Глава 2. Зерно и семена как объекты

стандартизации растениеводческой

продукции

2.1. Процессы формирования и созревания плодов

зерновых культур и семян подсолнечника

Анализируя причины потерь сельскохозяйственных продуктов, происходящих при хранении, академик А.И. Опарин писал, что они являются непосредственным свидетельством нашего невежества, нашего незнания физиологических и биологических процессов, происходящих в клетках и тканях зерна.

Организация рационального хранения зерновых масс и сведение потерь продукции до минимума становятся возможными лишь на основе знания биологических и биохимических процессов, протекающих в период созревания зерна, его послеуборочного дозревания, а также в период хранения урожая без потерь в количестве и качестве.

Большое разнообразие возделываемых в России сельскохозяйственных культур различных родов, видов, подвидов, разновидностей и семейств позволяет получать зерно, различающееся анатомическим строением, биохимическим составом и т.д.

У зерновых злаковых культур выделены пять фаз зрелости зерна: молочная (включает водянистую, предмолочную, молочную и тестообразную), восковая, твердая, послеуборочная и полная техническая (физиологическая).

Фаза роста зерна предшествует фазам спелости. Она наблюдается с момента оплодотворения и характеризуется образованием составных элементов зерновки: зародыша, эндосперма и оболочки. Зерно содержит 82-80% воды, содержимое -жидкая молочная масса. В этот период зерно завершает свой рост в длину.

Фаза молочной, или зеленой, спелости наступает, когда зерно заканчивает свое формирование, влажность его снижается до 70-50%, продолжается интенсивный приток к зерну сухих веществ.

Наиболее интенсивно накопление сухого вещества у пшеницы происходит в зерновках вторых цветков среднего колоска, меньше - первых и наименьшее - третьих.

Фаза тестообразной спелости характеризуется интенсивным накоплением сухих веществ и снижением влажности до 50-42%.

Фаза восковой, или желтой, спелости наблюдается с окончанием из притока растения к зерну сухих веществ, зерно имеет как бы восковую консистенцию, приобретает желтый цвет (вдоль бороздки сохраняется зеленый), влажность достигает 22-30%. При такой влажности проводят уборку урожая зерновых. При раздельной уборке зерно в валках дополнительно теряет влагу, что позволяет проводить обмолот при влажности от 20-12%, при которой наблюдается наименьшая повреждаемость зерна при обмолоте.

Твердая фаза характеризуется дальнейшей потерей влаги зерном, вследствие этого оно снижает интенсивность дыхания, становится более пригодно для хранения.

Послеуборочная фаза протекает на току и в зернохранилищах. Продолжаются процессы перехода простых органических веществ в более сложные, снижается до минимума интенсивность дыхания, семена становятся биологически спелыми с высоким показателем всхожести.

Фаза полной, или технической, спелости - зерно содержит до 10-15% влаги, имеет твердую консистенцию, высокую всхожесть, пригодно для хранения.

С фазами спелости зерна тесно связаны технологические свойства зерна. Как правило, к периоду окончания восковой спелости зерна показатели качества достигают оптимальных значений. Зерно пшеницы, убранной в полную фазу спелости, дает муку с высокими хлебопекарными свойствами. Однако для ячменя крупяные качества - выход крупы, коэффициент развариваемости, общая оценка каши - несколько хуже у зерна последней фазы спелости. По целому комплексу свойств у пивоваренного ячменя лучшие технологические качества выявлены при небольшом перестое (5-7 дней) зерна в поле.

У гречихи образование и созревание плодов, как и у злаков, происходит в три этапа: формирование, налив и созревание. Процесс формирования плодов начинается после оплодотворения с появления на 3-5-й день зачатка трехгранного плода, а на 10-12-й день, оставаясь легковесным, он достигает полной величины. В процессе налива за 10-12 дней происходит полное заполнение оболочек плодов. Наступление полной спелости происходит за 5-10 дней, и при влажности 35% поступление пластических веществ в плоды гречихи прекращается. Фаза полной спелости наступает на 25-30-й день после опыления. Вследствие растянутого периода цветения плоды гречихи созревают крайне неравномерно за 20-35 дней.

У зерновых бобовых культур образование семян после оплодотворения и появления заметных плодов-бобов на 3-5-й день происходит в две фазы. В первой фазе все пластические вещества откладываются в паренхимной ткани створок бобов, а во второй фазе происходит налив семян в основном за счет поступления пластических веществ из створок бобов.

