Род свеклы Beta семейства Маревые (Chenopodiaceae), который представлен однолетними и многолетними видами, сформировался в Средиземноморье.
Они обладают биологической способностью к образованию корнеплодов и накоплению в нем сахарозы. Сахарная свекла (Beta vulgaris L. v. saccharifera) является одной из двулетних разновидностей европейского подвида, к которому относятся также столовая (v. esculenta), кормовая (v. crassa) и листовая, или мангольд (cicla). Установлено, что культурная сахарная свекла относится к гибридным организмам. Она получилась от стихийного скрещивания листовой и корнеплодной форм, а затем улучшалась в результате длительной селекции. В первый год жизни у этой культуры образуется утолщенный корень (корнеплод) с розеткой из множества прикорневых листьев (от 50 до 90). Листовая поверхность одного растения составляет порядка 0,3 м2. На второй год на корнеплоде развиваются цветоносные побеги, дающие семена. У взрослого растения первого года жизни корни достигают глубины 2,5 м и отходят в различные стороны более 0,5 м.
У сахарной свеклы первого года жизни отмечаются следующие фазы роста и развития: всходы; 1-5-я пары настоящих листьев, смыкание и размыкание их. Кафедра растениеводства Ростовского агроуниверситета предлагает следующую взаимосвязь фаз роста и развития с этапами органогенеза и элементами продуктивности (Алабушев В. А. и др., 2001).
Фазы роста и развития, этапы органогенеза и формирование элементов продуктивности сахарной свеклы
| Фазы | Этапы органогенеза и ведущие процессы | Формирование элементов продуктивности |
| Всходы (вилочка) | I — конус роста недифференцированный | Густота всходов |
| 1-5-я пары настоящих листьев | II — конус роста дифференцируется, закладываются зачаточный стебель и пазушные почки, формируются листья и корневая система | Густота стояния растений |
| Смыкание листьев в рядках | Интенсивный рост листьев и корнеплодов | Масса корнеплода |
| Смыкание листьев в междурядьях | ||
| Размыкание листьев | Слабый рост корнеплодов, интенсивное накопление сахара в них | Содержание сахара в корнеплодах |
| Техническая спелость | Отмирание листьев, прекращение роста корнеплодов и увеличение в них сахара |
После всходов в фазе «вилочки» первичный корень достигает глубины 15 см, а при появлении первой пары настоящих листьев — 30 см. Затем начинается утолщение главного корня за счет деления клеток первичного луба. Когда образуется три пары листьев, первичная кора корня постепенно сбрасывается («линька») и появляется вторичная, которая одета слоем пробковой ткани. По мере увеличения числа листьев идет также утолщение и разрастание главного корня (формирование корнеплода). Он образуется в результате деятельности 10-12 камбиальных колец сосудисто-волокнистых пучков, которые последовательно сменяют друг друга. Между ними разрастается паренхимная ткань, в клетках которой в основном запасается сахар. При оптимальных условиях роста и развития растений процесс разрастания паренхимы проходит более интенсивно, что способствует формированию более крупных корнеплодов с массой каждого порядка 500 г и более. Полностью сформировавшийся корнеплод имеет коническую форму, цилиндрический в центре и с небольшой головкой, по бокам находятся два ряда корешков; окраска у него белая и мякоть плотная. Анатомическое строение корнеплода следующее: головка (укороченный стебель), на которой расположены листья; шейка (подсемядольное колено) без листьев и корней и собственно корень (коническая часть корнеплода), где находятся боковые корешки.
В зрелом корнеплоде в среднем содержится 75% воды и 25% сухого вещества, основную часть которого (17,5%) составляет сахароза. Остальные 7,5% делятся следующим образом: клетчатка — 2,5%, пектиновые вещества — 2,4%, белки и зола — 0,1%; а также фруктоза, глюкоза и другие безазотистые вещества — 0,8%, азотистые вещества — 1,8%.
С точки зрения технического производства сахаром называется только сахароза (дисахарид). Все остальные вещества принято называть «несахарами». Содержание их может изменяться в зависимости от сорта, почвенно-климатических условий и агротехнологии. Самыми вредными считаются растворимые пектиновые вещества, которые попадают в сок, мешают его фильтрации и кристаллизации сахара. Азотистые вещества, которые попадают в свекловичный сок, принято делить на две группы: безвредные (белковые) и вредные (бетаин, амиды, красящие соединения и др.). Последние при выработке сахара не выпадают в осадок и переходят в патоку. Следует иметь в виду, что распределение сахара в корнеплоде неравномерно, потому что больше всего его сконцентрировано в средней части (шейка), а незначительная часть — в верхней (головка) и нижней (хвостик).
Чтобы получить семена, корнеплоды после зимнего хранения высаживаются весной следующего года в поле. После прорастания почек формируются облиственные цветоносные побеги высотой до 150 см. Цветки образуются в их верхней части, в пазухах прицветников группами по 3-4 и более штук. Соцветием у свеклы является мутовчатая колосовидная кисть; цветки обоеполые, пятерного типа. Опыление у этой культуры перекрестное, которое проходит в основном с помощью ветра и частично насекомых. Плоды (орешки) при созревании желтеют и срастаются в соплодия (клубочки), которые состоят из 26 орешков. Масса 1000 клубочков у многосемянных сортов составляет порядка 20-50 г, а у односемянных около 20 г. На долю семени приходится 25-30% массы клубочка, в центре его находится перисперм с запасом питательных веществ. В состав зародыша входят две семядоли, почечка, подсемядольное колено и зачаточный корешок.
