Процессы происходящие при созревании зерна

Обновлено: 18.09.2024

Процесс формирования зерна имеет большое значение как для внешнего вида, внутреннего строения и химического состава зерновок злаков и семян других растений, так и для дальнейшего использования зерна в промышленности.

Вывод

Современная технология производства зерновых культур ба-базируется на заметном увеличении энергозатрат на технику, удобрения, пестициды и др.. Поэтому по-хозяйски правильное использование энергии (земной - невозобновляемой и солнечного-ной-возобновляемой) необходимо рассматривать как одну из важ-ных условий увеличения производства продукции сельского хозяйства. Введение энергетического анализа позволяет оце-вать эффективность интенсивных ресурсо-и энергосберегающие-ющих технологий в полеводстве. Такой подход дает возможность изучить целесообразность использования в земледелии удобрений, применение пестицидов, топлива, различных типов тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных орудий, природных ре-сурсов, почвенно-климатических условий солнечной радиации и дру-гих факторов, влияющих на формирование урожая и его качество . Как свидетельствуют данные науки и передовой опыт, положительное действие интенсивных ресурсо-и энергосберегающих технологий выращивания сельскохозяйственных культур зависит от своевременного выполнения всех элементов технологии. Основной задачей этих технологий является повышение плодородия почвы и, в частности, обогащение его гумусом, уменьшение затрат энер-гии на единицу производимой продукции и заметное улуч-шение экологического состояния окружающей среды. Положительных результатов при таких технологиях можно до-нуть только тогда, когда хозяйства будут экономию расхода-чаты различные виды энергии на производство единицы сельскохозяйственной продукции. Интенсификация земледельческой отрасли сельско-ского производства и охрана окружающей среды - это единственный тесно связан между собой процесс. Применить полностью использовать потенциал интенсивных техноло гий выращивания пшеницы без загрязнения окружающей среды можно только при реализации потенциала ценоза сорта с учетом его биологических свойств: эко-ской устойчивости к засухе, низким температурам и других негативных факторов, а отсюда и повышение потенциальной продуктивности сорта, ценоза пшеницы и каждого растения в нем.

Современные сорта озимой пшеницы интенсивного типа имеют потенциальную производительность 60-90 ц зерна и более. В ос-новном в производственных условиях урожай этихсортов гораздо меньше. Причин небольшой производительности много и основ-ные среди них - нарушение технологической дисциплины. По-потенциального урожайность растений является главным фактором форми-рования возможно высокого урожая, а реализация его зависит от оптимизации условий выращивания, что достигается созданием оптимальных условий среды в ценозах, т.е. приближением на разных этапах роста и развития озимой пшеницы целесообразной количества факторов необходимого соот -ношения их. При таких оптимизированных условиях растения способны лучше противостоять экологическим стрессам и приблизиться к максимальной реализации производительности. На создание оптимальных условий роста и развития рос-линь в ценозах и получения урожая в возможной потенциальной ной производительности пшеницы расходуется большое количество невозобновляемой или земной энергии.

Использованная литература

1. Казаков Е.Д. Кретович В.Л. Биохимия дефектного зерна и пути его использования. М.: Наука, 1979.

2. Казаков Е.Д., Кретович В.Л. Биохимия зерна и продуктов его переработки М.: Колос,1980.

3. Шаманин В.П,Трущенко А.Ю. Общая селекция и сортоведение полевых культур ,1970г.

Основная направленность процесса созревания зерна заключается в том, что образовавшиеся в зеленых листьях и стебле кристаллические вещества (сахара, аминокислоты, амиды и т. д.) перемещаются в растворенном виде в колос, а затем в зерно. В зерне растворенные низкомолекулярные органические вещества превращаются в высокомолекулярные нерастворимые запасные вещества (белки, углеводы, жиры), которые заполняют клетки эндосперма, алейронового слоя и зародыша. Процессы созревания тесно связаны с действием ферментов. При созревании зерна активность ферментов постепенно падает и стабилизируется на невысоком уровне, характерном для полностью созревшего зерна.

Из рисунка 46 видно, что на ранних фазах созревания зерна почти половина его сухого вещества состоит из Сахаров и растворимых левулезанов. По мере созревания зерна количество высокомолекулярных углеводов — крахмала и гемицеллюлоз постепенно возрастает, а содержание Сахаров и левулезанов соответственно убывает. Образование нерастворимых полисахаридов происходит за счет притекающих в зерно растворимых углеводов.

