Maíz: La planta

Introducción

Pertenece a la tribu maideae, familia gramineae. Es una planta herbácea anual, monoica de día corto (hoy totalmente modificada).Tripsacum y Euchlaena (= Teosintle), poseen una relación filogenética con el género Zea y juegan una rol muy importante en el mejoramiento genético con el maíz.

Zea mays, es una planta herbácea anual, monoica de día corto.
El uso y expansión del maíz luego del descubrimiento de América a través del mundo ha sido extraordinario.

Por su amplia capacidad de adaptación, su elevado rendimiento y las posibilidades futuras de mejora por vía genética hacen de esta planta uno de los cultivos de mayor importancia para la humanidad.

Es una planta extraordinaria que concentra alimentos en un producto naturalmente preparado in vivo listo para su uso y/o comercialización, protegido naturalmente contra pájaros, insectos, clima, etc.

Por su amplia capacidad de adaptación, su elevado rendimiento y las posibilidades futuras de mejora por vía genética hacen de esta planta uno de los cultivos de mayor importancia para la humanidad.

Sistemática y morfología

El maíz pertenece a la familia de las gramíneas, tribu maideas. Entre las especies pertenecientes a dicha tribu, sólo Zea mays tiene interés desde el punto de vista agrícola y económico.

El maíz es una planta anual con un gran desarrollo vegetativo, que puede alcanzar hasta los 5 m de altura (lo normal son 2 a 2,50 m). Muy robusta, su tallo es nudoso y macizo y lleva de 15 a 30 hojas alargadas y abrazadoras (4 a 10 cm de anchas por 35 a 50 cm de longitud), de borde áspero, finamente ciliado y algo ondulado. Desde el entrenudo inferior pueden nacer tallos secundarios, que no suelen dar espigas, pero en caso de darlas abortan. La selección se ha dirigido hacia las variedades que macollan lo menos posible. El tallo está formado por entrenudos separados por nudos más o menos distantes. Cerca del suelo, los entrenudos son cortos y de los nudos nacen raíces aéreas. El grosor del tallo disminuye de abajo arriba. Su sección es circular, pero desde la base hasta la inserción de la mazorca presenta una depresión que va haciéndose más profunda conforme se aleja del suelo. Desde el punto en que nace el pedúnculo que sostiene la mazorca, la sección del tallo es circular hasta la panícula o inflorescencia masculina, que corona la planta.

Posee un sistema radicular fasciculado bastante extenso formado por tres tipos de raíces:

    * Las raíces primarias emitidas por la semilla comprenden la radícula y las raíces seminales.
    * Las raíces principales o secundarias que comienzan a formarse a partir de la corona, por encima de las raíces primarias, constituyen la casi totalidad del sistema radicular.
    * Las raíces aéreas o adventicias nacen en último lugar, en los nudos de la base del tallo, por encima de la corona.

El maíz es una planta monoica, es decir, lleva en cada pie de planta, flores masculinas y femeninas. Las flores masculinas se agrupan en una panícula (penachos o pendones) terminal, y las femeninas se reúnen en varias espigas (panojas o mazorcas) que nacen de las axilas de las hojas del tercio medio de la planta.

Las flores masculinas tienen de 6-8 mm, salen por parejas a lo largo de muchas ramas finas de aspecto plumoso, situadas en el extremo superior del tallo. Cada flor masculina tiene tres estambres, largamente filamentosos.

Las espiguillas femeninas se agrupan en una ramificación lateral gruesa, de forma cilíndrica, cubierta por brácteas foliadas. Sus estilos sobresalen de las brácteas y alcanzan una longitud de 12 a 20 cm formando su conjunto una cabellera característica que sale por el extremo de la mazorca. Se conocen vulgarmente con el nombre de sedas o barbas.
Cada flor femenina, si es fecundada en su momento, dará lugar a un fruto en forma de grano, más o menos duro, lustroso, de color amarillo, púrpura o blanco.

Los frutos quedan agrupados formando hileras alrededor de un eje grueso. Los híbridos de maíz, utilizados hoy en día de forma muy generalizada, contienen unos 600 a 1.000 frutos (granos) por mazorca, alineados en 16 a 20 hileras de unos 50 granos cada una.
El fruto (grano) es un cariópside (fruto seco e indehiscente (que no se abre) a cuya única semilla está adherida el pericarpio (envuelta exterior del fruto), formada por la cubierta o pericarpio (6 % del peso del grano), el endospermo (80 %) y el embrión o germen y/o semilla (11 %).

