Кукуруза

Кукуруза (Zea Mays) — это вид покрытосеменных растений из семейства злаков (Poaceae). Она является важной сельскохозяйственной культурой, которая используется на зерно, силос и зеленый корм для скота. Была одомашнена коренными жителями Мезоамерики еще в доисторические времена. Позже, в центральной и южной Мексике, ацтеки и майя культивировали ряд сортов, используемых в пищу и для других целей. Со временем культурная кукуруза распространилась в Северную и Южную Америку, между 1700 и 1250 годами до нашей эры, заняв большие площади на обоих континентах. Большинство крупных и развитых человеческих культур в регионе строят торговые отношения, основанные на избытке определенных сортов кукурузы. После колонизации Америки в конце XV – начале XVI веков исследователи и торговцы привезли кукурузу в Европу, а затем предложили другим культурам по всему миру в рамках торговых отношений. К XIX веку кукуруза стала широко выращиваемой культурой во всем мире, главным образом из-за способности расти в самых разных климатических условиях. В некоторых странах Латинской Америки и Африки это — основной продукт питания населения.

Содержание

Ботаническая характеристика

Женское соцветие

Корневая система составляет около 14% от общей массы растения. Она относится к мочковатому типу и, в отличие от других злаков, хорошо развита. У кукурузы три типа корней — зародышевые (первичные), вторичные (стеблевые и воздушные). Она прорастает с одним зародышевым корнем, а через несколько дней появляются от 1 до 13 первичных корней, которые быстро растут и догоняют первый. Клубень формируется в конце фазы третьего листа. Из него появляются вторичные корни, расположенные на 6–7 уровнях. Клубень закладывается на глубину 4–5 см и состоит из 5–7 подземных стеблевых узлов. Стеблевые корни растут сбоку и покрывают всю длину. Позже они направляются вниз и могут достигать глубины 2,5 м. Остальные уровни формируются веретеном. Корни трех самых нижних уровней играют важную роль в снабжении растения водой, питательными веществами и особенно азотом. Стеблевые корни верхних уровней значительно многочисленнее, но они короче, толще, крепче, расположены под острым углом к стеблю. Они создают опору растения. Корневая система растет до стадии восковой спелости. В фазе цветения на нижних узлах стебля, расположенных вблизи поверхности почвы, образуются надземные или воздушные корни. Их важность состоит в том, что они поддерживают растение и делают его более устойчивым падению.

Мужское соцветие

Кукуруза достигает высоты от 2 до 3 метров. Стебель толстый и плотный, с узлами и длинными междоузлиями (от 15 до 20 см). В молодом возрасте он травянистый, мягкий и сочный, а в конце вегетационного периода становится жестким и шершавым. Междоузлий насчитывается 5–7 подземных и от 6 до 30 надземных. Существует положительная корреляция между количеством междоузлий, высотой растения и продолжительностью вегетационного периода. Стебель заполнен сердечником. Он толстый и прочный, а его поверхность гладкая и круглая. Отличается очень быстрым ростом — в период интенсивного роста удлиняется на 3–10 см в сутки. Как и многие другие зерновые, кукуруза также способна к образованию побегов. Побеги образуются из почек, которые располагаются в основной части подземных и надземных междоузлий. Побеги из надземных междоузлий образуют женские соцветия. Склонность к образованию побегов различна у разных сортов и гибридов, но также зависит от условий выращивания растений. Стебель составляет 16–25% от общей биомассы кукурузы.

Листья имеют характерную для злаков структуру. Они состоят из листовой пластинки, влагалища и языка. Листовая пластинка длинная, ланцетовидная. Обычно она гладкая и в редких случаях покрыта волосками. Влагалище плотно закрывает междоузлия со всех сторон. Язык расположен на переходе между влагалищем и листовой пластинки. Он слабо развит и разделен на две части. Листья с сильно развитым жилкованием. По обе стороны от срединной жилки на верхушке листьев расположены крупные клиновидные клетки. В нормальном состоянии они наполнены водой и лист растянут. Однако в случае засухи содержание воды в них уменьшается, они сжимаются и лист скручивается. Количество листьев различное и зависит в основном от гибрида. Листья зрелых взрослых растений в зависимости от гибрида и условий выращивания составляют 21–44% от общей массы растения.

