Кукуруза (Zea mays L) - однолетнее растение семейства мятликовые (Poaceae), по морфологическим признакам значительно отличается от других зерновых культур. Для кукурузы характерно более мощное развитее всего растения - корневой системе, стебля, листьев, соцветий и зерна.

Корневая система мочковатая, многоярусная, сильноразветвленная, поникает на глубину до 3 м и в радиусе 1-1,5 м. Основная масса корней (60%) находится на верхнем (до 30 см) слое почвы.

Рис. 3. Корневая система кукурузы

Кукуруза имеет четыре типа корней: главные зародышевые, боковые зародышевые, постоянные и воздушные. Во время прорастания зерна кукурузы появляется главный зародышевый корешок, а потом показывается почечка, из которой впоследствии развивается стебель. Через 1-2 суток после появления главного зародышевого корешка появляются боковые зародышевые корешки.

Рис. 4. Ход прорастания семян кукурузы и образование боковых зародышевых корешков

Первые 2-3 недели зародышевые корни являются единственным источником снабжения растения минеральной пищей и влагой. Позднее из первого стеблевого узла образуются более мощные постоянные корни, а затем эти корни появляются на всех других вышележащих подземных узлах.

Подземная часть стебля, находящаяся между семенами и первым стеблевым узлом, носит название "мезокотиле". Способность отдельных сортов переносить глубокую заделку семян зависит от того, насколько длинное мезокотиле они могут образовывать. У некоторых сортов мезокотиле достигает 25 см, благодаря чему они могут прорастать с большой глубины.

Корневая система кукурузы проникает в глубину почвы более 200 сантиметров, а в горизонтальном направлении распространяется в радиусе 50-100 сантиметров. Длина всех корешков и корневых волосков одного растения достигает нескольких километров. Из надземных стеблевых узлов могут появляться дополнительные так называемые воздушные корни. При внедрении этих корней во влажные слои почвы они могут превращаться в питающие корни, значительно усиливая общую мощность корневой системы кукурузного растения. Внедрение воздушных корней в почву повышает устойчивость растений к полеганию при сильных ветрах.

Мощность корневой системы является важнейшим условием получения высокого урожая кукурузы. Поэтому приемы обработки почвы, междурядные культивации и окучивание должны способствовать созданию благоприятных условий для развития корневой системы.

Стебель прямостоячий, хорошо облиственный, округлый, гладкий, высотой 2-3 м, с выполненной сочной сердцевиной, у молодых растений с содержанием сахаров 5%. Стебель состоит из 8-25 междоузлий и стеблевых узлов. Число узлов - устойчивый сортовой признак, тесно связанный с продолжительностью вегетационного периода. Длина междоузлий увеличивается снизу вверх; таким образом, нижнее междоузлие самое короткое, последнее - самое длинное. Каждое междоузлие охватывается влагалищем листа. Стебель способен к ветвлению, развивая боковые побеги - пасынки.

В пазухе каждого листа имеется репродуктивная почка, из которой впоследствии может развиться женское соцветие - початок. В месте прикрепления этой почки в стебле имеется небольшая выемка. В благоприятных условиях каждая репродуктивная почка может дать початок, но у обычных сортов на стебле образуются только 1-2 початка, причем самый крупный из них развивается из верхней почки.

Из самых нижних почек иногда развиваются боковые побеги-пасынки, заканчивающиеся мужским соцветием - метелкой. При высокой агротехнике и достаточной продолжительности периода вегетации на пасынках могут развиваться полноценные початки, как и на главном стебле. Склонность к образованию пасынков является сортовым признаком.

Рис. 5. Растение кукурузы с двумя пасынками, несущими мужские соцветия

В условиях проведения многократных отборов на многопочатковость и обильного фосфорного питания пасынки могут заканчиваться не мужскими, а женскими соцветиями. Эта возможность обусловлена общностью происхождения мужских и женских соцветий кукурузы.

Рис. 6. Растение с двумя пасынками, несущими женские соцветия

Если сделать поперечный разрез стебля кукурузы, то на нем можно видеть следующие четыре части:

1) эпидермис - тонкую прозрачную ткань, покрывающую наружную часть стебля;

2) одревесневшую часть стебля, состоящую из большого количества тесно примыкающих друг к другу сосудисто-волокнистых пучков, образующих твердую стенку стебля;

3) сердцевину, выполненную рыхлой губчатой тканью, содержащей большое количество воды и питательных веществ;

4) сосудисто-волокнистые пучки, проходящие через сердцевину стебля и служащие для передвижения питательных веществ по стеблю от одного узла к другому.