Fisiología de la planta

El maíz es el cereal más eficiente como productor de grano. Contribuyen a ello varios factores: gran tamaño de la planta, dotada de un área foliar muy considerable, con un tallo fuerte y alto, sistema de raíces abundante y tejido vascular (conductor) amplio y eficiente.
La planta del maíz es uno de los mecanismos más maravillosos que posee la naturaleza para almacenar energía.

El fruto

Cada parte del fruto (grano) de maíz tiene un origen hereditario distinto:
El pericarpio, procede de la planta madre productora de la semilla.
El endosperma procede en sus 2/3 de la planta madre y en un tercio del padre. Resulta de la multiplicación celular que sigue a la unión del núcleo secundario (diploide: 2n) del saco embrionario con una de las dos espermas o gametos masculinos (haploide: n).

El embrión o semilla contiene, a partes iguales, aportes recibidos del padre y de la madre. Se origina por multiplicación del cigoto resultante de la unión de la oosfera (haploide: n) del saco embrionario, con el otro núcleo espermático (gameto masculino también haploide: n).

Cada una de estas partes tiene una misión funcional: el pericarpio protege la semilla; el endosperma es la reserva de la que se alimenta la nueva planta hasta que pueda empezar a sintetizar por sí misma: está formado por un 90 % de almidón, un 7 % de proteínas y cantidades menores de sustancias minerales, aceites, etcétera.

Al embrión, lo forman un eje embrionario integrado a su vez por la plúmula y la radícula (esbozos embrionarios de tallo y hojas, y de la raíz de la nueva planta); y escutelo o cotiledón, cuya función es la de servir de reserva a la semilla y la plántula en sus primeras etapas de desarrollo. El escutelo es rico en aceites y otros productos necesarios para la activación y crecimiento de la semilla y la plántula.

La germinación y primeras etapas del crecimiento

Puesta la semilla en íntimo contacto con un suelo cálido y húmedo a una profundidad de unos 6 cm, comienza por absorber agua e hincharse. Se inician entonces unos cambios químicos que provocan el crecimiento del eje embrionario (plúmula y radícula). La radícula comienza a salir por la cubierta del fruto a los dos o tres días.
Le sigue, unos dos días más tarde, la plúmula, en la que empiezan a diferenciarse un vástago, esbozo del tallo, que emerge del grano, y las primeras hojas.

Estas van creciendo y salen de la semilla protegidas al principio por una cubierta llamada coleóptilo. Después que ha salido la primera raíz, le siguen otras varias (raíces seminales) hasta un total de 6 ó 7. La plántula, se nutre en sus primeros días de las sustancias minerales disueltas en el suelo, a través de estas primeras raíces seminales, las cuales cumplen también funciones de sostén hasta que empiezan a formarse las raíces principales a partir de la corona.

El coleóptilo crece a partir de un punto intermedio más o menos a la mitad de camino entre el grano y la superficie del suelo. Desde el grano hasta donde el coleóptilo desarrolla el tallo y las hojas seminales, crece una especie de tubo o tallo subterráneo de color blanco, llamado mesocotilo.

Cuando la semilla se siembra a más profundidad de la normal, el mesocotilo se alarga hasta cubrir con su crecimiento una distancia desde la semilla que haga posible que el coleóptilo emerja sobre la superficie del terreno.

Si la profundidad de siembra es excesiva o el terreno está en malas condiciones, el mesocotilo queda detenido en su crecimiento más abajo del punto en que el desarrollo consecutivo del coleóptilo llevaría a la plántula a emerger a la superficie, malográndose así la germinación.

El coleóptilo es consistente y puntiagudo, y generalmente consigue abrirse camino hasta la superficie. Desde la siembra hasta que emerge del suelo la punta del coleóptilo median, en condiciones normales, de seis a ocho días.

Cuando la tierra está demasiado seca o fría lo más probable es que el coleóptilo no llegue a salir a la superficie. Si por alguna circunstancia desfavorable, como puede ser una excesiva profundidad de siembra, el coleóptilo se abre a más de 3 cm de profundidad, la primera hoja no tiene suficiente consistencia para abrirse paso hasta la superficie y muere.

