Подсолнечник однолетний: описание, история и особенности роста

Введение

Вид цветущего растения из семейства Астровые (Asteraceae).

Обыкновенный подсолнечник (Helianthus annuus) – вид крупного однолетнего травянистого растения из семейства Астровые (Asteraceae). Обыкновенный подсолнечник культивируется ради его съедобных масличных семян, используемых для производства растительного масла. Helianthus annuus имеет разнообразное применение, например, в качестве корма для скота и птиц, а также высаживается в домашних садах в декоративных целях. Helianthus annuus известен своими многочисленными цветками в соцветии, в то время как домашние сорта подсолнечника часто имеют одну крупную цветочную головку на неразветвлённом стебле.

Этимология

В биномиальном названии Helianthus annuus, название рода происходит от греческого ἥλιος (hḗlios) — «солнце» и ἄνθος (ánthos) — «цветок». Название вида annuus в латинском языке означает «однолетний».

Одомашнивание

Растение было впервые одомашнено в Америке. Семена подсолнечника были завезены в Европу из Америки в XVI веке, где, вместе с подсолнечным маслом, стали широко используемым ингредиентом в кулинарии. Со временем большая часть промышленного производства переместилась в Восточную Европу, и (по состоянию на 2020 год) Россия и Украина вместе производят более половины мирового объема производства семян.

Описание

Растение имеет прямостоячий, шероховатый, опушенный стебель, достигающий типичной высоты. Самый высокий подсолнечник, зафиксированный в рекордах, достигал высоты. Листья подсолнечника широкие, грубозубчатые, шероховатые и в основном очередные; листья у основания самые крупные и обычно сердцевидные.

Цветок

Растение цветет летом. То, что часто называют «цветком» подсолнечника, на самом деле является «соцветием» (псевдантием), широким. Это давнее заблуждение было опровергнуто в 1597 году английским ботаником Джоном Джераром, который выращивал подсолнечники в своем знаменитом лекарственном саду: «Некоторые сообщали, что он поворачивается вслед за Солнцем, чего я никогда не наблюдал, хотя и старался выяснить правду». Однородное расположение головок подсолнечника на поле может создать у некоторых людей ложное впечатление, что цветы отслеживают Солнце. Это выравнивание является результатом гелиотропизма на более ранней стадии развития, стадии молодого цветка, до полной зрелости цветочных головок (антезиса). Молодые подсолнечники ориентируются по направлению к солнцу. На рассвете головка цветка обращена на восток и перемещается на запад в течение дня. Когда подсолнечники достигают полной зрелости, они перестают следовать за солнцем и постоянно обращены на восток. Молодые цветки переориентируются ночью, чтобы встретить утро, обращенные на восток. Их гелиотропное движение — это циркадный ритм, синхронизированный с солнцем, который продолжается, даже если солнце исчезает в пасмурные дни или растения перемещаются под постоянный свет. Они способны регулировать свой циркадный ритм в ответ на синий свет, излучаемый источником света. Когда рост цветоноса прекращается и цветок созревает, гелиотропизм также прекращается, и цветок с этого момента обращен на восток. Эта восточная ориентация обеспечивает быстрое прогревание утром и, как следствие, увеличение числа посещений опылителями. Эта закономерность обеспечивает наиболее эффективную упаковку семян, математически возможную внутри цветочной головки. Модель расположения цветков в головке подсолнечника была предложена Г. Фогелем в 1979 году. Она выражается в полярных координатах, где θ — угол, r — радиус или расстояние от центра, n — индекс цветка, а c — постоянный масштабный коэффициент. Это форма спирали Ферма. Угол 137,5° связан с золотым сечением (55/144 кругового угла, где 55 и 144 — числа Фибоначчи) и обеспечивает плотную упаковку цветков. Эта модель использовалась для создания компьютерных изображений подсолнечника.