Кукуруза — однодомное двуполое растение с перекрестным опылением. Каждое из растений имеет соцветия двух типов. Мужское называется метелкой, а женское — початком. Початок составляет 17–46%, а метелка — 1,8–3% от массы растения. Обычно мужские цветки начинают цвести на 4–8 дней раньше, чем женские. Чем больше этот период между цветением мужских и женских цветков, тем хуже опыление; при большой разницы по времени озернение початков становится неполным.

Метелка состоит из главной оси, представляющей собой продолжение стебля и боковые ветвления. На ответвлениях два колоска — один с коротким стеблем, другой сидящий. На каждом из колосков по два цветка. В каждом из цветков развиваются по три тычинки, которые во время цветения значительно удлиняют свои цветоносы, выступают за пределы цветочной шелухи и распускаются. Метелка обычно начинает цвести через 3–5 дней после своего появления, цветение длится около недели. В одной метелке около 1000–1200 колосков.

Початок с зернами

Початок развивается из бутона в пазухе листа. Он состоит из толстого веретена, на котором со всех сторон расположены колоски по два в ряд. На каждом из колосков по два цветка. Верхний цветок плодоносящий, нижний — бесплодный (стерильный). Они короткие, широкие и кожистые. Цветочная шелуха нежная и разной окраски. Рядов зерен в початках всегда четное количество от 8 до 32. Столбик пестика нитевидный, удлиненный. Он похож на волос и называется рыльцем. Выступает за листья, оборачивающие початок. Сверху раздвоен, покрыт мелкими ворсинками, выделяющими во время цветения липкую жидкость. Ворсинки и липкая жидкость удерживают пыльцу, принесенную ветром, что способствует лучшему опылению. Початок крепится к стеблю с помощью короткого или длинного стебля. При созревании початки с короткими стеблями стоят прямо, а с длинными свисают. Снаружи початок обернут листьями. Цветение женских цветков идет от основания к верхушке. Количество початков на одном растении составляет 1–3. Мягкая, сахарная и покрытая кукуруза образует больше початков, а в случае зубовидной и твердой — меньше.

Зерно — это плод кукурузы. Зерна различается по форме, размеру и цвету, но по анатомическому строению не отличается от зерен других злаков. Обычно они крупнее, и масса 1000 зерен колеблется от 50 до 500 граммов. Эндосперм может быть порошкообразным или роговым, или одна его часть порошкообразная, а другая ороговевшая. Кукуруза из всех злаков имеет наиболее развитый зародыш — 12–14% от массы зерна.

Происхождение

Мезоамерика и, скорее всего, Мексика считаются местом происхождения кукурузы, но есть несколько теорий о том, как это произошло:

В результате прямого одомашнивания однолетника теосинте. Теосинте — термин, обозначающий все виды и подвиды растений рода Zea, за исключением кукурузы (Zea mays ssp. Mays). Возможный предок — растение Zea mays ssp. parviglumis, которое встречается в долине реки Бальсас на юго-востоке Мексики, и 12% генетического материала кукурузы происходит от Zea mays ssp. Mexicana по интрогрессии.
В результате скрещивания небольших сортов уже одомашненной кукурузы с теосинте видов Z. luxurians или Z. diploperennis.
Возможен вариант одомашнивания в несколько этапов дикой кукурузы или видов теосинте.
В результате скрещивания Z. diploperennis с Tripsacum dactyloides. В 1930 году Пол Мангельсдорф предложил модель происхождения кукурузы, основанную на скрещивании неизвестного дикого предка с видами близкого рода Tripsacum. Более поздние генетические исследования опровергают эту теорию и указывают модель межродового скрещивания как наименее вероятную.

Tripsacum (высокий) и теосинте (низкий)

Теория происхождения от теосинте была предложена российским ботаником Николаем Ивановичем Вавиловым в 1931 году и позже была поддержана американским лауреатом Нобелевской премии Джорджем Бидлом в 1932 году. Несмотря на экспериментальные данные, и особенно способность видов теосинте давать плодовитое потомство при скрещивании с кукурузой, эта теория не объясняет ряд вопросов:

как появилось огромное разнообразие видов и подвидов рода Zea,
как был выбран теосинте для получения небольших сортов кукурузы, известных археологам в период с 3500 по 2700 годы до нашей эры,
как произошло одомашнивание, не оставив следов черт теосинте в современной кукурузе, даже в той, что датируется 1100 годом до нашей эры.

