Морфологічні ознаки кукурудзи
Кукурудза
Коренева система мичкувата, дуже розгалужена, з глибоким проникненням у ґрунт. Основна маса коренів перебуває у шарі ґрунту на глибині 30–60 см від поверхні, але частина з них проникає глибше, постачаючи воду рослині з глибини 1,5–4 м.
У межах кореневої системи розрізняють 4 типи коренів: основні зародкові, бокові зародкові, постійні і повітряні (рис. 1). Найбільше значення для рослини мають постійні корені, які формуються з підземних стеблових вузлів на глибині 3–5 см від поверхні ґрунту.
 

Рис. 1. Коренева система: основні (а) та повітряні (б) корені

 
Повітряні (поверхневі) корені розвиваються, як правило, у другій половині вегетації і є опорними, — вони підсилюють стійкість рослин до вилягання. Але якщо ці корені потрапляють у вологий ґрунт (наприклад, при підгортанні під час міжрядних обробок), вони можуть включатись у функцію живлення, істотно посилюючи загальну потужність кореневої системи. Розвиток і потужність кореневої системи залежать від генетичних особливостей гібрида, температури та вологості ґрунту. Потужність кореневої системи — запорука отримання високих урожаїв. Саме тому агротехнічні заходи, спрямовані на створення сприятливих для її формування умов і розвитку, такі важливі.
 
Стебло рослини кукурудзи прямостояче, циліндричне, висотою від 50 см до 6–7 м, завтовшки 2–7 см, поділене міжвузлями. Стебло вкрите епідермісом (тонкими захисними тканинами), під яким перебуває дерев’яниста частина стебла, що складається з тісно скупчених судинно–волокнистих пучків з великим вмістом кремнію, який надає стеблу міцності. Серцевина стебла заповнена губчастими тканинами (паренхімою) і теж містить судинні пучки і ситоподібні трубки (рис. 2). По судинах вода і розчинені в ній солі з ґрунту переміщаються від коріння через стебло до листя, по ситоподібних трубках у зворотному напрямку переміщуються пластичні речовини, що синтезуються в листку (вуглеводи та ін.). Кількість вузлів стебла варіюється: підземних — від 4 до 9, надземних — від 6 до 20 і більше. У скоростиглих форм, як правило, вузлів менше, ніж у пізньостиглих. Росте стебло завдяки видовженню міжвузлів, а не збільшенню кількості вузлів. Довжина міжвузлів збільшується знизу догори: найкоротші міжвузля розташовано безпосередньо над землею, а найдовшим є найвище міжвузля, яке несе чоловіче суцвіття (волоть).
 
Рис. 2. Стебло кукурудзи: поздовжній (а) та поперечний (б) розрізи
 
Висота стебла визначається кількістю вузлів та довжиною міжвузлів і залежить від генотипу (скоростиглості) та умов вирощування. Скоростиглі гібриди, як правило, низькорослі, а пізньостиглі мають вище стебло. У піхвах листків на стеблі є репродуктивні бруньки, з яких розвиваються жіночі суцвіття — качани. З нижніх бруньок можуть розвиватися бічні пагони, так звані пасинки. За умови вирощування кукурудзи на силос, вони можуть підвищувати урожай зеленої маси, а при вирощувані на зерно можуть сприяти як збільшенню фотосинтезуючої поверхні листя і підвищенню врожайності, так і ослабленню рослини, особливо в несприятливих умовах.
 
Листя кукурудзи довге, лінійно–ланцетоподібне, складається з листкової піхви, яка щільно охоплює стебло, листкової пластинки шириною 5–12 см та язичка, розташованого в місці переходу піхви у пластинку (рис. 3).
 
Рис. 3. Кріплення листка до стебла 
 
Кільцеподібні потовщені листкові вузли, утворювані піхвами і язичками, забезпечують більшу міцність стебла та сприяють випрямленню при виляганні рослин. З нижнього боку листок гладенький, з верхнього різною мірою опушений, з товстою центральною жилкою. Листки відходять від стебла по одному з кожного вузла таким чином, що кожний вище розташований листок відходить у протилежний бік від нижче розташованого, і це забезпечує оптимальне поглинання сонячного світла. За сприятливих погодних умов та при правильному догляді листя інтенсивно відростає.
 

Загальна поверхня листя на одній рослині в період повного цвітіння досягає 0,50–0,75 м. Кількість листків на стеблі тісно пов’язана з генетично обумовленою тривалістю вегетаційного періоду певного гібрида. У ранньостиглих форм зазвичай формується по 8–10 листків, а у дуже пізньостиглих їхня кількість досягає 30 і більше. Ранньостиглі гібриди, маючи меншу листкову поверхню, за вегетаційний період витрачають менше води, тому вони більше пристосовані до посушливих умов і в районах недостатнього вологозабезпечення дають більші урожаї. Надійним показником придатності гібрида до вирощування у тій чи тій зоні є кількість листя головного стебла, яка у кукурудзи дуже стійка і не змінюється залежно від агротехніки.

