Созревание пшеницы это физическое явление или нет

Обновлено: 18.09.2024

Сорбция – поглощение водяных паров и газов телами. Зерно всех культурных растений, семена сорняков и вся зерновая масса способны интенсивно поглащать или, как принято говорить, сорбировать (от лат. sorbere – поглощать) различные газы и пары. Сорбционные свойства зерна высокие, что объясняется его капиллярно-пористой структурой и способностью отдельных биохимических веществ зерна поглощать и удерживать строго определенное количество воды. Система макро– и микрокапилляров зерна с высокой активностью стенок капилляров обеспечивает интенсивное поглощение и удерживание молекул воды.
Наибольшей гигроскопичностью в зерне пшеницы обладает зародыш, затем оболочка и эндосперм. Щуплые и мелкие зерна обладают большей гигроскопичностью, чем выполненные, крупные. Это связано с тем, что отношение зародыша к размеру зерновки и отношение площади поверхности к массе зерна у щуплых и мелких зерен значительно больше. Битые и деформированные при обмолоте зерна также обладают повышенной гигроскопичностью.
Из-за высокой сорбционной способности зерновых масс хранить их в помещениях, где находятся пахучие вещества, нельзя. Следует своевременно проводить очистку партий зерна, в которых обнаружены корзинки полыни, дикого чеснока, кориандра и др.
Гигроскопичность зерновых масс, т. е. способность поглощать и отдавать пары воды – одно из его важнейших физико-химических свойств, учитываемых при хранении зерна и семян.
Зерно и зерновая масса способны поглощать или отдавать пары воды, происходит процесс сорбции или десорбции влаги. Это явление получило название гигроскопичности. Десорбция воды происходит, если парциальное давление водяного пара в непосредственной близости от поверхности зерна больше, чем в окружающем воздухе. Скважистость зерновой массы, обеспечивающая ее проницаемость, дает возможность каждому зерну принимать активное участие в процессах сорбции и десорбции.
Процессы сорбции и десорбции воды находятся у зерна в состоянии динамического равновесия. Каждому значению парциального давления водяного пара, находящегося в воздухе, и температуры соответствует определенное количество сорбируемой или десорбируемой воды. Сухое зерно поглощает водяные пары до тех пор, пока не наступит так называемое гигроскопическое равновесие, т. е. прекратится обмен влаги между зерном и воздухом. Установившаяся влажность зерна при данных параметрах влажности и температуры воздуха называется равновесной.
Равновесная влажность для злаковых культур и гречихи колеблется в пределах 7-36 %. При относительной влажности 60–70 % и температуре воздуха 20 є С зерно пшеницы имеет влажность 13,4-14,8 % и будет сухим (табл. 6).
Таблица 6
Равновесная влажность зерна различных культур при температуре 12 – 25 є С, % на сырую массу (по данным Б. А. Кригер)

* Равновесная влажность при температуре 20 є С.

У гречихи наблюдается неравномерное распределение влаги в ее морфологических частях. Так, при относительной влажности воздуха 75–77 % влажность гидрофильной части целого зерна составляет 15,6-15,9 %, а влажность гидрофильных каллоидов зародыша достигает 16,5-17,0 %. Повышенная влажность гидрофильных коллоидов зародыша по сравнению с плодовой оболочкой объясняется различиями в химическом свойстве. В ядре содержится гидрофильного белка в 4,5 раза выше, чем в плодовой оболочке. Эту закономерность в распределении влаги в анатомических частях гречихи следует учитывать при закладке ее на хранение. Гречиху на длительное хранение с влажностью более 13,0-13,55 % засыпать не следует.
С явлением сорбции и десорбции зерном, колосом и соломой влаги во время уборки урожая зерновых культур сталкивается в поле комбайнер. Так, если в ночные часы выпадает роса, то хлебные валки за ночь впитывают влагу, становятся не пригодными для обмолота, но в хорошую погоду по истечении некоторого времени они подсыхают и уборка продолжается.
Исследования влажности зерна, взятого в различное время из бункера комбайна, также говорят об этом (табл. 7).
Таблица 7
Влияние времени суток в период уборки урожая пшеницы на количество зерна различной влажности

