Biologiczne Podstawy Produkcji Roślinnej Budowa i rodzaje tkanek
advertisement
Biologiczne Podstawy Produkcji Roślinnej Zboża Budowa i znaczenie Opracował dr inż. Wiktor Berski Wykorzystano materiały z następujących źródeł: A. Szweykowska, J. Szweykowski. Botanika, PWN Szczegółowa uprawa roslin, pod red. J Hersego, PWN J. Radomski, J. Jasnowska. Botanika, PWN E. Ziółek i in. Szczegółowa uprawa roślin, skrypt AR Jęczmień. Chemia i technologia, pod red. H. Gąsiorowskiego, PWRiL http://www.ppr.pl/ http://encyklopedia.pwn.pl/ http://wiem.onet.pl/ http://faostat.fao.org/ http://www.dominikanie.lub.pl/ http://www.stat.gov.pl/ http://www.botanypictures.com/ http://www.ihar.edu.pl/ Pod określeniem zboża rozumiemy rośliny o podobnych właściwościach, uprawiane prawie wyłącznie w celu uzyskaniu wysokiego plonu ziarna zawierającego dużo skrobi. Podstawowym plonem jest ziarno przerabiane na mąkę, kaszę, płatki oraz użytkowane w krochmalnictwie, gorzelnictwie i piwowarstwie, a także jako pasza; słoma głównie na paszę i ściółkę. Zboża należą do rodziny traw, klasy roślin jednoliściennych. Mimo odrębności botanicznej do zbóż zalicza się również grykę, która należy do rodziny rdestowatych i klasy dwuliściennych. Rodzina traw wykazuje bardzo dużą zdolność przystosowawczą do różnych warunków życia - rosną one praktycznie wszędzie. W wielu formacjach roślinnych trawy odgrywają zasadniczą rolę, są elementem budującym te zbiorowiska np. amerykańską prerię, afrykańskie sawanny, czy też euroazjatyckie stepy. Stanowią też jedną z najważniejszych grup roślin uprawnych (żyto, pszenica, owies, kukurydza, ryż, trzcina cukrowa, bambus). O znaczeniu gospodarczym zbóż świadczy fakt, że uprawia się je na obszarze wynoszącym ponad 2/3powierzchni gruntów uprawnych na świecie. Swoją popularność zboża zawdzięczają: •dużej zdolności przystosowania się do różnych warunków glebowych i klimatycznych, •łatwości uprawy przy niedużym nakładzie pracy, •stosunkowo dużemu plonowi, •łatwości przechowywania, •wysokiej wartości odżywczej. Produkcja najważniejszych roślin na świecie (t.) 1 800 000 000 1 600 000 000 1 400 000 000 1 200 000 000 1 000 000 000 800 000 000 600 000 000 400 000 000 200 000 000 0 Proso Sorgo Bataty banany Jęczmień Maniok Buraki Ziemniaki Pszenica cukrowe Ryż Kukurydza Trzcina cukrowa Ziarno zbóż jest podstawowym pokarmem człowieka, a także surowcem dla wielu gałęzi przemysłu: Kierunki użytkowania zbóż PRZEMYSŁ chemicznopaszowy farmaceutyczny ROLNICTWO spożywczy koncentraty piekarski i spożywcze: cukierniczy: syropy makarony kawy zbożowe pieczywo hydrolizaty białkowe ciastka przyprawy pasze młynarskoskrobiowy: mąki kasze krochmal otręby materiał siewny piwowarskosłodowniczy: słód, piwo wódki odpady przemysłowe Systematyka roślin zbożowych Klasa Rodzina Rodzaj Klasa Rodzina Rodzaj żyto pszenica jęczmień owies pszenżyto proso sorgo kukurydza ryż gryka Jednoliścienne Trawy Podrodzina wiechlinowate Podrodzina prosowate Dwuliścienne Rdestowate Ze względu na sposób uprawy zboża (rośliny uprawne) można podzielić na: Ozime (oziminy) - uprawne rośliny jednoroczne, które do przejścia całego cyklu rozwojowego potrzebują okresu niskich temperatur (jarowizacji), występujących zimą. Wysiane wiosną nie wytwarzają pąków kwiatowych i nie owocują. Owoce dają za to w maju i sierpniu, czasem w grudniu. Oziminy wysiewane jesienią, rozpoczynają wegetację przed zimą. Zimują pod pokrywą śnieżną, ale nie pod lodem. Brak śniegu zimą może prowadzić do uszkodzenia młodych roślin. Zbyt wysokie temperatury zimą prowadzą do przedwczesnego wzrostu roślin. Jare - uprawne rośliny jednoroczne, których cały cykl rozwojowy zachodzi w jednym okresie wegetacyjnym. Do kwitnienia nie potrzebują okresu niskich temperatur (jarowizacji). Jarowizacja (jaryzacja, wernalizacja) – pobudzenie, przyspieszenie lub indukowanie kwitnienia przez działanie niskich temperatur. Procesy biochemiczne zachodzące pod wpływem niskich temperatur u roślin ozimych i wieloletnich, wpływające na ich zakwitanie. Rośliny te bez okresu chłodu mogą rozwijać się tylko wegetatywnie, w ogóle nie tworząc kwiatów. Zjawisko to ma praktyczne zastosowanie w ogrodnictwie, gdzie np. aby wytworzyły się pędy cebuli, rośliny te muszą przejść przez okres jarowizacji w temperaturze 5-10°C. Dlatego też cebulę wysadkową należy przetrzymywać w temperaturach optymalnych dla jarowizacji (58°C), natomiast temperatur tych trzeba unikać przechowując cebulę dymkę. Jarowizację wykorzystuje się w produkcji nasion niektórych gatunków warzyw. Kraje, w których temperatura