Топинамбур пли земляная груша является клубненосным растением из семейства сложноцветных (Соmроsitae) и принадлежит к одному роду с подсолнечником (к роду Helianthus).
Род Helianthus является обширным и полиморфным. Бентам и Гукер в свое время описали 50 видов этого рода, Уотсон - 108 видов, Коккерель - 180, а советский монограф Ф. А. Сацыперов описал даже 264 вида. Ф. А. Сацыперов в течение долгих лет изучал род Helianthus и смежные с ним роды.
Большинство описанных видов является травянистыми растениями. Из них только 25 - однолетние, 23 вида являются полукустарниками, 5 видов представляют собой настоящие кустарники до 5-7 м высоты, 45 видов имеют корневище или столоны с клубнями, 5 видов образуют «корнеплоды» и издавна используются в пищу индейцами Северной Америки.
В природных условиях естественного своего распространения большинство видов рода Helianthus является обитателями открытых мест; они занимают степи, полупустыни, луга, осветленные леса, песчаные побережья и даже болота. Большинство видов - мезофиты, немногие являются ксерофитами и лишь единичные виды принадлежат к гигрофитам.
Латинское название топинамбура (Helianthus tuberosus L.) в переводе на русский язык означает «клубненосный подсолнечник». Название «топинамбур» заимствовано с французского - topinambour.
Коккерель описал 7 дикорастущих разновидностей Helianthus tuberosus L., встречаемых в разных штатах Северной Америки (Жуковский, 1950):
1) var. typicus Cock. - с сильно ветвистым стеблем, многочисленными мелкими корзинками на боковых ветвях;
2) var. nebrascensis Cock. - менее ветвистая скороспелая разновидность с глянцевыми листьями, листочки обвертки отстоящие, столоны длинные;
3) var. Alexandri Cock. - с булавовидными клубнями;
4) var. purpurellus Cock. - с матовыми листьями, черешки листьев узкокрылатые, клубни мелкие;
5) var. fusiformis Cock. - листья с клиновидным основанием, клубни крупные, розовой окраски, несколько веретеновидные;
6) var. albus Cock. - с тонким маловетвистым стеблем; черешок листа широко крылатый, клубни очень крупные, шаровидные, на коротких столонах, что дает скученную группу клубней у основания стебля, кожица; клубней белая; эта разновидность дала наиболее старые сорта, полученные еще от индейцев;
7) var. purpureus Cock. - клубни крупные, розово-лиловатой окраски; эта разновидность наиболее широко распространена в культуре.
Топинамбур обладает большой пластичностью, поэтому переход из дикого состояния в культурное, как и обратно, совершается легко. Будучи оставленным в течение ряда лет без всякого культурного воздействия, он очень легко дичает. Обширные заросли такого одичавшего топинамбура можно встретить на Северном Кавказе, в Северной Осетии и соседних с ней районах, вдоль Донецкой железной дороги и в других местах.
По габитусу топинамбур напоминает всем хорошо известный подсолнечник. Основное отличие его от подсолнечника заключается в образовании клубней. Кроме того, топинамбур сильно ветвится и образует более многочисленные, но менее крупные, чем у подсолнечника, листья.
Листья яйцевидной формы, с зубчатыми краями и заостренной верхушкой. Если у подсолнечника встречаются в среднем 20-30 листьев на одном растении, то у топинамбура их насчитывается 300-400, а в отдельных случаях и более.
Соцветие у топинамбура - корзинка, по форме напоминает соцветие подсолнечника, но по размерам (в диаметре) в 5-6 раз меньше, чем у подсолнечника. В соответствии с этим и семянки земляной груши значительно мельче, чем семянки подсолнечника, хотя по своей форме они весьма сходны.
Стебли у топинамбура однолетние, полудеревянистые, почти цилиндрические, при полном своем развитии достигают 2-2,5 м высоты, а в особо благоприятных условиях произрастания даже 3,5-4,0 м высоты. Главный стебель несет большее или меньшее число боковых ветвей, в зависимости от сорта; у некоторых сортов они окрашены антоцианом.
Вегетативная масса у отдельных сортов топинамбура значительно больше, чем у подсолнечника. В противовес подсолнечнику топинамбур отличается большей облиственностью, образует от одного клубня по 3-4 стебля, которые сильно ветвятся.
Топинамбур может давать корни от частей стебля, что допускает возможность размножения его черенками. Случайные надломы стеблей зарубцовываются, и пригнутый к земле стебель постепенно приподнимает вершинку и продолжает расти. В южных засушливых районах отмечены случаи, когда завядшие от недостатка влаги растения топинамбура вновь оживают после полива, между тем как подсолнечник в тех же условиях погибает.
Скошенный в июле или первой половине августа, он дает второй урожай зеленой массы, однако такое подкашивание отрицательно отзывается на урожае клубней.
