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Die Zuckerrübe gehört der Gattung Beta an, diese ist systematisch der Familie der Gänsefußgewächse (Chenopodiaceae) zugeordnet.
Die Zuckerrübe ist eine zweijährige, fremdbefruchtende Pflanze, die im ersten Jahr eine Blattrosette und den Rübenkörper bildet, aus dem sich im zweiten Jahr der Samenträger entwickelt. Diploide Formen der Zuckerrüben bilden eher grundständig, langstielige, löffelförmige Blätter aus, während tetraploide Formen eher herzförmige Blätter aufweisen.
Der Rübenkörper wird in Kopf (beblätterter Teil), in Halszwischenteil (Hypokotyl) und in die Hauptwurzel unterteilt. Die Hauptwurzel nimmt den größten Teil des Rübenkörpers ein, die in zwei Doppelzeilen Fasern trägt und nahezu vollständig im Boden steckt. Die Zuckerrübe ist konisch geformt, weiß gefärbt und verdickt sich wie alle Beta-Rüben durch ein atypisches Dickenwachstum (konzentrische Ringe im Querschnitt). Wurzel und Hypokotyl des Zuckerrübenkörpers sind das Speicherorgan.
Die Primärwurzel kann eine Länge von 2,50 m erreichen. Wenn sie auf Störschichten trifft, besteht die Gefahr der Verzweigung des Rübenkörpers (Beinigkeit). An der Hauptwurzel entspringen seitlich zahlreiche dünne Nebenwurzeln, die hauptsächlich für eine Wasser- und Nährstoffaufnahme sorgen. Nach der Entfaltung der Kotylodonen (Keimblätter) entwickelt sich aus der äußeren Schicht des Zentralzylinders ein Kambium, das ein sekundäres Dickenwachstum aufweist. Mit dem Wachstum entwickeln sich wiederholt Holz- und Bastringe, so dass bei Zuckerrüben 8 bis 12 Gefäßbündelringe zu erkennen sind. Als Speicherparenchym werden vor allem die dem Bastparenchym benachbarten Zellen wirksam.
Der Abschluss der Entwicklung im ersten Vegetationsjahr ist nur durch den Abbau der Schosshemmung gekennzeichnet erreicht. Zum Abbau der Schosshemmung braucht die Zuckerrübe einen Kältereiz.
Die kleinen unscheinbaren Blüten stehen meist zu 2 bis 4 Blüten zusammen, die ein von den miteinander verwachsenen Perigonblättern umhülltes Samenknäuel bilden (Polykarpie). Die Blüten bilden eine rispige Scheinähre (bis 1,5 m hoch). Je Pflanze können 10.000 bis 20.000 Blüten ausgebildet werden. Die Blüte beginnt Ende Juni/Anfang Juli und dauert je Pflanze bis 40 Tage und die Bestäubung erfolgt durch Wind. Die Abreife erfolgt sehr langsam, bei Berührung (Wild, Hagel) fallen die Knäuel leicht ab.
Im ersten Vegetationsjahr erreicht die Zuckerrübe ihre „technologische Reife“ (BBCH-Stadium 49). Der Beginn der Ernte ist grundsätzlich vertraglich geregelt zwischen den Landwirten und Vertretern der Zuckerfabrik.
Der Zuckergehalt der Zuckerrübe liegt bei 15 % bis über 20 %, in Ausnahmefällen zwischen 25 % und 26 %. Damit macht er ¾ der Trockenmasse aus. Im Zentralbereich des Rübenkörpers ist der Zuckergehalt am höchsten (ca. 20 %), während der Zuckergehalt zur Wurzelspitze nur 10 % und zur Rinde sogar nur bei 5 % liegt. Der Wassergehalt beträgt rund 78 %. Mittelgroße Zuckerrüben wiegen zwischen 400 g und 1000 g.
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