 
Роль листків у життєдіяльності рослини кукурудзи надзвичайно важлива. Саме завдяки листю відбувається фотосинтез, засвоюється вуглець з вуглекислого газу, що є у повітрі, та випаровується волога. На поверхні листя є дрібні, невидні неозброєним оком отвори — продихи, здатні змикатись і розмикатись, регулюючи випаровування вологи із внутрішніх тканин. У посушливих умовах листя кукурудзи завдяки особливим пухирчастим клітинам може скручуватись у неповну трубку, знижуючи цим випаровування зі своєї поверхні. Через листя відбувається повітряне живлення рослини, тобто поглинання у денні години вуглецю з вуглекислоти повітря. Потім з вуглецю, води та елементів живлення, що надходять з ґрунту через корінь, у листку утворюються складні сполуки — цукри, жири, білки. Продуктивність листя залежить від фази вегетації та від умов вирощування. Найпродуктивніше листковий апарат працює у періоди цвітіння — викидання волотей та у період наливу зерна. Несприятливі погодні умови (спека, посуха) і поганий догляд (ущільнений ґрунт, забур’яненість, надмірне загущення посівів) різко знижують ефективність функціонування листя.
 
Квітки у кукурудзи різностатеві: одні мають тільки тичинки і називаються чоловічими, а інші — тільки маточкові квітки і називаються жіночими. Квітки розташовуються на одній рослині, але зібрані у різні суцвіття: чоловічі — у волоть, жіночі — в качан.
 
Чоловіче суцвіття (волоть, султан) розташовується на верхівці стебла і становить собою продовження найвищого міжвузля. Волоть розділено вузлами на міжвузля, з вузлів виростають бічні гілки, коротші за головну вісь, число яких коливається від одного до 20. Бічні гілки повністю вкрито колосками. Колоски двоквіткові. Кожна квітка зовні вкрита зеленою, червоною або фіолетовою лусочкою. Всередині лусочок міститься по три тичинки і по дві нижні квіткові плівки (рис. 4). Різні гібриди формують волоті різного розміру, форми і розгалуженості. Тичинки у квітках складаються з тичинкової нитки і пиляка з пилковими мішечками (рис. 5). У кожному пиляку міститься до 2 тисяч пилкових зерен, а на одній рослині їх може утворюватись 20–50 мільйонів, проте не всі вони здатні запліднити яйцеклітину.
 

Рис. 5. Чоловіча квітка (а), пилок (б) 

 
Чоловіче суцвіття (волоть, султан) розташовується на верхівці стебла і становить собою продовження найвищого міжвузля. Волоть розділено вузлами на міжвузля, з вузлів виростають бічні гілки, коротші за головну вісь, число яких коливається від одного до 20. Бічні гілки повністю вкрито колосками. Колоски двоквіткові. Кожна квітка зовні вкрита зеленою, червоною або фіолетовою лусочкою. Всередині лусочок міститься по три тичинки і по дві нижні квіткові плівки (рис. 4). Різні гібриди формують волоті різного розміру, форми і розгалуженості. Тичинки у квітках складаються з тичинкової нитки і пиляка з пилковими мішечками (рис. 5). У кожному пиляку міститься до 2 тисяч пилкових зерен, а на одній рослині їх може утворюватись 20–50 мільйонів, проте не всі вони здатні запліднити яйцеклітину.
 

Рис. 6. Жіноче суцвіття (качан) 

 
Жіноче суцвіття (качан) формується у піхвах листків (рис. 6). Основним елементом жіночої квітки є стовпчик, що складається із зав’язі та приймочки на довгій (24–45 см) нитці, вкритій дрібними волосками. Волоски і приймочки виділяють липку рідину, яка сприяє уловлюванню пилкових зерен із повітря. У верхніх квіток стовпчики (нитки) найкоротші, а у нижніх — найдовші. Забарвлення ниток на жіночому суцвітті — сортова ознака, воно може бути зеленим, жовтим, рожевим, антоціановим. З кожної квітки після запліднення формується одна зернина (рис. 7).