zimy jest nieco wyższa niż 0°C, przeszły na produkcję nasion buraka cukrowego i ćwikłowego, stosując tanią jednoroczną uprawę. Również w warunkach Polski, w rejonie nadmorskim o łagodnych zimach, można tą metodą produkować nasiona odmian wczesnej kapusty głowiastej. Nasiona sieje się z końcem czerwca – początkiem lipca, rośliny zimują w polu, wiosną zaś wykształcają od razu pędy kwiatostanowe i wydają wysoki plon dorodnych nasion. Rodzina traw liczy ok. 10000 gatunków (w Polsce ok. 160) zarówno roślin zielnych jak i drzewiastych (bambus). Większość gatunków to rośliny wieloletnie lub jednoroczne, o charakterystycznych łodygach podzielonych na wyraźnie pogrubione węzły („kolanka”) i międzywęźla. Łodygi tego typu nazywane są źdźbłami i z pewnymi wyjątkami (kukurydza i trzcina cukrowa) są puste w środku. Mogą ulegać zdrewnieniu (bambus). Charakterystyczną budowę mają także liście traw składające się z tzw. pochwy, która otacza źdźbło ponad kolankami oraz równowąskiej blaszki liściowej. W miejscu przejścia pochwy w blaszkę znajduje się charakterystyczny twór zwany języczkiem liściowym. Jest to krótki błoniasty wyrostek przylegający do źdźbła. Trawy posiadają korzenie wiązkowe, które zagłębiają się płytko w ziemie; większa ich część znajduje się w górnej warstwy gleby (do głębokości 25 cm), jednakże część ich może sięgać do 1 m, a nawet głębiej. Zboża mają wspólne cechy botaniczne, a mianowicie: 1.Korzenie wiązkowe – zagłębiają się płytko w ziemię; większa ich część znajduje się w górnej warstwy gleby (do głębokości 25 cm), jednakże część ich może sięgać do 1 m, a nawet głębiej. 2.Łodyga zbudowana jest z kilku międzywęźli (grube węzły noszą nazwę kolanek), które u większości zbóż są puste, tylko kukurydza, proso i niektóre odmiany pszenicy maja międzywęźla wypełnione gąbczastym rdzeniem. 3.Z każdego węzła wyrasta liść, u którego wyróżnia się blaszkę liściową i pochwę obejmującą dolną część międzywęźla. U nasady blaszki liściowej znajduje się: języczek i uszka (ostrogi), których kształt jest charakterystyczny dla poszczególnych rodzajów zbóż. 4.Zboża mają kwiatostan złożony, przy czym jest nim albo kłos złożony (u żyta, pszenicy i jęczmienia) albo wiecha (u owsa, prosa, ryżu i sorga). Kwiaty zbóż są obupłciowe z wyjątkiem kukurydzy, u której kwiatostan męski (wiecha) wyrasta na szczycie łodygi, zaś kwiatostan żeński (kolba), w kątach dolnych liści. 5.Owocem zbóż jest ziarniak zwany popularnie ziarnem. Niektóre zboża mają ziarniaki gołe (pszenica, żyto), choć istnieją pszenice oplewione, u innych ziarniak jest otoczony plewkami kwiatowymi (owies, jęczmień, proso, ryż). Plewki są albo nie zrośnięte z ziarniakiem (owies, proso, ryż), albo z nim zrośnięte (jęczmień) – choć obok oplewionych form jęczmienia istnieją również formy nieoplewione (nagie). Owocem gryki jest trójgraniasty orzeszek (niełupka), również pospolicie zwany ziarnem. Budowa wykształconej rośliny zbożowej: a. Korzonki zarodkowe, b. korzenie przybyszowe, c. międzyweźle, d. kolanko, e. blaszka liściowa, f. pochwa, g. dokłosie h. kłos. Budowa źdźbła A- rozwój źdźbła, B- odcinek źdźła z dwoma węzłami, C- kolanko źdźła, D- przekrój przez kolanko i węzeł. 1. Blaszka liścia 2. Pochwa liścia 3. Zgrubienie pochwy czyli kolanko 4. Węzeł 5. Międzywęźle 6. Tkanka twórcza Liście traw A- części składowe liścia: 1- kolanko, 2- pochwa liściowa, 3- języczek, 4blaszka liściowa; B- podstawa blaszki liściowej: 5- ostrogi (uszka); C- fragment liścia owsa zdjętego z łodygi. Z węzłów wyrastają liście, składające się z blaszki liściowej i pochwy, która obejmuje źdźbło. Na granicy blaszki liściowej i pochwy znajdują się uszka i języczek, których kształt jest charakterystyczny dla poszczególnych gatunków. Kwiatostany zbóż a) b) jęczmień, c) pszenica, d) żyto – kłosy owies - wiecha Kłos Kłos złożony Wiecha Typy wiech owsa od lewej: chorągiewkowata, rozpierzchłe: rozstrzelona, krzaczasta, zwisła, sztywna (wzniesiona Gąsiorowski, 1995 Budowa kwiatu zbóż Kwiaty traw są z reguły obupłciowe i w zasadzie składają się z górnego słupka i trzech pręcików. U podstawy słupka znajdują się zwykle dwie lub trzy drobne łuski zwane łuszczkami będące najprawdopodobniej pozostałością po wewnętrznym kółku okwiatu. Słupek z pręcikami i łuszczkami zamknięty jest w dwóch łuskach zwanych plewkami. Wyżej umieszczona plewka górna powstała ze zrośnięcia się dwóch listków zewnętrznego okółku. Plewka dolna jest natomiast przekształconą przysadką szypułki kwiatowej. Jeden lub więcej takich kwiatów zamkniętych w plewkach zestawionych jest na osi w