2.12: Кукурудза

Last updated
Save as PDF

Page ID: 7031

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Кукурудза (Zea mays), або кукурудза, є однорічним видом трави, який виживає тільки через її вирощування людиною. Його родовід розповідає кілька цікавих казок. Для більшості видів сільськогосподарських культур дикий «родич» легко очевидний. Це не стосується кукурудзи, але відповідь насправді може залежати від того, що означає «очевидно». Немає рослини, яка б сильно нагадувала кукурудзу, особливо з точки зору її «колоса», скупчення жіночих квітів та пізніших плодів. Його найближчий родич, званий теосінт, відрізняється декількома способами від кукурудзи. Значно, він відрізняється способами, які роблять його малоймовірним «протоурожай», яким люди можуть маніпулювати шляхом селективного збору врожаю та посадки, щоб зробити його більш бажаним. Однак генетичні відмінності між теосінтом і кукурудзою виявляються досить невеликими, відмінності в генах розвитку, які можуть значно змінити «зовнішній вигляд» рослини і, значно, змінити особливості, які роблять його бажаним урожаєм. Таким чином, існує предок кукурудзи (вид теосінте), який росте в дикому вигляді в Мексиці, вона просто не дуже схожа на кукурудзу і має особливості, зокрема невелику кількість плодів, які укладені в дуже жорстку структуру, які не дуже підходять для збирання врожаю.

Крупним планом - пір'ястий білий тип росту, який виглядає майже бавовняним, що росте з гриба у верхньому правому куті — Ниткоподібний ріст (гіфи), що створює грибний міцелій

Схеми хлібних форм із зображенням ризоїдів, столонів та спорангіофорів — Представлення будови хлібної цвілі *Rhizopus*, показуючи ризоїди, столони і спорангіофори. Перед утворенням цих структур гриб існує у вигляді міцелію.

крупним планом кукурудзи китицями — Чоловічі квітки з поставленими тичинками.

Одностатеві квітки кукурудзи: жіночі квітки (зверху) зібрані на гілці, яка називається колосом. Зазвичай є від 1 до 3 колосків на рослину кукурудзи, що відбуваються (як завжди!) в пазухах листя чоловічі квіти також зібрані на спеціальних стеблах, вони зустрічаються у верхній частині рослини в структурах, званих китицями.

Чи була ця рослина фактично використана в сільському господарстві і були відібрані сприятливі характеристики (більше плодів, які легше відкрити), або більш підходяща версія з'явилася «сама по собі», без втручання людини, невідомо. Незалежно від того, як колись з'явилася версія кукурудзи, ймовірно, 9000 років тому, вона швидко трансформувалася ранніми фермерами, які відбирали за сприятливими ознаками, зокрема більші колосся. Менше 2000 років тому сучасні версії врожаю з'явилися на території, яка зараз є частиною Мексики і стрімко поширилася по всій більшій частині Америки. Це незвичайна трава різними способами: є окремі чоловічі та жіночі квіти (більшість рослин і більшість трав мають двостатеві квіти), і вона дає насіння, які не опадають з рослини, як це роблять більшість трав.

Філогенія

Кукурудза - квітуча рослина в групі монокотів, філогенетична сутність, яка включає орхідеї, пальми, лілії та трави. Трави зібрані в родині Poaceae, великій родині, яка включає основні культури (пшениця, рис) і є надзвичайно важливою екологічно, часто домінуючою регіонами.

Структура

Людям, які думають, що трави завжди схожі на ті, що знаходяться у них на газоні, кукурудза виглядає зовсім інакше: вона велика, як за висотою, так і по ширині листя. Спочатку «стебло» - це насправді лише круглі прикореневі частини (оболонки) окремих листків, причому найстаріші листя зовні та нові листя утворюються всередині. Як і візерунок у травах та багатьох інших монокотах (див. Обговорення бананових «стебел» у главі 8), верхівкова меристема пагонів залишається біля самої основи рослини, біля землі. «Стебло» виробляється оболонками з декількох листків. Врешті-решт справжній стебло виходить з внутрішньої частини, коли верхівкова меристема пагона піднімається, «телескопічно» вгору по простору, утвореному оболонками декількох листків. Подовження стебла закінчується, коли верхівкова меристема пагона перетворюється на квітучу меристему, утворюючи скупчення чоловічих квітів (пензлик) у верхній частині стебла. Як це характерно для всіх рослин, гілки утворюються в пазухах листя; що незвично, це те, що ці гілки дають дуже мало стебла, лише коротка вісь з множинними жіночими квітками. Основа цієї квітучої гілки виробляє множинні листя, які ростуть над квітами, утворюючи колос кукурудзи. З кінчика вуха виходять нитки «шовку»: рильце та стиль кожної окремої квітки, укладеної у вухо.