 

Зернівка кукурудзи становить однонасінний плід і розвивається після запліднення зав’язі жіночої квітки. Зріла зернівка складається з оболонки, ендосперму та зародка, який у дозрілого зерна становить 13 % від загальної маси. Ендосперм, своєю чергою, складається із зовнішнього одноклітинного шару і внутрішньої рогоподібної та борошнистої частини, заповненої поживними речовинами (переважно крохмалем). Усі складники ендосперму слугують джерелом живлення для зародка при його проростанні. Колір зернівок (білий, кремовий, жовтий, оранжевий, червоний, фіолетовий, блакитний, синій, чорний та ін.) — сортова ознака, проте окремі гібриди можуть мати різнозабарвне зерно.

Зернівки розміщуються на стрижні (рис. 8), який буває різної товщини, довжини, форми. Кількість рядів зерен на качані генетично обумовлена, завжди парна, у різних гібридів становить від 8 до 16 (частіше 12–14) і не залежить від умов вирощування.

Качан кріпиться до стебла ніжкою. Якщо ніжка коротка і товста, качан розміщується вертикально, якщо ж ніжка тонка і довга, качан відхиляється від стебла набуваючи горизонтального положення, або звисаючи до низу.

Маса 1000 насінин у дрібнонасінних гібридів становить 100–150 г, у крупнонасінних — 300–400 г. У загальній масі качана на частку зерна припадає 82–88 %, на частку стрижня — 12–18 %. У сухій надземній масі кукурудзи частка зерна становить 40–45 %.

 


Рис. 8. Розміщення зернівок у качані. Загальний вигляд качана (а), повздовжний (б) та поперечний (в) розрізи 

За будовою і консистенцією зерна, а також за наявністю чи відсутністю на ньому плівок кукурудза ділиться на 8 підвидів: кремениста, зубовидна, напівзубовидна, крохмалиста, розлусна, цукрова, воскоподібна, плівчаста.
 
ТИПИ ЗЕРНА КУКУРУДЗИ
 
Кремениста кукурудза має зерно округле, рівномірно забарвлене, тверде, блискуче, з добре розвиненою рогоподібною частиною ендосперму, яка охоплює зернівку з усіх боків (рис. 9 а). Борошниста частина ендосперму невелика за об’ємом, розташована у самому центрі зернівки. Кременисте зерно має високий вміст білків, з нього виготовляють крупу і кукурудзяні пластівці. Рослини добре облиствлені, з ніжними соковитими стеблами, придатні для використання на зелений корм, скоростиглі і холодостійкі. Можуть утворювати багато пасинків з качанами. Має найширший ареал вирощування на Землі. Сорти кременистої кукурудзи першими було завезено до Європи.

Гібриди кременистої кукурудзи вирощують переважно на зерно. Серед гібридів цієї групи багато скоростиглих.

У зерні міститься 65–83 % крохмалю, до 18 % білка, 3–7 % жиру. Використовується для виробництва крупи, кукурудзяних пластівців, паличок та інших продуктів.

Зубовидна кукурудза має велике видовжене зерно із западинкою на верхівці (рис. 9 б). Рогоподібний ендосперм охоплює зернівку тільки з боків, решта його частин борошниста. Зубовидна кукурудза найбільш урожайна і тому найпоширеніша. Вона достигає пізніше за кременисту, має розвиненішу вегетативну масу і більші качани.

 


Рис. 9. Кремениста (а) та зубовидна (б) кукурудза

У зерні міститься 70–75 % крохмалю, до 15 білка, 3–6 % жиру.

Вирощується на зерно, яке використовують для виробництва борошна, крупи, спирту, а також як фураж на корм тваринам. Більшість сортів зубовидної кукурудзи пізньостиглі. Маючи потужні стебла і великі качани, сорти зубовидної кукурудзи, як правило, дають вищий урожай силосної маси і зерна порівняно зі скоростиглими сортами.

Напівзубовидна кукурудза займає проміжне місце між зубовидною і кременистою, до неї належить багато поширених у виробництві високоврожайних гібридів (рис. 10 а).

 

Рис. 10. Напівзубовидна (а) та крохмалиста (б) кукурудза
 

Крохмалиста кукурудза має зерна округлі зверху і сплюснуті з боків, великі, матові, з великим зародком і борошнистим ендоспермом (рогоподібна частина майже відсутня (рис. 10 б). Зерну властива підвищена гігроскопічність, що ускладнює сушку та зберігання. Використовується для виробництва спирту і крохмалю.

Ендосперм крихкий, борошнистий, з невеликим вмістом білка. Використовується здебільшого в крохмалепатоковій і спиртовій промисловості. Зернівка велика, містить близько 12 % білка, 5 % жиру і понад 80 % крохмалю.

У розлусної кукурудзи (рис. 11) зерно дрібне, на верхівці загострене (рисова форма) чи округле (перлова форма), склоподібне, блискуче. Більша частина ендосперму рогоподібна. За кількістю білка в зернівках розлусна кукурудза посідає перше місце.