elementarny kwiatostan objęty od dołu płonymi łuskami zwanymi plewami. Takie elementarne kwiatostany zestawione są następnie w różnego rodzaju groniaste, złożone kwiatostany, najczęściej wiechy lub kłosy. Plewy i plewki opatrzone są często na szczycie ością a owocem jest tkwiący w plewkach ziarniak, suchy owoc, w którym łupina nasienna zrośnięta jest z owocnią. Od reguły tej istnieją odstępstwa, np. bambus tworzy owoce typu jagody. Gryka ma kwiaty obcopylne, zapylane przez owady. Kwiaty są dwupostaciowe, jedne mają słupek wystający ponad pręcikami, inne krótszy od pręcików. Kłos i kłosek żyta oraz kwiat http://www.biology-resources.com/plants-flowers.html Kłoski pszenicy owocują przeciętnie czterema ziarniakami. Rzadko spotyka się szóste ziarniaki u pszenicy lecz tylko drugie i pierwsze ziarniaki w kłosku są największe, wypełnione - dorodne. Kłoski wyrastają na osadce naprzemianlegle, schodkowato w formie pięterek. Kłos pszenicy ma przeciętnie 16, a niezwykle rzadko występuje 26 pięterek. Kłoski dolne są płonne - nie wytworzą ziarniaków i płonnych jest również kilka kłosków szczytowych. Schemat budowy kłoska: a. Plewa, b. plewka dolna, c. plewka górna, d. znamiona słupka, e. pylnik. Kwiaty u zbóż zebrane są w kwiatostany (kłosy lub wiechy), i są osadzone na zakończeniu źdźbła. Kwiat jest zbudowany z dwóch plewek, słupka i trzech pręcików. U form ościstych dolna plewka jest zakończona ością W kłosie pszenicy na każdym pięterku osadki kłosowej znajduje się jeden kłosek, zawierający 3 - 5 kwiatków, z czego 1 lub 2 są płonne. Budowa ziarniaka Ziarniak, owoc pojedynczy, suchy, niepękający, jednonasienny, w którym łupina nasienna zrośnięta jest z owocnią. Zarodek w ziarniaku jest mały, umieszczony z boku i nietypowo wykształcony. Jeden liścień zarodka umieszczony jest bocznie i przekształcony jest w tarczkę ściśle przylegająca do bielma. Większą część ziarniaka wypełnia bielmo o wysokiej zawartości skrobi zapasowej, w zewnętrznej części bielma znajduje się tzw. warstwa aleuronowa wypełniona białkiem zapasowym (aleuronowe ziarna). Ziarniak jest owocem charakterystycznym dla rodziny traw. Budowa ziarniaków poszczególnych zbóż jest podobna. Pod względem budowy morfologicznej (zewnętrznej) i form kiełkowania ziarna, zboża dzielą się na: 1.Posiadające wyraźny rowek podłużny (bruzdkę) na stronie brzusznej ziarna i wytwarzające przy kiełkowaniu przy kiełkowaniu kilka korzonków. 2.Nieposiadające podłużnego rowka i wytwarzające przy kiełkowaniu jeden korzonek (kukurydza, gryka, proso). Ziarniaki zbóż a – pszenica, b – żyto, c – pszenżyto, d – jęczmień, e – owies, kukurydza: (f- zwyczajna, g – „koński ząb”, h – pękająca), i – sorgo, j- proso, k - gryka Budowa anatomiczna ziarna pszenicy 1.Bródka 2.Bielmo 3.Komórki skrobi w białkowej matrycy 4.Ścianki celulozowe komórki 5.Komórki aleuronowe 6.Warstwa hialinowa 7.Warstwa nasienna (Testa) 8.Komórki rurkowe 9.Komórki poprzeczne 10.Komórki podłużne 11.Naskórek 12.Tarczka 13.Pączek 14.Korzonek 15.Bruzdka 16.Plamka pigmentowa 17.Okrywa 18.Zarodek R. Jurga Przetwórstwo zbóż, Warszawa 1994 Pod względem budowy anatomicznej ziarno zbóż składa się z: zarodka, bielma i okrywy owocowo-nasiennej. Okrywa owocowo – nasienna stanowi najbardziej zewnętrzna część ziarna. Zbudowana jest z komórek obumarłych i zdrewniałych, silnie wysyconych substancjami mineralnymi. Chroni ona ziarno przed uszkodzeniem, szkodnikami i truciznami (zaprawy), jest nieprzepuszczalna dla wielu substancji, przepuszcza natomiast wodę i w określonych warunkach tlen. Fakt ten ma ogromne znaczenie w procesie kiełkowania ziarna, wykorzystywanym w przemyśle fermentacyjnym (słodowanie), jak również nawilżaniu i kondycjonowaniu ziarna przed przemiałem. przy W zarodku, który pod względem fizjologicznym stanowi najważniejszą część ziarna rozróżnia się stożek wzrostu, łodyżkę, korzonek oraz tarczkę. Tarczka pełni role organu ssącego, za pomocą którego zarodek pobiera z bielma pożywienie. Ponad nasada tarczki znajduje się stożek wzrostu pędu i zawiązki liści okryte specjalną pochwą, utworzoną przez najbardziej zewnętrzny liść, zwana koleoptylem. Zawiązek korzenia znajduje się na drugim biegunie zarodka, i jest również okryty pochwa (koleoryzą). Bielmo jest magazynem substancji zapasowych i dzieli się na bielmo środkowe tzw. mączne, stanowiące główny składnik mąki oraz zewnętrzną warstwę komórek aleuronowych, w praktyce zaliczaną do okrywy owocowo-nasiennej i przechodzącą w czasie przemiału do otrąb. Pszenica zawiera około 83% bielma, żyto 78%, a owies 58%. Warstwa aleuronowa – stanowi obok bielma rodzaj magazynu składników odżywczych, a ponadto jest źródłem wielu witamin i enzymów. W czasie kiełkowania uzupełnia rolę tarczki przekazując zarodkowi składniki odżywcze z bielma. W górnej części ziarna występuje kępka włosków zwana bródką. Przypuszczalnie spełnia ona pewną rolę w regulacji wilgotności ziarna w czasie dojrzewania. Włoski bródki są pojedynczymi komórkami o kształcie charakterystycznym dla poszczególnych zbóż. Bródka stanowi miejsce, w którym osadza się brud, bakterie, zarodniki grzybów. W czasie czyszczenia ziarna jest usuwana w łuszczarkach. Na stronie brzusznej ziarna (przeciwległej do zarodka) biegnie, w przypadku niektórych zbóż takich jak: żyto, pszenica, jęczmień i owies, charakterystyczny rowek zwany bruzdką. Jest to pozostałość po wiązce sitowo – naczyniowej, przez którą roślina macierzysta zaopatruje ziarno w kłosie w substancje odżywcze. Ponieważ bruzdka stanowi siedlisko pyłu, brudu, drobnoustrojów, a ponadto jej wielkość decydować może o wydajności mąki z ziarna, uważa się, że ziarno o głębokiej bruzdce stanowi surowiec młynarski gorszej jakości. Bruzdka w pszenicy jest z reguły szeroka i płytka, natomiast u żyta węższa i głębsza. Stosunek ilościowy poszczególnych części ziarniaka: Okrywa owocowa 5,5 % Okrywa nasienna 2,5 % Bielmo ogółem 89,5 % W tym: Warstwa komórek aleuronowych 7,0 % Bielmo środkowe 82,5 % Zarodek 2,5 % Kształt ziarenek skrobi różnych zbóż i nasion strączkowych 1- pszenicy, 2 - żyta, 3 - jęczmienia, 4 - owsa, 5 - kukurydzy, 6 - ryżu, 7 - gryki, 8 - grochu, 9 - fasoli, 10 - prosa. Struktura światowej produkcji zbóż (2009) Sorgo 2,50% Proso 1,29% Owies 0,93% Żyto Pszenżyto 0,72% 0,61% Mieszanki zbożowe 0,19% Jęczmień 6,05% Kukurydza 32,89% Ryż 27,32% Pszenica 27,45% Gryka 0,06% Produkcja podstawowych zbóż na świecie w 2009 (w tonach) wg FAO Zboże Świat Główni producenci (% światowej produkcji) Kukurydza 817.110.509 USA (40,8), Chiny (20,0), Brazylia (6,3), Meksyk (2,5), …, Polska (0,2) Pszenica 681.915.838 Chiny (16,9), Indie (11,8), Rosja (9,1), USA (8,8), …, Polska (1,4) Ryż 678.688.289 Chiny (29,1), Indie (19,3), Indonezja (9,5), Bangladesz (6,6) Jęczmień 150.271.573 Rosja (11,9), Francja (8,6), Niemcy (8,2),Ukraina (7,9), …, Polska (2,7) Sorgo 62.098.620 USA (15,7), Indie (11,7), Meksyk (9,9), Sudan (6,8) Proso 32.034.572 Indie (26,8), Chiny (4,7), Mali (4,3), Uganda (2,6), Owies 23.032.118 Rosja (23,5), Kanada (12,1), Polska (6,1), USA (5,9) Żyto 17.856.568 Rosja (24,3), Niemcy (23,9), Polska (20,8), Białoruś (6,9) Pszenżyto 15.040.432 Polska (34,8), Niemcy (16,7), Francja (13,4), Białoruś (11,9) Mieszanki zbożowe Gryka 4.796.590 Polska (81,0), Francja (4,5), Kanada (4,4), Niemcy (2,8) 1.416.848 Rosja (39,8), Chiny (14,1), Ukraina (13,3), Francja (8,1),…, Polska (5,7) Struktura zasiewów zbóż podstawowych z mieszanki zbożowymi w 2008 w %: Pszenica ozima 23,5 (42,8) Pszenica jara 4,2 (29,1) Żyto 17,0 (24,7 o) Jęczmień ozimy 2,1 (40,0) Jęczmień jary 12,6 (28,3) Owies 6,7 (22,9 j) Pszenżyto ozime 14,9 (34,3) Pszenżyto jare 1,3 (24,0) Mieszanki zbożowe ozime 0,9 (29,5) Mieszanki zbożowe jare 16,7 (25,2) W nawiasach plon w dt/ha Fazy rozwojowe roślin zbożowych Cykl rozwojowy zbóż można podzielić na kilka okresów, a mianowicie: kiełkowanie, krzewienie, kłoszenie, kwitnienie i dojrzewanie. Dla wartości użytkowej najważniejszy jest okres dojrzewania, który dzieli się na cztery stadia dojrzałości: mlecznej (zielonej), woskowej (żółtej), rogowej (technicznej) i pełnej - biologicznej. W pierwszych dwóch stadiach gromadzą się składniki i następuje silny rozrost ziarna, natomiast w czasie dojrzałości rogowej następuje jedynie utrata wody, zmniejszenie ogólnej wielkości ziarna i wzrost jego twardości. Pełną dojrzałość biologiczną ziarno osiąga dopiero po zbiorze i przejściu okresu tzw. dojrzewania pożniwnego. Większość zbóż zbiera się w okresie dojrzałości rogowej. Jedynie zboża mające tendencję „osypywania się" zbiera się w okresie dojrzałości woskowej lub na przełomie dojrzałości woskowej i rogowej (np. zbiór kombajnowy pszenicy, jęczmienia ozimego, owsa). R. Jurga Przetwórstwo zbóż, Warszawa 1994 U owsa, podobnie jak i u innych roślin zbożowych, wyróżnia się następujące fazy rozwojowe: 1. Kiełkowanie ziarna - pobieranie wody, pęcznienie, aktywacja metabolizmu, przekształcenia morfologiczne - pojawienie się korzonków, wykształcenie kiełka i pojawienie się pierwszego liścia. 2. Wschody - rozwój młodej rośliny do wykształcenia trzeciego liścia. 