The plant flowers in summer. What is often called the "flower" of the sunflower is actually a "flower head" (pseudanthium), wide, This old misconception was disputed in 1597 by the English botanist John Gerard, who grew sunflowers in his famous herbal garden: "[some] have reported it to turn with the Sun, the which I could never observe, although I have endeavored to find out the truth of it." The uniform alignment of sunflower heads in a field might give some people the false impression that the flowers are tracking the Sun. This alignment results from heliotropism in an earlier development stage, the young flower stage, before full maturity of flower heads (anthesis). Young sunflowers orient themselves in the direction of the sun. At dawn the head of the flower faces east and moves west throughout the day. When sunflowers reach full maturity they no longer follow the sun, and continuously face east. Young flowers reorient overnight to face east in anticipation of the morning. Their heliotropic motion is a circadian rhythm, synchronized by the sun, which continues if the sun disappears on cloudy days or if plants are moved to constant light. They are able to regulate their circadian rhythm in response to the blue light emitted by a light source. When growth of the flower stalk stops and the flower is mature, the heliotropism also stops and the flower faces east from that moment onward. This eastward orientation allows rapid warming in the morning and, as a result, an increase in pollinator visits. This pattern produces the most efficient packing of seeds mathematically possible within the flower head. A model for the pattern of florets in the head of a sunflower was proposed by H. Vogel in 1979. This is expressed in polar coordinates

where θ is the angle, r is the radius or distance from the center, and n is the index number of the floret and c is a constant scaling factor. It is a form of Fermat's spiral. The angle 137.5° is related to the golden ratio (55/144 of a circular angle, where 55 and 144 are Fibonacci numbers) and gives a close packing of florets. This model has been used to produce computer generated representations of sunflowers.

Геном

Геном подсолнечника диплоиден, имеет базовое число хромосом 17 и оценочный размер генома 2871–3189 миллионов пар оснований. По некоторым данным, его фактический размер составляет около 3,5 миллиардов пар оснований (чуть больше, чем геном человека).

Распространение и среда обитания

Растение впервые было одомашнено в Америке. Подсолнечник лучше всего растёт на плодородной, влажной, хорошо дренированной почве с обильным мульчированием. Он часто встречается на сухих открытых пространствах и предгорьях. Точный ареал его естественного произрастания трудно определить. Согласно Plants of the World Online (POWO), он является родным для Аризоны, Калифорнии и Невады в современных Соединённых Штатах и для всех регионов Мексики, за исключением побережья Мексиканского залива и юго-востока. Хотя в Plant Finder Ботанического сада штата Миссури не приводится столь подробная информация, он также указывает, что подсолнечник произрастает на западе Соединённых Штатов и в Канаде. Информация, опубликованная Программой биоты Северной Америки (BONAP), в основном согласуется с этим, показывая, что обыкновенный подсолнечник является родным для штатов к западу от Миссисипи, хотя он также классифицируется как злостный сорняк в Айове, Миннесоте и Техасе. Независимо от своего первоначального ареала, сейчас его можно встретить почти в любой части мира, кроме тропиков, пустынь и тундры. Пухлая роса (downy mildew) – ещё одно заболевание, которому подвержены подсолнечники. Его восприимчивость к пухлой росе особенно высока из-за особенностей роста и развития подсолнечника. Семена подсолнечника обычно высевают на глубину всего в 2,5 см. Если такая неглубокая посадка проводится во влажной и переувлажнённой почве, это повышает риск заболеваний, таких как пухлая роса. Ещё одной серьёзной угрозой для посевов подсолнечника является повилика, паразит, который поражает корни подсолнечника и наносит значительный ущерб урожаю, достигающий 100%.

Культивирование

При коммерческой посадке семена высаживают на расстоянии друг от друга и глубоко.