 


Рис. 11. Розлусна кукурудза рисової (а) та перлової (б) форми 

Завдяки тому, що у розлусної кукурудзи борошниста частина ендосперму є тільки біля зародка, при нагріванні сухого зерна у крохмальних сферокристалах і між ними під тиском парів води проривається оплодень і шкірка насіння. При цьому ендосперм вивертається у вигляді крихкої білої борошнистої маси і зерно дуже збільшується в об’ємі. Звідси назва підвиду.

Зернівка характеризується високим вмістом білка (16 %), що дозволяє використовувати цей підвид при виробництві крупи, пластівців тощо. Розлусна кукурудза утворює велике число качанів, має гарну кущистість і облиствленість. Качани невеликі, з дрібним зерном.

Підвид представлено різновидами з білою, жовтою, червоною, темно–синьою та смугастою зернівкою. Розлусна кукурудза поширена в США, де має промислове значення і завойовує дедалі більшу популярність у всьому світі.

Цукрова кукурудза має зморшкувате, з напівпрозорим рогоподібним ендоспермом зерно, середнє і крупне за розміром (рис. 12 а). За вмістом білка посідає друге місце, а ще містить багато розчинних у воді вуглеводів (декстринів), олії, протеїнів, але мало крохмалю. При дозріванні і підсиханні зернівка по всій поверхні дуже зморщується, набирає неправильної форми і нерівної поверхні. Визрілі зернівки порівняно прозорі.

 

Рис. 12. Цукрова (а) та воскоподібна (б) кукурудза
 

Крім того, зернівка містить велику кількість водорозчинних білків — 18–20 % і жирів — 8–9 %. Вміст вуглеводів становить 64 %, половина з них припадає на частку декстринів.

Цукрова кукурудза — овочева культура, її використовують у консервній промисловості. Рослини зазвичай невисокі, дуже кущаться, кожна має по кілька качанів. Як і всі овочеві культури, вирощується на поливі. Різновиди представлено формами з найрізноманітнішим забарвленням зернівки.

Воскоподібна кукурудза має зерно, яке формою нагадує зубовидне, — тверде, гладеньке, матове, рогоподібний шар ендосперму покриває всю поверхню зернівок, непрозорий і схожий на віск (рис. 12 б). Є мутантом зубовидних північноамериканських сортів, які в результаті прояву гена Wx під впливом незвичайних умов вирощування можуть з’являтися в різних частинах світу. Ендосперм двошаровий, його зовнішня частина непрозора і на вигляд нагадує віск, але за твердістю не поступається склоподібному ендосперму розлусної кукурудзи. Внутрішній шар ендосперму борошнистий. Крохмаль ендосперму складається майже на 100 % з амілопектину, що має високу клейкість.

Воскоподібна кукурудза має досить вузький ареал поширення — найпопулярніша вона в Китаї — і вельми обмежене сортове розмаїття, причому сорти близькі між собою за багатьма господарськими й окремими морфологічними ознаками. Має підвищений вміст декстринів, дуже добре засвоюється тваринами.

У плівчастої кукурудзи зерно на качані розміщується у видовжених лусках, які повністю його закривають. Господарського значення не має.

Хімічні складники зерна кукурудзи — вуглеводи, жири та білки. Вміст крохмалю становить близько 60–70 % від сухої речовини, вміст білків варіює від 10 до 16 %, вміст жиру — 4–7 %. Щодо амінокислотного складу білка, то в ньому переважають форми з малоцінною фракцією — зеїном із низьким вмістом цінних амінокислот лізину і триптофану, хоча нині створено високолізинові гібриди, які містять 4,5–5 % лізину проти звичайних 2–2,5 %. Запровадження таких гібридів у виробництво забезпечить тваринництво цінними кормами, які не потребують збагачення білковими добавками.

Жирнокислотний склад зерна кукурудзи характеризується вмістом лінолевої, олеїнової, пальмітинової, ліноленової та стеаринової кислот у різних пропорціях. Кукурудзяна олія у 2,5 рази калорійніша за крохмаль, тому високоолійні гібриди становлять великий інтерес як високоенергетичні корми для тваринництва і птахівництва.

Важливий високий антиоксидантний ефект кукурудзяної олії пов’язаний із вмістом токоферолів. Переважно це b–токоферол (51,0–58,0 %) та g–токоферол (32,0–41,0 %), тоді як кількість aтокоферолу не перевищує 10,0 %. Крім того, у кукурудзяної олії високий вміст вітаміну Е — 100–120 мг/ %, це суттєво більше, ніж у соняшниковій олії (30–70 мг/ %).

Зерно кукурудзи також характеризується високим вмістом каротиноїдів.