Пещера Гуила Накитц, в которой были найдены самые древние археологические останки кукурузы

Одомашнивание кукурузы имеет практическое значение для археологов, генетиков, этноботаников и географов. Считается, что процесс начался около 7500–12 000 лет назад. Исследования 1950-1970-х годов показывают, что кукуруза возникла на территории между Оахакой и Халиско на территории современной Мексики, поскольку самые ранние археологические находки кукурузы были сделаны именно там. Согласно более современным исследованиям, кукуруза, скорее всего, возникла в Мексике, но в другом регионе, в долине реки Бальсас. Например, генетический анализ Джона Добли определил нативный для долины реки Бальсас Zea mays ssp. parviglumis как наиболее близкий к современной кукурузе теосинте. Также археоботанические исследования 2009 года указывают на долину реки Бальзас в качестве родины кукурузы, поскольку инструменты для измельчения кукурузы были обнаружены в археологических поселениях возраста 8700 лет. Некоторые из самых ранних остатков пыльцы кукурузы были обнаружены на юге Мексики и в верхней части Центральной Америки. Самые ранние археологические остатки кукурузы, датированные возрастом 6250 лет, были найдены в пещере Гила Накитц в Оахаке.

Примерно в 1500 г. до н. э. кукуруза начинает быстро и широко распространяться. Она приносится в новые человеческие культуры, что приводит к выведению новых желаемых характеристик. Кукуруза стала основным продуктом питания для большинства доколумбовых цивилизаций Северной, Центральной и Южной Америки. В Мезоамерике кукурузу предпочитают многие культуры, почитают в культах и обычаях. В I тысячелетии кукуруза проникла вглубь Северной Америки на территории юго-востока Канады, изменив ландшафт континента.

В Европе кукурузу начали выращивать после Великих географических открытий XVI века, в Индии и Китае — в XVII веке. Первыми европейцами, увидевшими ее, были моряки Христофора Колумба, которые встречали это растение повсюду: в Перу, Чили, на Гаити, в Мексике; от северных границ современной Канады на юг до Патагонии. Из своего второго путешествия в Америку Колумб привез кукурузу, которая изначально выращивалась в дворцовом саду как редкость, но вскоре распространилась по всей Испании, Франции, Португалии, а затем на Балканах и в Турции. Она появилась в Индии, а оттуда попала в Россию. В XVIII веке шведский натуралист Карл Линней дал латинское название Zea mays, образованное от греческого слова «жизнь» и гаитянского названия растения.

Кукурузные поля в Лихтенштейне

За относительно короткое время кукуруза стала основным источником питания во многих странах, а румынская и молдавская мамалыга, болгарский качамак, грузинский хлеб мчади и другие продукты из нее стали национальными блюдами.

Молдавская мамалыга

Подвиды

Существуют различные подвиды кукурузы, самые известные из которых:

Зубовидная — Zea mays var. indentata. Ее еще называют «полевой» кукурузой. Это подвид, семена которого содержат твердый и мягкий крахмал и при созревании имеют форму зуба. Это основная культура, используемая в пищу для людей и животных, а также для промышленных продуктов. Также она единственная, которая используется при производстве кукурузного крахмала.
Кремнистая — Zea mays var. indurata. Подвид с твердыми, ребристыми, округлыми или короткими и плоскими семенами с мягким крахмалистым эндоспермом, полностью окруженным твердым внешним слоем. Он идентичен зубовидной кукурузе и используется для тех же целей. Большая часть выращивается в Южной Америке.
Восковидная — Zea mays var. ceratina. Подвид, зерна которого в разрезе напоминают воск и содержат крахмал только с разветвленной цепью. Кукуруза не так вкусна, как зубовидная, но по питательной ценности не уступает ей.
Сахарная — Zea mays var. saccharata и Zea mays var. rugosa. Отличается высоким содержанием сахара в зернах на молочной стадии, когда они пригодны для употребления. Глюкоза при созревании превращается в твердый роговидный крахмал.
Лопающаяся — Zea mays var. everta. Подвид с мелкими коническими или круглыми зернами и очень жестким эндоспермом, который при воздействии высоких температур лопается при удалении влаги и образует белую крахмалистую массу, в несколько раз превышающую размер первичного зерна, называемого попкорном. Зерна содержат больше белка и жира, чем зубовидная.
Индейская — бывает с белыми, красными, пурпурными, коричневыми или цветными зернами. Это оригинальная кукуруза, выращенная индейцами. Сегодня ее часто используют для изготовления украшений во время праздников сбора урожая и Хэллоуина.
Мучная — форма зерен такая же, как у кремнистой кукурузы, почти полностью состоит из мягкого крахмала. В Южной Америке выращивается разных цветов и используется в производстве продуктов питания и пива.