История

Обычный подсолнечник был одним из нескольких растений, культивируемых коренными американцами в доисторической Северной Америке в рамках Восточного сельскохозяйственного комплекса. Хотя общепринято считать, что подсолнечник был впервые одомашнен на территории современной юго-восточной части США примерно 5000 лет назад, существуют данные, свидетельствующие о его первоначальной доместикации в Мексике около 2600 года до нашей эры. Эти культуры были обнаружены в Табаско (Мексика) на археологическом памятнике Сан-Андрес. Самые ранние известные образцы полностью одомашненного подсолнечника на территории США были найдены в Теннесси и датируются примерно 2300 годом до нашей эры. Другие очень ранние находки происходят из скальных убежищ в восточном Кентукки. Многие коренные американские народы, включая ацтеков и отоми (Мексика) и инков (Южная Америка), использовали подсолнечник как символ своего солнечного божества. В 1510 году испанские исследователи впервые встретили подсолнечник в Америке и завезли его семена в Европу. Из четырех растений, одомашненных в восточной части Северной Америки и ставших важными сельскохозяйственными культурами, подсолнечник в настоящее время является наиболее экономически значимым. Исследования филогеографических связей и моделей популяционной динамики подсолнечника показали, что ранее культивируемые сорта образуют кладу, происходящую от диких популяций с Великих равнин, что указывает на единое событие доместикации в центральной части Северной Америки. После появления культивируемого подсолнечника он, возможно, пережил значительные периоды сокращения численности, датируемые примерно 5000 лет назад. В XVI веке первые сорта были завезены из Америки в Европу исследователями. Семена одомашненного подсолнечника были найдены в Мексике, датируемые 2100 годом до нашей эры. Коренные американцы выращивали подсолнечник от Мексики до южной Канады. В начале XIX века он впервые был коммерциализирован в деревне Алексеевка Воронежской губернии купцом Даниилом Бокаревым, который разработал технологию, подходящую для его крупномасштабной переработки, и быстро распространился. С тех пор изображение подсолнечника присутствует на гербе города.

Common sunflower was one of several plants cultivated by Native Americans in prehistoric North America as part of the Eastern Agricultural Complex. Although it was commonly accepted that the sunflower was first domesticated in what is now the southeastern US, roughly 5,000 years ago, there is evidence that it was first domesticated in Mexico around 2600 BCE. These crops were found in Tabasco, Mexico, at the San Andres dig site. The earliest known examples in the US of a fully domesticated sunflower have been found in Tennessee, and date to around 2300 BCE. Other very early examples come from rockshelter sites in Eastern Kentucky. Many indigenous American peoples used the sunflower as the symbol of their solar deity, including the Aztecs and the Otomi of Mexico and the Incas in South America. In 1510, early Spanish explorers encountered the sunflower in the Americas and carried its seeds back to Europe. Of the four plants known to have been domesticated in eastern North America and to have become important agricultural commodities, the sunflower is currently the most economically important. Research of phylogeographic relations and population demographic patterns across sunflowers has demonstrated that earlier cultivated sunflowers form a clade from wild populations from the Great Plains, which indicates that there was a single domestication event in central North America. Following the cultivated sunflower's origin, it may have gone through significant bottlenecks dating back to ~5,000 years ago. In the 16th century the first crop breeds were brought from America to Europe by explorers. Domestic sunflower seeds have been found in Mexico, dating to 2100 BCE. Native American people grew sunflowers as a crop from Mexico to Southern Canada. In the early 19th century, it was first commercialized in the village of Alexeyevka in Voronezh Governorate by the merchant named Daniil Bokaryov, who developed a technology suitable for its large scale extraction, and quickly spread around. The town's coat of arms has included an image of a sunflower ever since.

Производство

Производство семян подсолнечника – 2020 Страна (миллионы тонн) 13,3 13,1 3,2 2,4 2,2 2,1 1,4 Мир 50,2 Источник: FAOSTAT Организации Объединенных Наций

В 2020 году мировое производство семян подсолнечника составило 50,2 миллиона тонн, лидирующие позиции в котором занимают Россия и Украина, на долю которых приходится 53% от общего объема (таблица).

Использование удобрений

Исследователи проанализировали влияние различных азотных удобрений на рост подсолнечника. Было установлено, что нитрат аммония обеспечивает лучшее поглощение азота, чем мочевина, которая показала более высокую эффективность в условиях низких температур.

Смена посевов

В выращивании подсолнечника обычно применяется севооборот, часто с зерновыми культурами, соей или рапсом. Это сокращает периоды незагруженности и повышает общую продуктивность и прибыльность выращивания подсолнечника.

