Требования к условиям произрастания

Введение

Зерно яровых тритикале имеет широкий спектр применения в сельскохозяйственном и промышленном производстве. Благодаря высокой питательной ценности белка, которая обуславливается повышенным содержанием водо- и солерастворимых протеинов, богатых незаменимыми аминокислотами, зерно тритикале эффективно используется для кормления КРС, овец, коз, свиней и птицы. Мощный стеблестой нового злака позволяет выращивать культуру на зеленый корм, кроме того, растительная масса отлично силосуется благодаря высокому содержанию сахаров в стеблях.

Сейчас в мире очень активно ведется программа по биологизации жидкого топлива. В частности, программа «Биоэтанол» предусматривает поиск растительных источников с наиболее высоким выходом спирта. Результаты научных исследований и промышленная практика многих стран Европы (Украина, Россия, Польша и др.) убедительно свидетельствуют о том, что зерно тритикале является ценным сырьем для производства этилового спирта. Повышенная активность амилолитических ферментов обеспечивает высокое самоосахаривание и разреживание сусла из зерна тритикале. Более полное сбраживание углеводов повышает выход спирта в сравнении с пшеницей на 1,66…1,90% и рожью на 0,33…0,57%. Учитывая более низкую себестоимость зерна яровых тритикале, в сравнении с пшеницей и кукурузой, а также высокую стабильность и экологическую чистоту производства зерна, имеются все основания для наращивания промышленных объемов выпуска этилового спирта.

При увеличении площадей посева озимых и яровых тритикале до 1 млн. га ежегодно можно вырабатывать 3,5…4,0 млн. т зерна. При выходе спирта 60% это обеспечит получение 2,1…2,4 млн. т биоэтанола [6,7].

На современном этапе новые сорта ярового тритикале по хлебопекарным свойствам достигли уровня пшениц-филлеров. Хлеб из муки тритикале высшего сорта по физическим и органолептическим параметрам не уступает пшеничному, к тому же обладает высокой питательной ценностью благодаря повышенному содержанию в белке незаменимых аминокислот: лизина, аргинина, валина, треонина, глицина и др. Кроме того, мука яровых тритикале обладает очень ценными улучшительными свойствами. Смесь, состоящая из 20% муки ярового тритикале и 80% низкокачественной муки озимой пшеницы V класса (ИДК = 115 ед.), по хлебопекарным параметрам соответствует уровню пшениц II класса: объемный выход хлеба - 600 мл (без улучшителей), ИДК = 80 ед. [5].

Использование в технологии производства хлеба из муки тритикале способствует решению одной из важнейших задач производства хлебобулочных изделий - расширению сырьевой базы и увеличению ассортимента продукции, повышению ее качества и питательной ценности.

Несмотря на свою филогенетическую молодость, тритикале уже начинает теснить другие культуры в структуре посевных площадей. Мировым лидером по возделыванию тритикале является Польша, где под нее отводят 840 тыс. га, или 9,6% всех посевов зерновых. Средняя урожайность тритикале (на зерно) в Польше - 30 ц/га, здесь планируют расширение ее площадей до 1,2 млн га. Среди стран СНГ первое место по площадям тритикале занимает Беларусcия (более 350 тыс. га, или 15 - 17% посевной площади). В России под урожай 2010 г. тритикале была посеяна также на площади около 100 тыс. га. Наибольшие ее площади сосредоточены в Белгородской, Воронежской, Волгоградской, Ростовской областях, а также в Краснодарском и Ставропольском краях, Северном Кавказе. В перспективе тритикале должно занимать не менее 10% в структуре зернового клина в южных местностях и до 15% - в более северных регионах. При соблюдении технологий возделывания тритикале дает высокие урожаи зерна до 40 ц/га, зеленой массы 400…550ц/га [9,12].

1.
Биолого-экологические особенности яровой тритикале

    Ботанико-морфологическая характеристика

Семейство Злаковые (Poaceae). Тритикале (Tricicale) - первая зерновая культура, созданная человеком, которая получена при скрещивании пшеницы (Triticum) с рожью (Secale). Путем объединения хромосомных комплексов двух разных ботанических родов, человеку удалось впервые за историю земледелия синтезировать новую сельскохозяйственную культуру, которая, по мнению специалистов, в недалеком будущем станет одной из ведущих зерновых культур, а также будет возделываться на зеленый корм.