Характер изменения содержания азотистых веществ в созревающем зерне пшеницы. При созревании зерна количество свободных аминокислот в нем постепенно уменьшается, а содержание белка возрастает. Следовательно, в созревающем зерне синтез белков идет за счет аминокислот. Качественный состав накапливаемых при созревании белковых веществ все время изменяется ( 48).

В зерне пшеницы происходит формирование клейковины, количество которой возрастает от молочной до полной спелости. Одновременно происходит значительное изменение физических свойств клейковины, ее качества. В конце фазы молочной спелости клейковина имеет очень еще плохую связность и низкую гидратационную способность, а к фазе полной спелости она приобретает нормальные реологические свойства. Количество небелковых азотистых веществ и неклейковинных белков увеличивается только до конца молочной спелости, а далее остается практически постоянным. Процентное содержание небелковых азотистых веществ снижается в процессе созревания зерна в два раза, а абсолютное и относительное содержание клейковинного бейка в зерне значительно увеличивается

При формировании в созревающем зерне пшеницы клейковины существенное значение имеет динамика сульфгидрильных групп и дисульфидных связей. В процессе созревания в клейко- винном белке происходит постепенное снижение содержания сульфгидрильных групп при одновременном возрастании числа дисульфидных связей. Вместе с тем наблюдается непрерывное снижение активности и концентрации в зерне фермента протеин- дисульфидредуктазы. Характерный показатель качества клейковины в процессе созревания — величина отношения содержания диёульфидных связей и сульфгидрильных групп в клейковинном белке изменяется следующим образом:

молочная спелость молочно-восковая спелость полная спелость

Клейковина первоначально представлена в зерне в виде низ- когидратированного комплекса связанных между собой белковых веществ, образующих единое целое. При увлажнении происходит лишь дальнейшая гидратация обезвоженного клей- ковинного комплекса и соединение отдельных его частиц в связную массу сырой клейковины. Отсутствие отдельных фракций глиадина и глютенина и существование в зерне с самого начала налива образованного ими комплекса, частицы которого набухают и слипаются при отмывании клейковины, было доказано экспериментально.

При созревании семян происходит накопление жира, что особенно характерно для масличных семян. Как видно накопление жира в семенах масличных культур происходит из углеводов, притекающих в семена из листьев и стеблей.

Следует отметить, что раздельная уборка имеет строгие ограничения. Ее нельзя применять при уборке разреженных посевов и в фазе полной спелости зерна, так как в этих случаях возможны большие потери. Раздельная уборка дает хороший результат лишь в том случае, когда проводится своевременно и высокоорганизованно.

Смотрите также:

Биохимические процессы, происходящие в зерне при его хранении. В свежесобранном зерне непрерывно протекают биохимические процессы, связанные с дозреванием и дыханием зерна.

Протекающие биохимические процессы в прорастающем зерне способствуют расщеплению всех высокомолекулярных соединений (крахмала, белков) и переходу их в иизкомолекуляр- иые вещества, которые используются для питания зародыша.

За это время в тканях зерен завершаются определенные биохимические процессы, в результате которых изменяется физиологическое состояние семян, направленное на прорастание зародыша.

Если зерно сухое, то физиологические процессы протекают в нем край
В связи с поздним созреванием кукурузы на зерно ее убирают осенью, когда собранные початки имеют влажность 22 . 30%- Особенно насыщен влагой стержень початка, и.

Технология ячменного, ржаного и других солодов в аппарате большой единичной мощности предусматривает совмещение процессов замачивания и проращивания зерна, а также сушку солода в одном аппарате.

зерно . Хранение зерна. Биохимические процессы, происходящие.
В свежесобранном зерне непрерывно протекают биохимические процессы, связанные с. Биохимия.

Печень, яйца, проросшие зерна, неочищенные крупы, зеленые овощи. ВЗ (никотиновая кислота).
Окислительно-восстановительные процессы, состояние стенок капилляров и артериол, устойчивость организма к действию неблагоприятных.

Хлебные злаки в процессе вегетации проходят несколько ступеней развития. Каждый из этапов характеризуется формированием определенных органов.

Началом каждой фазы созревания хлебных злаков считается момент вступления в неё не менее 10% всех растений в посевах.