Crecimiento vegetativo

Una vez nacida la plántula empieza la formación de las raíces principales a partir de la corona. El sistema principal de raíces tiene forma fasciculada; crece rápidamente y puede penetrar profundamente en el suelo o extenderse en un amplio círculo. En los nudos de la base del tallo pueden aparecer raíces aéreas o adventicias llamadas también coronarias. Estas raíces tienen funciones de sostén y de nutrición, pudiendo absorber por lo menos compuestos fosfóricos.

Las raíces seminales que partiendo de la semilla alimentan y sostienen la plántula los primeros días, pierden después importancia.

De las cinco hojas embrionarias esbozadas en la semilla, la planta llega a producir de 15 a 30 hojas definitivas. Todas ellas se originan en el punto de crecimiento, que se conserva durante este período de crecimiento vegetativo a poca distancia del suelo por encima de la superficie, en el interior de la planta. Esta fase de formación de las hojas dura unas cuatro semanas a partir de la siembra. Durante este período, el punto de crecimiento tiene forma hemisférica con el aspecto de una pequeña protuberancia.

Desde que la planta termina de diferenciar todas sus hojas, el punto de crecimiento, que alcanza el nivel del suelo en ese momento, se alarga en forma de cilindro terminado en una punta de forma hemisférica. Dos o tres días después de producirse este alargamiento del punto de crecimiento, aparecen a sus costados unos bultos pequeños, que en pocos días desarrollan el esbozo de la panoja o panícula embrionaria.

Al exterior hay en esos momentos unas 10 hojas, y la planta alcanza una altura de unos 40 a 45 cm.

Este periodo puede reconocerse por un rápido crecimiento de los entrenudos inferiores del tallo, acompañado del alargamiento longitudinal de la planta.

El esbozo de espiga o inflorescencia femenina empieza a formarse al costado del punto de crecimiento unos diez días después que inició su formación la inflorescencia masculina. Al mismo tiempo que el punto de crecimiento evoluciona en el interior de la planta y comienzan a desarrollarse en el mismo, primero la inflorescencia masculina y poco después la espiga principal, en el exterior se produce el alargamiento del tallo y la aparición de todas las hojas. En esta fase, en que finaliza el crecimiento vegetativo y se preparan las funciones reproductoras, la planta vive un máximo en su actividad fotosintética y absorbe del suelo grandes cantidades de agua y principios nutritivos.

Fecundación

Al aparecer la extremidad de las flores masculinas y la punta de la espiga femenina, la velocidad de crecimiento de la planta disminuye. Los entrenudos medios e inferiores del tallo han llegado al máximo de su desarrollo. Unos dos días antes de que las espiguillas masculinas comiencen a liberar el polen, los entrenudos de la parte alta del tallo dan un último estirón y los penachos terminan de salir de entre las hojas superiores, impulsados por este empujón del extremo superior del tallo.

Las tres semanas que preceden a la liberación del polen y el alargamiento de los estilos son una etapa crítica para la planta. En ella, la actividad asimiladora es máxima. Una deficiencia en el aporte de agua y nutrientes, en especial de los nitrogenados, durante esos veinte días, perjudicaría el resultado de la cosecha de forma irreversible.
La planta destina el máximo de su actividad a asegurar, en primer lugar, la formación de las flores masculinas y el polen y en segundo término, la de la espiga y los estilos.
La espiga principal (inflorescencia femenina) se desarrolla sobre el ápice de una ramificación lateral aproximadamente a la altura del sexto nudo contando de arriba hacia abajo. Con bajas densidades de siembra o en variedades altamente productivas pueden producirse espigas que dan mazorca y grano por debajo de la espiga principal.

La fase final, que podríamos llamar funcional, en la que desembocan todos los procesos preparatorios descritos hasta ahora, es la floración. Las flores masculinas que coronan la planta producen millones de granos de polen. La liberación del polen empieza, por lo general, algo después de que las flores masculinas fueran impulsadas fuera del verticilo foliar por el alargamiento de los últimos entrenudos superiores del tallo. Los granos de polen producidos en la inflorescencia masculina llevados por el viento pueden fecundar a varias espigas femeninas.

El polen es expulsado generalmente desde las primeras horas del día hasta media mañana. El rocío de la noche y la primera luz del día facilitan la dehiscencia de las anteras y la propagación del polen. Normalmente, la máxima producción de polen se produce al tercer día de la dehiscencia. Las primeras flores que sueltan su polen suelen ser las del centro y las últimas, las de las puntas y la base.