3. Krzewienie - z węzła krzewienia wyrastają źdźbła boczne i korzenie przybyszowe; faza kończy się początkiem wzrostu źdźbła. 4. Strzelanie w źdźbło - zapoczątkowane wydłużeniem się łodygi, a zakończone pojawieniem się organów generatywnych. 5. Kłoszenie - rozwój organów generatywnych aż do wydostania się ich na zewnątrz pochwy liściowej. 6. Kwitnienie - zapylenie, zapłodnienie i formowanie się ziarniaków; u owsa kwitnienie rozpoczyna się już pod koniec kłoszenia. 7. Dojrzewanie - ziarniaki po wykształceniu przechodzą poszczególne stadia dojrzewania (mleczna, woskowa, pełna i martwa), aż osiągną pełną zdolność kiełkowania. Gąsiorowski 1995 Rozwój ziarniaka można w uproszczony sposób przedstawić następująco: 1. Dominujący rozwój bielma, a powolny zarodka. Pod koniec tego etapu zaczyna się gromadzenie materiałów zapasowych w bielmie, a w zarodku kończy się faza proembrionalnego rozwoju; poziom wilgotności ziarniaka pozostaje w granicach 75-85%; 2. Rozwój zarodka - różnicowanie się tkanek i organów zarodka; intensywne gromadzenie materiałów zapasowych w bielmie. Wilgotność ziarniaka stopniowo spada do 40-45%. Ten etap najszybciej, ze zbóż, przebiega u owsa. 3. Dalsze gromadzenie materiałów zapasowych w bielmie, tworzenie okrywy owocowej; stopniowe odwadnianie ziarniaków aż do wilgotności około 20% i przechodzenie w stan spoczynku; przerwanie kontaktu z rośliną macierzystą. Gąsiorowski 1995 W praktyce rolniczej stosuje się tradycyjny podział na następujące fazy dojrzewania ziarna: 1. Dojrzałość mleczna - stadium początkowe dojrzewania, kiedy składniki ziarna mają konsystencję mleka; wówczas roślina jest jeszcze zielona. 2. Dojrzałością woskową zwie się fazę, w której wnętrze ziarna ma konsystencję wosku. Kończy się nagromadzanie substancji zapasowych, a roślina zaczyna bieleć. 3. Dojrzałość pełna to taka faza, w której proces odwadniania tak daleko postępuje, że ziarno zaczyna twardnieć i daje się łamać paznokciem. 4. Dojrzałość martwa, ostatnia faza dojrzewania, w której wnętrze ziarna już maksymalnie wysycha i owies zaczyna się silnie osypywać. Gąsiorowski 1995 Gatunki zbóż Pochodzenie zbóż oraz historia upraw i użytkowania Zboża są roślinami użytkowanymi przez człowieka od zarania jego udokumentowały dziejów. uprawę Badania lub archeologiczne stosowanie roślin zbożowych już w czasach neolitu. W USA odnaleziono w zamieszkanej w czasach prehistorycznych jaskini kolbę kukurydzy o wieku 4000 lat. W zależności od klimatu człowiek uprawiał różne gatunki zbóż. Na dalekim wschodzie podstawową rośliną uprawną był i jest ryż. Kukurydza wywodzi się z terenów obecnego Meksyku. Na Bliskim wschodzie znajdują się najwcześniejsze stanowiska archeologiczne obrazujące uprawę pszenicy, jęczmienia. W krajach afrykańskich uprawiane było i jest sorgo. Pszenica PSZENICA, Triticum, rodzaj z rodziny wiechlinowatych (traw), obejmujący około 20 gatunków dzikich i uprawnych roślin zielnych, pochodzących z pd.-zach. i środk. Azji. Obok jęczmienia jest najstarszym zbożem chlebowym; obecnie jej uprawa na ziarno (mąka, kasze) jest rozpowszechniona na całym świecie i zajmuje czołowe miejsce w globalnej produkcji zbóż. Dzięki zabiegom hodowlanym uzyskano odmiany o nowych cechach, co umożliwiło rozszerzenie upraw na inne strefy klimatyczne oraz zwiększyło plenność. Wśród uprawnych gatunków i podgatunków największe znaczenie gospodarcze ma pszenica zwyczajna. Wykształca kilka źdźbeł o wysokości 80–130 cm; roślina zasadniczo samopylna; kwiatostan — kłos złożony z kłosków osadzonych po obu stronach niełamliwej osadki kłosowej. Ziarniak zaokrąglony, nie zrośnięty z plewkami, łatwo się wymłaca. W obrębie pszenicy zwyczajnej (Triticum vulgare) wydziela się odmiany botaniczne różniące się ościstością, barwą kłosa i ziarna (białe lub czerwone); liczne odmiany rolnicze, ozime i jare, różnią się zarówno cechami morfologicznymi, fizjologicznymi, jak i właściwościami rolno-użytkowymi, np. wczesnością, zimotrwałością, odpornością na choroby, zawartością w ziarnie białek glutenowych (11–18%) warunkujących wartość wypiekową mąki. Oprócz pszenicy zwyczajnej dość powszechna jest uprawa pszenicy twardej (Triticum durum), o szklistym przekroju ziarna i znacznej zawartości białka (pszenica makaronowa). Inne podgatunki są uprawiane sporadycznie. Pszenica wymaga dobrej gleby i silnego nawożenia mineralnego. Siew pszenicy ozimej w 2 połowie września i początkach października, zbiór w 2 połowie lipca i początkach sierpnia, pszenicy jarej — w sierpniu. W Polsce około 90% powierzchni obsianej pszenicą stanowią ozime odmiany pszenicy zwyczajnej, reagujące zwyżką