Фенофазы

Зерновые культуры проходят через следующие фенофазы:

прорастание зерна, всходы;
конус нарастания дифференцируется на зачаточные узлы, междоузлия, стеблевые листья;
конус нарастания сегментируется и вытягивается, образуя зачаточную ось колоса;
формирование колосковых бугорков. Идет интенсивный рост нижних междоузлий;
формирование цветков и колосков;
образование завязи пестика и пыльниковые мешки. Активно растут тычинки, покровные органы цветка и пестик. Быстро растут средние междоузлия;
окончание формирования пыльцы, интенсивный рост тычиночных нитей. Также трогаются в рост членики соцветия, верхние междоузлия и покровные части цветка;
завершение формирования органов цветков и соцветий. Активно растёт верхнее междоузлие;
цветение, оплодотворение, образование зиготы. Прекращается рост междоузлий стебля;
формирование зерновки;
накопление питательных соединений и элементов в зерновке (фаза налива);
зерновка перестает расти, она дошла до этапа восковой и твердой спелости.

Этапы органогенеза агрономы изучают и применяют в целях осуществления адаптивных технологий культивирования зерновых злаков.

Фазы созревания зерна

Процесс образования зерна включает в себя три основных этапа: формирование, налив, созревание. Каждая из этих ступеней имеет свои этапы. Зернообразование состоит из следующих фаз развития:

студенисто-жидкое состояние;
молочная стадия;
тестообразное зерно;
восковая спелость;
полная спелость.

Этапы развития, начиная с восковой спелости, делят на такие ступени созревания:

начало восковой спелости;
середина восковой спелости;
конец восковой спелости;
начало полной спелости;
полная спелость.

На каждом этапе зерно характеризуется определенным уровнем влажности и строением. При этом влажность зерна остается главным показателем его состояния, спелости и фазы развития. Вот что происходит во время:

образования зерновки. Этап начинается с оплодотворения и заканчивается формированием точки роста. Влажность при этом 85-82%, накапливается 2-5% сухого вещества. Длительность периода 7-9 дней;
формирования. Длится до установления окончательной длины зерновки. Цвет зелёный. Зародыш сформирован, появляются крахмальные зерна. В нём еще мало сухого вещества (5-12%) и много воды (82-85%). Период длится 5-8 дней;
налива. Период продолжается 20-25 дней. Начинается отложение крахмала. Фаза завершается с прекращением его накопления. Ширина и толщина зерновки достигает максимума. Завершается формирование ткани эндосперма. Влажность снижается до 50-42%.

Этап налива делится на следующие фазы:

Водянистая. Начало образования клеток эндосперма. Зерно заполнено водянистой субстанцией с влажностью 80-75%. Сухое вещество содержится в количестве 12-15% от максимально возможного. Длится период 6-7 дней.

Предмолочная. Внутри зерновки водянистая жидкость молочного цвета. Это связано с началом накопления крахмала. Влажность 75-70%. К этому моменту уже накопилось 15-35% сухого вещества. Длительность периода 6-7 дней.

Молочная. Зерновка наполнена молокообразной жидкостью белого цвета. Влажность 60-50%, сухого вещества 35-65% от созревшего семени. Длительность фазы 7-15 дней.

Тестообразная. Эндосперм напоминает тесто. Хлорофилл уже разрушился, он виден лишь в бороздке. Сухое вещество на уровне 65-82%, влажность составляет 50-42%.

Период созревания делится еще на 2 фазы спелости:

Восковая характеризуется упругим восковидным эндоспермом, желтыми оболочками и отсутствием хлорофилла. Влажность 40-21%, сухие вещества перестают накапливаться. Фаза длится 3-6 дней.

После этого начинается процесс дозревания и наступает полная спелость зерна. В это время заканчиваются основные биохимические процессы в зерновке, прекращается деятельность ферментов, дыхание практически прекращается. Зерно становится всхожим. Этот период длится от нескольких дней до нескольких месяцев в зависимости от культуры.

Во время созревания злаков в их зерновках уменьшается количество воды и возрастает содержание сухих веществ. На разных этапах спелости — молочная, восковая и полная — воды в зерновках содержится соответственно 50-65, 25-40 и 13-15%. При созревании происходит отток пластических веществ из стеблей и листьев, в зерновках увеличиваются количество углеводов, белков, пентозанов и общая масса сухого вещества. Созревание зерновок сопровождается также существенными изменениями в нуклеиновом обмене.

У растений пшеницы с момента выхода их в трубку начинаются неуклонное уменьшение содержания органического азота в вегетативных частях и отток его к интенсивно развивающимся колосьям. По мере созревания колоса в листьях и соломе снижается абсолютное содержание клетчатки, гемицеллюлозы и лигнина, которые используются на синтез крахмала и гемицеллюлозы зерна. Этот процесс называется раздревеснением. Таким образом, накопление крахмала и гемицеллюлоз в созревающих семенах происходят не только за счет сахаров, образующихся в листьях в процессе фотосинтеза, но и за счет растворимых углеводов, которые синтезируются из клетчатки и гемицеллюлоз, содержащихся в клеточных оболочках листьев и соломы. Следовательно, увеличение общего урожая зерна, сопровождается постепенным уменьшением доли листьев и стеблей в нем (табл. 26).