Сахарная свекла считается требовательной культурой к условиям выращивания. Вегетационный период растений первого года жизни равен 160-170 дням, а второго — 100-130 дням. Так как семена ее находятся в клубочках, то для их прорастания требуется 150-170% воды и достаточный доступ воздуха. Эта культура считается умеренно теплолюбивой. Семена ее начинают прорастать при температуре +3-4°С, а при +15-18°С они всходят за 6-7 дней. При этом первым трогается в рост корешок и подсемядольное колено. Когда две семядоли появляются на поверхности почвы, то начинают зеленеть и выполнять функции листьев (фаза «вилочки»), В это время всходы очень чувствительны к заморозкам и могут погибать при -3 — 4°С. После появления первой пары настоящих листьев (через 6-8 дней после всходов) они могут выдерживать заморозки до — 8°С. Оптимальной температурой для фотосинтеза считается +20-22°С. Если же она ниже +6-8°С, то прекращается накопление сахара в корнеплодах. В первый период листья формируются парами, а после четвертой появляются уже по одному. В начале вегетации они образуются через каждые 2-3 дня, в середине — через 1-2 дня, а в конце их формирование замедляется. В первый год жизни на растениях сахарной свеклы образуется по 60-90 листьев, которые функционируют в течение 60-70 дней. Самыми продуктивными считаются листья с 10-го по 25-й (средней ярус). Активная фотосинтетическая деятельность каждого листа составляет около 25 дней. Перед уборкой чистая продуктивность фотосинтеза листьев значительно снижается, а масса их уменьшается за счет реутилизации питательных веществ в корнеплоды. Оптимальной площадью листьев у сахарной свеклы считается 40-50 тыс. м2 на 1 га. При низком уровне агротехнологии растения сильнее страдают от засухи и больше теряют листьев. При оптимальном естественном или искусственном увлажнении, а также при хорошем минеральном питании отмирание листьев происходит медленнее.
Рост сахарной свеклы в первый год жизни принято делить на три этапа с продолжительностью каждого около 50 дней.
На первом из них растения энергично формируют рабочие органы (листья и корни), а рост корнеплода отстает. На втором этапе идет интенсивное формирование корнеплодов. На третьем этапе прирост листьев замедляется, но наблюдается увеличение массы корнеплодов и интенсивное накопление сахара. Если в августе и сентябре растения хорошо обеспечены влагой и минеральным питанием, то на интенсивность образования сахара в листьях и отложение его в корнях большое влияние оказывает число солнечных дней. Установлено, что в жаркие дни из-за нарушения водного баланса растений отмечается депрессия фотосинтеза и усиление дыхания, которое сопровождается расходованием сахара и торможением роста.
Эта культура относится к растениям длинного дня. В первый год жизни в пазухах всех листьев формируются спящие почки. Большинство из них закладывается при высоких температурах; для их дальнейшего развития необходимы пониженные температуры от 0 до +8°С. В производстве некоторые растения могут давать отклонения от нормального двухгодичного цикла развития в ту или другую сторону. Например, при прохладной погоде у отдельных растений полный цикл развития спящих почек и образование цветоносных побегов происходят в первый год жизни («цветуха»). Цветушные корнеплоды обычно малосахаристые и грубые, а при хранении сильно поражаются кагатной гнилью. Наоборот, некоторые корнеплоды на второй год не дают цветоносных побегов и продолжают образовывать лишь розетку листьев («упрямцы»), что приводит к снижению урожая семян.
Сахарная свекла считается влаголюбивым растением, хотя транспирационный коэффициент у нее невысокий (300-400). Наибольшая потребность в воде бывает в период усиленного роста листьев и утолщения корнеплодов (июль-август), а в начале и в конце вегетации эта культура обходится меньшим количеством воды. При длительном завядании листьев может начаться их отмирание, это приводит к прекращению роста корней и накопления сахара. Оптимальной влажностью почвы для растений считается 60-80% НВ. Растениям второго года жизни, которые выращиваются на семена, также требуется много воды. Оптимальной влажностью почвы для нормального роста и развития высадков считается 60-70% НВ. Больше всего воды требуется в период от выбрасывания цветоносов до конца цветения. При прохладной и влажной погоде в лесостепи урожаи корнеплодов бывают высокие, но сахаристость их небольшая. Оптимальное сочетание света, тепла, влаги и питательных веществ в течение всего вегетационного периода способствует получению высоких урожаев хорошего качества.
Эта культура считается требовательной к плодородию почвы. В различные фазы вегетации потребление элементов питания по отдельным периодам происходит неравномерно. В мае и июне потребление азота, фосфора и калия составляет 26, 17 и 15% от общего количества, в июле — 42, 41 и 46%; в августе — сентябре — 26, 42 и 39% соответственно. Установлена также большая роль микроэлементов (бор, марганец, железо и др.). Лучшими почвами для сахарной свеклы считаются черноземы, серые и темно-серые лесные суглинки, а также низины и поймы, богатые органическим веществом лугово-болотные и др. Наиболее благоприятной считается нейтральная и слабощелочная реакция почвы (рН 7), при более высокой кислотности должно проводиться известкование. Оптимальным уровнем грунтовых вод считается 1,5-2 м от поверхности почвы.