Мочковатая коренева система поширюється в діаметрі близько 1 м навколо стебла, причому частина се розвивається близько до поверхні грунту, інша проникає на глибину 2,5-3 м. Повністю розвинена по площі харчування мочковатая коренева система формується тільки у фазі 6-8 листків, максимальної глибини коріння сягає лише в стадії викидання. Неглибоке розподіл коренів в грунті створює велику небезпеку їх пошкодження при роботі просапних агрегатів. Коренева система розвивається у молодих рослин повільно, тому рослини кукурудзи пізно використовують повне земляне простір, як углиб, так і в міжряддях (рис. 2), чим пояснюється важке засвоєння поживних речовин, особливо фосфору, молодими рослинами, що слід врахувати при добриві кукурудзи. Довжина стебел рослин кукурудзи коливається від 0,5 до 1 м, а їх діаметр # 151; від 1 до 5 см. Частини стебла кукурудзи показані на малюнку 3. Кількість вузлів на стеблі буває різне. На підставі междоузлий виростають качани, з яких у сучасних гібридів, як правило, тільки один досягає повного розвитку. Під землею можуть відростати бічні або пазухи пагони, утворення яких у сучасних гібридів при нормальних умовах розвитку пригнічується. Одностеблові і відносно повільне зростання на початку розвитку є причинами того, що ряди кукурудзяних посівів пізно змикаються: тільки до фази 5-6 листків і при висоті рослин близько 60 см. Серцевина стебла, в якій знаходяться судинні пучки, містить до освіти зерен 8-12 % цукру.
Листя кукурудзи складаються з листової пластинки, листового піхви і лігули (листового язичка). Кількість листів коливається в залежності від групи стиглості гібрида. Їх буває від 6-8 у ранньостиглих до 48 # 151; у пізньостиглих сортів. Як правило, налічується 8-16 листків. Від положення листя на рослині залежить взаємне затемнення і інтенсивність фотосинтезу. Так як початок забезпечується, насамперед, асимілятами від листа, які знаходяться безпосередньо під ним, дуже важливо, щоб відбувалася повна інсоляція його поверхні. З цією метою селекціонерами створені «геліотропного» форми кукурудзи (рис. 4).
Рослина кукурудзи Однодомні, але роздільностатеві, тобто перекрестноопиляющееся чоловічі та жіночі суцвіття знаходяться на одному і тому ж рослині. Чоловічі двоквіткові колоски утворюють на верхівці стебла суцвіття типу волоті, а жіночі колоски з двома квітками, з яких один скорочений і не фертілен, утворюють качани. У віничках утворюється 4-10 млн зерен пилку (рис. 5).
З зав'язі кожного жіночого квітки виходить довга (40-50 см) нитка рильця, яка всією своєю поверхнею приймає пилок. Нитки рильця всіх квіток (300-1000) утворюють кисть, яка під час цвітіння виходить з обгорток. Запилення проводиться вітром. Так як пилок рослини зазвичай випускається на 2-4 дні раніше (протантіческое цвітіння), ніж з'являються кисті ниток рильця, відбувається, як правило перехресне запилення (95%). Запліднення у кукурудзи подвійне. Тривалість виділення пилку у окремого рослини # 151; 5-7 днів, а окреме зерно пилку живе близько 2 днів. На поле період випускання пилку триває близько двох тижнів, тому що не всі рослини знаходяться в одній і тій же фазі розвитку.
Запліднення відбувається після того, як пилок проросла на нитках рильця, а пилкова трубка досягла зав'язі. При діленні клітин через 4-10 годин утворюється зародок і ендосперм, починається утворення і зростання зерен. З початком запліднення нитки рильця приймають бурого забарвлення і відмирають. Успіх запліднення і утворення повноцінних качанів залежить від наступних факторів:- якість пилку, тобто її здатність до запліднення,
- якість яйцеклітини і ниток рильця, тобто ємність запліднення,
- зовнішні умови, перш за все температура і вологість повітря.
Так як зріла пилок кукурудзи на противагу іншим не в змозі утворювати протеїни, що захищають її від високих температур (так звані HSP / Heat Shock Proteins - протеїни), висока температура і низька відносна вологість повітря в період цвітіння негативно впливають на запліднення.
Негативний вплив високих температур на запліднення спостерігається в період до 24 годин після випускання пилку. Це вплив тим вище, чим нижче відносна вологість повітря. Температури вище 40 ° С згубно діють на пилок. Взаємозв'язок між заплідненням, температурою і відносною вологістю повітря показана на малюнку 6.