Индейская кукуруза

Технологии выращивания

Кукуруза — теплолюбивая культура. В отличие от сорго, она не засухоустойчива, и без орошения невозможно получить высокие урожаи. К тому же предъявляет большие требования к почве. Фазы 2–3 и 6–7 листьев имеют решающее значение для получения высоких урожаев. Периоды появления метелок, цветения и наливающегося зерна также имеют решающее значение с точки зрения влажности. Лучшими предшественниками перед посевом кукурузы являются однолетние и многолетние бобовые (горох, фасоль, вика, люцерна). Также подходят пшеница и ячмень, не подходят овес и кукуруза, а вредны сахарная свекла, подсолнечник и сорго. Ее можно выращивать как монокультуру без снижения урожайности от 3 до 7 лет. Сразу после уборки предыдущего урожая проводят вспашку на глубину более 20 см. Основная обработка почвы зависит от предшественника, типа почвы и климатических факторов местности. При выращивании кукурузы без полива в почву следует вносить 2–3 тонны навоза на гектар, а при поливе — 3–4 тонны еще до вспашки. Для формирования 100 кг зерна и соответствующего количества биомассы кукуруза извлекает из почвы от 2 до 3 кг азота, от 0,7 до 1,5 кг P₂O₅ и от 1,6 до 2,7 кг K₂O. Для посева используются калиброванные и обеззараженные семена гибридов, которые оказались наиболее подходящими для выращивания в данном регионе. В засушливых районах и при выращивании на более бедных почвах предпочтительнее использовать гибриды с коротким вегетационным периодом и более высокой засухоустойчивостью. При орошении кукурузы хорошо использовать для посева гибриды с высоким потенциалом урожайности и длительным вегетационным периодом. В случаях, когда после кукурузы будет высеваться пшеница, следует высевать ранние, среднеранние и среднепоздние гибриды. Посев кукурузы производится при постоянном прогревании почвы на глубине 10 см до 10–12 °C. Например, самый подходящий период для Болгарии — с 5 апреля по 5–10 мая. Посев точечный, междурядье 70 см. Расстояние между растениями внутри ряда зависит от способа выращивания и гибрида и колеблется от 20 до 30 см. Глубина посева 6–8 см. Норма высева в килограммах на гектар составляет 1,5–2, в редких случаях более 2 килограммов и зависит от используемого гибрида. Во время роста необходимо проводить борьбу с сорняками, а также подкормку в условиях орошения, полив, борьбу с болезнями и вредителями. Уборка спелой кукурузы полностью механизирована и производится тремя способами: початками, зерном и целыми растениями. Початки убирают до конца зрелости при влажности до 25%. Зерно убирают при полной зрелости при влажности 12–18%.

Зубовидная кукуруза

Производство

Более 270 миллионов тонн зерна кукурузы производится в США. На США, Китай, Бразилию и Мексику приходится 67% мирового производства. На 8-м месте по объему производства находится Россия, на 3-м — Украина, поэтому здесь купить кукурузу оптом достаточно легко. Кукурузу сеют на орошаемых территориях, так как это влаголюбивая и теплолюбивая культура. В пищевой промышленности из кукурузы производит крахмал, декстрин, жидкую и медицинскую глюкозу. Из кукурузного масла получают маргарин. Это сырье для производства спирта, бумаги, искусственных волокон и различных лекарств. В некоторых странах нет другого культурного растения, из которого можно было бы производить столько продуктов, как из кукурузы.

