Лекция 14 Свекла сахарная.
advertisement
САХАРОНОСНЫЕ РАСТЕНИЯ Сахароносные корнеплоды Сахарный тростник САХАРНАЯ СВЕКЛА Хозяйственное значение Происхождение культуры Биологическая характеристика Особенности агротехники •Корнеплоды. •Растения, у которых в корнях откладываются запасные питательные вещества, называют корнеплодами (если в листьях – листоплодами). •К корнеплодам относятся свекла – сахарная, кормовая и столовая, морковь(столовая и кормовая),брюква, турнепс – культуры, распространенные в полеводстве Беларуси. К листоплодным культурам относится капуста. •Это растения различных семейств, но все они имеют общий признак – на первом году жизни образуют сочный корнеплод (листоплод), а на втором – развивают побегицветоносы, цветки и семена. •Все корнеплоды и листоплоды отличаются высокой урожайностью – З0-60 т / га и более. •Кормовую свеклу, морковь, брюкву, турнепс, реже капусту возделывают для кормовых целей. Они дают сочные корма, содержащие углеводы, минерал. соли и витамины. •Сахарная свекла – сахароносная культура, из корнеплодов ее получают сахарозу (сахар), а также используют на корм. САХАРОНОСНЫЕ РАСТЕНИЯ •Источниками получения чистого кристаллического сахара в мире являются 2 растения: сахарная свекла (Веta vulgaris L.) и сахарный тростник (Saccharum officinarum L.). •Сахар – наиболее распространенный, быстро реализуемый в организме источник энергии. В химическом отношении сахар, получаемый из сахарного тростника и из сахарной свеклы одинаковы, т.е. представляют собой сахарозу и отличаются лишь микропримесями, которые практически исчезают в процессе технологической очистки сахара. •Из сахарного тростника получают 2/3 сахара мира, из свеклы – 1/3 часть. Сахарный тростник в процессе жизнедеятельности в своих стеблях накапливает от 16 до 20% сахара; с гектара эта культура может дать 40-50 ц сахара. •Возделывается тростник на Кубе, в Бразилии, Индии, Китае, Индонезии и некоторых других странах. Попытки выращивать тростник в Ниж. Поволжье и Средней Азии успеха не имели. Районы возделывания сахарного тростника •Сахарный тростник: онтогенез растения (а); срезанные стебли – сырье для получения сахара (б). Сахарная свекла хозяйственное значение •Сахарная свекла – главная сахароносная культура в Республике Беларусь и является основным сырьем для сахарной промышленности. Крупные корнеплоды сахарной свеклы используются для выработки пищевого продукта – сахара (песка и рафи нада). Сахар употребляется в пищу как непосредственно, так и в виде разнообразных изделий, которые изготавливаются с участием сахара или являются продуктами его переработки. •Обладая высокими вкусовыми качествами и хорошей усвояемостью, сахароза имеет большое значение в энергетическом балансе организма человека и служит главным топливным источником его мышечной и психической деятельности. Содержание сахара в крови здорового человека характеризуется определенным постоянством: оно бывает не ниже 0,09% и не выше 0,12%; утомление (физическое и умственное) сопровождается уменьшением содержания в крови сахара и повышением уровня щавелевой и других органических кислот. •В корнеплодах сахарной свеклы содержится 15-25% сахарозы. При заводской переработке свеклы получаются отходы – патока, или мелясса, и жом. Патока содержит около 60% сахара, ~15% безазотистых экстрактивных веществ, 8-9% золы; ее используют для добывания этилового спирта и глицерина. Жом (выщелоченная и отжатая свекловичная стружка) содержит около 15% сухих веществ, в том числе безазотистые экстрактивные вещества, клетчатку, зольные элементы, жир, протеин. Жом – ценный корм для крупного рогатого скота (100 кг сухого жома содержит 84,5 корм. ед.). •Большую ценность в кормовом отношении имеет и ботва корнеплодов, которую используют в свежем, высушенном и силосованном виде. Ботва составляют от 30 до 50% веса растений (около 100-150 ц на 1 га). Она получается в виде отходов при уборке корнеплодов (листья,вершки головок) и содержит ~27% сухих в-в, 3,5% сырого белка, много пектата Са, каротина, витаминов В1, В2 и С. В 100 кг свекловичной ботвы содержится 20 корм. ед. При урожае корнеплодов сахарной свеклы 250-300 ц/га урожай ботвы и других отходов можно приравнять, к хорошему урожаю ячменя. •Мелкие некондиционные корнеплоды сахарной свеклы также идут на корм скоту (в 100 кг корнеплодов содержится 25,7 корм. ед.). Они хорошо сохраняются зимой. В последние годы посевы сахарной свеклы для кормовых целей резко расширились. •Велико также агротехническое значение сахарной свеклы: она повышает продуктивность севооборота, что связано не только с тем, что она дает более высокий, чем другие культуры, урожай (в пересчете на сухое в-во с гектара), но и с ее влиянием на другие культуры севооборота. •Сахарная свекла – хороший предшественник для многих культур, т.к. под ее посевы проводят глубокую вспашку, вносят органические и минеральные удобрения, а на ее плантациях организуют тщательный уход –это повышает плодородие почвы и способствует очистке полей от сорняков и вредителей. •В 2003 г. в мире сахарная свекла занимала значит.площадь – 5,9 млн. га. Наибольшие площади под сахарной свеклой находятся в Китае, России, Украине, Польше, Франции, Германии, Италии, Великобритании. В Европе производят до 80% мирового свекловичного сахара,но он составляет лишь 1/3 всего, а 2/3 – это сахар из сахарного тростника. Средняя урожайность корнеплодов в мире составляет 34,3 т/га, в странах с высокой культурой земледелия (Франция, Германия, США) – по 50-60 т/га. •Основные районы возделывания свеклы в СНГ – Украина, Казахстан, Россия (области Нечерноземья и Черноземья, Сев. Кавказ, Зап. Сибирь). • Успешно развивается свеклосеяние в Беларуси. Так, в 1964 г. в совхозе «Ведрич» Гомельской области на торфяно-болотных почвах урожайность свеклы составляла 43,6 т/га, а в 1961 г. а в колхозе «Рассвет» Могилевской области – 60,6 т/га. Это – неплохие показатели и по нынешним меркам урожайности этой культуры. •В 2003-2005 гг. средняя максимальная урожайность корнеплодов сахарной свеклы на с.-х. опытных станциях составляла (ц/га): Лунинецкой – 739, Молодечненской – 709, Каменецкой – 675, Несвижской – 671. •Из новых сортов сахарной свеклы на с.