Некоторые морфологические показатели в значительной мере варьируют в зависимости от сорта и условий произрастания. Так, например, число стеблей колеблется от 1 до 8-10 на одно растение, число листьев - от 300 до 1000, толщина стеблей у основания - от 1,5 до 3-4 см. Сильно варьируют также размеры и форма листьев и другие признаки. Подробнее об этом сказано при характеристике наиболее распространенных сортов топинамбура.
Встречающиеся в специальной литературе указания на то, что по мере продвижения с юга в более северные районы уменьшается ветвистость, облиственность и общая высота роста, а следовательно, и урожайность зеленой массы земляной груши не отвечают действительности.
Правильнее будет говорить о положительном влиянии климатических условий центральных, западных и северо-западных областей нашей страны на успешное развитие топинамбура и образование обильной зеленой массы.
И действительно, если в южных районах нашей страны урожаи зеленой массы земляной груши колеблются в пределах 300-400 ц/га (редко более), то в Белоруссии и Прибалтике обычными являются урожаи по 500-700 ц/га и даже более. Только по урожаю клубней центральные и более северные районы не могут конкурировать южными районами, как об этом было указано уже ранее.
Корневая система у топинамбура хорошо развита и состоит из густой сети тонких корешков, сплошной массой пронизывающих почву на глубину 25-30 см. На легких минеральных и на скважных торфяных почвах, при благоприятном уровне грунтовых вод, корневая система топинамбура проникает даже до 1 м глубины; на тяжелых глинистых почвах корневая система размещается в поверхностном 12-15-сантиметровом слое почвы. Это обстоятельство по всей вероятности является одной из основных причин невысоких урожаев топинамбура на тяжелых почвах.
Развитие корневой системы находится в тесной зависимости также и от условий влажности почвы.
При более частых поливах, а следовательно, и при лучшей обеспеченности растений влагой, развивается более мощная корневая система. Мощное развитие корневой системы на хорошо обеспеченных влагой торфяных почвах, по-видимому, является одной из основных причин, обусловливающих высокие урожаи земляной груши именно на торфяных почвах; здесь нередки урожаи зеленой массы по 800-900 ц/га.
В почве у основания стебля образуются клубни. Эти стеблевые образования сидят на подземных побегах или столонах разной длины. Количество клубней на одном растении, их размеры, форма и окраска различны в зависимости от сорта.
Поверхность клубня покрыта глазками, которые у большинства сортов образуют бугорки, а не погружены в клубень, как у картофеля. Число глазков достигает 10 и более.
Размещение клубней у основания стебля неодинаковое и варьирует в зависимости от сорта и почвенных условий. Дикие формы топинамбура имеют разбежистое расположение клубневого гнезда (поперечные размеры гнезда достигают 1,2-1,5 м), тогда как большинство культурных сортов характеризуется большей компактностью размещения клубней в гнезде.
Размещение клубней в почве зависит в известной мере также от почвенных условий: при прочих равных условиях на тяжелых и плохо обработанных почвах клубни размещаются скученно у основания стебля, а на рыхлых и глубоко возделанных почвах, наоборот, образуется более широкое гнездо со свободно размещающимися клубнями.
Форма клубней даже у вполне выравненных селекционных сортов способна меняться при перенесении в другие климатические и почвенные условия. В частности, сорта топинамбура с округлыми клубнями при возделывании на тяжелых почвах дают сильно деформированные клубни.
В особо благоприятных условиях топинамбур способен давать по 3-4 кг клубней на один куст, при среднем весе клубня около 100-200 г, что обеспечивает урожай в 35-40 т клубней с 1 га.
Для более детального освещения ботанических особенностей топинамбура можно привести краткую характеристику одного из наиболее распространенных сортов, известного под названием «Белый урожайный».
Из 8-10 глазков, расположенных на клубне, чаще всего каждый клубень дает лишь один росток, выходящий из верхушечной почки клубня. Этот росток развивается в дальнейшем в главный стебель.
Из запасных почек на подземной части главного стебля образуются боковые побеги, из которых 3-4 верхних выходят на поверхность почвы и образуют дополнительные стебли; остальные побеги развиваются в почве и образуют клубни.
Толщина стебля у основания 2-2,5 см (на юге нередко 3-4 см). Молодые части стебля покрыты довольно длинными жесткими волосками, очевидно выполняющими роль защиты растения от насекомых. На старых нижних частях стебля волоски отмирают. Стебли сильно ветвятся, образуя до 60-80 боковых ветвей, из которых нижние достигают длины 1 м и даже более.
Но это только при редком стоянии растений, когда имеется достаточно простора для развития боковых ветвей во все стороны, когда из пазухи каждого листа могут образовываться боковые ветви.
