Биологические особенности культуры. БОТАНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ Кукуруза - однолетнее растение, однодомное, раздельнополое, перекрестноопыляемое.
В дикорастущем состоянии не встречается. Корневая система мочковатая, мощная, многоярусная, сильноразветвленная. В глубину может достигать 3 м, распространяется в радиусе более 1м. Особенность строения корневой системы - наличие воздушных полостей, свидетельствующих о повышенной чувствительности корней к наличию кислорода. Кроме того, растения формируют опорные воздушные корни.
Основную массу корневой системы составляют главные узловые корни. Число боковых зародышевых корней у различных сортов кукурузы варьирует от 0 до 13. Придаточные корни формируются ярусами снизу вверх. Последними формируются воздушные корни. Рост корневой системы продолжается вплоть до зернообразования. Стебель толщиной 2-7 см, хорошо облиственный, прямостоячий, округлый, гладкий. В молодом возрасте стебли травянистые, мягкие и сочные, а к концу вегетационного периода становятся грубыми и почти деревянистыми.
Высота стеблей составляет 0,6 - 5 м и более. Стебель состоит из заполненных сердцевиной междоузлий, разделенных утолщенными стеблевыми узлами. Число надземных узлов 5-30, подземных - 4-9. Длина междоузлий возрастает снизу вверх, самое длинное заканчивается метелкой. Из нижних узлов образуются боковые побеги. Мощный рост стебля и высокая прочность строения обусловливается кольцом склеренхимы, расположенным под эпидермисом, и участками склеренхимы вокруг каждого сосудисто-волокнистого пучка.
Листья крупные, линейные, цельнокрайние, сверху опушенные, в чередующемся порядке расположены по двум противоположным сторонам стебля. Состоят из пластинки, влагалища и язычка. Влагалище плотно охватывает междоузлие стебля над узлом, к которому прикрепляется лист. Оно служит защитой для стебля и соцветия. Между листовой пластинкой и влагалищем расположен язычок, который охватывает стебель и закрывает щель между ним и влагалищем, препятствуя испарению воды и защищая растущее междоузлие от заражения спорами грибов.
Число листьев колеблется от 8 до 45. Соцветие. На каждом растении имеются соцветия двух типов мужское - метелка и женское - початок. Метелка состоит из центрального стержня и боковых веточек, на которых попарно расположены тычиночные колоски. Один колосок - сидячий, другой - на ножке. На стержне колоски расположены вокруг оси, на веточках - только на верхней стороне. Каждый колосок - двухцветковый состоит из двух цветковых и двух колосковых чешуй, двух пленчатых цветковых чешуй и двух маленьких цветковых пленок.
Мужские цветки состоят из трех тычинок, рудиментарного пестика и двух лодикул. Метелка формируется и достигает окончательного размера, будучи скрытой в неразвернувшихся верхних листьях. Верхние междоузлия выносят метелки из влагалища последнего листа. Початки - это видоизмененные боковые побеги развиваются из почек, расположенных в пазухах листьев. Початок представляет собой сильно утолщенную ось - стержень, на котором параллельными рядами сидят пары женских колосков.
Видоизмененные листья початка образуют обертку. В каждом колоске закладывается по два цветка, из которых развивается только верхний. Этот цветок состоит из пестика, трех рудиментарных тычинок и двух крупных нефункционирующих лодикул. Пестик сидячий и гладкий, состоит из округлой завязи и длинного нитевидного слабоопушенного столбика, заканчивающегося раздвоенным рыльцем. В женском колоске, кроме того, три короткие зеленоватые колосковые чешуи, короткая тонкая наружная и нечеткая внутренняя цветковые чешуи охватывают цветок только частично. Число полноценных початков на растении может быть различным.
Кремнистая и зубовидная кукуруза имеют, в основном по два, реже - по одному початку. У других подвидов - большее количество початков на растении. Кукуруза - ветроопыляемая культура. Перекрестное опыление обеспечивается несовпадением периодов цветения метелки и початков на одном растении. Метелка, как правило, зацветает на 3-8 дней раньше початка.
Плод кукурузы - зерновка, состоит из эндосперма, щитка, зародыша и оболочки, имеет различную консистенцию. Зерновки кукурузы разных групп и сортов имеют различную окраску - белую, желтую, оранжевую, красную. В початке, в зависимости от сорта и условий, образуется 200-1000 зерен. В эндосперме зерновки различают мучнистую и стекловидную части. Соотношение и местоположение этих двух частей - основной критерий, по которому вид Zea mays разделяют на подвиды.
Химический состав зерна. В зерне кукурузы содержатся углеводы, белки, жиры, минеральные соли и витамины. Причем содержание углеводов, белков и жиров составляет до 95 сухого вещества зерна и зависит от сорта. Белок 6-12 представлен двумя группами белок протоплазмы и запасной белок. Белок протоплазмы гетерогенен, хорошо сбалансирован по всем аминокислотам. Запасной белок представлен сравнительно небольшим числом компонентов и обычно имеет специфический аминокислотный состав.
