В статье даны рекомендации по повышению биохимических показателей качества зерна кукурузы. Отмечено, что в процессе всей вегетации кукурузы необходимо обеспечить оптимальное азотное питание.
6
Требования к качеству кукурузного зерна будут различными в зависимости от его использования. Так, показателем качества зерна кукурузы, используемого в корм животным недробленного или в виде комбикорма, служит количество кормовых единиц на единицу массы зерна. Эта величина определяется как содержанием белков, углеводов и жиров, входящих в состав зерна, так и усвояемостью этих веществ.
Зерно кукурузы, как сырьё для выработки крахмала, должно иметь наибольшее его количество и, следовательно, меньше белка и жира. Очень важно при этом, чтобы из измельченного эндосперма кукурузной зерновки легко вымывался крахмал. Для качества самого крахмала важную роль играет его способность клейстеризоваться и давать вязкий клейстер – имеет значение структура его молекулы, в частности, соотношение амилозы и амилопектина.
Все эти показатели взаимосвязаны и определяют кормовые достоинства зерна этой важной зернофуражной культуры. Сам внешний вид зерна в значительной мере характеризует его качество. Ведь зёрна кукурузы различных гибридов различаются между собой по форме, цвету и химическому составу. Но общим для них является их высокая калорийность, так по энергетической ценности зерно кукурузы не имеет себе равных. В одном килограмме зерна содержится1,34 кормовых единиц, в то время как в килограмме овса – 1 к.е., ярового ячменя – 1,2-1,21 к.е., озимой пшеницы – 1,2 к.е. К тому же Питательная ценность зерна кукурузы довольно высокая и равна 338 ккал/100 г. По процентному содержанию жиров зерно кукурузы значительно превосходит все другие зерновые культуры, за исключением овса. Содержание витаминов в кукурузе также выше, чем в других зернофуражных культурах. В зерне этой культуры содержание каротина составляет 5,7 мг/кг, в овсе – 1,9 мг/кг, а в яровом ячмене только 1,2 мг/кг.
Богатство и разнообразие химическогосостава зерна кукурузы обуславливают высокую его пищевую ценность. Поэтому еёзерно применяют для кормления животных всех видов. Переваримость кукурузного зерна высокая: КРС и свиньи переваривают его на 90%. К тому же органическое вещество из кукурузного зерна переваривается на 33% лучше, чем из овса. И калорийность зерна кукурузы выше, чем других зерновых. Так, в 100 г кукурузного зерна содержится 330 ккал, пшеничного –295, ячменного– 267 и сравнительномалов овсяном зерне– 257.
Безусловно, кукуруза – непревзойдённая зерно-фуражная и силоснаякультура. Содержание белка в зерне в зависимости от условий выращивания может варьировать в очень широких пределах, достигая максимального значения в засушливые годы – 13,5-14%. Кормовая ценность зерна кукурузы зависит не только от содержания в нем белка, но и от его аминокислотного состава. К сожалению, кукурузные белки являются неполноценными по незаменимой аминокислоте – лизину. Вследствие неполноценности кукурузных кормов по аминокислотному составу коэффициент использования растительного белка в животноводстве весьма низок. Следовательно, согласно зоотехническим нормам кормления, к кукурузным кормам необходимо добавлять в среднем 30-50 г переваримого протеина на одну к. ед.
Подсчитано, что если кормить сельскохозяйственных животных сбалансированными по белку и другим питательным веществам кормами, то для производства мяса их потребовалось бы в два раза меньше, что дало бы возможность сэкономить половину используемого фуражного зерна. Зеин, содержащийся в белке кукурузы, усваивается плохо и поэтому относится к неполноценным белкам. Среди всех фракций белка он содержит наименьшее количество критических для зерна кукурузы аминокислот – лизина, метионина и триптофана. Из-за низкого содержания лизина в кормах на производство 1 кг животного белка в настоящее время расходуется свыше 10-11 кг растительного белка вместо 5-6 кг. Следует также подчеркнуть, что потребность сельскохозяйственных животных в аминокислотах более, чем на 90% обеспечивают белки растительного происхождения. Именно этим объясняется малая продуктивность животных, которых откармливают только зерном кукурузы без добавления полноценных белковых кормов. Здесь дело вот в чем. Белок, из которого состоят ткани животного организма, синтезируется только из растительного белка. Именно лизин регулирует этот процесс. Из общего количества белковых веществ, сосредоточенных в зерне кукурузы, на синтез животного белка используется только 5-6%, остальная часть – энергетический материал. Недостаточное количество белка в кукурузном корме приводит к его перерасходу на создание единицы животноводческой продукции и вызывает повышение её себестоимости. Если бы аминокислотный состав кукурузного белка был сбалансирован по лизину, то на синтез животного белка использовался бы весь зерновой кукурузный. Но в действительности это не происходит, потому что содержание в зерне вышеназванного органического вещества остаётся сравнительно низким. Ныне в нашей стране нет более мощного ограничителя темпов наращивания производства продуктов животноводства, чем белковый недокорм. Ведь белок – одно из самых ценных питательных веществ кормов, оказывающих влияние на организм животных. Неслучайно голландский ученый Нульдер (1935) назвал его протеином, что в переводе с греческого означает главный, т. е. основной.