-х.опыт.станц. Беларуси высокую урожайность показали: 4R80 – 19,5, 3S51 – 18,1, 4R79 – 18,0, Кассандра – 18,0, Эквинокс – 18,0, Кристалл – 17,8, Стандарт – 17,8, Кобра – 17,6. •Старыми районированными для Беларуси сортами сахарной свеклы еще являются Уладовская 752, Ялтушковекая односемянная. •Кроме обычных сортов, в настоящее время получили распространение гибриды и полиплоидные сорта, дающие на 3-5% больше сахара, чем старые районированные. Районы возделывания сахарной свеклы •В Государственный реестр Республики Беларусь внесены более 50 сортов и гибридов сахарной свеклы отечественной и зарубежной селекции. Опытная научная станция по сахарной свекле предлагает к использованию семена гибрида Несвижский 2 и сорта-популяции Белорусская односемянная 69. •Из районированных зарубежных гибридов к группе сахаристых и раннеспелых относятся: Кристалл, Кассандра, Алиса, Травиата, Рубин и др. Гибридами, сочетающими высокую урожайность с высокой сахаристостью, являются: Кобра, Борута, Эврика и др. К гибридам урожайного направления относятся: Казак, Крокодил, Араксия. В Республике Беларусь сахарная свекла является приоритетной культурой. •Площадь, занятая под посевами сахарной свеклы в Республике Беларусь в 2010 г. составляла 97 тыс. га. В ближайшие годы планируется уменьшение ее до 85 тыс. га. Валовый сбор сахарной свеклы в Республике Беларусь составляет более 3 тыс. т, урожайность – около 400 ц/га. •Повышение урожайности планируется достичь за счет усовершенствования мероприятий по защите сахарной свеклы от болезней и сорняков. •Ежегодное производство сахара в Беларуси составляет ~ 400 тыс. т (необходимо 375 тыс. т). Потребление сахара на душу населения в Республике составляет примерно 40 кг в год. Происхождение культуры •Сахарная свекла произошла от дикой лиственной свеклы, разновидности которой объединяются названием «мангольды». •Изучение видов и форм свеклы в их географическом распространении, также литературно-исторические и лингвистические данные, позволяют считать, что это растение впервые стали возделывать в Передней Азии. И поныне здесь, на землях Малой Азии и Сирии, северной Месопотамии и Древней Армении широко распространены дикие формы свеклы. Предполагают, что свеклу в культуру ввели в Месопотамии еще во времена рабовладельческого ассировавилонского общества, примерно около 2000-1000 лет до н.э. Основой жизни древнего населения Месопотамии в долинах Тигра и Евфрата – шумеров – было поливное земледелие, огородничество и садоводство, развитию к-рых благоприятствовало высокое плодородие лёссовых почв. •Эти земледельцы, обнаружив в сорной дикой свекле хозяйственно-полезные свойства, ввели ее в культуру сначала с использованием в пищу листьев, т.е. как салатное растение – «силква» (отсюда: наше «свекла»). Вначале свекла была известна как овощное и лекарственное растение. Овощеводство как отрасль земледелия получило развитие в древневосточном обществе раньше, чем в античном. •Большую роль в продвижении лиственной свеклы из Сирии и Вавилона в страны Средиземноморья сыграли финикийцы, к-рые, занимаясь торговлей, широко общались с другими народами. В античных Греции и Риме свекла была распространенным садово-огородным пищевым и лечебным растением. Теофраст различал два «рода» свеклы: черную (красную) и белую. •Дальнейшее распространение культуры свеклы произошло в эпоху арабского халифата, простиравшегося от Средней Азии и Индии до Северной Африки и Атлантического океана. Арабы широко использовали сок свеклы при лечении различных болезней. •Свекла мангольд •Корнеплодная сахарная свекла появилась в XVIII в. в Европе в ходе отбора из естественных гибридов листовой «мангольдной» свеклы и низкосахаристой корнеплодной свеклы кормового типа. •Сахароза была обнаружена в свекле в 1747 г. Маркграфом, и завод по выработке сахара из свеклы был построен в Германии в 1801 г. •Возделывание сахарной свеклы в России и переработка ее на сахар начались в 1802 г., когда был построен первый сахарный завод в с. Алябьево Тульской губернии. В современной России культура сахарной свеклы продвинулась на север выше 57° с.ш. – по линии Псков – Ярославль – Екатеринбург и на восток – до Тихого океана. •За полтораста лет растение сахарной свеклы под воздействием человека изменилось до неузнаваемости. Вместо деревянистого, тонкого и бедного сахаром (6-8%) корня современные селекционные сорта сахарной свеклы (в результате отборов и воспитания) имеют крупный корнеплод с сахаристостью до 23-25%. Сильно снизилось содержание золы в корне, резко увеличились урожаи свеклы и выход сахара с единицы посевной площади. Кардинально изменился характер использования свеклы – с культуры салатной до сахаристой (источника получения нового пищевого продукта – сахара). • Повсеместное употребление свекловичного сахара в питании жителей умеренной зоны началось с XIX в. •Прежде источником сахара служили мед и сочные сладкие плоды. Биологическая характеристика • Род свеклы Beta семейства Chenopodiaceae (Маревые) представлен однолетними, дву-летними и многолетними видами. Исторически род Beta сформировался в средиземноморской флористической области. • В и д свекла обыкновенная (Beta vulgaris L.) включает в себя несколько п о д в и д о в, в том числе ssp. vulgaris L. – полиморфный сборный подвид, объединяющий все культурные двулетние и однолетние формы свеклы. • В свою очередь, этот подвид делится на р а з н о в и д н о с т и: сахарная свекла (v. saccharifera), столовая свекла (v. esculenta), кормовая свекла (v. crassa) и листовая свекла, или мангольд (v. cicla). • Все виды рода Beta обнаруживают биологическую способность к образованию корнеплода и накоплению в нем запасов сахара. Современная культурная сахарная свекла – гибридный организм, получившийся от стихийного скрещивания листовой и корнеплодной форм свеклы и улучшенный длительной селекцией. • В ф а з е «в и л о ч к и» (всходы с зелеными семядолями вместо настоящих листьев) первичный корень сахарной свеклы достигает 12-15 см глубины и начинает развивать боковые корешки, которые располагаются по обе стороны главного корня преимущественно в