/л.
Забарвлення кожури насінин може бути білим, сірим, чорним, безсмугастим і смугастим. Чорно-фіолетові зернівки (фуксинки) надають олії небажаного забарвлення в результаті перходу до неї пігментів. У білих зернівках відсутній панцирний шар, серебристі мають переважно підвищену лушпинність.
Стійкість до осипання зернівок при дозріванні кошиків повинна сполучатися з легкістю обмолоту. Утруднений обмолот часто залежить від довжини приквітника і наявності або відсутності „підківки” в місці прикріплення зернівки до ложа. Існують самозапильні лінії, які не вимолочуються на молотарках.
Для олійно-жирової промисловості бажані зернівки, опуклі в перетині, дещо стиснуті з боків, слабо витягнуті по довжині. Дуже важлива особливість – оптимальне обрушування зернівок (відокремлення лушпиння), тобто мінімальне обрушування при механізованому збиранні і більш повне відділення лушпини на обрушувальних апаратах при переробці. Таке сполучення можливе при створенні сортів і гібридів з одноманітними по крупності і за фізико-технічними особливостями зернівок.
Велика увага приділяється розміру і формі кошика, а також характеру його розміщення на стеблі. У сучасних сортів-популяцій кошик розміщений під кутом 900 на поникаючому (на 50 – 80 см) стеблі і протягом 25 – 30 днів він знаходиться в межах середнього яруса листків в умовах пониженої (на 2 – 30С) температури і підвищеної (на 20 – 25%) відносної вологості повітря, що сприяє розвитку сірої і білої гнилі.
Найбільш оптимальною вважається слабоопуклий або пониклий кошик діаметром 20 – 25 см з прикріпленням до стебла під кутом 45 – 900 і розміщенням його на 10 – 15 см вище верхнього яруса листків.
Квітколоже до цвітіння повинне відрізнятися прискореним ростом, а після цвітіння в критичний період – помірним. Це сприяє формуванню тонкого, з міцними покровними тканинами квітколожа, яке швидко висихає в кінці наливу зернівки, і щільного кошика, що забезпечує стійкість до осипання зернівок, проникненню і розповсюдженню збудників гнилей і враженню клопами.
Неприпустима пустозерність по переферії кошика, а в центрі повинен бути резерв насіневих зачатків для збільшення продуктивності в більш сприятливих умовах вирощування.
Біологія цвітіння і запліднення. Першими вранці зацвітають язичкові квітки, через добу починається цвітіння трубчастих квіток – двох-трьох рядків з переферії, воно продовжується від краю до центру протягом 6 – 10 днів в залежності від скоростиглості сорта чи гібрида. При розкриванні бутона відбувається швидкий ріст тичиночних ниток і протягом півтора годин пиляки виходять зовні, стовпчик маточки в цей час знаходиться нижче трубочки пиляків. Саме в даний період легко проводити кастрацію.
Через деякий час починається ріст стовпчика, зімкнута маточка якого виштовхує зовні пилок з пилкової трубки. Ріст стовпчика призупиняється, а пилок розноситься комахами і частково вітром, через 2 – 3 год її не залишається на пиляках. З 16 – 17 год маточка відновлює ріст, виходить з пилкової трубочки і розкриває лопаті; тичинкии відмирають. Маточка при нормальних умовах запилення і запліднення відмирає в першій половині наступного дня, але здатна зберігати життєздатність і високу чутливість до пилку 3 – 4 дня, потім вона знижується протягом 10 – 14 днів. Пилок з інших рослин проростає на пиймочці через 5 – 10 хв, а приблизно через годину в сприятливих умовах (температура 20 – 300С) відбувається запліднення насіневого зачатка.
На сонячному світлі пилок швидко гине, при зберіганні в темноті і невисокій температурі життєздатність його зберігається до 30 днів, але кращі результати одержують при зберіганні пилку не більше 2 – 3 днів.
Соняшник – перехреснозапильна ентомофільна рослина. Основними запилювачами є бджоли, що збирають з його квіток нектар і пилок, а також джмелі і інші комахи. Відповідне значення має вітрозапилення, хоча пилкові зерна відносно крупніші і легко злипаються.
Перехресному запиленню соняшнику сприяє різночасне дозрівання тичинок і маточки (протерандрія), розміщення пиляків і приймочки маточки на різних рівнях (вища маточка утруднює самозапилення), а також генетично контрольована система самонесумісності, при якій пригнічується ріст пилкових трубок власних пилкових зерен в совпчику і насіневому зачатку маточки. Однак у багатьох дослідженнях відмічається, що при самозапиленні рослин різних популяцій спостерігаються коливання від повної стерільності до високого ступеня утворення зерен.