Экономическая суть проблемы кормов и кормового белка состоит в том, что они в структуре затрат на производство молока составляют 40-60%, на производство мяса – 65-70%, свинины –40-60%,бройлеров – 70-75%, яиц – 50-65%. К сожалению, в Украине уже много лет наблюдается значительный дефицит кормового протеина, ежегодно составляющий 1,5 млн. т. В связи с этим продуктивность животных и птицы низкая, из-за чего и не добирается 33% продукции, в 1,5 раза увеличивается расход кормов на производство молока, мяса, яиц, шерсти, а себестоимость этой продукции высокая.С увеличением содержания белка в зерне кукурузы его питательная (кормовая) ценность возрастает, хотя биологическая ценность самого белка несколько снижается. В связи с ежегодным возрастанием потребности в сбалансированных кормах получение высокобелковых гибридов кукурузы имеет большое практическое значение.
Опытами, проведёнными в Институте зернового хозяйства УААН, было установлено, что повышение содержания белка в основном происходит за счет малоценной в кормовом отношении зеиновой фракции. В данном случае уменьшение доли не зеиновых белков в зерне несколько снижает его качество. По данным ИЗХ УААН в украинской степи одну кормовую единицу кукурузы приходится незначительное количество переваримого протеина. Так, при уборке урожая этой культуры в фазе молочной спелости зерна содержание протеина составляет 75 г в 1 к. е., в молочно-восковой спелости – 65 г, а в полной спелости только – 53 г. Содержание белка в зерне – изменчивый признак, который, в зависимости от условий выращивания, может варьировать в очень широких пределах – от 7 до 14%, достигая максимального значения в засушливые годы 13,5-14%. Его количествов настоящее время устойчиво уменьшается, что естественно, снижает её кормовые достоинства.
Это объясняется, прежде всего, усиленной селекцией этой культуры на высокую урожайность без должного внимания к качеству зерна, а также интенсивным использованием пашни без внесения достаточного количества удобрений. Снижение содержания в зерне сырого протеина, наблюдаемое в настоящее время, также можно объяснить следующими причинами:
Ø развитием эрозионных процессов;
Ø непроизводительными потерями азота;
Ø сокращением объёмов внесения азотных удобрений;
Ø внедрением новых гибридов, обеспечивающих более высокие урожаи, сопровождающиеся формированием зерновок крупных размеров;
Ø выпаханностью почв и т. д.
В научной литературе факт снижения содержания в зерне белка при увеличении размеров зерновок и росте урожайности получил название «эффект разбавления». Согласно этому «эффекту», в результате повышения урожайности зерна гибридов кукурузы, происходит снижение содержания в нём сырого протеина. Проводимые наблюдения показали, что обычно при низких урожаях зерно формируется мелкое, а при высоких – крупное. В мелком зерне количество белка всегда выше, чем в крупном. Это объясняется тем, что в эндосперме белок распределён неравномерно: его содержание выше в периферийной части, примыкающей к алейроновому слою, а к центру эндосперма оно уменьшается. Существующая обратная зависимость между величиной урожая зерна кукурузы и содержанием в нем белка была отмечена в работах многих авторов. Исследуя на генетическом уровне существующую взаимосвязь между величиной урожая и содержанием в нем белка, было отмечено наличие обратной зависимости. Но это совсем не означает, что селекция не имеет перспектив в повышении содержания белка в зерне и выведении гибридов кукурузы, одновременно совмещающих высокую урожайность и белковость. Это лишь указывает на необходимость контроля над содержанием в зерне белка на всех этапах селекции.
На белковость зерна сильное влияние оказывают погодные условия, а среди агротехнических приемов, влияющих на этот показатель, выделяются своей результативностью, в основном, два: предшественники и удобрения. Исследованиями, выполненными в ИЗХ УААН и других научных учреждениях, убедительно показано, что дозами вносимых удобрений и исходным уровнем обеспечения растений азотом можно регулировать взаимосвязь между величиной урожая зерна и содержанием в нем белка.
Содержание и состав белков резко изменяются в зависимости от почвенно-климатических условий, особенностей агротехники, высеваемых гибридов и применяемых удобрений. Среди климатических факторов в наибольшей мере влияют на содержание белка в зерне условия увлажнения: чем меньше влаги и выше температура, тем выше содержание белка. Так, выращенная в степной зоне Украины кукуруза содержит в зерне на 1-2% белка больше, чем её аналогичный гибрид, выращенный в Лесостепи и Полесье. Такие изменения связаны с повышением транспирации под влиянием высокой температуры и низкой относительной влажности атмосферного воздуха. Однако, в данном случае следует также отметить, что очень сильное снижение влажности почвы, до 35% ППВ, наоборот сопровождается ослаблением поступления азота в растения. Поэтому в годы, когда во время формирования, налива и созревания зерна возникают почвенная и воздушная засухи, основным источником поступления азота в зерно становится его содержание в вегетативной массе. В том случае, когда в почве содержится достаточное количество подвижных форм азота и воды, особенно во время налива зерна, решающее значение в снабжении зерна азотом будет принадлежать корневой системе. Это свидетельствует о том, что содержание белка в зерне кукурузы изменяется под влиянием условий возделывания. Но в этих условиях повышение ого содержания является результатом не усиления синтеза, а торможение отложения крахмала в зерне. В данном случае высокая температура воздуха усиливает дыхание растений, способствует чрезмерным затратам углеводов, вследствие чего увеличивается накопление белка в зерне. При более низкой температуре дыхание растений ослабляется и увеличивается накопление углеводов.