Тритикале - пшенично-ржаной гибрид, относится к амфиплоидам типа аллополиплоидов. Применяют так же и другой термин - амфидиплоид в том случае, когда неизвестна геномная структура родительских видов или виды являются диплоидами. При получении пшенично-ржаных гибридов геномный состав пшеницы и ржи хорошо известен, поэтому для обозначения таких гибридов более правильный термин"амфиплоид" [6,9].

Амфиплодия - общее обозначение всех типов полиплоидии, наблюдающихся при скрещивании двух или большего числа диплоидных видов, первоначально изолированных друг от друга стерильностью гибридов.

Аллополиплоидия - полиплоидия на основе объединения и умножения двух или нескольких целых геномов, принадлежащих разным видам или родам. Геном - гаплоидный набор хромосом с локализованными в нем генами; в более широком смысле под геномом понимают также совокупность наследственных элементов, локализованных в ядре.

Амфиплоиды - полиплоиды, возникшие в результате соединения и последующего удвоения хромосомных наборов двух разных видов или родов.

Пшеница мягкая Triticum aestivum содержит 2n=42 хромосомы, пшеница Triticum durum-2n=28 хромосом и рожь Secale cereale-2n=14 хромосом. К роду Triticale ученые относят все разнообразие полученное селекционерами пшенично - ржаных аллополиплоидов. Это название дано в 1931г.; оно получено от сложения первой и второй половин названий исходных родов -Triticum и Secale. Различают тритикале:

октоплоидные 2n=56=[(42:2)+(14:2)]x2,т.е. гибрид мягкой пшеницы и ржи,

гексаплоидные 2n=42=[(28:2)+(14:2)]x2, т.е. гибрид твердой пшеницы и ржи.

По большинству показателей гексаплоидные тритикале считаются лучшими. Во многих странах мира ведется систематическое изучение новой культуры тритикале [5].

Тритикале, как и все зерновые злаки, имеет мочковатую корневую систему, причем сильно развитую. В зависимости от условий произрастания корни тритикале могут проникать на глубину 1,5…2,5 м и более. Зародышевые корни появляются после прорастания семян.

У тритикале стебель - полая соломина цилиндрической формы. Показатели высоты и толщины стенок соломины характеризуют устойчивость растений к полеганию. Во все фазы роста и развития растений тритикале длина стебля зависит не только от биологических особенностей возделываемых сортов, а во многом определяется водным и питательным режимом почвы, густотой стояния растений и предшественником. Высота растений тритикале варьирует в очень широких пределах: 65…160 см (Сечняк и др., 1984).

Листья тритикале, как правило, крупные (длиной 25…40 см и более, шириной 1,5…3,5 см), слегка поникающие, различной формы, большей частью покрыты сильным восковым налетом, окраска чаще зеленая. Облиственность стебля высокая - 43…57% и более (Писарев, 1959;Шулындин, 1965).

Колос у растений тритикале двурядный. Колоски раздельные, расположенные на члениках колосового стержня, многоцветковые с 3-5 фертильными цветками. Колосковые чешуи плотные, жесткие, с килем или килевым зубцом, иногда переходящим в остевидный придаток. Наружная цветковая чешуя имеет двустороннюю симметрию, нервация сходится в верхней части. Строение колоса тритикале ближе к мягкой пшенице: в колоске завязывается более двух (3-4, до 6) зерен, в отличие от двух зерен (как правило) ржи. Строение колосковых и цветковых чешуй ближе к ржаным, они более узкие и ланцетные.

Тритикале обладает высокими потенциальными возможностями увеличения продуктивности колоса благодаря сочетанию многоколосковости, характерной для ржи, с многоцветковостью пшеницы.

Колос отличается большей длиной и плотностью, имеет 21…26 колосков в колосе с 30…45 зернами (у пшеницы - 25…30). Масса 1000 зерен изменяется в широких пределах от 30,0 до 56,8 г. Выделены линии яровой тритикале, превосходящие пшеницу по всем элементам структуры колоса.

Яровая тритикале имеет безостые и остистые разновидности, но промышленные сорта принадлежат к последним. Зерно - красной и белой окраски.

