Метаболизм сахарной свеклы
9-05-2017, 14:12
Продуктивность сахарной свеклы (урожайность и сбор сахара) существенным образом зависят от обмена веществ, происходящего в растении (метаболизма). При росте сахарной свеклы в ней происходит интенсивный обмен веществ, который зависит от многих факторов, включая и такие, как технология возделывания, борьба с вредителями, внешние климатически факторы и т. д.
Важнейшим метаболическим процессом при возделывании сахарной свеклы является процесс фотосинтеза, который в сахарной свекле является очень интенсивным.
Противоположным процессом, связанным с затратами энергии, является процесс дыхания, интенсивность которого возрастает с увеличением степени механического повреждения корнеплодов и поражения растения болезнями и вредителями.
Знание метаболизма сахарной свеклы и ее физиологии чрезвычайно важно при ее производстве, так как на основании этого можно правильно проводить агротехнические мероприятия, борьбу с вредителями и сорняками, а также уборку и хранение сахарной свеклы.
Основой образования урожая является фотосинтез - процесс, при котором с помощью солнечной энергии в хлоропластах зеленых листьев синтезируются из СО2 и воды органические вещества, обеспечивающие у свеклы обмен веществ.
Сахарная свекла - С3-растение, т. е. она фиксирует СО2 в цикле Кальвина. Использование солнечной энергии характеризуется величиной фотосинтетической активной радиации (ФАР).
Именно она определяет продуктивность фотосинтеза (фотосинтез минус потери с дыханием), так как между первой и второй величинами имеется линейная зависимость. Естественно, чем выше продуктивность фотосинтеза, тем выше урожайность.
Фотосинтетическую продуктивность можно повысить всеми агротехническими мероприятиями, которые увеличивают продолжительность фотосинтеза за счет ассимилирующей листовой поверхности растений. К ним относятся; ранний сев, равномерное распределение растений по площади, уход за растениями и защита их от вредителей и болезней, выбор соответствующего сорта.
Сахарная свекла за вегетационный период 120...200 суток образует от 15 до 20 т сухой массы (корнеплоды и ботва). При этом около 50% ее накапливается в виде сахара (сахарозы) в корнеплодах.
Характерными признаками семейства маревых, кроме высокого содержания сахарозы, является наличие в свекле относительно высокого содержания глутамина, глутаминовой и аспарагиновой кислот, бетаина.
Корнеплоды сахарной свеклы содержат 16...18% сахарозы. Кроме сахарозы в них содержатся также глюкоза, фруктоза, галактоза, раффиноза и ряд органических кислот.
Наибольшее количество сахарозы содержится в верхней части корнеплода непосредственно под шейкой.
Установлено, что концентрация сахарозы в отдельных частях корнеплода зависит от размера клеток ткани корнеплода. Так, ткани сосудисто-волокнистых пучков состоят из клеток размером более (10...20) • 10в-8 см3 и содержат меньше сахара, чем ткани, состоящие из клеток меньшего размера.
Считается, что с увеличением объема клеток более 15 • 10в-8 см3 содержание сахара в них не растет, а происходит увеличение в них несахара и воды. С учетом этого, селекция должна быть направлена на получение сортов сахарной свеклы, содержащей большее количество клеток меньшего размера, которые бы лучше использовали энергию фотосинтеза на уровне клетки.
Современные сорта сахарной свеклы, как это следует из данных табл. 9, обеспечивают получение энергии в количестве более 200 МДж/га.
Считается, что из свеклы, собранной с 1 га, можно получить 5,5 т спирта, пригодного в качестве горючего, или примерно 8 т кормовых дрожжей.
Известно, что в обмене веществ важная роль принадлежит углеводам и липидам. Регулируя этот процесс, можно добиться увеличения продукции с 1 га посевов.
Важным компонентом сахарной свеклы являются белки. Белки сахарной свеклы относятся к глобулярным белкам, которые по своим свойствам относятся к липофильным коллоидам. Методом электрофореза доказано наличие в сахарной свекле 12 фракций белков. Количественный и качественный состав фракций в листьях и отдельных частях корнеплода несколько отличен и зависит главным образом от водного режима при вегетации свеклы.
Известно, что длина пептидных цепочек белков в процессе вегетации свеклы уменьшается.
В сахарной свекле содержится также бетаин. С технологической точки зрения он относится к вредному азоту. Однако бетаин играет важную роль в онтогенезе сахарной свеклы. Он участвует в образовании сухих веществ, хлорофилла, выполняет защитные функции. Содержание бетаина в листьях выше, чем в корнеплоде. Ряд других показателей свеклы приведен в табл. 9.
С технологической точки зрения, важными показателями сахарной свеклы являются физико-механические и теплотехнические характеристики сахарной свеклы.
Основные показатели физико-механических свойств свекловичной ткани, играющие важную роль при изрезывании свеклы в стружку, приведены в табл. 10.