По динамике накопления сухого вещества в семенах, признакам боба и влажности семян в разные фазы их развития можно проследить всю схему образования семян гороха.

Этап формирования семян и увеличение их размеров начинается в конце периода роста бобов и заканчивается с появлением морщинистости створок. Этот период длится 7-9 дней, влажность семян составляет 70-85%.

Этап налива семян начинается с зеленой фазы развития, характеризуется желто-зеленой окраской створок бобов. В это время наблюдается интенсивный прирост массы семян, завершающийся в конце желто-зеленой фазы при влажности 35%. Продолжительность налива семян в среднем 10 дней.

Этап созревания семян характеризуется достижением семенами максимальной массы и типичной для данного сорта окраски. Наступает уборочная фаза развития семян. В полной фазе спелости влажность семян снижается до 15-19%. Продолжительность созревания семян бобовых культур 6-8 дней.

Из-за неравномерности созревания семян зернобобовых культур, способности созревших плодов раскрываться, свойства многих культур полегать к уборке и высокой чувствительности семян к механическим повреждениям проведение уборки зернобобовых культур требует определенных навыков и применения специальной зерноуборочной техники.

У подсолнечника процессы развития семян протекают в четыре стадии: 1) эмбриональную, 2) растяжения тканей, 3) накопления запасных веществ, 4) фазу созревания.

Эмбриональная фаза − период интенсивного деления тканей семян.

Фаза растяжения характеризуется интенсивным ростом тканей семян.

Фаза накопления запасных веществ − синтез запасных веществ и их отложение в семени.

Фаза созревания − достижение семенами уборочной спелости, снижение их влажности.

В семенах подсолнечника липиды, белки и крахмал синтезируются из углеводов. В начале процесса фотосинтеза образуется фосфорилированный моносахарид - фруктоза-6-фосфат, немедленно переходящий в дисахарид-сахарозу. В семена подсолнечника углеводы поступают в виде сахарозы и затем полимеризуются в ассимиляционный крахмал.

На процессы созревания зерновок и семянок подсолнечника и в дальнейшем при их хранении огромное влияние оказывают ферменты. В начальные фазы развития семени или зерновки ферменты, поступающие из листьев и стеблей растения, обладают исключительно гидролизными свойствами, но по мере созревания зерна их действие ослабевает, возрастает их синтезирующая функция. Ферменты, с понижением влажности зерновки, при ее созревании адсорбируются на поверхности тех или иных веществ и катализируют синтез сложных органических соединений.

В созревающих семенах и зерновках накапливаются крахмал, белки, липиды, снижается активность ферментов, они переходят в покоящееся состояние, столь необходимое для успешного хранения зерновых масс.

Однако нормальный ход процесса зернообразования в южных и юго-восточных районах России под влиянием высокой температуры и недостатка влаги может нарушаться, происходит «захват» или «запал» зерна. В результате зерно формируется щуплое. Наиболее неблагоприятным для налива и созревания зерновок оказывается сочетание почвенной и воздушной засухи.

Характерной особенностью растений всех зерновых культур является то, что в пределах одного соцветия зёрна в период налива находятся в разных фазах развития и созревания, что обуславливает явление так называемой матрикальной разнокачественности. Причиной разнокачественности зерновок может быть следствие соединения наследственно неравнозначных гамет родительских форм и множественности оплодотворения, влияние условий окружающей внешней среды на развивающееся семя. Нагляднее проявляет себя матрикальная разнокачественность из-за различий в местонахождении семени на материнском растении.

У зерновых колосовых культур цветение и созревание отдельных зерен в пределах одного колоса протекает неодновременно. Первыми у пшеницы и ржи зацветают колоски средней части колоса, и образующиеся в этой части колоса зерна раньше заканчивают свое развитие и созревание. У кукурузы цветение начинается с нижней части початка, и здесь впоследствии формируются наиболее крупные зерна. У гороха созревание бобов начинается с нижних ярусов растений. Неравномерность созревания бобов у гороха вызывает высокую разнокачественность зерна и по влажности.

