2.12: Maíz

El maíz (Zea mays), o maíz, es una especie anual de cultivo de pasto que sobrevive solo por su cultivo por humanos. Su ascendencia cuenta algunos cuentos interesantes. Para la mayoría de las especies de cultivos, un 'pariente' silvestre es fácilmente evidente. Este no es el caso del maíz pero la respuesta en realidad puede depender de lo que se entiende por 'aparente'. No hay planta que tenga un fuerte parecido con el maíz, sobre todo en cuanto a su 'oreja', un racimo de flores femeninas y frutos posteriores. Su pariente más cercano, llamado teosinte, difiere en varias formas del maíz. Significativamente, difiere en formas que lo convierten en un 'proto-cultivo' poco probable, uno que los humanos podrían manipular mediante la cosecha selectiva y la siembra para hacerlo más deseable. Sin embargo, las diferencias genéticas entre teosinte y maíz resultan ser bastante pequeñas, diferencias en los genes del desarrollo que pueden alterar en gran medida el 'aspecto' de una planta y, significativamente, alterar características que la convierten en un cultivo deseable. Así hay un ancestro del maíz (una especie de teosinte) que crece silvestre en México, simplemente no se parece mucho al maíz y tiene características, en particular una pequeña cantidad de frutos que están encerrados en una estructura muy rígida, que no son muy adecuados para la cosecha.

Crecimiento filamentoso (hifas) creando un micelio fúngico

Representación de la estructura del molde de pan Rhizopus, mostrando rizoides, estolones y esporangióforos. Antes de formar estas estructuras el hongo existe como micelio.

Flores masculinas con estambres ejercidos.

Flores unisexuales de maíz: las flores femeninas (arriba) se agrupan en una rama llamada oreja. Normalmente hay de 1 a 3 mazorcas por planta de maíz, ocurriendo (¡como siempre lo hacen!) en las axilas de las hojas, las flores masculinas también se agrupan en tallos especiales, estos ocurren en la parte superior de la planta en estructuras llamadas borlas.

Se desconoce si esta planta se utilizó realmente de manera agrícola y se seleccionaron características favorables (más frutos que son más fáciles de abrir), o una versión más adecuada apareció 'por sí sola', sin intervención humana. Independientemente una vez que apareció una versión del maíz, probablemente hace 9000 años, fue rápidamente transformado por los primeros agricultores que seleccionaron por rasgos favorables, en particular mazorcas más grandes. Hace menos de 2000 años aparecieron versiones modernas del cultivo en la zona que ahora forma parte de México y se extendieron rápidamente por la mayor parte de las Américas. Es una hierba inusual en varias formas: hay flores masculinas y femeninas separadas (la mayoría de las plantas y la mayoría de los pastos tienen flores bisexuales) y produce semillas que no se caen de la planta como lo hacen las de la mayoría de las gramíneas.

Filogenia

El maíz es una planta con flores en el grupo de las monocotiledóneas, una entidad filogenética que incluye orquídeas, palmas, lirios y pastos. Los pastos se agrupan en la familia Poaceae, una familia numerosa que incluye cultivos básicos (trigo, arroz) y es extremadamente importante desde el punto de vista ecológico, a menudo dominando regiones.

Estructura

Para las personas que piensan que los pastos siempre se parecen a los de su césped, el maíz se ve bastante diferente: es grande, tanto en cuanto a la altura como en el ancho de las hojas. Inicialmente, el 'tallo' es en realidad solo las partes basales redondas (las vainas) de hojas individuales, con las hojas más antiguas en el exterior y hojas más nuevas que se producen en el interior. Al igual que el patrón en gramíneas y muchas otras monocotiledóneas (ver la discusión de los 'tallos' de plátano en el Capítulo 8), el meristemo apical del brote permanece en la base misma de la planta, cerca del suelo. El 'tallo' es producido por las vainas de múltiples hojas. Finalmente, un tallo verdadero emerge del interior a medida que se eleva el meristema apical del brote, 'telescópicamente' hasta el espacio formado por las vainas de varias hojas. El alargamiento del tallo termina cuando el meristema apical del brote se transforma en un meristema floreciente, produciendo racimos de flores masculinas (la borla) en la parte superior del tallo. Como es típico de todas las plantas, se forman ramas en las axilas de las hojas; lo inusual es que estas ramas producen muy poco tallo, solo un eje corto con múltiples flores femeninas. La base de esta rama floreciente produce múltiples hojas que crecen sobre las flores para formar la mazorca de maíz. Emergiendo de la punta de la oreja están los hilos de 'seda': el estigma y el estilo de cada flor individual encerrada en la oreja.