Гибриды и сорта

Сегодня на рынке большинство семян подсолнечника, поставляемых или выращиваемых фермерами, – это гибриды. Гибриды или гибридизированные подсолнечники получают путем скрещивания различных типов и видов, например, культурных подсолнечников с дикорастущими видами. Это позволяет получить новые генетические комбинации, что в конечном итоге приводит к созданию новых гибридных видов. Эти гибридные виды, как правило, обладают большей жизнеспособностью и несут признаки или характеристики, которые востребованы у фермеров, такие как устойчивость к патогенам. Подсолнечники выращивают как декоративные растения в частных садах. Благодаря простоте выращивания и впечатляющим результатам на любой плодородной, влажной почве под прямыми солнечными лучами, они пользуются популярностью у детей. В настоящее время доступно большое количество сортов, различающихся по размеру и цвету, которые можно вырастить из семян. Ниже приведены сорта подсолнечника (сорта, отмеченные agm, удостоены награды Королевского садоводческого общества за заслуги в садоводстве):

Применение

Целые семена (плоды) подсолнечника продаются в качестве закуски, сырые или после обжарки в духовке, с добавлением соли и/или приправ. Из семян подсолнечника можно приготовить альтернативу арахисовой пасте – подсолнечное масло. Его также продают в качестве корма для птиц и используют непосредственно в кулинарии и салатах. Коренные американцы в прошлом использовали подсолнечник в различных целях, например, для приготовления хлеба, медицинских мазей, красителей и красок для тела. Масло подсолнечника, извлекаемое из семян, используется для приготовления пищи, в качестве базового масла, а также для производства маргарина и биодизельного топлива, поскольку оно дешевле оливкового. Существует множество сортов подсолнечника с различным составом жирных кислот; некоторые "высокоолеиновые" сорта содержат в масле больше мононенасыщенных жиров, чем даже оливковое масло. Масло также иногда используется в производстве мыла. Жмых, остающийся после переработки семян для получения масла, используется в качестве корма для скота. Лузга, образующаяся при очистке семян перед извлечением масла, также может использоваться для кормления домашних животных. Некоторые недавно выведенные сорта имеют поникшие головки. Эти сорта менее привлекательны для садоводов, выращивающих подсолнечник как декоративное растение, но интересны фермерам, так как снижают ущерб от птиц и потери урожая от некоторых болезней растений. Подсолнечник также производит латекс и является объектом экспериментов по улучшению его пригодности в качестве альтернативной культуры для производства гипоаллергенной резины. Традиционно некоторые группы коренных американцев сажали подсолнечник на северной границе своих огородов как "четвертую сестру" к более известной троице – кукурузе, фасоли и тыкве. Однолетние виды часто высаживают из-за их аллелопатических свойств. Его также использовали коренные американцы для укладки волос. Этот сложный компресс из корня с большой церемониальностью прикладывали к укусам гремучих змей. Однако для коммерческих фермеров, выращивающих другие товарные культуры, дикий подсолнечник часто считается сорняком. Особенно в Среднезападных штатах США дикие (многолетние) виды часто встречаются на полях кукурузы и сои и могут снижать урожайность. Снижение урожайности может быть связано с выработкой фенольных соединений, которые используются для уменьшения конкуренции за питательные вещества в бедных питательными веществами областях, где растет обычный подсолнечник.

Sunflower "whole seed" (fruit) are sold as a snack food, raw or after roasting in ovens, with or without salt and/or seasonings added. Sunflower seeds can be processed into a peanut butter alternative, sunflower butter. It is also sold as food for birds and can be used directly in cooking and salads. Native Americans had multiple uses for sunflowers in the past, such as in bread, medical ointments, dyes and body paints. Sunflower oil, extracted from the seeds, is used for cooking, as a carrier oil and to produce margarine and biodiesel, as it is cheaper than olive oil. A range of sunflower varieties exist with differing fatty acid compositions; some "high oleic" types contain a higher level of monounsaturated fats in their oil than even olive oil. The oil is also sometimes used in soap. The cake remaining after the seeds have been processed for oil is used as a livestock feed. The hulls resulting from the dehulling of the seeds before oil extraction can also be fed to domestic animals. Some recently developed cultivars have drooping heads. These cultivars are less attractive to gardeners growing the flowers as ornamental plants, but appeal to farmers, because they reduce bird damage and losses from some plant diseases. Sunflowers also produce latex, and are the subject of experiments to improve their suitability as an alternative crop for producing hypoallergenic rubber. Traditionally, several Native American groups planted sunflowers on the north edges of their gardens as a "fourth sister" to the better known three sisters combination of corn, beans, and squash. Annual species are often planted for their allelopathic properties. It was also used by Native Americans to dress hair. This compound poultice of the root is applied with much ceremony to rattlesnake bites. However, for commercial farmers growing other commodity crops, the wild sunflower is often considered a weed. Especially in the Midwestern US, wild (perennial) species are often found in corn and soybean fields and can decrease yields. The decrease in yield can be attributed to the production of phenolic compounds which are used to reduce competition for nutrients in nutrient poor growing areas of the common sunflower.