При нормальных условиях созревания в начале формирования зерна синтезируются в основном белки, в то время как синтез крахмала протекает сравнительно медленно. Замечено, что в щуплом, недозревшем зерне относительное содержание белков, превышает содержание крахмала по сравнению с зерном в фазе полной спелости. Обычно в фазе молочной — начале восковой спелости происходит усиленный приток углеводов и повышается интенсивность синтеза крахмала в зерне. Поэтому соотношение \(\large \frac\) у злаковых культур увеличивается.

Таблица 26. Роль элементов ассимиляционного потенциала растения в формировании урожая (по Э. Нальборчик)

Культура	Доля ассимилятов в наливе зерна, %
Культура	листья	стебли	колос (метелка)
Пшеница	50-60	25-35	12-20
Рожь	15-25	55-80	15-20
Овес, ячмень	25-35	15-25	40-50

При созревании зерна наблюдаются качественные изменения в белковом комплексе: уменьшается количество водо- и солерастворимых фракций белков и возрастает содержание спирто- и щелочерастворимых фракций; белок становится более устойчивым к действию протеолитических ферментов; содержание активаторов протеолиза (йодредуцирующих веществ) уменьшается; качество клейковины пшеницы, ржи, ячменя улучшается.

По мере созревания в зерне уменьшается содержание моносахаридов и сахарозы и увеличивается количество крахмала. Если в начале формирования зерна сахара составляют примерно 15-20% массы сухого вещества, то к периоду восковой и полной спелости зерна количество растворимых углеводов снижается до 2-3%. При созревании зерна уменьшается количество золы, изменяются ее качественный состав, соотношение между отдельными зольными элементами: увеличивается относительное количество фосфора, а калия, кальция и магния уменьшается. В период созревания зерна происходят также изменения в витаминном комплексе. Витамины, синтезируемые в листьях, перемещаются в зерно. Количество витаминов B₁ и В₂ возрастает в 1,5-2 раза, в то время как содержание каротина (провитамин А) уменьшается. Резко снижается содержание витамина С, а в зерне полной спелости его нет.

Параллельно с процессом перегруппировки веществ между отдельными частями растения происходят и морфологические изменения — изумрудно-зеленая окраска растения постепенно изменяется: сначала становится серой, потом начинает желтеть и наконец переходит в золотисто-желтую.

Основной процесс в созревающих семенах зерновых бобовых культур — синтез белков, крахмала, клетчатки. Исключение составляет соя, у которой в семенах образуется много жира и очень мало крахмала. Изучение соотношения показало, что у всех бобовых оно при созревании почти не меняется. Это связано с особенностями обмена веществ указанных растений (лучшая обеспеченность азотом и способность синтезировать большее количество белков). Бобовые накапливают значительно меньше крахмала и других углеводов, чем злаковые.

В семенах однодольных и двудольных растений, в эндосперме и семядолях непрерывно повышается абсолютное и относительное содержание белков, полисахаридов, запасных жиров: семена теряют воду, гидрофильность коллоидов уменьшается. Одновременно с уменьшением влажности семян при созревании увеличивается их абсолютная масса в 2,5-3 раза по сравнению с восковой спелостью. Ярко выраженная при созревании направленность обмена веществ в тканях семени обусловливается действием ферментов: они находятся в основном в связанном состоянии и действуют синтетически. Высокое содержание белковых веществ у гладкозерного гороха объясняется синтетической активностью протеиназ, которая значительно выше, чем у гороха с морщинистым зерном, вследствие чего в нем накапливается меньше белковых веществ.

В практике сельского хозяйства широко применяют раздельный способ уборки зерновых хлебов, который заключается в том, что растения скашивают в недозревшем состоянии и оставляют в валках; через несколько дней комбайн с подборщиком собирает валки и обмолачивает их. В скошенных растениях (в валках) питательные вещества передвигаются из листьев и стеблей в семена, в результате чего зерно созревает. Раздельный способ уборки экономически эффективнее: уменьшаются потери, повышается качество зерна. Обработка посевов зерновых в период восковой спелости раствором азотнокислого аммония ускоряет созревание на 5-7 дней.

Читайте также: