Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
4.1. Морфологическая характеристика
Гречиха обыкновенная (Fagopyrum esculentum Moench.) относится к роду Fagopyrum Mill. семейства гречишные (Polygonaceae) (рис. 21).
Рис. 21. Гречиха обыкновенная (по К.А. Савицкому, 1970)
По разным данным, род Fagopyrum включает в себя более 15 видов. Вид гречихи обыкновенной подразделяют на два подвида: посевную (ssp. vulgare Stol.) и многолистную (ssp. multifolium Stol.). Подвид vulgare имеет две разновидности – крылатую (alata) и бескрылую (aptera) (Е.С. Алексеева, 1981).
Гречиха посевная является однолетним растением и характеризуется определёнными морфологическими особенностями (Гречиха…, 1961; К.А. Савицкий, 1970; П.П. Вавилов с соавт., 1979; Н.М. Городний, 1980; И.Н. Елагин, 1984; Н.Д. Кумскова, 2004).
Корневая система у гречихи, в сравнении с корневыми системами других растений полевой культуры, слабо развита, но имеет высокую физиологическую активность (Ресурсосберегающая…, 2009). Она состоит из стержневого корня с довольно длинными боковыми ответвлениями, углубляющимися в почву далеко за пределы пахотного слоя. По отношению к общей массе растения, корни гречихи к уборке составляют всего 10–12 %. Наибольшего развития корневая система достигает в слое почвы 30–50 см. Корни гречихи развиваются трёхъярусно. Основная их масса, сосредоточенная в диаметре 30–36 см пахотного горизонта, выполняет важную оструктуривающую роль, а ниже этого горизонта корни расположены только в диаметре
20–25 см. Отдельные корни проникают в почву до глубины 1 м (К.А. Савицкий, 1970; И.Н. Елагин, 1984) (рис. 22).
Рис. 22. Корневая система (по Е.С. Алексеевой, 1981)
Основная функция корней гречихи верхнего яруса – усвоение питательных веществ из почвы. Это подтверждается тем, что корневые волоски данной части корневой системы наиболее сильно пронизывают почву. Основная функция нижней части корней – водообеспечение растений. Этим можно объяснить большую устойчивость гречихи к высоким температурам и засухе, которые часто отмечается в большинстве природных зон Алтайского края.
Корневая система развивается на протяжении всего периода вегетации, однако установлено, что в конце вегетационного периода корешки у гречихи быстро стареют, и их усваивающая способность резко снижается.
Известна высокая способность корневой системы гречихи использовать питательные вещества из трудно растворимых соединений, которая обусловлена выделением специфических веществ, способствующих лучшему усвоению необходимых питательных элементов, находящихся в почве в малоподвижном состоянии. Благодаря этим свойствам гречиха, хотя и уступает в 1,5–2,0 раза по массе развития корней злаковым культурам, по усваивающей способности превосходит их в 3–4 раза (К.А. Савицкий, 1970; И.Н. Елагин, 1984). Развитие корневой системы можно улучшить применением соответствующих элементов агротехники, например, способом посева (рис. 23).
Рис. 23. Развитие корневой системы гречихи на легком суглинке (по И.Н. Елагину, 1984):
1 – сплошной посев; 2 – широкорядный посев
На основе анализа литературы и собственных исследований А.Д. Гончаров (2008) сформулировал теоретическую основу бороздкового способа возделывания гречихи, которая состоит в том, что урожайность культуры тесным образом связана с корневой системой растений. Основные положения данной теории следующие:
– эффективность разных способов посева гречихи в различных почвенно-климатических условиях;
– факторы, определяющие уровень и стабильность урожайности гречихи – низкая площадь листьев, приходящаяся на один цветок, а также сложности с опылением гречихи, обусловленные диморфизмом цветков и их энтомофильностью;
– все процессы жизнедеятельности гречихи контролируются и координируются через обмен продуктами метаболизма между корневой системой и листьями. Главная роль принадлежит корням, так как рост и развитие растений начинаются с интенсификации корневой деятельности, а старение растений связано с корневой недостаточностью, следовательно, морфологическое развитие и физиологическая активность листовой поверхности определяется мощностью и активностью корневой системы;
– специфика корневой системы гречихи в том, что она имеет слабое развитие, поэтому плохо осваивает почвенную толщу и сосредоточивается в пахотном горизонте. Растения гречихи имеют низкое соотношение корневой и надземной массы, причём это соотношение снижается ко времени созревания зерна;
– корневая система гречихи обладает компенсационным механизмом слабого развития: она образует придаточные корни не только на подсемядольном колене, но и на стебле и ветвях. В своё время это отметил H.A. Пульман (1905), который предложил гречиху окучивать, что способствовало разработке им широкорядного способа возделывания этой культуры.
Стебель гречихи характеризуется многими морфологическими особенностями: он ветвистый, полый, в узлах коленчато-изогнутый, слегка ребристый, в высоту превышает 1,0 м при хороших условиях роста, при засухе высота стеблестоя снижается до 0,5 м. Толщина стебля различная и, в зависимости от агротехники, варьирует от 2 до 8 мм. С теневой стороны стебель обычно зелёной окраски, а с солнечной – имеет красно-бурый цвет, в междоузлиях голый, на узлах слегка опушённый (К.А. Савицкий, 1970; И.Н. Елагин, 1984).
В нижней части стебля, от первого семядольного узла до корневой шейки, в благоприятных условиях могут образовываться стеблевые корни, что позволяет эту часть стебля назвать зоной образования корней (Е.С. Алексеева, 1981). Однако стеблевые корни не имеют существенного значения в увеличении урожайности гречихи, так как на них практически не развивается плодоносных побегов, зато они выполняют механическую роль в поддержании стебля от полегания.
Выше первого семядольного узла по стеблю расположена зона ветвления. В этой части стебля в пазухах листьев закладываются почки, из которых развиваются ветви первого порядка в количестве 4–5 и более. В пазухах нижних листьев этих ветвей формируются ветви второго порядка, а из пазух нижних листьев последних образуются ветви третьего порядка. Из пазух остальной части листьев стебля и ветвей развиваются изменённые ветви – цветоносы, которые имеют большое значение в опылении. Нижняя часть цветоносов, в отличие от верхней части, на междоузлия не делится. На последней обычно имеется по нескольку сближенных узлов, из которых развиваются укороченные ветви второго порядка. На них формируются 3–5 цветков, образующих соцветие.
Цветоносы обычно голые, но иногда опушённые, очень тонкие и нежные, поэтому легко повреждаются заморозками, а при недостатке влаги страдают от высоких температур (К.А. Савицкий, 1970). Такие явления нередки для земледельческих районов Алтая, поэтому часто возникают сложности в назначении сроков посева.
Длина междоузлия, а также длина цветоносов, уменьшаются снизу вверх. Число междоузлий колеблется от 6 до 20, соцветий бывает около 20–30 и более.
На процесс ветвления можно воздействовать агротехническими приёмами, так как загущенные посевы ветвятся за счёт ветвей первого порядка, а разреженные – ещё и за счёт ветвей других порядков. Этим можно объяснить низкую урожайность гречихи в местных условиях при ранних сроках сева, часто поражаемую весенними заморозками. Ранние сроки сева предпочтительнее для условий степи, так как именно они формируют хорошую урожайность, однако очень велика вероятность попадания таких посевов под заморозки, поэтому высокая урожайность зерна при ранних сроках посева не гарантирована.
Листья гречихи разнообразные: семядольные, сидячие, черешковые (рис. 24). В нижней части растения листья имеют сердцевидно-треугольную форму, расположены на длинных черешках, крупные (Е.С. Алексеева, 1981).
Рис. 24. Листья гречихи по А.С. Кротову (Н.Д. Кумскова, 2004):
1 – семядольные; 2 – сидячие; 3 – черешковые
В месте прикрепления листа к стеблю, за счёт срастания прилистников, формируется раструб, снабжённый каймой и охватывающий стебель над основанием черешка. У самых верхних узлов, из которых выходят цветоносы верхушечного соцветия, лист приобретает форму небольшой плёнки.
Листья всех форм голые, с мелкими сосочками на жилках, обычно зелёные, иногда имеют красновато-бурую окраску. Количество листьев за вегетационный период в среднем составляет от 10 до 30 и зависит от сортовых признаков, метеоусловий и агротехники.
Цветки гречихи располагаются на длинных пазушных цветоносах в форме кистевидных, а на верхушке стебля – щитовидных соцветий (К.А. Савицкий, 1970; И.Н. Елагин, 1984) (рис. 25). На одном растении образуется от 300–500 до
1000–3000 цветков белой, бледно-розовой, реже – красной окраски.
Рис. 25. Типы верхних соцветий основного стебля гречихи (по К.А. Савицкому, 1970):
1 – кисть; 2 – щиток; 3 – полузонтик
Околоцветник – венчиковидный, пятираздельный, доли его широкоовальные, имеют примерный размер 2?3 мм. Ножки отдельных цветков прямостоячие, после цветения отклоняются вниз. Общие цветоносы соответствуют длине кистей или в полтора раза их превышают, ориентированы в вертикальной плоскости или отклонены в сторону.
Цветок гречихи обоеполый, имеет ароматный специфический запах. Он состоит из пяти лепестков, в каждом цветке восемь свободных тычинок, из которых пять – с пыльниками, растрескивающимися вовнутрь, образуют внешний круг, три тычинки имеют пыльники, растрескивающиеся кнаружи – создают внутренний круг. Пестик образует три столбика с тремя рыльцами, имеющими ячеистую поверхность. Опыление цветков происходит, главным образом, при помощи насекомых и сотрясения растений. Пыльца липкая, пыльцевые зёрна легко склеиваются между собой при сотрясении цветка (К.А. Савицкий, 1970; А.Ф. Якименко, 1982; И.Н. Елагин, 1984).
Цветки по строению различные: диморфные – на одних растениях в цветках столбики пестика короче тычинок (короткостолбчатые цветки), на других – длиннее (длинностолбчатые цветки) (рис. 26, 27). Это явление называется гетеростилией (Е.С. Алексеева, 1981). Длинностолбчатые и короткостолбчатые цветки формируются на разных растениях, которых в посеве примерно поровну. Однако встречаются растения, в цветках которых тычинки и пестики одинаковой длины (гомостилия) или с недоразвитыми цветками (диклиния). Все эти явления рассматриваются как отклонения от нормы.
Гомостилия наблюдается у длиннопестичных растений, где пестики по длине почти в 2 раза превышают тычинки, а диклиния – у короткопестичных.
Рис. 26. Цветки гречихи (по К.А. Савицкому, 1970):
1 – короткостолбчатые; 2 – длинностолбчатые; пестики:
а – короткостолбчатые; б – длинностолбчатые
Гетеростилия, а также созревание тычинок в цветках гречихи раньше пестика способствуют перекрёстному опылению.
Опыление происходит нормально в том случае, если пыльца с цветков, имеющих короткие тычинки, попадает на рыльце короткопестичных цветков, или если пыльца с длинных тычинок попадает на рыльце длиннопестичных цветков. Такое опыление получило название легитимное (законное).
В росте и развитии, а также в продуктивности гречихи существенных различий между короткостолбчатыми и длинностолбчатыми растениями не отмечается. Строение цветка рассчитано на улучшение опыления в целях повышения общей плодовитости. Для производственных посевов не имеет большого значения, каких растений больше – с короткостолбчатыми или длинностолбчатыми цветками. В естественных условиях растения оплодотворяются легитимно, и это даёт хорошо развитое крупное зерно (К.А. Савицкий, 1970; А.Ф. Якименко, 1982).
Рис. 27. Типы опыления цветков гречихи (по И.Н. Елагину, 1984)
Плод у гречихи – трёхгранный орешек (зерновка) пирамидальной формы, однако встречаются плоды двухгранные, четырёхгранные, шестигранные и многогранные. Число граней у плодов гречихи – признак не наследственный и практического значения для культуры не имеет. В зависимости от характера граней и рёбер плодов выделяют крылатую, бескрылую и промежуточную формы (Е.С. Алексеева, 1981). У крылатых плодов на рёбрах развиваются крылья шириной 0,5–1,0 мм и более, с плоскими, даже вогнутыми гранями (рис. 28, 29). У бескрылых плодов крылья отсутствуют и грани выпуклые.
Рис. 28. Плод гречихи (по С.У. Броваренко, 1970):
1 – верхушка; 2 – грань; 3 – ребро; 4 – основание
Окраска плодов может быть чёрной, коричневой, серебристой, однотонной и с рисунком. Величина плодов, в зависимости от сорта и условий произрастания, различная: у отдельных сортов масса 1000 зёрен в степной зоне Новосибирской области составляет более 20 г, а в северной лесостепи снижается до 18 г (С.У. Броваренко, 1970).
По массе 1000 зёрен различают плоды крупные (22–35 г), средние (18–22 г) и мелкие (12–18 г). Размеры плодов существенно изменяются, но они всегда крупнее, чем у распространённого засорителя посевов – гречихи татарской (от 3,5?5,0 до 4,5?6,0 мм).
При помощи высокой агротехники и применения удобрений можно повышать качество зерна. В опытах С.У. Броваренко (1970) за счёт применения различных удобрений масса 1000 зёрен возрастала на 3,1 г.
Плод покрыт плотной кожистой оболочкой, которая не срастается с семенем и, в зависимости от созревания, бывает от светло-серой, светло-коричневой до тёмно-коричневой или почти чёрной окраски. Оболочка легко отделяется при обрушивании зерна, плёнчатость плодов составляет 20–25 %, средний выход крупы – 70 % и более.
Рис. 29. Типы плодов гречихи обыкновенной (по С.У. Броваренко, 1970):
1, 2, 3 – крылатые; 4, 5 – бескрылые
Анализ морфобиологических показателей гречихи говорит о том, что их учёт при совершенствовании агротехнических приёмов имеет первостепенное значение.