Листья кукурузы состоят из листового влагалища, плотно охватывающего стебель, листовой пластинки и язычка, расположенного в месте перехода влагалища в пластинку и препятствующего проникновению воды, пыли и насекомых между листом и стеблем.

Листья на стебле расположены таким образом, что каждый вышележащий лист отходит от стебля в противоположную сторону от нижележащего. Такое расположение листьев позволяет им лучше использовать свет.

Лист является важнейшим органом растения. Через него происходит воздушное питание, то есть усвоение углерода из находящегося в воздухе углекислого газа. Кроме того, через лист происходит испарение поступающей от корней влаги и выделение в ночное время углекислого газа, образующегося в процессе дыхания. Испарение влаги и газообмен осуществляются через мельчайшие отверстия в кожице листа (устьица). Количество устьиц на одном листе достигает 20 миллионов. Размеры их могут уменьшаться и увеличиваться, благодаря чему растение регулирует количество испаряемой влаги. В жаркий день взрослое растение испаряет от 2 до 4 литров воды.

Число листьев на стебле является сортовым признаком, тесно связанным с продолжительностью вегетационного периода. Наиболее скороспелые сорта имеют 8-10 листьев, а у самых позднеспелых тропических форм число их доходит до 45. У сортов, выращиваемых в нечерноземной полосе, число листьев не превышает 24. Общая поверхность листьев на одном растении в период полного его развития в зависимости от сорта колеблется от 0,3 до 1 квадратного метра и больше. У некоторых сортов общая листовая поверхность увеличивается за счет облиственности ножек початка и образования листовых пластинок на его обертках.

Рис. 7. Образование листовых пластинок на обертках початка

Соцветия. Кукуруза - однодомное раздельнополое растение. Мужское соцветие (метелка, султан) расположено на вершине стебля, а женское (початок) в пазухе листа.

Раздельное расположение мужских и женских соцветий на различных частях одного и того же растения кукурузы имеет приспособительное значение для перекрестного опыления. Это приспособление усиливается еще тем, что мужские соцветия зацветают на несколько дней раньше женских, в результате чего оплодотворение собственной пыльцой почти исключается. В обычных условиях своей пыльцой оплодотворяется не более 5 процентов растений кукурузы, вся же остальная масса растений оплодотворяется чужой пыльцой, разносимой по полю ветром

Мужское соцветие (метелка). Каждая веточка метелки имеет колосовидную форму и несет на себе однополые тычиночные цветки, заключенные в двух цветковые колоски. Каждый цветок состоит из двух цветковых пленок и трех тычинок, которые в свою очередь состоят из тычиночной нити и двухгнездового пыльникового мешочка.

Цветение метелки начинается с самой верхней веточки, а затем распространяется до самых нижних веточек. В период цветения пыльниковые мешочки выходят за пределы цветка благодаря удлинению тычиночной нити. В это время пыльниковые мешочки лопаются в нижней своей части и из них высыпается пыльца, разносимая ветром по всему полю. В каждом пыльнике содержится до 2 000 пыльцевых зерен, а во всей метелке количество их достигает 20 миллионов.

Несмотря на такое большое количество пыльцы початки иногда оказываются озерненными не полностью. Это бывает в тех случаях, когда в период цветения стоит очень жаркая погода при низкой относительной влажности воздуха или когда в этот период проходят затяжные дожди. В первом случае пыльца теряет свою жизнеспособность под влиянием высокой температуры, а во втором случае она смывается дождевыми каплями. При благоприятных погодных условиях пыльца сохраняет свою жизнеспособность в течение 1-2 суток.

Рис. 8. Мужское соцветие - метелка

Женские соцветия (початки) - располагаются в пазухах листьев, ответвляясь от стеблевых узлов.

Початок вместе с обертками представляет собой сильно укороченный боковой побег главного стебля. Отличие этого побега состоит в том, что он заканчивается не метелкой с мужскими цветками, а мясистым стержнем, вдоль которого попарно располагаются колоски с женскими цветками.