Он преобладает над протоплазменным и оказывает существенное влияние на аминокислотный состав суммарного белка. Жиры 4-8 представлены смесью триглицеридов и некоторым количеством свободных жирных кислот. Из них 34-60 большая часть приходится на линолевую кислоту - одна из необходимых в питании человека. В меньшем количестве содержатся олеиновая, пальмитиновая, стеариновая, арахисовая кислоты. Кукурузное масло содержит вещества, придающие ему хороший вкус и ароматичность. Углеводы 65-70 крахмал, сахара, гемицеллюлоза и клетчатка.
Крахмал состоит из амилопектина и амилозы крахмал восковидной кукурузы - исключительно из амилопектина. Зерно кукурузы различных подвидов существенно различается по соотношению крахмала и сахаров и их химическому составу. Витамины. Наибольшее содержание витаминов наблюдается в периоды молочной и восковой спелости зерна каротиноиды, витамины группы B тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, пиридоксин, никотиновая кислота и ее амид. БИОЛОГИЯ ЦВЕТЕНИЯ Цветение мужских и женских цветков начинается после полного их созревания.
Зрелость цветков мужского соцветия проявляется в увеличении размера пыльников и пыльцевых зерен и образовании длинных и упругих тычиночных нитей. Лодикулы в течение очень небольшого времени набухают, отгибают в сторону наружную цветковую чешую, облегчая вынос пыльника из цветка. Цветение метелки начинается с центральной оси, а позднее всех раскрываются цветки на нижних ответвлениях метелки, расположенных в пазухах боковых веточек.
Интенсивность цветения зависит от температуры и освещения. Зрелость цветков женского соцветия проявляется в росте и выступлении столбиков пестиков из листьев обертки початка. У растений с большим числом початков прежде всего зацветают верхние початки. Пыльца с помощью ветра переносится на расстояние до 3000 метров. В основном происходит перекрестное опыление, но нельзя исключить и некоторую долю самоопыления. Это связано с тем, что периоды конца цветения метелки и начала цветения початков на одном растении всегда перекрываются, и может произойти опыление собственной пыльцой. Пыльцевые зерна, попавшие на рыльца или волоски рыльцев, прилипают к их поверхности.
Пыльцевая трубка прорастает через пору пыльцевого зерна и постепенно достигает основания столбика. Наилучшее оплодотворение наблюдается в случаях, когда пыльца наносится на среднюю и нижнюю части столбиков, так как путь пыльцевых трубок сокращается. На рыльце обычно прорастает большое количество пыльцевых зерен, но их трубки в большинстве расплываются в тканях столбика раньше, чем проникают к зародышевому мешку.
Когда пыльцевая трубка достигает основания столбика, она продвигается далее вдоль внутреннего эпидермиса стенки завязи и достигает микропиле. Через микропиле трубка проникает к зародышевому мешку, прорастает через его стенку внутрь, где сначала увеличивается, заполняя до одной трети зародышевого мешка. Затем стенки трубки разрушаются, и содержимое выливается между клетками яйцевого аппарата или в одну из них. Как правило, излияние происходит в синергиду. Оболочка другой синергиды в это время разрушается, и ее содержимое изливается в полость зародышевого мешка.
Первый спермий сливается с ядром яйцеклетки. После оплодотворения яйцеклетки или параллельно с ним происходит слияние второго спермия с одним из полярных ядер, и через короткий промежуток времени слияние оплодотворенного ядра с другим полярным ядром - образуется первичное ядро эндосперма.
Оплодотворенная яйцеклетка - зигота - имеет двойное число хромосом 2n 20. Из оплодотворенного ядра зиготы развивается зародыш. Первичное ядро эндосперма триплоидное 3n 30 . Сразу после своего образования оно начинает делиться. Оплодотворение у кукурузы происходит через 17-28 часов после опыления. Это зависит от погодных условий, длины столбика, возраста пыльцы и пестика. ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ Температура. Семена кукурузы начинают прорастать при температуре почвы на глубине заделки семян 8-10oС, всходы появляются при 10 - 12oС. Понижение температуры в этот период 10oС приводит к значительному снижению полевой всхожести.
Температура воздуха в наибольшей степени влияет на растение в период от всходов до выбрасывания метелки благоприятной является температура 20-23oС. Интенсивность роста резко снижается при 14-15oС, а при 10oС рост прекращается. До появления генеративных органов повышение температуры до 25oС не вредит росту и развития кукурузы. Но со времени цветения метелок и появления нитей на початках температура 25oС и более неблагоприятна, а свыше 30oС нарушается цветение и оплодотворение сокращается период жизнеспособности пыльцы, подсыхают нити початков.