У проса соцветие - метелки. Созревание зерна в метелке происходит неодновременно, с верхней ее части, и когда зерно в верхней части созрело и начинает осыпаться на землю, нижняя часть остается зеленой. Созревание отдельных метелок в пределах одного и того же растения также идет неравномерно: на основных стеблях метелки созревают раньше, на побочных - позднее. Как следствие этого при запоздании с уборкой проса наблюдаются большие потери урожая, а при преждевременной уборке в зерновой массе будет содержаться много недозрелых, нестойких в хранении зерен. К уборке проса приступают, когда в зернах, находящихся в средней части метелки, наступает восковая спелость, а зерна в верхней части метелки приближаются к полному созреванию, но не начали осыпаться. Однако и в этот период в нижней части метелки все же находятся зеленые и щуплые зерна влажностью на 5-6 % выше влажности зерен с верхней части метелки.

У овса соцветие также метелка, и ее созревание идет не одновременно, а вначале созревают зерна в верхней ее части, затем в нижней. Зерна в период уборки в нижней части метелки овса, как правило, бывают недозрелыми, с повышенной влажностью, высокой интенсивностью дыхания. Зерновой ворох свежеубранного зерна овса крайне неоднороден по составу основного зерна, плохо хранится и требует немедленной подработки его на токах для предотвращения явления самосогревания.

Крайне неравномерно созревает и гречиха, вследствие чего в ее зерновой массе встречаются недозревшие семена с вогнутыми гранями, называемые рудякалом (из-за их красного цвета).

У гороха разнокачественность семян связана с биологическими особенностями этой культуры, с большой неравномерностью развития семян в различных ярусах растения. Значительно раньше процессы образования, развития и созревания семян протекают в нижних ярусах растений гороха. Свежеубранная насыпь гороха всегда содержит много недозрелых семян, находящихся в разных промежуточных фазах спелости.

Взятые с одной корзинки семена подсолнечника, а их в момент созревания содержится до 8 тыс., имеют различную форму спелости, выполненность, влажность и количество сухих веществ. Это вызвано особенностями строения корзинки подсолнечника, разновозрастностью трубчатых цветков, из которых семена развиваются. В корзинке различают краевую, срединную и центральную зоны.

Цветение трубчатых цветков происходит постепенно от периферии к центру. Процесс цветения длится 8-12 сут., следовательно, и формирование семян также растянуто по времени. Последними формируются семена в центре корзинки. К этому месту подходят мелкие сосуды, по ним поступает недостаточное количество питательных веществ, и семена в центре корзинки образуются мелкие, слаборазвитые. Напротив, в краевой зоне корзинки, куда центральные сосуды доставляют основное количество пластических веществ, необходимых для развития семян, образуются наиболее крупные и хорошо выполненные семена. Масса 1000 семян этой зоны корзинки подсолнечника к началу уборки урожая увеличивается в 4-5 раз.

Семена подсолнечника в начальной стадии созревания во всех зонах корзинки имеют высокую влажность, причем в ядре семянок влаги больше, чем в оболочке. К уборочной спелости из-за накопления в ядре гидрофобного масла влажность лузги становится выше.

Как видим, свежеубранная семенная масса подсолнечника характеризуется наличием в ней незрелых семян, и при поздних сроках уборки урожая этой культуры, совпадающих нередко с сезоном затяжных осенних дождей, при обмолоте получают крайне разнокачественную, с повышенной влажностью массу семян, совершенно не пригодную к хранению.

В зерне, образовавшемся в результате оплодотворения пыльцевой завязи цветка, в период формирования и созревания происходят биохимические процессы построения сложных углеводов - крахмала, гемицеллюлозы и клетчатки из простейших сахаров; запасных белковых веществ эндосперма из растворимых белков и небелковых азотистых соединений, жиров из глицерина и жирных кислот.

С учетом всей динамики созревания зерна происходит оценка пригодности посевов зерновых к уборке урожая. При ранней уборке зерновых на ток попадает зерновая масса с высокой влажностью и повышенной физиологической активностью жизнедеятельности зерновок, что прежде всего проявляется в интенсивном дыхании. Подготовить такую зерновую массу к хранению представляет определенные трудности, да и зерно может иметь пониженные технологические свойства, быть щуплым и т.д. Запоздание с уборкой ведет к потерям урожая зерна в поле, нередко перестоявшие посевы попадают под осенние дожди, что затрудняет уборку и снижает качество урожая. Оптимальные сроки уборки урожая зерновых с учетом фаз развития и созревания зерна − гарант получения высококачественной зерновой продукции, пригодной для переработки и хранения.