Лопающаяся кукуруза

Болезни и вредители

Посевы кукурузы поражаются различными заболеваниями, основными возбудителями которых являются грибки и довольно редко — вирусы и бактерии. Среди наиболее распространенных заболеваний можно выделить:

Стеблевая гниль. Вызывает Fusarium spp.
Бактериальная гниль стебля. Вызывает Erwinia disolvens.
Фузариоз початков. Вызывает Gibberella fujikuroi (syn. Fusarium moniliforme) и Gibberella zeae (syn. Fujarium graminearum).
Кукурузная (пузырчатая) головня. Вызывает Ustilago maydis (syn. Ustilago zeae).
Цветная головня. Вызывает Sphacelotheca reiliana (syn. Sorosporium reilianum).
Гельминтоспориозная пятнистость листьев (северный гельминтоспориоз). Вызывает Setosphaeria turcica (syn. Helminthosporium turcicum).
Бактериальный ожог листьев. Вызывает Pseudomonas syringae.
Обычная ржавчина кукурузы. Вызывает Puccinia sorghi.
Кукурузная плесень.
Загнивание семян. Вызывает Fusarium spp., Penicilium sp., Aspergilus sp., Nigrospora orysae и другие.
Кукурузная мозаика. Вызывает вирус карликовой мозаики (MDMV).
Полосатая мозаика пшеницы. Вызывает вирус полосатой мозаики пшеницы (WSMV).

Кукуруза также имеет ряд вредителей, которые повреждают посевы или являются переносчиками болезней. К ним относятся:

Южный серый долгоносик (Tanymecus dilaticollis).
Серый свекловичный долгоносик (Tanymecus palliatus).
Огневка кукурузная (Ostrinia nubilalis).
Проволочники — личинки жуков семейства щелкунов (Elateridae).
Гусеницы бабочек семейства совок (Noctuidae).
Совка хлопковая (Helicoverpa armigera).
Тли — представители семейств афидиды (Aphididae), тля бересклетовая (Aphis evonymi), Rhopalosiphum maidis, Sipha maidis.

Кукурузная огневка

Значительную конкуренцию кукурузе, особенно на ранних стадиях развития, составляют сорняки. Они также намного более конкурентоспособны в случаях задержки прорастания и роста из-за низких температур. Сокращение потерь урожая, вызванных сорняками, может быть достигнуто путем их своевременного удаления.

Основными видами сорняков, угрожающих посевам кукурузы, являются различные:

Ежовник обыкновенный, или куриное просо (Echinochloa crus-galli)
Щетинник (Setaria sp.)
Росичка кроваво-красная (Panicum sanguinale)
Марь белая, или обыкновенная (Chenopodium album)
Амарант, или щирица (Amaranthus sp.)
Гибискус тройчатый, или северный (Hibiscus trionum)
Горец развесистый, или персикария щавелелистная (Poligonum lapathifolium)
Паслен черный (Solanum nigrum)
Канатник Теофраста (Abutilon theophrasti)
Гелиотроп европейский (Heliotropium europaeum)
Дурман обыкновенный, или вонючий (Datura stramonium)
Дурнишник обыкновенный, или зобовидный (Xanthium strumarium)
Горец птичий (Poligonum aviculare)
Горчица полевая (Sinapis arvensis)
Горец вьюнковый (Falopa convolvulus)
Сорго алеппское, или Джонсонова трава (Sorghum halepense)
Бодяк полевой, или розовый осот (Cirsium arvense)
Вьюнок полевой (Convolvulus arvensis)
Осот полевой, или молочайный (Sonchus arvensis)

В мифологии

У древних майя бог кукурузы также отождествлялся с богом урожая Юм Кааш. Он изображался в виде подростка с украшением из кукурузных листьев на голове. У майя также был иероглиф в форме кукурузного зерна, изображавший бога кукурузы. Богиня Кукуитц также изображалась с украшением из кукурузных листьев.

В ацтекской мифологии у бога Солнца и богини Луны был сын Центеотль, который также является богом кукурузы. Согласно легенде, бог кукурузы был объектом зависти со стороны других божеств, которые превратили его в кукурузу и другие полезные для человека растения. Само название мексиканской кукурузной tlaolli (тлаолли) означает «наше тело (плоть)».

Ацтеки также почитали богиню кукурузы Шилонен (Шканиль), которая также выступала в качестве богини плодородия и домашнего очага. Она изображалась с двумя кукурузными початками в левой руке.

В мифологии первобытной Мексики и Гватемалы появление кукурузы в культуре населения приписывается богу тольтеков и майя Кетцалькоатлю. Согласно легенде, он отправился на поиски растения, пригодного для употребления в пищу. Он начал с Икаланко на побережье Табаско и нашел кукурузу в Пахил Каяла, расположенном в королевстве Шибальба, расположенном на границе современной Мексики и Гватемалы.