Оптимальная температура в период от цветения до созревания 22-23oС. Для кукурузы крайне неблагоприятны большие колебания температур поздневесенние и ранние осенние заморозки. Весенние заморозки при -4oС погибают всходы, при -3oС - потеря всхожести. Осенние заморозки при -2-3oС происходит отмирание листьев, при -4-5oС - отмирание початков.
Сумма активных температур, необходимая для созревания скороспелых сортов кукурузы, составляет 2100-2400oС, среднеспелых и позднеспелых сортов - 2600-3000oС. Почва. Высокие урожаи кукуруза дает на чистых, рыхлых, воздухопроницаемых почвах с глубоким гумусовым слоем, обеспеченных питательными веществами и влагой, с pH 5,5-7,0. Это черноземные, темно-каштановые, темно-серые суглинистые и супесчаные, а также пойменные почвы. Высокие урожаи кукурузы на силос на хорошем агрофоне можно получить и на дерново-подзолистых, осушенных торфяно-болотных почвах Нечерноземной зоны. Почвы, склонные к заболачиванию, сильно засоленные, а также с повышенной кислотностью pH ниже 5,0 непригодны для возделывания кукурузы.
Свет. Кукуруза светолюбивое растение короткого дня, быстрее всего зацветает при 8-9-часовом дне. При продолжительности дня свыше 12-14 часов период вегетации удлиняется. Растения требуют интенсивного солнечного освещения, особенно в первый период вегетации.
Кроме того, на рост и развитие сильно влияет качество света, то есть утреннее или вечернее освещение. Затенение растений в утренние часы влечет за собой резкое отставание в развитии колосков и цветков по сравнению с затемнением в дневные и вечерние часы. Водный и воздушный режим. Кукуруза сравнительно устойчива к засухе. В ранний период роста происходит интенсивное развитие корневой системы, которая проникает в почву на глубину до 3,5 метров. Но, не смотря на то, что кукуруза имеет возможность получать влагу из глубоких почвенных слоев, влажность почвы при посеве должна составлять 70-75 от полной влагоемкости.
Потребность в воде сильно увеличивается в период активного роста надземной массы фаза 15-го листа - середина молочной спелости. Критическим периодом потребности в воде являются фазы цветения - молочной спелости. Причем, в этот период растение требовательно к наличию влаги не только в почве, но и в воздухе, то есть нуждается в более высокой относительной влажности воздуха.
Недостаток влаги в почве в период цветения приводит к увеличению разрыва в цветении мужских и женских соцветий, что наряду со снижением пыльцеобразования и уменьшением времени цветения метелок, ухудшает условия опыления и оплодотворения. Недостаток влаги в фазе формирования и налива зерна приводит к резкому падению урожайности за счет укорочения початков в связи с усыханием их верхней части и снижения массы 1000 зерен. В период созревания до полной спелости потребность кукурузы в воде резко сокращается.
Особенности питания. Для формирования 10 ц зерна кукуруза потребляет 25 кг N, 12 кг P, 25 кг K, в небольших количествах Mg, Zn, Cu, Mo, Mn и другие микроэлементы. Азот. При недостатке азота наблюдается карликовость, мелколистность, бледно-зеленая или желтовато-зеленая окраска листа, задержка в росте вегетативной массы. Критический период потребности в азоте - от фазы цветения до образования семян. Избыток азота приводит к задержке формирования початков и метелок.
Вносят азот под вспашку в виде органических удобрений или в виде минеральных удобрений в аммиачной форме 50 - под осеннюю вспашку, 50 - весной под культивацию или в виде подкормки в фазе 6-7 листьев. Фосфор. Острая потребность в фосфоре наблюдается в начальные фазы роста. При его недостатке задерживается рост, листья приобретают интенсивную фиолетовую окраску, запаздывают фазы цветения и созревания, образующиеся початки имеют уродливую форму сильно искривляются вертикальные ряды зерен. Недостаток фосфора в начале вегетации нельзя компенсировать подкормками в более поздние сроки.
В целом фосфор потребляется равномерно в течение всей вегетации. Очень малоподвижен, поэтому подкормки не дают положительных результатов. Фосфорные удобрения вносят под осеннюю вспашку большую часть и весной при посеве. Калий. Поглощается в большом количестве начиная с фазы всходов и до созревания зерна. При недостатке калия замедляется рост, укорачивается стебель, листья желтеют начиная с краев, верхушки и края их засыхают как при ожогах, початки образуются щуплые с плохо выполненным зерном, растение теряет устойчивость к полеганию и засухе.
Калийные удобрения вносят под осеннюю вспашку, весной при посеве и в качестве подкормок. Недостаток микроэлементов может быть компенсирован внесением органических удобрений навоза