Данные табл. 10 свидетельствуют, что физико-механические свойства ткани сахарной свеклы зависят от ее тургора.
Важными показателями сахарной свеклы как сырья также являются:
• удельная поверхность корнеплодов сахарной свеклы, которая в среднем составляет 0,12 м2/кг;
• объемный вес, равный 1,05...1,07 кг/м3;
• насыпной вес, составляющий 500...650 кг/м3.
С теплотехнической точки зрения, при определении расхода тепла на диффузию важными показателями являются удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности свекловичной ткани.
Удельная теплоемкость свекловичной (ссв) ткани в среднем составляет 3,5 кДж/(кг • К). Она зависит от содержания сухих веществ свеклы и может быть определена из уравнения:
где СВ - содержание сухих веществ в свекле, %.
Коэффициент теплопроводности (?) также зависит от концентрации сухих веществ в свекле и при температуре 20°С может быть рассчитан из уравнения
Важным фактором при возделывании сахарной свеклы является наличие сорняков на плантации. Установлено, что свекла при наличии сорняков на плантации имеет меньший биоэнергетический потенциал и ее технологическое качество ниже.
Рассмотрим также обмен веществ в убранной свекле. Убранная свекла остается живым организмом, и для нее характерен специфический обмен веществ. Основным процессом метаболизма сахарной свеклы в этом случае является дыхание, сопровождающееся потреблением сахарозы.
На долю этого процесса при длительном хранении свеклы приходится примерно 70...80 % суммарных потерь. Остальные 20...30 % приходятся на долю микробиологического разложения.
Наиболее интенсивное дыхание имеет место в первые 3...5 дней после уборки свеклы. Это связано с тем, что ткань корнеплода, пораженная при срезе ботвы, для заживления требует большого количества энергии.
Урожай сахарной свеклы и сбор сахара с 1 га в значительной степени зависят от срока уборки. Последний обуславливает вид спелости и соответственно технологические ее качества.
У сахарной свеклы различают следующие виды спелости:
• Ботаническая спелость наступает, когда созревают семена, т. е. на второй год вегетации. Поскольку для производства сахара используют корнеплоды первого года вегетации, то она не имеет практического значения.
• Биологическая спелость характеризуется отмиранием старых) листьев, медленным нарастанием массы корнеплода и содержания сахара в нем.
• Физиологическая спелость - состояние, когда сахарная свекла на дыхание расходует больше сахара, чем его образуется.
• Технологическая спелость является мерой пригодности к переработке и определяется суммой всех хозяйственно значимых и качественно измеряемых свойств сахарной свеклы. (Следует иметь в виду, что оба предыдущих вида спелости не идентичны технологической спелости.)
Важнейшим метаболическим процессом при возделывании сахарной свеклы является процесс фотосинтеза, который в сахарной свекле является очень интенсивным.
Противоположным процессом, связанным с затратами энергии, является процесс дыхания, интенсивность которого возрастает с увеличением степени механического повреждения корнеплодов и поражения растения болезнями и вредителями.
Знание метаболизма сахарной свеклы и ее физиологии чрезвычайно важно при ее производстве, так как на основании этого можно правильно проводить агротехнические мероприятия, борьбу с вредителями и сорняками, а также уборку и хранение сахарной свеклы.
Основой образования урожая является фотосинтез - процесс, при котором с помощью солнечной энергии в хлоропластах зеленых листьев синтезируются из СО2 и воды органические вещества, обеспечивающие у свеклы обмен веществ.
Сахарная свекла - С3-растение, т. е. она фиксирует СО2 в цикле Кальвина. Использование солнечной энергии характеризуется величиной фотосинтетической активной радиации (ФАР).
Именно она определяет продуктивность фотосинтеза (фотосинтез минус потери с дыханием), так как между первой и второй величинами имеется линейная зависимость. Естественно, чем выше продуктивность фотосинтеза, тем выше урожайность.
Фотосинтетическую продуктивность можно повысить всеми агротехническими мероприятиями, которые увеличивают продолжительность фотосинтеза за счет ассимилирующей листовой поверхности растений. К ним относятся; ранний сев, равномерное распределение растений по площади, уход за растениями и защита их от вредителей и болезней, выбор соответствующего сорта.
Сахарная свекла за вегетационный период 120...200 суток образует от 15 до 20 т сухой массы (корнеплоды и ботва). При этом около 50% ее накапливается в виде сахара (сахарозы) в корнеплодах.
Характерными признаками семейства маревых, кроме высокого содержания сахарозы, является наличие в свекле относительно высокого содержания глутамина, глутаминовой и аспарагиновой кислот, бетаина.
Корнеплоды сахарной свеклы содержат 16...18% сахарозы. Кроме сахарозы в них содержатся также глюкоза, фруктоза, галактоза, раффиноза и ряд органических кислот.
Наибольшее количество сахарозы содержится в верхней части корнеплода непосредственно под шейкой.