плоскости семядолей. С появлением п е р в о й п а р ы л и с т ь е в главный корень начинает утолщаться за счет деления клеток перицикла и паренхимы первичного луба. Первичная кора корня в фазе трех пар листьев дает трещины и затем сбрасывается («линька к о р н я») и заменяется вторичной корой, одетой слоем пробковой ткани. В дальнейшем наряду с увеличением числа листьев происходит разрастание главного корня (образование корнеплода). •Сахарная свекла: летом в поле, очищенные корнеплоды осенью. • Свекла на второй год развития – цветение, образование плодов и семян. •Во вторичной коре, образованной деятельностью перицикла и паренхимы первичной флоэмы (луба), кнаружи закладывается новое камбиальное кольцо. После отложения им элементов древесины внутрь и элементов луба кнаружи этот камбий прекращает деятельность. На смену ему во вторичной коре, на некотором расстоянии, закладывается другое камбиальное кольцо, происходящее от деления поколений тех же образовательных клеток, к-рые дали первые кольца. Таким же образом возникают позже третье, четвертое, пятое и др. (обычно до 12) камбиальные кольца сосудисто-волокнистых пучков. •Следовательно, тело корнеплода строится в результате деятельности нескольких последовательно сменяющих друг друга камбиальных колец. Между кольцами сосудисто-волокнистых пучков разрастается паренхимная ткань, в клетках которой откладывается основная масса сахара. В дальнейшем каждая зона разрастается в толщину. Этим обусловливаются более широкие расстояния между кольцами сосудистых пучков в центральной (более старой) части корня и более тесные кольца в наружной, более молодой части его. •Вся масса сосудисто-волокнистых пучков, идущих вдоль оси корнеплода, переплетается в головке, направляется далее к черешкам и жилкам листьев. Кольца сосудистых пучков, образовавшиеся ранее, располагаются в центральной части корнеплода и связаны с наружными листьями. Наоборот, кольца сосудистых пучков, образовавшиеся позднее, располагаются в более периферических частях корнеплода и связаны с черешками листьев внутренней части розетки. На анатомическую структуру корнеплода сильное влияние оказывают внешние условия среды. Так, при высокой агротехнике диаметр шейки корня увеличивается, прежде всего, за счет разрастания паренхимной ткани. Другими словами, в лучших условиях роста у свеклы наиболее сильно разрастается паренхима, что и приводит к образованию более крупных и тяжеловесных корнеплодов; вес одного составляет от 200 до 500 г. •Корнеплод взрослого растения сахарной свеклы конической формы, в центральной части цилиндрический, несколько ребристый, без разветвлений, с малоразвитой головкой. Окраска его белая. Мякоть плотная. В строении корнеплода различают г о л о в к у, шейку и корневое т е л о (собственно корень). •Головкой называется верхняя часть корнеплода стеблевого происхождения, несущая листья (эпикотиль). Граница головки – нижняя линия прикрепления листьев. Головка образуется преимущественно за счет конуса нарастания и отчасти верхушки подсемядольного колена. Шейка находится между головкой и собственно корнем (между верхней границей расположения листовых почек и местом начала образования боковых корешков). Шейка представляет разросшееся подсемядольное колено (гипокотиль). Она имеет более или менее цилиндрическую форму и не несет ни корешков, ни листьев. •Собственно корень (корневое тело) – нижняя коническая часть корнеплода, несущая с двух сторон продольные бороздки с боковыми корешками. В нижней части корень утончается и переходит в так называемый хвостик. •Зоны накопления сахара в процентах на продольном срезе корнеплода. •Различают корнеплоды конические (удлиненные и укороченные), мешковидные и цилиндрические. Самой распространенной формой корнеплода сахар. свеклы является коническая, с небольшой головкой. Однако даже в пределах одного сорта, в зависимости от условий, корнеплоды дают довольно резкие отклонения по форме. Более высокие урожаи массы получают от мешковидных корней, а более высокое процентное содержание сахара дают корни конической формы. •Нормальный корнеплод взрослого растения сахарной свеклы конической формы, в центральной части цилиндрический, несколько ребристый, без разветвлений, с малоразвитой головкой, боковые корни расположены двумя рядами. Окраска белая, мякоть плотная. •Корни растения 1-го года жизни, снабженные длинными (3 мм) корневыми волосками, достигают глубины 2,5 м и отходят в стороны на 50-60 см и >. •В первый год жизни сахарная свекла образует корнеплод (утолщенный к о р е н ь) с розеткой, от 50 до 90 прикорневых листьев (общая поверхность их достигает 3000 см2). •На следующий год высаженный корнеплод развивает цветоносные побеги, дающие с е м е н а. Репродуктивная п о ч к а, из которой на следующий год образуется цветоносный побег, находится у основания каждого листа. •Лист свеклы сердцевидный, черешковый с волнистыми краями и гладкой или, чаще, гофрированной поверхностью. Длина отдельных листьев достигает 100 см. Размеры, форма и продолжительность жизни листа зависят от времени появления его и других условий. Наибольшей продуктивностью обладают листья средних сроков образования (10-25-й лист). Они остаются деятельными в течение 60-70 дней. •Но среди нормальных корнеплодов могут развиваться и аномальные. •На переувлажненной почве возникает головчатость корнеплодов (разрастание головки и шейки). Головчатость уменьшает сахаристость корнеплодов, увеличивает содержание вредного азота и снижает доброкачественность сока. •Иногда наблюдается многоголовчатость корнеплодов, появляющаяся при сильном разрастании отдельных почек. Аномальные корнеплоды содержат меньше сахара и плохо хранятся. •К другим отклонениям в строении корнеплодов сахарной свеклы относится ветвистость, т.