Форма зерна тритикале очень разнообразна, от удлиненной до округлой. По внешнему виду зерно может быть гладким и морщинистым, белым и красным, стекловидным и мучнистым. Ему часто присуща щуплость эндосперма, но появились сорта яровой тритикале с зерном высокого качества, которые по натуре и внешнему виду зерна (стекловидности, выполненности, цвету и форме зерновки) очень близки качественным сортам пшеницы. Зерно тритикале округлой формы бывает трудно отличить от пшеничного. Главным отличительным признаком является форма зародыша. У ржи зародыш крупнее пшеничного и выступает за границы зерновки. У пшеницы зародыш меньше, расположен в пределах зерновки. Зерновка тритикале по внешнему виду может быть ближе как ко ржи, так и к пшенице, отличаясь от последней более продолговатым и более выпуклым зародышем. Козьмина Н.П., Воронова Е.А., Хачатурян Э.Е. Новая зерновая культура - тритикале и её технологические свойства. М.: ЦНИИТЭН, 1976г.

Морфология зерна тритикале сильно напоминает таковую у родительских видов. Так, по внешнему виду зерновка тритикале совмещает в себе признаки родителей. Она обычно более длинная, чем зерновка пшеницы (10…12 мм), и более широкая, чем зерновка ржи (до 3 мм). Хотя зачастую встречается, что длина зерновки тритикале равна приблизительно 11 мм. Подобно зерновкам пшеницы и ржи, она имеет бороздку между двумя выступающими щётками, а также хохолок и зародыш на  концах. Один из основных недостатков, препятствующий распространению тритикале, - плохие свойства зерна. Может быть сморщивание у некоторых зёрен тритикале между хохолком и зародышем. Нередко после цветения в зерне повышается активность амилазы, при этом крахмальные зерна разрушаются, особенно в области алейронового слоя и бороздки. В результате созревшие зерна получаются плохо выполненными, сморщенными [6].

Строение зерна тритикале в общих чертах сходно с таковым у исходных родительских видов. Крахмальные зёрна в основном сферические, но встречаются и многоугольные формы. Также одна из отличительных особенностей зерновки тритикале - более неправильная форма клеток алейронового слоя. В области бороздки встречаются алейроновые клетки, расположенные в два или три слоя. Эндосперм имеет структуру, типичную для злаковых культур. В эндосперме иногда видны "пустые" области, в которых не происходит формирования крахмальных зёрен. Тип развития эндосперма и формирование крахмальных зёрен тритикале сходен с таковыми у твёрдой пшеницы, ржи и твёрдозёрной красной яровой пшеницы.

Зрелые крахмальные зёрна тритикале содержат как бороздчатые крупные, линзообразные гранулы, так и сферические зёрна. Одна из насущных проблем, возникших при выведении сортов тритикале, - сморщивание семян при приближении зрелости. Высокая активность амилазы приводит к разрушению крахмала эндосперма и задержке развития клеток. Вероятно, это имеет отношение к сморщиванию зерновки, сопутствующему развитию тритикале.

Зёрна развиваются в цветках, обычно по три в колоске, хотя в центральных колосках часто можно увидеть один - два дополнительно недоразвитых цветка. Колос имеет от 30 до 40 колосков, так что потенциально в одном колосе могло бы развиться более сотни зёрен, но на практике фактический урожай намного ниже потенциально возможного.

Созревающие колосья тритикале в длину часто превышает 15 см и обычно остистые. При созревании зёрна сухие (w=10…12%), одиночные и не осыпаются. Зерно тритикале заметно длиннее зёрен пшеницы, достигают 10…12 мм в длину и до 3 мм в ширину. Продольная бороздка, проходящая по всей длине брюшной стороны зерновки, в разных сортах имеет различную глубину. Часто у сортов со щуплой зерновкой в начале бороздки имеются большие пространства, где клетки эндосперма не развиваются.

Зёрна тритикале обычно желтовато-коричневые, но эта часто маскируется складками и чешуйками наружной продольной оболочки, которые значительно отвлекают внимание от внешнего вида самого зерна.

Плодовая оболочка зерновки тритикале имеет развитую поверхность со множеством морщин радиусом 2…10 мкм, углублений 2…4 мкм конусообразной и сферической формы диаметром 4…10 мкм, которые значительно увеличивают поверхность тритикале по сравнению с пшеницей и рожью. При рассмотрении продольных и поперечных срезов плодовой и семенной оболочек и алейронового слоя выявлено наличие множества полостей размером 2…10 мкм. Плодовая оболочка неплотно прилегает к семенной. Между ними имеются поры шириной 0,2…4 мкм. Клетки алейронового слоя на поперечном срезе имеют неправильную, а в продольном срезе - правильную геометрическую форму. Внутри клеток содержатся в большом количестве алейроновые зерна, между которыми имеются поры шириной 0,5…1,5 мкм. При рассмотрении центральной части эндосперма зерна тритикале установлено, что крахмальные зерна, как вдавленные, лежат в белковой матрице. Однако, между белковой матрицей и крахмальными зернами имеются поры шириной 0,5…2 мкм. Зародыш тритикале весьма напоминает зародыш пшеницы и состоит из зародышевой оси и щитка, который функционирует как запасающий, пищеварительный и поглощающий орган [13].