Стебель и боковые ветви сильно облиствены. Число междоузлий на стебле неодинаковое и зависит от общей высоты растения. Листья яйцевидной формы, с заостренной вершиной и зубчатыми Краями; зубцы неодинаковых размеров. Верхняя поверхность листа - матовая и жестковата на ощупь, так как покрыта короткими беловатыми волосками, хорошо заметными в лупу. Снизу листья менее жестки, и волоски здесь расположены преимущественно на нескольких выдающихся жилках листа. От средней основной жилки листа отходит пара крупных и ряд мелких жилок.
Размер листьев неодинаковый: обычно листья у основания стебля и у вершины меньших размеров, чем на средней части стебля. Размеры наиболее крупных и средних листьев варьируют в следующих пределах: длина 18-20 см, ширина 12-15 см, черешки листьев длиной 8-10 см. О том, как варьируют форма и размеры листьев в зависимости от сорта, будет указано особо.
Листорасположение неодинаковое на разных участках стебля: на нижней части стебля листорасположение супротивное (8-10 пар листьев), в средней части стебля - редкомутовчатое (6-8 мутовок) и к вершине стебля - спиральное. Но такое листорасположение нередко нарушается (например, встречаются отдельные экземпляры со спиральным или мутовчатым листорасположением на всем протяжении стебля).
Весовое соотношение общей массы стеблей и листьев варьирует в зависимости от сорта - от 2:1 до 4:1, но чаще всего оно выражено как 2,5:1.
Соцветие - корзинка, по внешнему виду очень напоминающая мелкое соцветие подсолнечника; размер соцветия в диаметре не более 3-4 см. Цветки, как у всех сложноцветных, двух родов - язычковые и трубчатые. Прежде всего бросаются в глаза расположенные по периферии корзинки ярко-желтые очень крупные язычковые цветки числом 15-20. Ложе корзинки снаружи прикрыто ланцетовидными листочками обвертки. Тычинок пять; пыльники их срастаются в трубочку, выступающую несколько над венчиком. Сквозь трубочку, образуемую сросшимися пыльниками, проходит оранжево-желтый столбик, оканчивающийся двураздельным рыльцем, каждая лопасть которого спирально закручена.
Топинамбур относится к перекрестноопыляющимся растениям, хотя оплодотворение возможно также и путем самоопыления. Язычковые цветки большей частью бесполые. Завязь одногнездная. Плод - семянка, с двумя шиловидными пленочками.
В заключение отметим некоторые характерные особенности в анатомическом строении клубня земляной груши.
На поперечном разрезе клубня ясно различимо его общее строение: за тонкой периферической корой расположена узкая прослойка проводящих тканей, затем следует мощный слой паренхимы белого цвета, представляющий главную массу клубня, и, наконец, центральная сердцевина сероватого цвета.
Под микроскопом прежде всего различается поверхностный слой клубня, состоящий из одного-двух слоев клеток перидермы, имеющих опробковевшие оболочки. Наружный слой пробковой ткани легко отделяется от глубже лежащего очень тонкого внутреннего слоя, в котором уже трудно рассмотреть очертания отдельных клеток. Коровая паренхима (первичная и вторичная) построена одинаково из живых клеток, плотно соединенных между собой. Граница между первичной и вторичной корой незаметна. Оболочки клеток коры снабжены многочисленными порами.
В камбиальном кольце на значительном расстоянии друг от друга расположены сосудистоволокнистые пучки, в большинстве слабо развитые. У хорошо развитых пучков в ксилеме заметны один-два ряда радиально расположенных спиральных сосудов с одеревенелыми оболочками. Флоэма развита слабо. Между пучками расположены широкие прослойки паренхимной ткани.
Основная масса клубня, лежащая за камбиальным кольцом, состоит из паренхимных, вытянутых по радиусу и плотно сомкнутых клеток с целлюлозными оболочками. По мере приближения к сердцевине эти клетки приобретают округлую и многоугольную форму; межклетники очень мелкие.
Слабое развитие поверхностной пробковой ткани у клубней является причиной того, что клубни, вынутые из земли, очень быстро теряют свой запас влаги, делаются вялыми, дряблыми и морщинистыми. Установлено, что на воздухе, при комнатной температуре, в течение 25-30 дней клубни теряют примерно 3/4 запаса влаги. Такие подвяленные дряблые клубни легко подвергаются поражению плесневыми грибками. Это является одной из важных причин плохой сохраняемости клубней топинамбура в течение осенне-зимнего периода.
В анатомическом строении стебля земляной груши различают следующие элементы.
У вполне развитого стебля большую часть в его поперечном сечении занимает мягкая и сочная сердцевина. Она окружена сравнительно тонким кольцом древесины, (в основном вторичной древесины).
В некоторых местах этого кольца можно заметить вдающиеся в сердцевину остатки первичной древесины. В коре находятся крупные склеренхимные пучки с одеревеневшими оболочками клеток. Кроме того, одеревеневшими являются также клеточные оболочки склеренхимных пучков коры и оболочки сердцевинных клеток. Такое строение стебля указывает на возможное использование лубяной ткани стебля топинамбура в промышленности.