е. разветвление нижней части корня. Ветвистость наблюдается в тех случаях, когда свекла посеяна на каменистой почве или по мелкой вспашке, когда вносится соломистый навоз или когда корни испорчены вредителями. Ветвистые корни дают сырье более низкого качества и хуже хранятся в лежке. •Нередко наблюдается бугристость и скрученность корнеплодов (боковые бороздки корня идут винтообразно), обусловливаемые неравномерностью роста внутренних тканей корня, плотностью почвы, условиями влажности, неравномерностью распределения питательных веществ и др. •Нежелательным дефектом корнеплода является дуплистость его. Дупла (обычно мокрые) служат очагами грибных и бактериальных болезней при хранении. •Химический состав корнеплода сахарной свеклы зависит от особенностей сорта, почвенно-климатических условий развития растений, агротехники и фазы онтогенеза. Зрелые корнеплоды содержат в среднем 75% воды и 25% сухих веществ. Главная доля сухих веществ представлена сахаром (сахарозой). •Но наличие в соке инвертного сахара, и дисахарида мальтозы и трисахарида рафинозы в технологии сахарного производства играет отрицательную роль, поскольку они при очистке диффузионного сока (под действием извести) образуют полуколлоидные вещества, мешающие кристаллизации сахара. •Установлено, что инвертный сахар накапливается (до 0,1%) при плохом хранении корнеплодов (при повышенной t° в буртах). Кроме того, в свекле имеются углеводы – клетчатка, гемицеллюлоза (больше всего их в головке и хвостовой части корнеплода) и ~2,5% пектиновых в-в, мешающих кристаллизации сахара. •Белки при очистке сахарного сиропа коагулируют и полностью удаляются. •Другие безазотистые органические растворимые несахара представлены органическими кислотами (щавелевая, яблочная, лимонная), жирами, сапонинами, лецитином, а также азотистые небелковые вещества и зольные продукты, которые на 32% представлены калием, удаляются из сока сахарной свеклы с помощью специальных способов очистки. •Свекла обладает очень длинной стадией яровизации и короткой световой. Для прохождения стадии яровизации свекла требует температур от 0° до +8°С. Эта стадия проходит как в наклюнувшихся семенах, так и в зеленых растениях. При весеннем посеве свекла стадию яровизации обычно не заканчивает, и на этой стадии она растет в течение всего первого года. В первый год жизни на головке корнеплода, в пазухе каждого листа, закладываются спящие почки. Для развития их и нужны температуры от 0 до 8°С. •Образование спящих почек протекает в неодинаковых условиях. В силу этого почки отличаются по возрасту, степени прохождения стадии яровизации и др. свойствам. •Не все они заканчивают свое развитие даже на 2 году жизни, и часть их бывает способна образовывать цветоносы только на 3 или 4 году жизни. Это приспособительное свойство (признак перехода к многолетнему растению) имеет значение для сохранения индивидуума, если условия не будут благоприятны образованию семян на 2 году жизни. •Иногда у части растений сахарной свеклы наблюдаются отклонения от нормального 2хгодичного цикла развития – от посева семян до сбора урожая семян. •В этом случае у отдельных растений полный цикл развития спящих почек и образование цветоносных побегов происходят в 1 год жизни, это явление называется ц в е т у ш н о с т ь ю. Причины цветушности – ранний посев в холодную затяжную весну и длинный световой день. В то же время есть и так называемые у п р я м ц ы. •Цветушные корнеплоды малосахаристые, грубые, при хранении сильно поражаются кагатной гнилью. •Сахарная свекла – растение длинного светового дня. •На длинном дне и при температуре около 20-22°С она быстрее проходит световую стадию, обеспечивая переход в репродуктивную. •При увеличении периода освещения растения быстрее развиваются, лучше растут листья и корнеплоды, возрастает накопление сахара в них. Затенение свеклы в загущенных посевах приводит к снижению темпов роста и накопления сахара. Сахаристость свеклы сильно зависит от напряженности солнечной радиации во второй половине вегетационного периода. Очень интенсивно накопление сахара в корнеплодах происходит, когда ясная солнечная погода чередуется с облачной, (что обеспечивает нормальное протекание световой и темновой фаз фотосинтеза). •Сахарная свекла влаголюбива на протяжении всей вегетации; особенно чувствительна к влаге в период усиленного роста – в середине лета. •Кроме того, свекла имеет продолжительный вегетационный период и может использовать летние осадки. Длительность периода роста свеклы первого года жизни составляет 150-170 дней в зависимости от условий выращивания. •Хотя сахарная свекла в разные периоды вегетации расходует примерно одинаковое количество воды, но больше всего урожай корнеплодов и их сахаристость снижается, когда растения подвергаются действию засухи в фазу интенсивного роста – в июле-августе. Семенники сахарной свеклы наибольшую потребность в воде имеют в период от выбрасывания цветоносов до конца цветения, которое обычно начинается в середине июня и продолжается 20-40 дней. •Сахарная свекла – растение сравнительно засухоустойчивое. Это связано с тем, что она формирует проникающую на глубину 2-3 м корневую систему. •Сахарная свекла, особенно семенники, плохо переносит переувлажнение и близкий уровень грунтовых вод (ближе 2,0 м от поверхности). •Рост растения разделяется на три периода: в 1-й – формируются листья и корни (длится 1,5 месяца); во 2-й период усиленно растут листья и корни (длится 2 месяца); в 3-й период идет накопление сахаров (последний месяц вегетации). •Рост корня тесно связан с формированием листьев. За вегетационный период вырастает до 60-90 листьев. Самые продуктивные листья летние – с 10-го по 15-й ярус. Лист живет в среднем 25 дней. Свекла с полу-стоячими листьями розетки накапливает сахар в корнях лучше, чем с раскидисто-полеглыми. Наиболее ценны листья летнего образования: их жизнедеятельностью определяется в основном величина урожая и его качество. Меньше всего живут листья первых сроков образования. •У сахарной свеклы различают ботаническую, биологическую и техническую спелость. •Ботаническая спелость наступает, когда созревают семена. При нормальном росте и развитии растений это обычно происходит в конце второго года жизни. •Биологическая спелость сахарной свеклы первого года жизни связана с затуханием жизненных процессов растения к концу вегетационного периода. Это происходит в результате изменений условий внешней среды: похолодания, сокращения светового дня, снижения интенсивности ФАР и др. Для биологической