Требования к условиям произрастания

Среди мятликовых культур тритикале является менее требовательной к факторам внешней среды. И на протяжении вегетационного периода требования растений тритикале к температуре, влаге, почве, элементам минерального питания не остаются постоянными.

Требования к температуре. По данным Сечняка и др. (1984), в начале вегетации для тритикале благоприятной температурой является 12…16°С и выше. В фазу выхода в трубку требуется температура в пределах 15…16°С. Особенно требовательность к теплу возрастает в фазы колошения и цветения (примерно 18…20°С). В целом в большинстве фаз вегетации растений тритикале наиболее интенсивно ростовые процессы идут при температуре воздуха окружающей среды 20…25°С. Повышение температуры при благоприятном сочетании других факторов внешней среды может ускорить темпы роста, а при неблагоприятном сочетании факторов среды, наоборот, замедлить ростовые процессы.

Требования к влаге. Наиболее благоприятные условия для роста и развития растений тритикале создаются при влажности почвы не менее 70…80% полевой влагоемкости. Самым низким пределом влажности, при котором прекращается использование растениями воды из почвы, является влажность завядания. О продуктивности использования потребляемой влаги судят по транспирационному коэффициенту. У тритикале он в среднем 420…550. Его величина во многом зависит от влажности почвы во время вегетации растений и сортовых особенностей возделываемой культуры. Транспирация изменяется в зависимости от географических и почвенно-климатических условий.

В первый период развития яровых форм тритикале, когда корневая система их только начинает формироваться, большое значение имеет увлажнение верхнего горизонта почвы. Полные и дружные всходы появляются при наличии влаги в 10-сантиметровом слое почвы больше 10 мм. Для дальнейшего развития и роста растений (фаза 3-го листа) требуется уже не менее 20 мм влаги в 20-сантиметровом слое. Начиная с фазы кущения тритикале, потребность во влаге постепенно увеличивается, и фаза кущения может нормально проходить при запасах продуктивной влаги 30 мм и выше в 20-сантиметровом слое. Если же влаги в этот период вегетации недостаточно, то вторичная корневая система не развивается или растет очень медленно и растения не кустятся. Накопление вегетативной массы тритикале наиболее интенсивно происходит от фазы выхода в трубку до цветения. В этот период растения наиболее требовательны к влаге (Литовкин, 1979).

Требования к свету. Продолжительность светового дня, интенсивность освещения и спектральный состав света оказывают большое влияние не только на интенсивность фотосинтеза и накопление органических веществ, но также на рост и развитие растений, на формирование у растений тритикале отдельных органов и признаков. Интенсивность фотосинтеза зависит от большого числа факторов внешней среды, мощности развития растений, площади ассимиляционной поверхности, сортовых особенностей тритикале. Наиболее благоприятные условия для фотосинтеза, при наличии других необходимых факторов, складываются при продолжительном световом дне и повышении интенсивности освещения. Тритикале относится к растениям длинного дня, поэтому для прохождения световой стадии растениям требуется длинный (не менее 13-14 ч) день (Чайка, 1991).

Требования к почвам. Малопригодными для тритикале являются песчаные и кислые почвы. Без их соответствующего улучшения резко снижается урожай зеленой массы и ухудшаются ее технологические качества. Но в нескольких районах мира тритикале показала хорошую приспособленность к кислым почвам с низким рН, на которых превосходила пшеницу по урожайности зеленой массы (Гужов, 1978). Это объясняется большей устойчивостью ржи к таким почвам.

Яровую тритикале возделывают на легко - и среднесуглинистых почвах, может возделываться и на супесях, постилаемых связными породами. Оптимальные агрохимические показатели почв: рН - 5,5 содержание гумуса - не менее 1,6%, подвижного фосфора и обменного калия - не менее 150 мг/кг почвы.