Пол і розмноження

Кукурудза розмножується статевим шляхом і важко розмножується вегетативно. Оскільки він має окремі чоловічі та жіночі квіти, дуже легко контролювати селекцію, а кукурудза була першою культурою, для якої було вироблено гібридне насіння. Гібридне насіння отримують шляхом схрещування двох різних попородних ліній і призводить до рослин F1, які є особливо енергійними (див. Главу 28 і главу 31).

Матерія і енергія

Кукурудза - це фотосинтетичний автотроф, який використовує фотосинтетичний шлях С4. Як і більшість рослин С4, він має особливо високу швидкість фотосинтезу, має високу ефективність використання води (вуглекислий газ фіксований порівняно з втратами води) і отримає меншу користь від підвищення рівня вуглекислого газу, ніж рослини С3 (Глава 20).

Взаємодії

Кукурудза обов'язково прив'язана до людського землеробства і не змогла б вижити, якби не наші зусилля. Він був розроблений для широкого спектру застосувань, включаючи корми для тварин (корми, силос), паливо (етанол), опалення будинку (кукурудзяні/пелети) та широкий спектр харчових продуктів. Зараз він вирощується у всьому світі і поступається лише рису за світовим виробництвом. На нього впливають багато шкідників/хвороб, включаючи гриби сажки та іржі, армійські черв'яки (личинки молі), попелицю та віруси.

Хімія вуглеводів кукурудзи

Основна частина кукурудзяного ядра (яке технічно є плодом рослини) - це амілозний крохмаль, вуглевод з дуже простою структурою, що складається з низки 6-вуглецевих молекул глюкози, прикріплених кінець до кінця, тобто в двох точках. Деякі форми крохмалю (амілопектиновий крохмаль) не є виключно лінійними ланцюгами, але розгалужуються, оскільки деякі молекули глюкози прикріплені до трьох інших молекул глюкози, а не до двох.

Крохмаль в кукурудзяних ядрах утворюється з сахарози, яка синтезується в фотосинтезуючих листках і транспортується до розвиваються плодів у флоемної тканини. Сахароза - це дисахарид, що утворюється при з'єднанні однієї глюкози з фруктозою, інший 6-вуглецевим цукром. Після транспортування сахарози в ядра кукурудзи, що розвиваються, сахароза розщеплюється до глюкози і фруктози. Глюкоза використовується для виготовлення крохмалю безпосередньо; фруктоза перетворюється в глюкозу, а потім також використовується для виготовлення крохмалю.

зображення — А) «нормальний» (дикий тип) кукурудзяні ядра B) гомозиготний рецесивний мутант, який зменшив здатність синтезувати крохмаль С) інший гомозиготний рецесивний мутант, який також зменшив здатність синтезувати крохмаль D) подвійне поєднання мутантів (B) і (C), це найбільш скорочений «супер-солодкий» сорт кукурудзи

Кукурудзяні ядра солодше раніше в своєму розвитку, до дозрівання ядра, тому що більше цукру (сахарози, глюкози і фруктози) присутній. У міру дозрівання плодів більшість цукрів перетворюються в крохмаль, а зрілі ядра зазвичай зовсім не солодкі. Однак рослини кукурудзи демонструють варіації в кількості виробленого крохмалю, тим самим створюючи варіації ступеня солодощі в зрілих ядрах.Корінні американці знали про це, коли вводили кукурудзу європейцям. До початку 20 століття сільськогосподарські дослідження розробили істотно солодші сорти кукурудзи і виділили причину солодкості, яка є відсутністю (або меншою кількістю) одного або декількох ферментів, які відповідають за синтез крохмалю з сахарози. Зрілі кукурудзяні ядра солодких сортів солодкої кукурудзи «скорочуються», оскільки їм не вистачає крохмалю, який зазвичай робить їх пухкими.