спелости характерны отмирание старых листьев, нарастание массы корнеплодов и накопление сахара в них. •Техническая спелость сахарной свеклы характеризуется наибольшей массой корнеплода и максимальным содержанием сахара при минимальном среднесуточном приросте массы и сахаристости корнеплода. Перед ее наступлением рядки свеклы размыкаются, листья становятся светло-зелеными, частично желтеют и отмирают. •К моменту технической спелости возрастает отношение массы корнеплода к массе листьев до 3:1. •Маточные корнеплоды сахарной свеклы хранятся при темп-ре 1-6°С. Отрастание розеточных листьев у семенников сахарной свеклы начинается весной уже при 2-3°С. Из прорастающих почек головки корнеплода сахарной свеклы на 2 год развиваются облиственные ребристые цветоносные побеги, достигающие высоты 1,0-1,5 м. Соцветие – мутовчатая колосовидная кисть. Цветки формируются в верхней части цветоносов, в пазухах прицветников, группами по 3-4 и более у многосемянных сортов и одиночно у односемянных сортов (гибридов). Цветки обоеполые, пятерного типа. Опыление перекрестное при помощи ветра и отчасти насекомых .Плод – орешек. •Продолжительность периода вегетации сахарной свеклы второго года жизни – 100-130 дней. •Бывают корни, которые не плодоносят и на второй год, так называемые «упрямцы»;это вызывается ранней уборкой корней или хранением маточных корней при высокой температуре (нужно же хранить при 2-3°С). У некоторых биотипов свеклы при нормальном развитии женских органов отмечается недоразвитие мужских – пыльники не содержат пыльцы. В этом случае растения проявляют цитоплазматическую мужскую стерильность (ЦМС). •Эту особенность используют в селекционной работе для получения высокопродуктивных гибридов. Особенности агротехники •Из всех корнеплодных растений сахарная свекла наиболее требовательна к почвенному плодородию. Сахарная свекла в сравнении зерновыми культурами потребляет в 2 раза больше азота, в полтора раза – фосфора и в 3 раза – калия (при средних урожаях зерна 24 ц/га и корней – 300 ц/га). Из калийных удобрений особенно эффективны калийная соль, каинит, содержащие примеси натрия и магния, которые свекле крайне необходимы. Поэтому лучшими для сахарной свеклы являются черноземные и суглинистые почвы, богатые органическим веществом с глубоким пахотным слоем и мелкокомковатой структурой и с нейтральной кислотностью. В севообороте под посевы сахарной свеклы отводят высокоплодородные, хорошо обеспеченные влагой и чистые от сорняков поля.Лучшим предшественником свеклы, удовлетворяющим этим требованиям, являются озимые хлеба, высеваемые по хорошо удобренному чистому или занятому пару. Хорошим предшественником свеклы являются также зерновые бобовые культуры и оборот травяного пласта. •Не следует размещать посевы сахарной свеклы по др.пропашным культурам поскольку это ведет к ухудшению комковатой структуры почвы, ее распылению. Не рекомендуется также выращивать свеклу по свекле, хотя бы эти участки и отличались высоким плодородием и были чистые от сорняков. В таких посевах свекла сильно повреждается вредителями и болезнями. •По той же причине следует избегать размещения свеклы после овса и овса после свеклы в районах, зараженных нематодой. •Сахарная свекла сама является хорошим предшественником для зерновых, крупяных и других культур. •Почву под сахарную свеклу готовят следующим образом. Сразу после уборки зерновых и зернобобовых и особенно после кукурузы почву подвергают лущению с целью измельчить пожнивные остатки. •В начале сентября вносят органические удобрения (30-40 т/га) и запахивают их на полную глубину пахотного слоя. Если пахотный слой небольшой, хорошо провести рыхление до дна борозды,т.к. свекла положительно отзывается на глубокую вспашку но снижает урожай при выворачивании подпахотного горизонта на поверхность. Весной вносят полное минеральное удобрение: 3-4 ц суперфосфата, 2-3 ц аммиачной селитры, 2-3 ц калийной соли на гектар. Положительное влияние на увеличение сахаристости свеклы оказывают и микроэлементы: медь, молибден и бор – 1-2 кг/га. Весенняя обработка начинается культивацией с боронованием для выравнивания почвы. Весенняя перепашка рекомендуется только для тяжелых заплывающих почв на глубину 15 см. •Перед посевом за 2-3 дня семена протравливают гранозаном или меркураном (400 г на100 кг семян) для предупреждения заболевания корнеедом. • Высевают сахарную свеклу широкорядным способом с междурядьями 45 см. Глубина заделки семян на тяжелых и влажных почвах 2-3 см, на легких 3-4 см. Норма высева 3236 кг/га. Механизированное прореживание проводят методом букетировки, проходя культиватором поперек рядов, лапами вырезают 27 см рядка, оставляя засеянными 18 см. В таких оставшихся пучках (букетах) прореживание производят вручную, оставляя 2-3 наиболее сильные растения. • Для посадки маточной свеклы отбирают типичные для районированного сорта здоровые корни. Почву готовят так же, как и в первый год выращивания, добавляя весной перегноя 5-6 т на гектар. Высаживают маточные корни ранней весной на расстоянии 70х70 см. Уход за растениями заключается в рыхлении междурядий и внесении подкормки перед вторым рыхлением междурядий (1,5 ц суперфосфата и 3-4 ц аммиачной селитры на гектар). • Во время цветения производят пиницировку (чеканку) – удаляют соцветия на ветвях первого и второго порядка. •Через 4-5 суток после сева проводят боронование поперек рядков для удаления сорняков. •Чтобы препятствовать распространению сорняков, края полей обрабатывают специальными химическими препаратами. •После появления всходов свеклы и до формирования у них 3 пар листьев посевы дважды прореживают. Первое прореживание проводят с интервалом 6-8 см, второе – через 6-10 дней с интервалом 10-12 см. •Для борьбы с вредителями (свекловичной блошкой, серым и обыкновенным долгоносиком, листовой и корневой тлей, гусиницами, минирующей мухой, проволочником, нематодой и др.) применяют фурадан, гаучо, монтур форте. •Соблюдение севооборота и обработки почвы – главный прием в борьбе с почвенными вредителями. •Для сокращения затрат ручного труда при борьбе с сорняками необходимо сочетать агротехнические (механические) способы с химическими. Для уничтожения сорной растительности в посевах свеклы наиболее эффективны гербициды эптам и тиллам, крые действуют на злаковые и двудольные сорняки. Злаковые сорняки при этом уничтожаются на 80-90%, двудольные - на 40-50% Гербициды вносят перед предпосевной культивацией. •В кач-ве почвенных гербицидов рекоменд. применять: пирамин турбо, голтикс, дуал голд и др. •В качестве послевсходовых применяются бетанал 22, бетанал эксперт ОФ, бицепс. •Послевсходовое внесение гербицидов должно осуществляться в утреннее или вечернее время, при температуре воздуха на уровне почвы 15-25 °С. •Для защиты сахарной свеклы от болезней (церкоспороз, мучнистая роса, рамуляриоз, гнилей корнеплодов) рекомендуется обработка фунгицидами (дерозал, импакт, харизма, альто супер и др.). • Лучший срок массовой уборки корнеплодов сахарной свеклы с 1 по 20 октября, т.