Систематика та морфо-біологічні особливості зернових

Зернові культури — пшениця, жито, ячмінь, овес, тритикале, просо, кукурудза, сорго і рис — це окремі роди родини злакових (тонконогових) — Роасеае.

Кожний рід за певними морфологічними та іншими ознаками (щільністю колоса або волоті, характером розвитку колосків у колосі, ламкістю стрижня колоса, будовою колоскових лусок тощо) поділяється на види (тверда і м'яка пшениця, посівний і піщаний овес і т. д.), а види — на підвиди (дворядний і багаторядний ячмінь, кремениста та зубовидна кукурудза) або географічні групи (північноросійське і західносибірське жито та ін.).

Вид, підвид і група на підставі інших морфологічних ознак (за забарвленням лусок колосків, наявністю чи відсутністю на лусках опушення, забарвленням зерна і стрижня качана у кукурудзи, формою зерна та ін.) поділяються на різновиди, а різновиди — на сорти.

Зернові культури за морфологічними та біологічними ознаками і властивостями поділяються на дві групи. До першої групи належать пшениця, жито, ячмінь, овес і тритикале; до другої — кукурудза, просо, сорго та рис. Характерні особливості зернових культур першої та другої груп такі:

Перша група	Друга група
На черевному боці зернівки є чітка поздовжня борозенка	Зернівка поздовжньої борозенки не має
Зерно проростає кількома зародковими корінцями	Зерно проростає одним зародковим корінцем
У колоску розвиваються і плодоносять нижні квітки, а верхні лишаються неплідними або значною мірою редукуються	У колоску розвивається і плодоносить верхня квітка, а нижня редукується
Стебла звичайно порожнисті	Стебла порожнисті або виповнені серцевиною
Є озимі та ярі форми	Є тільки ярі форми
Вибагливість до тепла менша	Вибагливість до тепла вища
Вибагливість до вологи вища	Вибагливість до вологи менша
Рослини довгого світлового дня	Рослини короткого світлового дня
Розвиток на початкових фазах від сходів до кущення більш-менш швидкий	Розвиток на початкових фазах повільний

Коренева система зернових злаків мичкувата, основна маса якої розміщується у верхньому (на глибині до 25 см) шарі ґрунту. У злаків розрізняють первинні, або зародкові, та вторинні, або стеблові, корені. Зародкові корені утворюються під час проростання з насінини, а вторинні - з підземних і надземних стеблових вузлів та найбільше - з підземного стеблового вузла - вузла кущіння. На відміну від первинних, які відразу ростуть вглиб ґрунту, вторинні корені спочатку ростуть горизонтально, а потім заглиблюються в ґрунт. Зародкові і стеблові корені дуже розгалужуються і утворюють кореневу мичку.

У нормальних умовах розвитку хлібні злаки мають більш розвинену вторинну кореневу систему. Основна роль у формуванні вторинної кореневої системи належить кореням, які утворюються підземними стебловими вузлами, особливо, з вузла кущіння. Також деякі хлібні злаки (кукурудза, сорго) досить часто розвивають із надземних стеблових вузлів повітряні, або опірні, корені, які відіграють, в основному, механічну роль у підтриманні стебла.

Загальна довжина коріння злаків сягає великих розмірів. Так, у рослин пшениці вона становить близько 10 км і проникає у ґрунт на глибину 1,5 м.

Стебло злаків - циліндрична, розділена вузлами, у більшості порожниста (пшениця, жито, тритікале, ячмінь, овес) або виповнена серцевинною паренхімою (кукурудза, сорго, деякі різновидності проса) соломина. Стебло може мати від 5-7 міжвузлів (пшениця, жито, ячмінь та ін.) і до 20 та більше (кукурудза, сорго).

Ріст стебла інтеркалярний і відбувається за рахунок поділу й росту клітин вузлів та у більшості хлібів продовжується до кінця цвітіння. Стебло може утворювати бічні пагони з підземних стеблових вузлів, верхній з яких називається вузлом кущіння, а саме явище - кущінням. Крім того, стебла сорго, проса здатні до галуження.

Під час кущіння на стеблі закладаються надземні вузли з дуже короткими міжвузлями і зачатковим колосом. До початку інтенсивного росту у фазу виходу в трубку довжина надземної частини стебла і колоса вимірюється сантиметрами.

Висота хлібних злаків за сприятливих умов росту досягає 1-2 м (найбільша у жита і найменша у ячменю), у кукурудзи та сорго - 2-4 м і більше.

Листок зернових злаків складається з листкової піхви й листкової пластинки і утворюється на кожному вузлі стебла. Листкова піхва захищає стебло від пошкодження та надає йому стійкості проти вилягання. У нижній частині листка утворюється потовщення - листковий вузол, який охоплює стебло над стебловим вузлом. У місці переходу листкової піхви в пластинку є тонка плівка, яка називається язичком. Язичок перешкоджає попаданню сторонніх тіл, води, шкідників у середину листкової піхви. З обох сторін язичка на краях листкової пластинки утворюються вушка, які закріплюють піхву на стеблі.

За такими морфологічними ознаками, як вушка і язичок, розрізняють хліба до викидання рослинами суцвіть. Слід мати на увазі, що нормального розвитку язичок і вушка досягають у фазі кущіння.