plonów na silne nawożenie; pozostałe 10% zajmują odmiany jare, mniej plenne, lecz o lepszej wartości wypiekowej mąki. Najwyższe plony uzyskuje się w Holandii (8,5 t/ha), a także w Wielkiej Brytanii i Francji. W Polsce uzyskuje się plony ziarna średnio na poziomie 3,5 t/ha. Zużycie ziarna pszenicy: 50 % spożycie, 40 % pasza, 8 % materiał siewny, 2 % straty. Ziarno jest tez wykorzystywane do produkcji kaszy mannej, płatków śniadaniowych, znajduje zastosowanie w produkcji skrobi, słodu browarniczego oraz suchego glutenu. W czasie przerobu ziarna na mąkę czy kasze otrzymuje się cenny produkt uboczny - otręby pszenne Żyto ŻYTO, Secale, rodzaj z rodziny wiechlinowatych, obejmujący kilkanaście gatunków. jednorocznych i wieloletnich roślin zielnych. Żyto zwyczajne pochodzi z Azji Mniejszej, i obejmuje znaczną część podgatunków rosnących jako chwasty w uprawach zbóż. Najważniejszym gospodarczo podgatunkiem jest żyto uprawne, roślina jednoroczna, o wysokości do 2m; kłos ościsty, ziarniak nie jest zrośnięty z plewką, łatwo się wymłaca; żyto jest rośliną wiatropylną, obcopylną, samosterylną. Uprawne żyto jest typową wtórną rośliną uprawną, powstałą z chwastu towarzyszącego polom pszenicy. Pierwsze ślady uprawy w pn. Europie pochodzą z okresu brązu i wczesnego okresu żelaza; w czasach cesarstwa rzymskiego główne zboże chlebowe na pn. od Alp. Do XIX wieku w wielu rejonach dominowało nad pszenicą. Obecnie na większą skalę (na ziarno, na zieloną paszę) jest uprawiane w pn. i środk. Europie. Ziarno żyta (zawierające oprócz skrobi ok. 11% białka, ok. 2% tłuszczu i in.) używane jest do wyrobu mąki (głównie na chleb), napojów alkoholowych, otręby żytnie są cenną paszą, słoma służy głównie. jako ściółka. Plony żyta 1,8–2,4 t z ha (w dobrych warunkach powyżej 4 t z ha); Polska zajmuje 2 miejsce w światowej produkcji tego zboża (po Federacji Ros.). Żyto jest mało wymagające klimatycznie i glebowo. Pszenżyto PSZENŻYTO, Triticale, sztucznie wyhodowane zboże, mieszaniec pszenicy i żyta, o cechach pośrednich w stosunku do gatunków rodzicielskich. Powstaje w wyniku zapylenia pszenicy pyłkiem żyta. W porównaniu ze zwykłymi mieszańcami pszenicy i żyta pszenżyto odznacza się dobrą płodnością i plennością, zawiera o ok. 4% więcej białka niż pszenica, ma mniejsze od niej wymagania glebowe. W Polsce wzrost jego zbiorów jest związany z wprowadzaniem plennych odmian hodowlanych oraz zwiększaniem powierzchni uprawy. Stosowane do produkcji pasz treściwych. Plon ziarna pszenżyta w produkcji wynosi ok. 3,1 t/ ha, podczas gdy w uprawach doświadczalnych średni plon wynosi ok. 6,87 t/ ha, co oznacza że staje się ono potencjalnie najplenniejszym zbożem. Produkuje się średnio 1980 tyś ton ziarna rocznie, w tym ok. 90% formy ozimej, który prawie w całości jest przeznaczany na pasze. Jęczmień JĘCZMIEŃ, Hordeum, rodzaj z rodziny wiechlinowatych (traw), podrodziny jęczmieniowatych; obejmuje jednoroczne lub wieloletnie rośliny zielne (wg różnych autorów od 18 do 30 gatunków.). Jest on zapewne najstarsza roślina uprawna, znany już w okresie neolitu, uprawiany głównie jako zboże chlebowe w starożytnym Egipcie, Mezopotamii, Grecji, jest obecnie rozpowszechniony jako roślina jara i ozima na wszystkich kontynentach. Źdźbło wysokości 60–100 cm; liście lancetowate, dość szerokie. Owocem jest wydłużony ziarniak, zrośnięty z plewkami, z wyjątkiem form jęczmienia nagiego (orkisz). Rozróżnia się jęczmienie dwurzędowe (2 boczne kłoski płonne, środkowy płodny) oraz jęczmienie wielorzędowe (wszystkie 3 kłoski płodne). wśród jęczmieni wielorzędowych wydziela się m.in. formy 6-rzędowe oraz 4-rzędowe. Ziarno jęczmienia ze względu na brak białek glutenowych nie nadaje się na mąkę do wyrobu chleba. Używane przede wszystkim na kasze, jako surowiec browarniany do wyrobu piwa oraz na paszę. Wyhodowano dużą liczbę odmian umożliwiających uprawę w trudnych warunkach dalekiej północy (okres wegetacyjny ok. 55 dni), jak i spełniających wymagania przemysłowe. Niektóre gatunki jęczmienia są uprawiane jako trawy ozdobne, inne spotykane jako chwasty przydrożne. W Polsce udział jęczmienia ozimego w uprawie jest nieduży ze względu na łatwe wymarzanie; ziarno (zawiera ok. 14% wody, ok. 11% białka, ok. 65% skrobi, 2–4% tłuszczu, ok. 2,5% związków miner.) używane na paszę (75%), do produkcji słodu piwowarskiego i gorzelniczego (5%), także do celów konsumpcyjnych (kasze, mąka) – 5%. Na materiał siewny przeznacza się około 10%. Reszta (około 5%) to ubytki i straty. Owies OWIES, Avena, rodzaj z rodziny wiechlinowatych (traw); obejmuje od 7 