При одной и той же относительной влажности и температуре воздуха зерно различных культур имеет различную влажность, что непосредственно связано с его химическим составом и гидрофильностью входящего в его состав белка.
Особенно заметными эти различия становятся при высокой влажности воздуха. Так, при относительной влажности воздуха 85 %, равновесная влажность зерна кукурузы составляет 18,1 %, а гороха, богатого белком, – 19,0 %.
С сухим веществом зерна и семян выявлены различные формы связи воды. На основе термодинамического принципа о формах связи воды, предложенного П. А. Ребиндером, сухие коллоиды поглощают первые порции воды с тепловым эффектом, соответствующим энергии образования химической связи. В зерне это химически связанная вода, удаление ее нарушает молекулярную структуру тканей зерновки. Затем, с повышением обводненности коллоида, тепловой эффект прогрессивно уменьшается, т. к. молекулы воды, окруженные гидратационными оболочками электроотрицательных группировок коллоидов, начинают удерживаться силами электростатического притяжения.
Вода эта адсорбционно связанная, при ее удалении структура ткани зерновки нарушается, а при последующем увлажнении восстанавливается.
Установлено, что молекулы воды в периферических слоях водных оболочек слабо удерживаются, и их можно удалить даже при небольшом внешнем воздействии. Внедряющиеся при набухании молекулы воды раздвигают молекулы коллоидов и тем самым ослабляют силы взаимного притяжения между ними. С увеличением толщины гидратного слоя уменьшаются силы притяжения воды, набухание затормаживается. Эта вода – капиллярно связанная, осмотически удерживаемая, при тепловой сушке может быть удалена без нарушения молекулярной структуры тканей.
В зерне не вся связанная вода удерживается с одинаковой энергией, и ее определяют как свободную и связанную. Та часть воды, которая удерживается большой силой, является связанной, а удерживаемая меньшей – свободной. Химически и адсорбционно связанной в зерне является связанная вода, капиллярно связанной и осмотически удерживаемой – свободная. При появлении в зерне и семенах свободной воды возрастает активность ферментов, участвующих в дыхании, активизируется сам процесс дыхания.
Граница появления в зерне свободной воды, при которой наблюдается резкий скачок интенсивности дыхательных процессов, получила название критической влажности.
Ее величина зависит от вида зерна, анатомического строения и химического состава. Чем больше в зерне содержится крахмала и белка, тем выше критическая влажность. Она низкая у семян масличных культур, т. к. вода в них удерживается только нелипидной частью семянки (табл. 8).
Таблица 8
Критическая влажность зерна и семян злаковых, бобовых и масличных культур

Зерно и семена масличных культур, содержащие свободную воду в значении ниже критического, считаются сухими и пригодны для хранения.

2.4. Физиологические процессы, протекающие в зерне при хранении

Любая зерновая масса – это биологическая система с присущими ей свойствами проявления жизнедеятельности в виде послеуборочного дозревания, дыхания, прорастания и самосогревания. Эти процессы, происходящие в результате жизнедеятельности входящих в нее живых компонентов (зерно, семена сорняков, насекомые и клещи, микроорганизмы), получили название физиологических. Знание их сущности и умение регулировать в зерновой массе их интенсивность прохождения дает возможность обеспечить надежное хранение зерна и семян.

2.4.1. Дыхание зерна

Рис. 49. Влияние температуры на интенсивность дыхания зерна (по В. Л. Кретовичу и А. П. Прохоровой) при влажности:
1 – 14 %; 2 – 16 %; 3 – 18 %; 4 – 22 %
В производственных условиях своевременное охлаждение зерна является эффективным мероприятием, обеспечивающим сохранность при временном хранении до сушки сырого зерна.
Итак, при хранении зерна и семян необходимо создавать условия для снижения интенсивности их дыхания до минимума за счет охлаждения или снижения влажности.

