Во время созревания злаков в их зерновках уменьшается количество воды и возрастает содержание сухих веществ. На разных этапах спелости — молочная, восковая и полная — воды в зерновках содержится соответственно 50-65, 25-40 и 13-15%. При созревании происходит отток пластических веществ из стеблей и листьев, в зерновках увеличиваются количество углеводов, белков, пентозанов и общая масса сухого вещества. Созревание зерновок сопровождается также существенными изменениями в нуклеиновом обмене.
У растений пшеницы с момента выхода их в трубку начинаются неуклонное уменьшение содержания органического азота в вегетативных частях и отток его к интенсивно развивающимся колосьям. По мере созревания колоса в листьях и соломе снижается абсолютное содержание клетчатки, гемицеллюлозы и лигнина, которые используются на синтез крахмала и гемицеллюлозы зерна. Этот процесс называется раздревеснением. Таким образом, накопление крахмала и гемицеллюлоз в созревающих семенах происходят не только за счет сахаров, образующихся в листьях в процессе фотосинтеза, но и за счет растворимых углеводов, которые синтезируются из клетчатки и гемицеллюлоз, содержащихся в клеточных оболочках листьев и соломы. Следовательно, увеличение общего урожая зерна, сопровождается постепенным уменьшением доли листьев и стеблей в нем (табл. 26).
При нормальных условиях созревания в начале формирования зерна синтезируются в основном белки, в то время как синтез крахмала протекает сравнительно медленно. Замечено, что в щуплом, недозревшем зерне относительное содержание белков, превышает содержание крахмала по сравнению с зерном в фазе полной спелости. Обычно в фазе молочной — начале восковой спелости происходит усиленный приток углеводов и повышается интенсивность синтеза крахмала в зерне. Поэтому соотношение \(\large \frac{C}{N}\) у злаковых культур увеличивается.
| Культура | Доля ассимилятов в наливе зерна, % | ||
| листья | стебли | колос (метелка) | |
| Пшеница | 50-60 | 25-35 | 12-20 |
| Рожь | 15-25 | 55-80 | 15-20 |
| Овес, ячмень | 25-35 | 15-25 | 40-50 |
При созревании зерна наблюдаются качественные изменения в белковом комплексе: уменьшается количество водо- и солерастворимых фракций белков и возрастает содержание спирто- и щелочерастворимых фракций; белок становится более устойчивым к действию протеолитических ферментов; содержание активаторов протеолиза (йодредуцирующих веществ) уменьшается; качество клейковины пшеницы, ржи, ячменя улучшается.
По мере созревания в зерне уменьшается содержание моносахаридов и сахарозы и увеличивается количество крахмала. Если в начале формирования зерна сахара составляют примерно 15-20% массы сухого вещества, то к периоду восковой и полной спелости зерна количество растворимых углеводов снижается до 2-3%. При созревании зерна уменьшается количество золы, изменяются ее качественный состав, соотношение между отдельными зольными элементами: увеличивается относительное количество фосфора, а калия, кальция и магния уменьшается. В период созревания зерна происходят также изменения в витаминном комплексе. Витамины, синтезируемые в листьях, перемещаются в зерно. Количество витаминов B1 и В2 возрастает в 1,5-2 раза, в то время как содержание каротина (провитамин А) уменьшается. Резко снижается содержание витамина С, а в зерне полной спелости его нет.
Параллельно с процессом перегруппировки веществ между отдельными частями растения происходят и морфологические изменения — изумрудно-зеленая окраска растения постепенно изменяется: сначала становится серой, потом начинает желтеть и наконец переходит в золотисто-желтую.
Основной процесс в созревающих семенах зерновых бобовых культур — синтез белков, крахмала, клетчатки. Исключение составляет соя, у которой в семенах образуется много жира и очень мало крахмала. Изучение соотношения показало, что у всех бобовых оно при созревании почти не меняется. Это связано с особенностями обмена веществ указанных растений (лучшая обеспеченность азотом и способность синтезировать большее количество белков). Бобовые накапливают значительно меньше крахмала и других углеводов, чем злаковые.
В семенах однодольных и двудольных растений, в эндосперме и семядолях непрерывно повышается абсолютное и относительное содержание белков, полисахаридов, запасных жиров: семена теряют воду, гидрофильность коллоидов уменьшается. Одновременно с уменьшением влажности семян при созревании увеличивается их абсолютная масса в 2,5-3 раза по сравнению с восковой спелостью. Ярко выраженная при созревании направленность обмена веществ в тканях семени обусловливается действием ферментов: они находятся в основном в связанном состоянии и действуют синтетически. Высокое содержание белковых веществ у гладкозерного гороха объясняется синтетической активностью протеиназ, которая значительно выше, чем у гороха с морщинистым зерном, вследствие чего в нем накапливается меньше белковых веществ.
В практике сельского хозяйства широко применяют раздельный способ уборки зерновых хлебов, который заключается в том, что растения скашивают в недозревшем состоянии и оставляют в валках; через несколько дней комбайн с подборщиком собирает валки и обмолачивает их. В скошенных растениях (в валках) питательные вещества передвигаются из листьев и стеблей в семена, в результате чего зерно созревает. Раздельный способ уборки экономически эффективнее: уменьшаются потери, повышается качество зерна. Обработка посевов зерновых в период восковой спелости раствором азотнокислого аммония ускоряет созревание на 5-7 дней.