do 30 gatunków samopylnych roślin jednorocznych lub wieloletnich, pochodzenia azjatyckiego. Owies został stosunkowo późno wprowadzony do uprawy, około 2 tys. lat temu. Początkowo był chwastem w pszenicy i jęczmieniu. Kwiatostan — wiecha o kłoskach dwu- lub kilku-kwiatowych, otulonych wielkimi plewami; ziarno nie wymłaca się z plewek (z wyjątkiem form nagich), choć nie jest z nimi zrośnięte. Dzięki niewielkim wymaganiom cieplnym, uprawa owsa sięga do koła podbiegunowego, częsta także uprawiany jest w górach na znacznych wysokościach. Ziarno o wysokiej zawartości tłuszczu (4–6,5%) i białka w stosunku do innych zbóż, jest użytkowane głównie na paszę (85%) w mniejszym stopniu (ok. 5% świat. zbiorów) do wyrobu płatków i kasz owsianych; jako paszę wykorzystuje się także zielonkę, słomę i plewy. Największe znaczenie gospodarcze ma owies zwyczajny, Avena sativa, jednoroczna roślina jara, wysokości 60–150 cm. Owies ma duże wymagania pokarmowe i wilgotnościowe, odznacza się znaczną zdolnością przyswajania trudno dostępnych składników gleby. Zbiory w sierpniu, średni plon ziarna około 2,5 t z ha. Ryż RYŻ, ryż siewny, Oryza sativa, roślina zbożowa z rodziny wiechlinowatych (traw), z reguły samopylna, pochodząca z pd.-wsch. Azji, w uprawie jednoroczna; ryż wytwarza kilka źdźbeł, wysokości 60–150 cm; kwiatostan — rozgałęziona wiecha mająca na każdym odgałęzieniu kilka jednokwiatowych kłosków; ziarniaki zrośnięte z plewkami, zawierają około 78% skrobi, 7% białka, 1% tłuszczu, witamin z kompleksu B, soli miner. Ryż jest znany w uprawie od ponad 5 tys. lat; rozpowszechniony na obszarach tropikalnych i subtropikalnych Azji, Afryki, w pd. i pd.-zach. Europie. Spotykany w górach, np. w Himalajach do wys. 2000 m n.p.m.; zajmuje drugie miejsce (po pszenicy) w światowej uprawie zbóż. Ziarno konsumpcyjne traci w procesie przemiału większość białka, tłuszczów, soli miner. i witamin. Spożywane w postaci kaszy, ryżu preparowanego (dętego), płatków i mąki. Służy także do wyrobu napojów alkoholowych (arak, sake); ze skrobi ryżowej wyrabia się m.in. puder kosmetyczny, krochmal; słoma służy jako pasza, do wyplatania mat, do wyrobu papieru (zwłaszcza wysokogatunkowych bibułek papierosowych). Ryż ma duże wymagania wilgotnościowe i cieplne; około 90% światowej produkcji ryżu pochodzi z obszarów monsunowych; siew nasion lub sadzenie rozsady na polach zalewanych wodą, osuszanych przed zbiorem. Plony od 1 do powyżej 8 t z ha. Kukurydza KUKURYDZA Zea mays, jednoroczna roślina zbożowa z rodziny wiechlinowatych (traw), podrodziny prosowatych, pochodząca z Meksyku. W stanie dzikim nie znana. Źdźbło wysokości 0,5–2,5 m (niekiedy do wiatropylna; 5 m); roślina kwiatostany jednopienna, męskie — rozdzielnopłciowa, wiechy, osadzone na wierzchołkach źdźbeł, żeńskie — kolby, w pochwach dolnych liści; ziarniaki barwy białej, żółtej, czerwonej, brunatnej lub ciemnofioletowej. Kukurydza uprawiana jest od ponad 5 tys. Lat. Po odkryciu Ameryki sprowadzona do Europy. Obecnie pospolita w klimacie ciepłym na całym świecie. Wyparła kilka ważnych uprzednio zbóż, np. sorgo czy proso. Zastosowanie kukurydzy jest bardzo różnorodne – jest cenną roślina pastewną (ziarno, zielonka, kiszonka) i konsumpcyjna; ziarno spożywane w całości (po ugotowaniu), w postaci mąki, kaszy i in. oraz przerabiane na krochmal, spirytus, olej, cukier, płatki kukurydziane. Młode kolby i niedojrzałe nasiona pewnych odmian używane są jako warzywo. Zielone pędy służą jako pasza, zaś sucha słoma może być użyta do produkcji papieru. Stosowana też w lecznictwie. Obecnie szeroko uprawiana zwłaszcza w Ameryce Pn. i Pd., pd. Europie, Federacji Ros. i Azji. Skład chemiczny ziarna waha się zależnie od odmiany botanicznej. Ziarno zawiera ok. 14% wody, 60– 66% skrobi, 11,3–14,3% białka, ok. 4,6% tłuszczu, wszystkie podstawowe witaminy, związki fosforu i wapnia.. Największe znaczenie gospodarcze mają odmiany botaniczne: kukurydza twarda (kukurydza zwykła), o ziarnie gładkim szklistym; jako roślinę pastewną uprawia się kukurydzę koński ząb, o ziarnie spłaszczonym, z wgłębieniem na wierzchołku, dającą bardzo dużą ilość zielonej masy; kukurydza cukrowa,o ziarnie pomarszczonym, wewnątrz szklistym, uprawiana jako warzywo (do wyrobu konserw, mrożonek); kukurydza pękająca, (2 formy: kukurydza ryżowa i kukurydza perłowa). Światowa produkcja kukurydzy oraz „zielonej” kukurydzy (w tonach) 2005 2006 2007 2008 2009 Kukurydza 713.458.733 706.656.734 789.641.125 826.718.343 818.823.434 „Zielona kukurydza” 9.579.023 9.455.900 9.513.457 9.317.667 9.192.282 Najważniejsi producenci niedojrzałej kukurydzy (%) USA Meksyk Nigeria Węgry Peru Francja RPA 45,94 6,53 5,86 4,59 4,26 3,94 3,82 Budowa anatomiczna ziarniaka kukurydzy 1.Naskórek 2.Komórki poprzeczne 3.Komórki rurkowe 4.Warstwa nasienna 5.Warstwa aleuronowa 6.Bielmo zrogowaciałe 7.Bielmo mączyste 8.Komórki z ziarenkami skrobi 9.