Что касается оберток початка, то это видоизмененные листья с сильно разросшимися влагалищами.

Женский цветок состоит из завязи, столбика и рыльца. Столбик представляет собой длинную шелковистую нить, покрытую мелкими волосками и заканчивающуюся двухлопастным рыльцем. Волоски и рыльце выделяют липкую жидкость, способствующую улавливанию пыльцевых зерен, носящихся в воздухе. У верхних цветков пестичные столбики (нити) самые короткие, нижние цветки имеют длинные столбики, достигающие иногда длины 50 сантиметров.

В период цветения столбики выходят из-за оберток початка пучком наружу. Первыми появляются столбики нижних цветков, а позднее верхних.

Рыльца созревают еще до выхода за пределы оберток и при благоприятных условиях сохраняют восприимчивость к пыльце в течение 1,5-2 недель.

Репродуктивные почки имеются в пазухе почти каждого листа, поэтому кукурузное растение может иметь столько початков, сколько оно несет листьев, за исключением 2-3 самых верхних. Тем не менее у большинства распространенных сортов растения образуют по 1-2 и редко по 3 початка.

За последние годы доказано, что систематическим отбором можно добиться изменения природы кукурузы в сторону усиления признака многопочатковости. Доказано также, что этот признак является одним из важнейших признаков урожайности.

Рис. 9. Женское соцветие (початок) в обертках (справа) и с удаленными обертками (слева)

Плод - зерновка, имеет разнообразную форму, окраску и величину. Масса 1000 семян 100-300 г. В зависимости от условий возделывания в початке образуется 200-1000 зерен. Зерно состоит из оболочки, эндосперма и зародыша. Консистенция зерна может быть с преобладанием мучнистого или стекловидного эндосперма.

По современной классификации в зависимости от пленчатости, формы, химического состава и внутреннего строения зерновки у кукурузы выделяют следующие подвиды: зубовидная, кремнистая, крахмалистая, сахарная, лопающаяся, восковидная, пленчатая.

Зубовидная кукуруза (indentata). Зерно крупное, удлиненное, с вмятиной на верхушке. Содержание белка 8-14%, крахмала 68-76%. Растения мощные, початки крупные. Стекловидный эндосперм расположен по бокам зерновки. Подвид широко распространен, имеет преимущественно кормовое значение.

Кремнистая кукуруза (indurate). Зерно крупное или мелкое, гладкое, округлое, стекловидное, мучнистый эндосперм внутри. Содержание белка 8-16%, крахмала 65-83%.

Подвид широко распространен. Многие сорта и гибриды отличаются скороспелостью, используются как для продовольственных, так и для кормовых целей.

Крахмалистая кукуруза (amylaceae).

Зерно крупное и среднее, угловатое, поверхность морщиниста. Преобладает стекловидный эндосперм. Содержание белка 12-13%, крахмала 30, сахара и полисахаридов 30, жира около 8%. Используют в консервном производстве.

Лопающаяся кукуруза (everta).

Зерно мелкое, с заостренной или округлой верхушкой, со стекловидным эндоспермом.

Содержание белка 10-12,5%, крахмала 62-72%. Используют для приготовления кукурузных хлопьев и крупы.

Восковидная кукуруза (ceratina).

Зерно по форме и твердости похоже на зерно кремнистой кукурузы, отличается матовой поверхностью. Наружная часть эндосперма непрозрачная и похожа на воск. Содержание белка 10-13%. Используют для продовольственных, кормовых целей и как сырье для промышленной переработки.

Пленчатая кукуруза (tunicateа).

Отличается от всех подвидов сильным развитием колосковых чешуй, закрывающих зерновку. Производственного значения не имеет.

Наиболее распространены зубовидная и кремнистая кукуруза.

Рис. 10. Схема строения зерна различных подвидов кукурузы: 1 - крахмалистого; 2 - зубовидного; 3 - кремнистого; 4 - лопающегося; 5 - сахарного

Зерно кукурузы состоит из оболочки (перикарпия) и внутренней части - эндосперма и зародыша. Эндосперм в свою очередь состоит из наружного алейронового слоя и внутренней роговидной и мучнистой части. Они являются источником питания зародыша в период его прорастания.

Особенности роста и развития