Суцвіття в хлібних злаків двох типів: колос (пшениця, ячмінь, жито, тритікале) і волоть (овес, просо, рис, сорго). Кукурудза утворює два види суцвіть: зверху волоть з чоловічими квітками, а в пазухах листків жіноче суцвіття - качан.

Колос складається із стрижня, який є продовженням стебла і колосків, що розміщуються на його виступах. У волоті стрижень галузиться на гілочки, на закінченнях яких знаходяться колоски.

Колосок злакових зернових культур має дві колоскові луски і квітки. Колоскові луски захищають від пошкоджень квітки, а потім зерна, які в них розвиваються. Колоски бувають одно-, дво- та багатоквітковими.

Кожна квітка складається з зовнішньої, або нижньої, і внутрішньої лусок, між якими розміщується маточка з дволопатевою пірчастою приймочкою та три тичинки (у рису шість). Саме на зовнішній квітковій лусці у остистих форм знаходиться остюк.

Колоскові та квіткові луски злаків дуже різняться між собою і є важливими ознаками для визначення виду цих рослин.

Квітки у хлібних злаків, за винятком кукурудзи, двостатеві.

Плід хлібних злаків - зернівка, яку часто називають зерном. У ячменю, вівса, проса, рису, сорго зернівки переважно вкриті квітковими лусками (плівками) і їх називають плівчастими. У пшениці, жита, кукурудзи зернівки голі.

Зернівки пшениці, жита, тритікале, ячменю, вівса на черевному боці мають поздовжню борозенку. Протилежний бік зернівки називається спинним.

За розміщенням у колоску в зернівці розрізняють нижню і верхню частини. У нижній частині зернівки з спинного боку розміщений зародок. У верхній частині насінини пшениці, жита, вівса є чубок, який складається з коротеньких волосків. У деяких хлібів він є досить характерною систематичною ознакою для розпізнавання видів та сортів.

Розміри зернівки визначають, вимірюючи їх довжину, ширину і товщину. Довжина зернини - це відстань від її основи до верхнього кінця, ширина - відстань між боковими сторонами і товщина - між спинним і черевним боками.

Насінина злакових культур складається із зародка, ендосперму та двох оболонок: внутрішньої - насінної і зовнішньої - плодової, які щільно зрослися між собою. Плодова оболонка утворюється із стінок зав'язі. Під нею розміщені два шари насінної оболонки, яка утворюється з оболонок насінного зачатка. Між зародком, який містить первинні корінці і стебельця, та ендоспермом знаходиться щиток, що являє собою сім'ядолю зернівки. Зародок у різних хлібів не однаковий. У пшениці, жита, ячменю його маса становить 1,5-3%, у кукурудзи - 10-14% маси зернівки.

Ріст хлібних злаків відбувається за фазами. В Україні прийнята класифікація фаз росту за Ф.М. Куперман - фаза проростання насіння, сходів, кущіння, вихід у трубку, колосіння або викидання волоті, цвітіння і достигання.

I. Проростання насіння. Для цієї фази необхідна наявність трьох основних факторів - тепла, вологи, повітря, які спричиняють у насінині ряд складних біохімічних та фізіологічних перетворень, що відбуваються з запасними речовинами ендосперму та зародком.

Спочатку починає рости коренева система, а пізніш розвивається пагін.

II. Сходи - це поява на поверхні ґрунту зелених листків. Спочатку з'являється на поверхні колеоптиль, з якого, розриваючи його, появляється перший листочок. Далі з'являється другий, третій і т.д. Паралельно з появою листків йде ріст первинної кореневої системи.

У пшениці перші листки забарвлені в зелений колір, у жита - фіолетово-коричневий, ячменю - сизуватий, вівса - світло-зелений.

III. Кущіння відбувається після утворення третього листка. Це своєрідне галуження підземного стебла, під час якого утворюються додаткові стебла і вторинна коренева система. Інтенсивність кущіння тісно пов'язана з продуктивністю зернових.

IV. Вихід у трубку - це фаза активного росту стебла і формування генеративних органів рослин.

V. Колосіння, або викидання волоті, характеризується виходом суцвіття з піхви флагового листка.

VI. Цвітіння відбувається після V фази, але може і збігатись з нею, так як у ячменю.

Розрізняють злакові рослини самозапильні (пшениця, ячмінь, овес, рис, просо) і перехреснозапильні (жито, кукурудза, сорго). Цвітіння триває від 3-4 днів у вівса і до 6-10 - у пшениці.

VII. Достигання зерна включає в себе процеси наливу і остаточного формування зрілої насінини.

Цю фазу ділять ще на три частини:

1) Молочна стиглість. Зерно ще зеленого кольору, під час роздушування з'являється молочна рідина, вміст води в ньому 50-52%. Відмирають нижні листки рослини. Настає через 10-18 днів після цвітіння.

2) Воскова стиглість. Зерно набуває нормального забарвлення, стає твердим, як віск, легко розрізується нігтем, вміст води до 25%. Жовтіє вся рослина.

3) Повна стиглість характеризується вмістом вологи в зерні 15% (до 20%), зерно стає твердим, перетворень запасних продуктів не відбувається, зерно легко осипається.