Мал. №6. Залежність успіху запліднення у кукурудзи від температури і відносної вологості повітря
Порушення нормального розвитку яйцеклітини відбувається в першу чергу через нестачу вологи і поживних речовин, перш за все ассимилятов. Чим густіше посіви, тим сильніше діють стресові фактори. В таких умовах зазвичай у верхній частині качана не утворюються зерна.
При утворенні і зростанні зерен розрізняють чотири фази.
1. Латентна або lag-фаза. У цю фазу все запліднені яйцеклітини представляють зерна, в яких ще не накопичився крохмаль. Ця фаза, коли утворюються зародок і ендосперм, триває близько 20 днів. У цей період утворюються не тільки всі частини зародка, але і, внаслідок інтенсивного клітинного ділення, гранули в ендоспермі, накопичують крохмаль. Кількість гранул, в яких накопичуються запасні речовини, у великій мірі залежить від температури в латентній фазі: якщо вони нижче 15 ° С, то кількість гранул на 70% менше, ніж при оптимальних температурах (25-30 ° С). Є генетично обумовлені відмінності в тривалості латентної фази. Чим коротше ця фаза, тим тривалішим фаза наливу зерна.
I і II - поздовжні розрізи зерна зубовидной кукурудзи (а-насіннєва оболонка, перикарпії, б - алейроновий шари, в - мучнистое тіло, ендосперм, г - шітовка, д - піхву зародка, колеоптиль, е - закладка зародкового стебла і листя, ж - закладка зародкового кореня, з - піхву зародкового кореня, колеоріза, і - шар відривання);
III - розріз через мучнистое тіло і оболонку (а - насіннєва оболонка, перикарпії, б - алейроновийшар в - крайові, г - внутрішні клітини ендосперму);
IV - форми зерен кукурудзи (а - дрібнонасіннєва; б - кремниста, в - кремнисто-зубовидна, г - зубовидна, д - крохмалиста, е - воскова, ж - цукрова, з - крохмалисті-цукрова);
1 - крохмаль борошнистої консистенції, 2 - крохмаль роковідной консистенції, 3 - еритродекстрини, 4 - амілодекстрін.
3. Фаза наливу зерен. У цій фазі відбувається, в залежності від агрокліматичних умов, більш-менш швидке накопичення крохмалю в гранулах ендосперму. Налив зазвичай закінчується, коли накопичено близько 90% сухої маси від маси зрілого зерна. Ця фаза може тривати від 40 до 50 днів.
4. Фаза сушки і дозрівання. У цій фазі зерно втрачає вологу. При досягненні 40% -ної вологості зерна, зазвичай, на місці його кріплення до стрижня качана з'являється «чорна точка» (black layer). Вона показує що налив поживних речовин закінчений, зерно досягло фізіологічному стиглості. Маса тисячі зерен (МТЗ) вже не росте. Віддача вологи до фази фізіологічної стиглості є активним фізіологічним процесом і вимагає енергії материнської рослини. Подальша віддача вологи відбувається пасивно і не вимагає енергії від рослини.
При прохолодних осінніх умовах активна віддача вологи сприяє дозріванню зерна і частка сухої маси при фізіологічному дозріванні стає вище. При теплих осінніх умовах переважає пасивна віддача вологи. Є дані, що показують, що у гібридів з підвищеною стійкістю до низьких температур або з низьким порогом температури зростання активна віддача вологи більш виражена.
Зерна знаходяться на початках в попарно розташованих рядах по 25-30 на стрижні і утворюють разом початок, який огортається обгортками. Діаметр стрижня і його частка в сухій масі качана сильно коливаються в залежності від сорту. Стигле зерно кукурудзи складається з трьох основних частин: насіннєвої шкірки - перикарпії (≈6%), ендосперму (≈84%) і зародка (≈10%). За формою зерна різняться такі групи: зубовидна (dent), кремниста (flint), дрібнонасіннєва (pop), цукрова (sweet), крохмалиста (flour), восковидная (waxy) і пленчатая (pod). Сучасні сорти кукурудзи - це переважно гібриди зубовидной і кременистої форм. Крем'янисті форми у всьому світі мають основне значення. Форма зерна залежить в основному від стану енедосперма, тобто розподілу рогоподібної і борошнистої консистенції (рис. 7). Розмір зерен коливається за формами, від 2,8 мм у дрібнонасіннєва кукурудзи до 25 мм # 151; у крахмалистой. Відповідно відрізняється і маса тисячі зерен (від 50 до 1200 г).
Кукурудза проходить різні стадії росту і розвитку (рис. 8), причому можна розрізняти, як у всіх зернових, системний зростання, в процесі якого закладаються, диференціюються і редукуються органи врожайності, і зростання продукту, в процесі якого виробляються і накопичуються запасні речовини, т . Е. продукти прибирання.
Мал. №8. Ріст і розвиток рослин кукурудзи та зростання вмісту сухої маси
Так як рослина кукурудзи в цілому і окремі компоненти врожайності в ході росту і розвитку піддаються численним впливам конкуренції всередині і між рослинами і негативних факторів навколишнього середовища то реалізується лише більш-менш невелика частина від вихідної потенційної врожайності. Розмір зниження коливається в залежності від місцевості, року і сорти, а також від агротехнічних заході. У таблиці 1 наводиться приблизний розрахунок скорочення врожайності в ході розвитку кукурудзи.
Мал. №9. Освіта СМ в цілому рослині кукурудзи і його органах
При несприятливих зовнішніх умовах (температурний, водний, світловий або живильний стрес) скорочується число і маса зерен починаючи з верхівки качана.
Для отримання високого врожаю важливо досягати також типового для кожного сорту співвідношення між зерном і соломою: індекс врожаю. Індекс врожаю у кукурудзи на силос досягає 1, в той час як у кукурудзи на зерно він коливається в межах від 0,38 до 0,42.
Кукурудза # 151; дуже продуктивне рослина. Вона за короткий час виробляє більше органічної маси, ніж інші культурні рослини (табл. 2). Коефіцієнт розмноження у кукурудзи в 10 разів вище, ніж у інших зернових. З одного насіннєвого зерна виростає 400-600 зерен, у інших же зернових # 151; тільки 40-50 зерен.
Таблиця №1
Освіта врожаю в стеблі кукурудзи. приблизні розрахунки
Розвиток компонентів врожайності зерен
Прибраний урожай / га, ц
Висока продуктивність кукурудзи обумовлена тим, що асиміляція вуглекислого газу відбувається, як і у інших тропічних рослин по дуже ефективному циклу С-4 (рис. 10). Фотосинтетична продуктивність (нетто-асиміляція вуглекислого газу) на одиницю листкової поверхні і на одиницю часу в 2-3 рази вище, ніж у сільськогосподарських культур з помірної кліматичної зони, у яких асиміляція вуглекислого газу проходить по циклу С-3.
Мал. №10. Схема асиміляції вуглекислого газу в хлоропластах рослин кукурудзи (цикл С-4)
Венцевідное положення клітин, що містять хлорофіл, навколо судинних пучків (рис. 11) дозволяє рослинам кукурудзи і при зменшеній транспірації, коли листя закривають продихи, продовжувати асиміляцію за рахунок вуглекислого газу, що виділяється при світловому диханні. Погодні умови сильно впливають на інтенсивність фотосинтезу кукурудзи. Наприклад, якщо пшениця і кукурудза при температурі 15 ° С мають приблизно однакову продуктивність асиміляції, то при 30 ° С і сильної інсоляції у кукурудзи вона в 4 рази вище, ніж у пшениці. При температурі нижче 12 ° С інтенсивність фотосинтезу у кукурудзи сильно знижується.
Мал. №11. Схема будови листа рослини з асиміляцією СО2 за двома типами
Таблиця №2
Урожай СМ за вегетаційний період при вирощуванні кукурудзи на силос
(Багаторічний деляночний досвід на дослідницькій станції Деделов на північному сході Німеччини, супіщаних грунт, бонітет грунту 42, попередник озима пшениця)
Вегетаційний період, діб
Кукурудза належить до світлолюбних рослин. Інтенсивність асиміляції СО2. у великій мірі залежить від інтенсивності освітлення. Затемнення листя знижує її. Тому положення листя на рослині і площа живлення мають велике значення. Оптимальний індекс листкової поверхні (листова поверхня / площа грунту) для кукурудзи на силос складає 3,0-6,0, для кукурудзи на зерно # 151; 3,0-4,0.
Кукурудза-рослина короткого дня, вона швидше за все переходить в генеративну фазу розвитку при тривалості світлового дня в 8-9 годин. При тривалості світлового дня понад 12-14 годин вегетативна фаза і весь вегетаційний період подовжуються. Тому гібриди для північних регіонів вирощування кукурудзи повинні бути генетично пристосовані до умов довгого дня.
Один і той же сорт утворює в північних районах більшу кількість міжвузлів і листя, ніж в південних.