Ścianki komórek 10.Tarczka 11.Pączek 12.korzonek R. Jurga Przetwórstwo zbóż, Warszawa 1994 Plon ziarna 4–8 t z ha; z mieszańców przy uprawie na kiszonkę uzyskuje się 10–18 t z ha. Współczesna hodowla kukurydzy jest oparta na zjawisku heterozji. Kukurydza jest rośliną krótkiego dnia, ciepłolubną, wrażliwą na wiosenne i jesienne przymrozki. Wysokie wymagania klimatyczne ograniczają dobór mieszańców kukurydzy przydatnych do uprawy w Polsce; możliwa jest jedynie uprawa odmian o wczesnym okresie dojrzewania. HETEROZJA - zjawisko zwiększonej w porównaniu z formami rodzicielskimi żywotności i bujności, występujące u mieszańców między liniami wsobnymi (kojarzenie wsobne, hodowla w pokrewieństwie); u roślin np. zwiększenie wysokości rośliny, liczby i rozmiarów owoców, liści, przyspieszenie rozwoju (wcześniejsze zakwitanie), zwiększenie odporności na choroby itp. Sorgo SORGO, Sorghum, rodzaj z rodziny wiechlinowatych (traw) obejmujący ok. 30 gatunków roślin zielnych, pochodzących z Afryki. Kilka gatunków jednorocznych, objętych wspólną nazwą Sorghum vulgare, należy do roślin najdawniej uprawianych, rozpowszechnionych w rejonach zbyt suchych lub zbyt gorących dla innych roślin. Łodygi wysokości. 0,5–4 m; kwiatostan — wiecha (długości 10–50 cm). Światowa produkcja wynosi około 60,6 mln t (1994). Ziarno do celów spożywczych i przemysłowych (mąka, kasza, krochmal, spirytus, „słoma ryżowa”) oraz pastewnych. Sorgo zajmuje 5 miejsce (po pszenicy, ryżu, kukurydzy i jęczmieniu) w światowej produkcji zbóż, a w dużej części Afryki i Azji jest najważniejszym zbożem konsumpcyjnym. Proso PROSO, Panicum, rodzaj z rodziny wiechlinowatych (traw), obejmujący kilka gatunków roślin jednorocznych lub wieloletnich, występuje głównie na obszarach ciepłych. Jest jedną z najstarszych roślin zbożowych, pochodzi z Indii i środkowej Azji. W Polsce znane od czasów prehistorycznych, użytkowane na kasze (kasza jaglana), mąkę, do wyrobu piwa oraz na paszę, obecnie uprawy stopniowo zanikają na korzyść innych zbóż. Jest to jednoroczna roślina jara, w zasadzie samopylna. Źdźbło o wysokości do 1,5 m, oraz liście owłosione; kwiatostan — wyprostowana. Owocem jest wiecha zwisła, rozpierzchła lub prawie kulisty ziarniak zrośnięty z plewkami. Powszechnie uprawiane we wsch. Europie oraz wsch. i pd.wsch. Azji na ziarno (do wyrobu kaszy), też jako roślina pastewna. GRYKA, Fagopyrum, rodzaj z rodziny rdestowatych, obejmuje 3 gatunki jednorocznych roślin lub bylin, pochodzących ze środkowej i wschodniej Azji. Kwiaty drobne, w groniastym kwiatostanie, owoc to drobny, brunatny, trójgraniasty orzeszek, zwany ziarnem, (zawiera oprócz skrobi około 12% białka, 2,6% tłuszczu, witaminy B1) przerabiany na kaszę (gryczana). Cenna roślina miododajna i pastewna (słoma, plewy), wyzyskiwana też w farmacji. Plon zielonej masy wynosi ponad 10 t z ha, nasion 0,9–1,5 t z ha. Budowa owocu Gryki 1. Okrywa owocowa, 2. okrywa nasienna, 3. bielmo, 4. zarodek R. Jurga Przetwórstwo zbóż, Warszawa 1994 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/10/Illustration_Fagopyrum_esculentum0.jpg Amarantus SZARŁAT, amarant, Amaranthus, roślina zielna, przeważnie jednoroczna, z rodziny szarłatowatych; około 50 gatunków, występuje w pn. strefie umiarkowanej i w międzyzwrotnikowej. Pędy często czerwonawe, kwiaty zebrane w kłosy, wysokość do 80 cm. Amarantus (szarłat spożywczy) należy do grupy najstarszych roślin uprawnych świata. Przed odkryciem Ameryki był, obok kukurydzy, ziemniaka i fasoli, podstawową rośliną uprawną, uznawaną przez Inków i Azteków za roślinę świętą. Od niedawna w wielu państwach odkryta na nowo, coraz częściej nazywana zbożem XXI wieku. Uprawne formy amarantusa wytwarzają do 50 cm kwiatostan dający ok. 50 tys. nasion koloru kremowego, złocistego lub różowego. Nasiona charakteryzują się wysoką zawartością białka (17-21%) bogatego w lizynę i metioninę. Wartość biologiczna białka amarantusa wynosi ok. 75%, czym przewyższa wartość biologiczną białka mleka (73%), jęczmienia (62%), pszenicy (56%) i kukurydzy (44%). Są ponadto bogate w żelazo, magnez i wapń. Olej amarantusa zawiera bardzo dobrze przyswajalne przez organizm niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe oraz tokotrienol i skwalen.