Рост и развитие

Жизненный цикл растений яровой тритикале разделяется на различные фазы, в каждой из которых происходят определенные изменения в развитии. Степень развития органов в каждой фазе, как и время прохождения их, меняется в зависимости от генотипа образца и окружающей среды.

Прорастание и всходы. Все культурные виды яровой тритикале прорастают быстро и дружно. При прорастании семян развиваются три зародышевых корешка, затем из верхней части зародыша вытягивается почечка. Почечка выходит наружу под прикрытием первичного влагалищного пленчатого листочка - колеоптиле, лишенного пластинки. Этот влагалищный лист быстро прекращает рост, а росток развивается в первый зеленый лист с листовой пластинкой. Всходы обычно появляются на 6-7 день, при пониженных температурах весной на 11-12 день и позднее. Начало всходов отмечают с появлением у растений первого зеленого листа.

Кущение. После появления первого листа главный стебель временно приостанавливается в росте и начинается процесс кущения, который заключается в том, что на подземных узлах из листовых пазух развиваются новые побеги. Последние выйдя на поверхность земли, развиваются также как и главный стебель. Эта фаза начинается обычно через 10-15 дней после появления всходов, в момент развития 3-4-го листа. Число всех стеблей на одно растение обозначается как общая кустистость, а число стеблей с нормально развитой метелкой - как продуктивная. Последняя обычно составляет 2-4 стебля. В разреженных посевах кустистость возрастает. В фазе полного кущения у яровой тритикале различают следующие формы куста: прямостоячую, распластанную и промежуточную.

Выход в трубку. Начинается фаза через 10-15 дней после кущения и означает начало образования соломины. На практике можно определить прощупыванием узла на стебле от поверхности почвы. Обычно с этого момента начинается быстрый рост надземных органов и корней, который продолжается до цветения; позднее процессы роста замедляются и постепенно затухают. После выхода в трубку появляются органы полового размножения - цветки, собранные в колоски и соцветие - метелку.

Выметывание метелки. В полевых условиях эту фазу определяют по появлению первого колоска из влагалища первого листа. У разных видов и сортов срок выметывания различен.

Цветение и оплодотворение. Цветение начинается одновременно с выходом метелки из влагалища с растрескиванием пыльников самых верхних ее колосков и концов отдельных веточек. Затем цветение последовательно переходит к основанию веточек и мутовок метелки. В колоске оно начинается с нижнего цветка и идет в восходящем порядке, поэтому колоски в метелке разновозрастные. По характеру цветения яровое тритикале относят к типу раскрытоцветковых. Во время этого процесса чешуи цветков в той или иной мере расходятся иногда в угол 450 и более, что обусловливается набуханием двух нежных пленочек - лодикул, скрытых внутри чешуи. Пыльники лопаются и выбрасывают пыльцу, когда еще находятся вблизи рылец, внутри цветка, что и способствует самоопылению. Позднее цветковые пленки в той или иной мере раскрываются, тычиночные нити вытягиваются, пыльники выходят наружу и освобождаются от остатков пыльцы. Интенсивность цветения строго зависит от погодных условий. Наиболее благоприятна для цветения влажная погода с температурой воздуха 20-25 градусов. Массовое обильное цветение наступает в ясную теплую погоду после дождя. Большое влияние на формирование урожая оказывает режим питания или избыток основных элементов минерального питания. Белоколосость возникает также на кислых торфяных почвах и при механическом повреждении метелки во влагалище листа.

Созревание зерна. После оплодотворения начинается приток питательных веществ к завязи и формирование зерна. При наступлении молочной спелости зерно содержит до 50% воды. Зародыш в этот период способен прорастать. Вегетативные органы в основном еще зеленые, но начинается пожелтение нижних листьев с верхушки по направлению к листовому влагалищу и затем их отмирание. Приток питательных веществ к зерну из листьев и других частей растения увеличивается, лишняя влага в зерне испаряется, доходя до 25…30%, после чего наступает желтая, или восковая спелость. Зерно в это время имеет консистенцию воска, желтеет и легко режется ногтем. С наступлением восковой спелости листья отмирают, стебли становятся желтыми, за исключением самого верхнего междоузлия; узлы соломины, начиная с нижних, постепенно сморщиваются. В дальнейшем приток питательных веществ прекращается, зерно высыхает до влажности 10…14% и переходит в состояние полной спелости, становясь твердым. Соломина в это время полностью желтеет. Зерна, образовавшиеся в соцветии раньше, обычно крупнее и тяжелее тех, которые сформировались позднее.