е. в период наступления технической спелости. •За 2-3 недели до уборки проводят предуборочное рыхление междурядий на глубину 1012 см и перед уборкой скашивают ботву. • Корнеплоды выкапывают комбайнами. • После уборки при необходимости проводят доочистку ботвы. Выращивание растений в культуре (агро- и in vitro). Основы биотехнологии. Под интродукцией понимают не только введение в культуру диких видов в пределах их ареала, но и завезенных видов, не встречавшихся ранее ни в дикорастущемм, ни в культивируемом состоянии. Понятие «интродукция» неразрывно связано с понятиями «акклиматизация» и «натурализация». «Акклиматизация» − это приспособление растения к новым климатическим условиям, отличным от условий ареала. Под «натурализацией» понимается высшая степень акклиматизации, при которой растение настолько приспосабливается к новым условиям обитания, что может самостоятельно размножаться, давать самосев и не уступать в ценозах другим видам в борьбе за существование. Введение в культуру новых видов − длительный и трудоемкий процесс. Введение в культуру однолетников требует 3-4 года, многолетников − 6-10 лет. В культуру, как правило, вводят: растения, дающие крупнотоннажное сырье; источники новых ценных продуктов с необеспеченной сырьевой базой; растения, известные только в культуре; растения с ограниченными ареалом или запасами сырья; растения с обширным ареалом, но произрастающие спорадически и не образующие зарослей; редкие или исчезающие виды растений; иноземные растения, не имеющие аналогов во флоре Республики. На продуктивность ЛР в процессе их выращивания можно воздействовать : 1) генетико-селекционным путем; 2) путем молекулярно-биологического и биотехнологического выведения высокопродуктивных сортов, завершающиеся получением растений-регенерантов и последующей адаптацией их к выращиванию в почве – это очень распространенный теперь путь; 3) с помощью агротехнических и агрохимических приемов. На всех направлениях уже есть определенные достижения. Биотехнологические способы получения массы клеток растений возникли на основе развития метода культуры тканей. Под "культурой тканей растений" принято понимать выращивание в стерильных искусственных условиях изолированных клеток, тканей, органов и их частей. История метода культуры ткани начинается в XX веке с опытов Г. Габерландта (1902,Германия), впервые высказавшего идею о возможности выращивания клеток, изолированных из организма. Фундаментальные исследования Ф. Уайта (1931,США) и Р. Готре (1932,Франция) позволили определить условия для воспроизведения деления и роста клеток в культуре, и метод культуры тканей приобрел современные черты. В СССР исследования в этой области были начаты в 1957 г. в Ин-те физиологии растений АН СССР Р.Г. Бутенко, в Беларуси – в ин-тах эксп. ботаники и генетики. •В последующие годы были разработаны технические основы метода: отработан метод вычленения тканей и клеток из растений, получения каллусов, сохранения стерильности, усовершенствованы составы питательных сред. В результате этого стало возможным использовать метод культуры тканей для длительного выращивания недифференцированных растительных клеточных масс − каллусов, затем был разработан метод выращивания растительных клеток в суспензионной культуре и получения биомассы от единичных клеток, что позволило выделять однородный в генетическом и физиологическом отношении материал. •Показано: На среде Мурасиге – Скуга простого состава можно инициировать и поддерживать рост большого числа культур растительных тканей. •При помещении экспланта (из разных частей растения) на питательную среду его клетки дедифференцируются и переходят к делению, формируя в течение нескольких дней однородную бесформенную массу сероватобелого или желтоватого цвета − каллус. Схема получения каллусной и суспензионной культур растений, а также из них растений-регенерантов • Культивирование тканей растений можно осуществлять как на агаризованных питательных средах, имеющих плотную консистенцию, так и в жидкой среде. • В первом случае ткани образуют скопление недифференцированных клеток, называемых каллусом или биомассой, во втором − клетки при размножении образуют суспензии. • Сравнение каллусных и суспензионных культур показало, что выход продуктов (напр., вторичных метаболитов) выше именно в каллусных культурах, но управление процессом культивирования легче осуществлять с суспензионными культурами. • Использование технологий получения растительных каллусных культур дает такие преимущества, как надежность и стабильность по выходу биомассы и продуктов вторичного метаболизма, а также возможность использования каллусной системы для иммобилизации с последующей биотрансформацией. • Клетки каллусной культуры обычно не транспортируют синтезируемые в-ва в питательную среду или другие клетки. В клетках каллуса продукты вторичного синтеза обычно направляются в вакуоли или в апопласт – как правило, в зону иммобилизации (адгезии). Иммобилизованные клеточные культуры в качестве подложки могут использовать гели из агарозы, альгината, нейлона, полиуретана, полиакриламида, шарики из стекла. Иммобилизованные каллусные клетки прекращают рост, но продолжают синтез метаболитов, выделяя их в среду. Основные преимущества иммобилизации − выделение клетками метаболитов в питательную среду, из к-рой их легко извлечь. Стабильность синтеза вторичных метаболитов как целевого продукта зависит, как правило, от стадии культивирования и дифференцировки клеток. Однако вопрос, как связан синтез вторичных метаболитов с ростовыми процессами,еще не ясен У большого числа культур вторичные метаболиты синтезируются и накапливаются в значительных количествах либо во время экспоненциальной фазы, когда ростовые процессы особенно активны, либо в период стационарной фазы роста культуры клеток, когда прирост клеточной массы прекращается. Лишь у отдельных культур синтез вторичных метаболитов происходит весь период роста. Синтез вторичных соединений очень часто коррелирует с процессом дифференцировки в культуре клеток. Культивирование растит.