La liberación del polen puede durar de seis a ocho días. La cantidad de polen que producen las plantas es normalmente más que suficiente para fecundar todas las espigas de la plantación. Se estima por término medio que una planta puede producir 25 millones de granos de polen. Sólo en caso de que la sequía o temperaturas extremas lleguen a dañar una gran cantidad de flores masculinas, la escasez de polen puede ser causa de una cosecha deficiente. Cuando hay una deficiente formación de granos suele ser: por esterilidad genética que inhibe la formación del polen, o por un retraso en el alargamiento de los estilos en relación con la liberación del polen.

Los óvulos de las flores femeninas producen estilos alargados terminados en sendos estigmas. Como hemos dicho, su aspecto es el de sedas o pelos coloreados que sobresalen en forma de cabellera por el extremo de la espiga o mazorca. Un grano de polen, al depositarse en la punta de un estigma, produce un tubo polínico que al crecer se introduce por la funda formada por las células del haz fibrovascular del estigma y el estilo, hasta llegar al óvulo. El tubo polínico lleva hasta el saco embrionario del óvulo el contenido del núcleo fecundante del grano de polen, produciéndose así la fecundación e iniciándose inmediatamente la formación del grano de maíz.

Los estilos empiezan a salir de las brácteas que envuelven las espigas femeninas, unos dos o tres días después de que empezaran a liberar el polen las flores masculinas. En tres, cuatro, o cinco días como máximo, todos los estilos han surgido de las brácteas de manera que el final de la liberación del polen coincide aproximadamente con la aparición de los últimos estilos. Esta coincidencia del momento de la liberación del polen con la aparición de los estilos en una misma planta no es funcional para la propia planta, ya que el porcentaje de fecundaciones del polen con las espigas del mismo pie de planta es muy escaso (un 3 % en media).

En el 97 % de los casos se producen fecundaciones cruzadas entre el polen y las espigas de plantas distintas. Este fenómeno de incompatibilidad relativa que impide a los granos de polen fecundar los óvulos de las flores de la misma planta, se llama alogamia, y constituye un mecanismo natural para evitar los peligros de una excesiva pureza u homocigosis que llevaría a la especie a una degeneración y una falta de adaptación a los posibles cambios surgidos en el medio en que vive. Por tanto, en condiciones de campo normales, aproximadamente un 97 % de las fecundaciones son cruzadas, y sólo un 3 % son autofecundaciones.

Formación y maduración del grano

Al unirse el núcleo espermático masculino, transportado en la punta del tubo polínico, con el óvulo femenino se forma el cigoto.

Su división da lugar al embrión o semilla cuyas células reciben una dotación cromosómica cuantitativamente igual del padre y de la madre (o de la flor masculina y la flor femenina).
Después de fecundadas las flores de la espiga, los estilos se oscurecen y marchitan. A los pocos días pueden ya verse sobre la espiga los pequeños granos con aspecto de pequeñas gotas de agua. Estos crecen rápidamente y, al mismo tiempo, la espiga se alarga y ensancha hasta formar la mazorca con su tamaño definitivo.

Unos veinte días después de la polinización, los granos se llenan de una pasta lechosa y azucarada que evoluciona para transformarse en las sustancias almidonadas y las proteínas del endospermo. Se conoce esta fase con de nombre grano lechoso. Para entonces, el embrión ya está totalmente formado.

Durante estos días, la actividad de la planta se concentra en la formación y transformación de las sustancias nutritivas almacenadas en el grano.

Hacia los treinta o treinta y cinco días después de la fecundación, empieza a depositarse y almacenarse el almidón en el interior del grano a partir de la corona (zona apical del fruto).
Aproximadamente, unos cuarenta días después de la fecundación, pueden distinguirse dos zonas en el grano: una superior rica en sustancias almidonadas y otra inferior que contiene las sustancias lechosas todavía sin transformar. Por esa época continúa la formación de materia seca por la planta y su acumulación principalmente en la zona lechosa de los granos. Desde ésta, las sustancias van transformándose en almidón y emigrando hacia la parte superior del grano. Estos fenómenos de síntesis, transformación, transporte y acumulación, van acompañados por una pérdida neta de humedad en el grano. Hacia la octava o novena semana después de la fecundación el embrión ha terminado de formarse en el interior del fruto y de acumulo de sustancias nutritivas de reserva toca a su fin. El grano alcanza entonces el máximo peso seco y se encuentra en estado de madurez fisiológica. El rendimiento de la cosecha está prácticamente alcanzado y las plantas contienen en su conjunto de máximo de materia seca acumulable en las condiciones en que se ha desarrollado su ciclo de crecimiento vegetativo y de producción de grano.