2.4.2. Послеуборочное дозревание зерна и семян

2.4.3. Самосогревание зерновых масс

Высокая физиологическая активность зерновых масс при небрежном отношении к свежеубранному зерну с повышенной влажностью, начиная с первых моментов его поступления, может вызвать крайне нежелательные явления, связанные с потерей всхожести семян и снижением технологических, пищевых и кормовых достоинств зерна. Из-за отсутствия надлежащего контроля и ухода за зерновыми массами и вследствие протекающих в них физиологических и физических процессов у влажного и сырого зерна наблюдается повышение температуры до 55–65 є С, а в отдельных случаях до 75 є С и выше. Это физиологическое явление получило название самосогревания зерновых масс.
Под самосогреванием понимают повышение температуры зерновой массы вследствие как интенсивных физиологических процессов, самопроизвольного распада запасных веществ зерна, так и из-за крайне низкой теплопроводности зерновой массы. Различные зерновые культуры по-разному проявляют свою способность к самосогреванию. По этому признаку, т. е. подверженности к самосогреванию, все зерновые культуры, как считает М.Г. Голик, можно условно разделить на 4 группы: первая – культуры, слабо подвергающиеся самосогреванию (горох и кукуруза в початках); вторая – умеренно подвергающиеся самосогреванию (пшеница, рожь, ячмень, рис); третья – легко подвергающиеся самосогреванию (просо, овес, кукуруза в зерне); четвертая – сильно подвергающиеся самосогреванию (подсолнечник, соя и другие масличные культуры).
Состоящая из автономных живых систем зерновок и некоторого количества семян сорных растений зерновая масса при влажности свыше критической интенсивно дышит, выделяя при аэробном типе дыхания огромное количество тепла. Самосогревание возникает в результате проявления активной жизнедеятельности зерна основной культуры, зерен других культур, семян сорных растений, микроорганизмов, насекомых и клещей. На возникновение самосогревания огромное влияние оказывают физиологически активные семена сорняков. В практике хранения зерна чаще всего самосогревание наблюдается в свежеубранных зерновых массах, своевременно не прошедших очистку от примесей.
Интенсивность дыхания семян сорняков, как об этом свидетельствуют данные исследований А. И. Стародубцевой, чрезвычайно велика (табл. 9).
Таблица 9
Интенсивность дыхания в свежеубранной зерновой массе зерна пшеницы и семян сорных растений при температуре 19–22 °C

При интенсивном развитии в зерновой массе скапливающихся в ограниченных участках насыпи насекомых и клещей создаются предпосылки для самосогревания зерна.

*Цитирирование задания со ссылкой на учебник производится исключительно в учебных целях для лучшего понимания разбора решения задания.

Российские ученые, редактируя геном, создали новые линии улучшенной пшеницы

В основе всего этого лежит технология CRISPR/Cas9, используемая для направленного редактирования геномов, однако российская технология гораздо шире, чем просто CRISPR/Cas9. Ведь просто переставлять какие-то кусочки геномов в пробирке сейчас могут и студенты на лабораторных занятиях.

Ученые целенаправленно используют технологию редактирования для получения улучшенных линий пшеницы. Необходимо выбрать важный ген, определить, какие точечные изменения мы хотим в этот ген внести, создать вектор, затем бомбардировать частицами золота вместе с разработанными векторами крохотный зародыш пшеницы, провести культивирование клеток растения в условиях in vitro, регенерировать, провести адаптацию, все проверки и наконец получить полноценное растение, которое уже живет самостоятельно и нормально размножается. А значит уже может быть использовано для создания сорта.

Пшеницу можно улучшать в нескольких направлениях.

Усвоить удобрения

Еще одно важное направление в деле редактирования сортов — это усвояемость растениями удобрений. Ведь существенная часть цены, которая закладывается в урожай зерновых, — это количество вносимых удобрений,— объясняют специалисты.

Вмешательство в геном позволяет изменять и качественный состав продуктов, которые можно получить из пшеницы, — муку, макароны, каши. Можно так скомбинировать отредактированные гены, чтобы получился, например, резистентный крахмал, который очень плохо расщепляется в организме. Таким образом можно получить диетический продукт, в котором меньше калорий. С другой комбинацией генов хлеб будет медленнее черстветь.

В России в 2016 году был принят закон, запрещающий выращивание и разведение в России генно-инженерно-модифицированных растений и животных, за исключением проведения научных работ.

Свои надежды ученые связывают с принятием поправок в закон о ГМО.

На новые технологии редактирования ученые уже получили два патента. На рассмотрении находятся еще две заявки на патенты уже на сами генетически редактированные линии.

Подобные технологии непременно нужно развивать хотя бы на случай всяких форс-мажорных обстоятельств. Достаточно вспомнить в связи с этим историю с COVID-19, считают ученые. Когда он появился, Россия первой создала вакцину. Это произошло потому, что в НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи много лет занимались изучением и разработкой технологий создания вакцин на основе аденовируса. И в сельском хозяйстве никто не застрахован от того, чтобы появилась новая вредоносная болезнь, которая будет пробивать любую защиту нынешних сортов. И инструмент редактирования будет наиболее оптимален для решения этой проблемы вместе с селекционерами и фитопатологами.

Вот и во ВНИИСБ полным ходом идет работа. На данный момент в рамках геномного центра создана отредактированная пшеница. Это было сделано в тесном сотрудничестве с группой, возглавляемой Сергеем Долговым из ИБХ РАН и Еленой Салиной из ИЦиГ СО РАН.