клеток и тканей на искусственной питательной среде в биореакторах помимо решения ряда экономических, экологических и технологических задач позволяет преодолеть ряд проблем: • свести к минимуму влияние географических, климатических, сезонных, эдафических и прочих условий; • добиться стандартности накапливаемых БАВ: • регулировать процесс биосинтеза БАВ с использованием разных технологических режимов; • выращивать культуры на малых площадях и использовать базу и технологии для синтеза всех классов БАВ; • научиться получать БАВ, свойственные интактному растению и синтезировать новые БАВ; • изучить возможность использования культуры клеток растений для биотрансформации БАВ в конечные продукты; • возможность промышленного производства биомассы экзотических растений, малодоступных для нашей страны; • добиться экономической рентабельности биотехнологического производства БАВ и сокращения посевных площадей под растениями. • В 80-е годы ХХ в. на базе метода культуры ткани возникли новые направления биотехнологии, важнейшим из них стала клеточная инженерия. Изучалось поведение отдельных изолированных клеток в культуре, воздействие на клетки мутагенных факторов и условий внешней среды для получения новых форм растений, получение гибридных растений с помощью протопластов (частей клеток, лишенных оболочки). • Способность клеток тканей при изменении условий культивирования давать начало целому растению привела к созданию промышленных клеточных технологий микроклонального размножения растений, позволяющих в короткие сроки (2-3 месяцев, а не лет, затрачиваемых при использовании обычных методов) размножать ценные генотипы. • Наряду с культурами клеток и тканей растений стали развиваться способы культивирования органов растений in vitro, изменяемых с помощью Agrobacterium. • Было обнаружено, что опухолеобразующие Ti-плазмиды агробактерий (Ti-tumor inducing), представляющие миникольцевые ДНК, являются великолепной природной векторной системой, которую в настоящее время используют для переноса генов в растения. •Плазмидная тДНК (transferred DNA), обладает двумя свойствами, делающими ее по существу идеальным вектором для введения чужеродных генов в клетки растений. •Во-первых, круг хозяев агробактерий очень широк: они трансформируют клетки практически всех двудольных и однодольных растений, – в том числе злаков. •Во-вторых, интегрированная в состав генома растения тДНК наследуется как простой доминантный согласно законам Менделя, а ее гены имеют собственные промоторы (регуляторная область гена, определяющая время и место его экспрессии), под контролем которых могут проявляться вставленные в тДНК чужеродные гены. •Важную роль в современной биотехнологии стала играть генетическая инженерия. •Она предоставила исследователям новую, исключительно ценную возможность изменения генетической программы бактериальных, растительных и животных клеток. •Это направление исследований уже приносит большие научные и практические результаты: хотя генно-модифицированные организмы (ГМО) вызывают острые дискуссии в растениеводстве пищевого направления, но они принимаются обществом для технических и лекарственных культур. •Несомненен значительный вклад биотехнологии также в защиту окружающей среды – прежде всего, сохранение исчезающих видов. •В зависимости от условий клетки в культуре in vitro могут делиться либо анархически, образуя неорганизованную каллусную массу, либо менять программу своего поведения и делиться организованно с образованием зачатков корней, стеблей, зародышей. Из этих зачатков растений в культуре in vitro затем можно регенерировать растения. • Стеблевая верхушечная меристема, как правило, свободна от вирусной инфекции, микоплазм, грибов и возбудителей других инфекций, поэтому культивирование апикальных меристем, а затем быстрое клональное размножение здоровых растений − основа получения посадочного растиельного материала, свободного от инфекции. •Велико значение культуры тканей высших растений для быстрого клонального микроразмножения растений: от материнской клетки за год этим методом можно получить 105-106 растений. Раст-я─регенеранты затем адаптируются к почвенным условиям и переводятся в обычную агрокультуру. Сейчас – это основное направление в биотехнологии сельскохозяйственных и лекарственных растений. •Технологии клонального микроразмножения − важное дополнение к традиционной селекции растений. Становится возможным быстро размножать уникальные генотипы или новые сорта экономически важных растений, а также исчезающие виды дикорастущих растений. •Культивируемые в условиях in vitro растительные и животные клетки нашли применение в с.