Para reconocer el momento de la madurez fisiológica puede observarse la base de grano, es decir, la parte por la que se une al eje cilíndrico de la mazorca. El grano que ha terminado de transformar en almidón y proteína sus sustancias de reserva, tiene en su parte basal una zona callosa negruzca, punto negro (black-layer). En ese momento, el contenido de humedad de grano alcanza de 30-35 %. A partir de entonces, sólo se producirá una ligera pérdida de peso por variación en el contenido de humedad de grano. Este se va secando desde la corona hacia la base (punto de unión con la mazorca).

Estados críticos en el desarrollo de la planta

Desde que se siembra hasta que se cosecha, el maíz pasa por determinadas fases de crecimiento o transformación de sus funciones en las que resulta especialmente sensible a las variaciones originadas en el medio en que vive, ya sean provocado o naturales.
La germinación y el arraigo de la semilla son las primeras etapas delicadas para el posterior desarrollo de las pequeñas plantas.

En contacto con la humedad del suelo se abren las cubiertas del fruto que protegen la semilla, y los tejidos ricos en sustancias de reserva quedan expuestos a los organismos que viven en el suelo.

Otro peligro para la adecuada germinación y primeras fases del desarrollo es la falta de condiciones (humedad y temperatura) y buen estado (agregación y finura) de las partículas del suelo. Si tales condiciones negativas no llegan a impedir la germinación, pueden retrasar las primeras fases del desarrollo de la planta, lo que expone a éstas al ataque de parásitos y organismos patógenos.

El equilibrio entre los distintos principios minerales nutritivos contenidos en el suelo y su estado de asimilación para las raíces es de gran importancia, en los primeros días, una vez que el embrión consumió las sustancias de reserva del fruto y las primeras raíces empiezan a alimentar a la planta. La falta de algún elemento, en especial de fósforo, en el suelo afecta principalmente al crecimiento de la planta durante estas primeras semanas.
En la etapa de crecimiento vegetativo, desde que la planta puede considerarse que arraigó hasta poco antes de la floración, las adversidades de cualquier tipo (climáticas, falta o exceso de algún elemento, plagas o enfermedades), afectan el desarrollo posterior retrasando el momento final de la maduración del grano. Sin embargo, las consecuencias no suelen ser irreversibles ni graves, durante esta etapa.

El período crítico más importante para la vida de la planta y la cosecha, transcurre aproximadamente en las tres semanas anteriores al momento de la floración. La formación y desarrollo interno de las flores masculinas y de la espiga femenina, y la maduración del polen y los óvulos, requieren condiciones bastante concretas en cuanto al suministro de principios minerales en estado asimilable en el suelo, para lo que se precisa, además, un aporte suficiente de agua.

Así como en la primera etapa de germinación y arraigo, era vital el suministro de fósforo, ahora es el nitrógeno el elemento de que más necesitado se halla la planta.

La abundancia de agua en el suelo, contando con un equilibrado aporte de abonos en su momento, y una eficiente protección contra las plagas y enfermedades, son las condiciones básicas en este período para el buen desarrollo de las flores, y una efectiva fecundación que garantice un rendimiento acorde con las posibilidades intrínsecas de la variedad.

Las plantas durante la floración continúan necesitando agua y elementos nutritivos (en especial, nitrógeno), abundantes para hacer frente a la gran actividad fisiológica propia de esta fase.

Una vez que se produce la fecundación, las consecuencias que puede tener cualquier tipo de adversidad (plagas, falta de agua, etc.) para la cosecha son menos drásticas de lo que habrían sido de ocurrir en las semanas anteriores. En este período de llenado y maduración del grano, puede ocurrir todavía que una parte de ellos fallen (aun habiendo sido fecundados), quedando las mazorcas relativamente vacías, en especial en sus puntas. La sequía y la falta de principios nutritivos, así como la incidencia de plagas y enfermedades en los días siguientes a la fecundación pueden ser las causas principales del fallo de un porcentaje variable de granos y de una baja cosecha.

La maduración y secado del grano requiere un tiempo relativamente seco. La planta, en estos días finales de su ciclo productivo, no tiene especiales requerimientos, y ya es relativamente difícil que las condiciones ambientales incidan de forma apreciable en el resultado final de la cosecha.