Установлено, что концентрация сахарозы в отдельных частях корнеплода зависит от размера клеток ткани корнеплода. Так, ткани сосудисто-волокнистых пучков состоят из клеток размером более (10...20) • 10в-8 см3 и содержат меньше сахара, чем ткани, состоящие из клеток меньшего размера.
Считается, что с увеличением объема клеток более 15 • 10в-8 см3 содержание сахара в них не растет, а происходит увеличение в них несахара и воды. С учетом этого, селекция должна быть направлена на получение сортов сахарной свеклы, содержащей большее количество клеток меньшего размера, которые бы лучше использовали энергию фотосинтеза на уровне клетки.
Современные сорта сахарной свеклы, как это следует из данных табл. 9, обеспечивают получение энергии в количестве более 200 МДж/га.
Считается, что из свеклы, собранной с 1 га, можно получить 5,5 т спирта, пригодного в качестве горючего, или примерно 8 т кормовых дрожжей.
Известно, что в обмене веществ важная роль принадлежит углеводам и липидам. Регулируя этот процесс, можно добиться увеличения продукции с 1 га посевов.
Важным компонентом сахарной свеклы являются белки. Белки сахарной свеклы относятся к глобулярным белкам, которые по своим свойствам относятся к липофильным коллоидам. Методом электрофореза доказано наличие в сахарной свекле 12 фракций белков. Количественный и качественный состав фракций в листьях и отдельных частях корнеплода несколько отличен и зависит главным образом от водного режима при вегетации свеклы.
Известно, что длина пептидных цепочек белков в процессе вегетации свеклы уменьшается.
В сахарной свекле содержится также бетаин. С технологической точки зрения он относится к вредному азоту. Однако бетаин играет важную роль в онтогенезе сахарной свеклы. Он участвует в образовании сухих веществ, хлорофилла, выполняет защитные функции. Содержание бетаина в листьях выше, чем в корнеплоде. Ряд других показателей свеклы приведен в табл. 9.
С технологической точки зрения, важными показателями сахарной свеклы являются физико-механические и теплотехнические характеристики сахарной свеклы.
Основные показатели физико-механических свойств свекловичной ткани, играющие важную роль при изрезывании свеклы в стружку, приведены в табл. 10.
Данные табл. 10 свидетельствуют, что физико-механические свойства ткани сахарной свеклы зависят от ее тургора.
Важными показателями сахарной свеклы как сырья также являются:
• удельная поверхность корнеплодов сахарной свеклы, которая в среднем составляет 0,12 м2/кг;
• объемный вес, равный 1,05...1,07 кг/м3;
• насыпной вес, составляющий 500...650 кг/м3.
С теплотехнической точки зрения, при определении расхода тепла на диффузию важными показателями являются удельная теплоемкость и коэффициент теплопроводности свекловичной ткани.
Удельная теплоемкость свекловичной (ссв) ткани в среднем составляет 3,5 кДж/(кг • К). Она зависит от содержания сухих веществ свеклы и может быть определена из уравнения:
где СВ - содержание сухих веществ в свекле, %.
Коэффициент теплопроводности (?) также зависит от концентрации сухих веществ в свекле и при температуре 20°С может быть рассчитан из уравнения
Важным фактором при возделывании сахарной свеклы является наличие сорняков на плантации. Установлено, что свекла при наличии сорняков на плантации имеет меньший биоэнергетический потенциал и ее технологическое качество ниже.
Рассмотрим также обмен веществ в убранной свекле. Убранная свекла остается живым организмом, и для нее характерен специфический обмен веществ. Основным процессом метаболизма сахарной свеклы в этом случае является дыхание, сопровождающееся потреблением сахарозы.
На долю этого процесса при длительном хранении свеклы приходится примерно 70...80 % суммарных потерь. Остальные 20...30 % приходятся на долю микробиологического разложения.
Наиболее интенсивное дыхание имеет место в первые 3...5 дней после уборки свеклы. Это связано с тем, что ткань корнеплода, пораженная при срезе ботвы, для заживления требует большого количества энергии.
Урожай сахарной свеклы и сбор сахара с 1 га в значительной степени зависят от срока уборки. Последний обуславливает вид спелости и соответственно технологические ее качества.
У сахарной свеклы различают следующие виды спелости:
• Ботаническая спелость наступает, когда созревают семена, т. е. на второй год вегетации. Поскольку для производства сахара используют корнеплоды первого года вегетации, то она не имеет практического значения.
• Биологическая спелость характеризуется отмиранием старых) листьев, медленным нарастанием массы корнеплода и содержания сахара в нем.
• Физиологическая спелость - состояние, когда сахарная свекла на дыхание расходует больше сахара, чем его образуется.
• Технологическая спелость является мерой пригодности к переработке и определяется суммой всех хозяйственно значимых и качественно измеряемых свойств сахарной свеклы. (Следует иметь в виду, что оба предыдущих вида спелости не идентичны технологической спелости.)