-х., ветеринарии, медицине при получении БАВ, фармацевтических препаратов, моноклональных антител и других продуктов. •Микроорганизмы стали основой для производства ряда полезных продуктов (органич. к-т, этанола для технич. целей, ферментов, витаминов, антибиотиков). •Установлено, что растения могут инфицироваться многими патогенами человека и животных, а животные и человек – патогенами растений, что стало основой для разработки новых способов иммунизации и защиты организмов от болезней. •Технология рекомбинантных ДНК позволяет получать в промышленных масштабах ценные низкомолекулярные в-ва и макромолекулы, к-рые в естественных условиях образуются в минимальных количествах. •Фитобиотехнология дает возможность воспроизводить нужные продукты в неограниченных кол-вах,применяя новые технологии,позволяющие переносить гены в клетки-продуценты или в целый организм (трансгенные растения), синтезировать пептиды, создавать искусственные вакцины разной химической природы, а также белковые-антитела. •В частности, ведутся работы по созданию на основе трансгенных растений так называемых «съедобных вакцин», которые будут применяться для предупреждения наиболее опасных болезней человека. Например, ученые Ин-та биофизики и клеточной инженерии НАН РБ намерены получить картофель, содержащий иммуноглобулины, а их коллеги из Сибирского Отделения РАН ведут разработку противотуберкулезной вакцины, для чего используют гены человека, кодирующие синтез специфических антител, и вводят их в геном клеток растений. •Стало ясно, что использование технологий низкого уровня (опирающихся на традиционные способы, с низкой наукоемкостью) ─ это тупиковый путь. Выходом стало использование прорывных технологий, базирующихся на новейших достижениях науки и техники. •Биотехнология, возникшая в ХХ в после опубликования в 1983 г. японской фирмой “Mitsui Petrochemical Industries” технологии получения шиконина с помощью культуры клеток Lithospermum erythrorhizon Sieb. et Zucc, сейчас стала одним из приоритетных направлений науки и практики. В промышленном масштабе биотехнология представляет собой биоиндустрию. •В биологич. промышленности используются различ. биомолекулы, иммобилизованные ферменты, биосенсоры и биочипы, применение которых уже позволило решить часть технологических проблем и обозначить новые захватывающие горизонты. •Важными новыми направлениями, помимо вышеназванных, стали также нанобиологические технологии и криопрезервация. Биосенсоры •Идея создания такого рода устройств, высказанная в 1960-х гг Л. Кларк и К. Лионе, состояла в использовании электрода, с иммобилизованным на его поверхности энзимом. Биосенсоры способны превращать все типы сигналов, поступающих из окружающей среды, в электрические. •Затем в обиход вошло понятие «биосенсор». •В роли биосенсоров могут выступать все типы биологических структур: антигены/антитела, рецепторы, нуклеин. к-ты, ферменты, др. биомолекулы, дрожжи, бактерии, др. живые клетки, иммобилизованные на электрохимических электродах-датчиках, связанных со светоизлучателем. •Заложенный в систему этого типа датчиков аналитич. метод характеризуется очень высокой чувствительностью, позволяя определять фентомольные (10-12 М) количества вещества. • Биосенсоры можно использовать для: — измерения пищевой ценности, свежести и безопасности любых продуктов питания; — экспресс-анализа крови прямо у кровати больного; — обнаружения и измерения степени загрязнения окружающей среды (воздуха, воды); — извлечения металлов из сточных вод; — очистки природных и сточных вод; — детекции и определения кол-ва взрывчатых в-в, токсинов и возможного биологического оружия; — изготовления водородных солнечных элементов. Биочипы •Эти миниатюрные приборы используют для анализа специфич. взаимодействий биологич. макромолекул. •Зондами в таких чипах могут служить фрагменты геномной ДНК, РНК, олигонуклеотиды, рецепторы, лиганды и др. белки и молекулы. •Существует несколько разновидностей биочипов — матричные (с иммобилизованной ДНК), микрофлюидные (капиллярные) и биочипы с использованием микросфер с цветовой кодировкой. •Чипы, на которых проходит ферментативная реакция, имеют более редкое расположение ячеек, чем чипы, на к-рых идет ДНК-реакция. •У современ. микрочипов размеры ячеек лежат в пределах 50-200 микрон; характерные объемы, относящиеся к отдельной ячейке, составляют от 1 нл до 1 мкл; значения концентраций анализируемых макромолекул находятся обычно в пределах до 10 мкМ. Общее число ячеек на чипе составляет 103-105, а его линейные размеры составляют приблизительно 1 см. •Микрозонды, которые должны взаимодействовать с образцом, наносят на подложку размером с почтовую марку. •Такая технология позволяет на 1 биочипе разместить анализатор фактически всего генома человека — от 30 до 100 тыс. генов. При этом детектируется наличие участков ДНК длиной от 6 до нескольких тысяч нуклеотидов — в зависимости от поставленной задачи. •Во всех многопараметрических чипах используют какой-либо механизм химического взаимодействия. Молекулы исследуемого образца соединяются со своей «парой» (микрозондом), помещенной в одну из неск.тысяч ячеек на чипе. Напр., нити ДНК соединяются со своей комплементарной парой, антиген — со своим антителом, субстрат — со своим ферментом. •Наличие того или иного в-ва или гена в образце определяют по люминесцентному свечению на прореагировавшем чипе. Флуоресценция хотя является основным, но не единствен. методом изучения гибридизации. •Анализ прореагировавших чипов производится автоматически с помощью анализатора (чип-детектора), к-рый представляет собой широкопольный микроскоп, соединенный с видеокамерой и компьютером. По сути, именно в выявлении и сопоставлении наиболее ярко светящихся ячеек и заключается работа прибора — анализатора биочипов. •Так определяются различные характеристики образца, например присутствие в организме тех или иных возбудителей инфекций или наличие в геноме каких-либо измененных генов. Нанобиотехнологии •Нанотехнологии — это совокупность научных знаний, способов и средств, направленных на регулируемую сборку (синтез) из отд. атомов и молекул разных веществ, материалов с линей-ным размером структурных элементов до 1 нм (миллиардная доля метра). Напр., толщина клеточной мембраны — 6-10 нм; размеры вирусов — от 20 до 300 нм; характерные размеры молекул белков — от 10 до 100 нм. Минимальный размер углеродных нанотрубок, синтезированных в настоящее время, ~ 0,4 нм. •Наночастицы предполагается использовать как лекарственные препараты нового поколения, а также как контейнеры для адресной доставки лекарств в клетки-мишени, фунгицидов – к грибным возбудителям болезней растений, гербицидов – к клеткам и органеллам-мишеням сорняков на полях с.-х. культур. • Однако ученые говорят не только о возможных выгодах применения нанотехнологий, но и о возможных рисках (!). •Спасибо за внимание !