Фиторемедиация

Helianthus annuus может использоваться в фиторемедиации для извлечения загрязняющих веществ из почвы, таких как свинец и другие тяжелые металлы, такие как кадмий, цинк, цезий, стронций и уран. Процесс фиторемедиации начинается с поглощения тяжелых металлов через корни, которые постепенно накапливаются в других частях растения, таких как побеги и листья. Helianthus annuus также может использоваться в ризофильтрации для нейтрализации радионуклидов, таких как цезий-137 и стронций-90, из пруда после Чернобыльской катастрофы. Подобная кампания была проведена в ответ на ядерную катастрофу на Фукусиме. В XIX веке считалось, что растения этого вида, растущие поблизости, защищают дом от малярии. Народ Зуни использует цветы в церемониальных целях для поклонения предкам. Инки также поклонялись подсолнухам, считая их символом Солнца. Цветы стали сюжетом серии натюрмортов Винсента ван Гога «Подсолнухи». В июле 2015 года были получены жизнеспособные семена с поля, где годом ранее потерпел крушение рейс 17 авиакомпании Malaysia Airlines, и они были выращены в память о 15 жителя Хилверсума из Нидерландов, погибших в катастрофе. Ранее в том же году главный корреспондент Fairfax Пол МакГё и фотограф Кейт Герагти собрали 1,5 кг семян подсолнечника с места крушения для семей и друзей 38 австралийских жертв, которые хотели подарить им трогательный символ надежды. 13 мая 2021 года во время конкурса национальных костюмов конкурса красоты «Мисс Вселенная-2020» Мисс Доминиканская Республика Кимберли Хименес продемонстрировала костюм «Богиня подсолнечника», украшенный золотыми и желтыми стразами, на котором были пришиты настоящие подсолнухи. В современных рассказах часто утверждается, что в греческой мифологии нимфа Клития превратилась в подсолнечник, тоскуя по своему возлюбленному Гелиосу, богу солнца, который отверг ее и оставил ради другой. Однако подсолнечник родом не из Греции или Италии, а из Северной Америки. Изначальная история повествует о другом цветке – гелиотропе.

Helianthus annuus can be used in phytoremediation to extract pollutants from soil such as lead and other heavy metals, such as cadmium, zinc, cesium, strontium, and uranium. The phytoremediation process begins by absorbing the heavy metal(s) through the roots, which gradually accumulate in other areas, such as the shoots and leaves. Helianthus annuus can also be used in rhizofiltration to neutralize radionuclides, such as caesium 137 and strontium 90 from a pond after the Chernobyl disaster. A similar campaign was mounted in response to the Fukushima Daiichi nuclear disaster. During the 19th century, it was believed that nearby plants of the species would protect a home from malaria. The Zuni people use the blossoms ceremonially for anthropic worship. Sunflowers were also worshipped by the Incas because they viewed it as a symbol for the Sun. The flowers are the subject of Vincent van Gogh's Sunflowers series of still life paintings. In July 2015, viable seeds were acquired from the field where Malaysia Airlines Flight 17 crashed on a year earlier and were grown in tribute to the 15 Dutch residents of Hilversum who were killed. Earlier that year, Fairfax chief correspondent Paul McGeough and photographer Kate Geraghty had collected 1.5 kg of sunflower seeds from the wreck site for family and friends of the 38 Australian victims, who aimed to give them a poignant symbol of hope. On May 13, 2021, during the National Costume competition of the Miss Universe 2020 beauty pageant, Miss Dominican Republic Kimberly Jiménez wore a "Goddess of Sunflowers" costume covered in gold and yellow rhinestones that included several real sunflowers sewn onto the fabric. Modern stories often claim that in Greek mythology, the nymph Clytie transformed into a sunflower when she pined after her former lover Helios, the god of the sun, who spurned her and left her for another. However, sunflowers are not native to Greece or Italy, but to North America. The original story is about another flower, the heliotropium.