Качество зерна, в основном, создаётся в период налива зерна, когда продукты фотосинтеза трансформируются в запасные вещества. Поэтому в этот период растениям требуется повышенное азотное питание, т. е. обеспечение их азотсодержащими минеральными питательными веществами в оптимальном количестве. А при их дефиците в почве азот в зерно будет поступать преимущественно из вегетативных органов растений, что обычно наблюдается во второй период вегетации, когда формируется зерно. К этому времени в почве обычно содержание минерального азота низкое, и белок зерна образуется, прежде всего, путём мобилизации азота вегетативных частей растения (листьев, стеблей). Эти два источника снабжения растений азотом взаимно связаны, но не равноценны. Из почвы в этот период азот поступает в зерно, в основном, в минеральной форме, в то время как из вегетативной массы – преимущественно в органической форме. Вот почему важно в процессе всей вегетации кукурузы обеспечить оптимальное азотное питание, а также сочетать основное внесение удобрений с азотными подкормками.
По мере созревания зерна в нём снижается содержание сырого протеина и, соответственно, белкового азота при одновременном повышении крахмала. Это можно объяснить усилением процесса поступления в зерно на последних стадиях его развития углеводов (общих сахаров). Повышается также содержание жира. По мере созревания зерна в нём закономерно снижается содержание зольных элементов и клетчатки. Небольшое содержание в созревшем зерне водорастворимых веществ обеспечивает хорошую его устойчивость к поражению микроорганизмами при хранении.
За двадцатилетний период, с 1986 по 2006 гг., на Эрастовской опытной станции ИЗХ УААН было проведено более 40 полевых опытов, в т. ч. 5 стационарных, во время которых изучались вопросы, связанные с удобрением агроценозов кукурузы. В каждом из них рассматривали эффективность удобрений в посевах кукурузы и одновременно ежегодно отбирали практически по всем вариантам опытов образцы зерна, в которых определяли основные биохимические показатели его качества.
Обобщение собранного к настоящему времени экспериментального материала показало, что прямое влияние на образование и накопление белка в зерне оказывает только азот. Одностороннее усиление фосфорного и калийного питания либо не влияет на содержание белка в зерне, либо снижает его. Но такое действие этих элементов на накопление белка является косвенным, оно опосредовано изменением величины урожая. Это, конечно, совсем не означает, что фосфор, калий и другие макро- и микроэлементы не нужны для синтеза белка в растении. Они совершенно необходимы, т.к их недостаток тормозит образование белка в растениях, в результате чего замедляется их рост и снижается урожай. Но для характеристики качества зерна важно не абсолютное количество белка в зерне с гектара, а процентное содержание его в зерне .
Установлена положительная корреляционная зависимость между содержанием общего азота в растениях в фазе 5-6 листьев и содержанием белка в зерне кукурузы (r = 0,408 – 0,904). Анализ взаимосвязи между содержанием в зерне белка и его аминокислотным составом показал, что увеличение уровня азотного питания приводит к росту содержания в зерне белка, но это осуществляется, прежде всего, за счёт его спирторастворимой фракции – зеина. Эта фракция белка, к сожалению, неполноценная, поскольку не содержит в своём составе лизина и имеет всего лишь следы триптофана.
На качество зерна кукурузы наиболее благоприятно влияет полное минеральное удобрение. При постепенном увеличении содержания питательных веществ в почве количество общего азота в зерне и его белковость возрастают. Исследованиями установлено, что путём оптимизации минерального питания и, прежде всего, азотного, можно повысить содержание белка в зерне на 1-2%, а также обеспечить повышение урожайности зерна раннеспелых и среднеранних гибридов к уровню среднеспелых и среднепоздних. Но для этого очень важно создать условия хорошей обеспеченности растений азотом в период формирования зерна. Проведённые исследования позволяют сделать следующие выводы:
1) наиболее благоприятными условиями для получения зерна с высоким содержанием белка является хорошая обеспеченность растений азотом, некоторый дефицит влаги и повышенная температура в период налива зерна;
2) при улучшении условий азотного питаниярастений путем применения минеральных удобрений увеличение содержания белка в зерне идет, в основном, за счет малоценной в кормовом отношении зеиновой фракции, за счет этого фактора можно повысить содержание белка в зерне на 1 – 2 %.
С. Крамарёв, главный научный сотрудник лаборатории агрохимии и почвоведения Института зернового хозяйства УААН, доктор сельскохозяйственных наук.