Sexo y reproducción

El maíz se reproduce sexualmente y es difícil de propagar vegetativamente. Debido a que tiene flores macho y hembra separadas es muy fácil controlar la reproducción y el maíz fue el primer cultivo para el que se produjo semilla híbrida. La semilla híbrida se produce cruzando dos líneas consanguínea diferentes y da como resultado plantas F1 que son particularmente vigorosas (ver Capítulo 28 y Capítulo 31).

Materia y energía

El maíz es un autotrofo fotosintético que utiliza la vía fotosintética C4. Al igual que la mayoría de las plantas C4, tiene una tasa particularmente alta de fotosíntesis, tiene una alta eficiencia en el uso del agua (dióxido de carbono fijo en comparación con la pérdida de agua) y se beneficiará menos del aumento de los niveles de dióxido de carbono que las plantas C3 (Capítulo 20).

Interacciones

El maíz está ligado obligatoriamente a la agricultura humana y no podría sobrevivir si no fuera por nuestros esfuerzos. Ha sido desarrollado para un amplio número de usos incluyendo alimentación animal (forraje, ensilaje), combustible (etanol), calefacción doméstica (estufas de maíz/pellets) y una amplia variedad de productos alimenticios. Ahora se cultiva en todo el mundo y ocupa el segundo lugar después del arroz en términos de producción mundial. Se ve afectada por muchas plagas/enfermedades incluyendo hongos de tizón y roya, gusanos del ejército (larvas de polilla), pulgones y virus.

Química de carbohidratos de maíz

El grueso de un grano de maíz (que técnicamente es el fruto de la planta) es almidón de amilosa, un carbohidrato con una estructura muy simple, que consiste en una cadena de moléculas de glucosa de 6 carbonos unidas extremo a extremo, es decir, en dos puntos. Algunas formas de almidón (almidón de amilopectina) no son únicamente cadenas lineales sino que están ramificadas porque algunas moléculas de glucosa están unidas a otras tres moléculas de glucosa en lugar de a dos.

El almidón en los granos de maíz se forma a partir de sacarosa que se sintetiza en hojas fotosintetizadoras y se transporta al fruto en desarrollo en el tejido del floema. La sacarosa es un disacárido formado al combinar una glucosa con fructosa, otro azúcar de 6 carbonos. Después de que la sacarosa se transporta a los granos de maíz en desarrollo, la sacarosa se descompone en glucosa y fructosa. La glucosa se usa para hacer almidón directamente; la fructosa se convierte en glucosa y luego también se usa para hacer almidón.

A) granos de maíz 'normales' (tipo silvestre) B) mutante homocigótico recesivo que ha disminuido la capacidad de sintetizar almidón C) un mutante homocigótico recesivo diferente que también tiene menor capacidad de sintetizar almidón D) doble mutante combinando (B) y (C), esta es la variedad de maíz 'súper dulce' más encogida

Los granos de maíz son más dulces antes en su desarrollo, antes de que el grano esté maduro, debido a que hay más azúcar (sacarosa, glucosa y fructosa) presente. A medida que el fruto madura la mayoría de los azúcares se convierten en almidón y los granos maduros no suelen ser del todo dulces. Sin embargo, las plantas de maíz presentan variación en la cantidad de almidón producido, produciendo así variación en el grado de dulzura en los granos maduros. Los nativos americanos estaban conscientes de esto cuando introdujeron maíz a los europeos. A principios del siglo XX, la investigación agrícola había desarrollado variedades de maíz sustancialmente más dulces y aislado la causa de la dulzura, que es alack (o cantidades menores de) una o varias enzimas que se encargan de sintetizar almidón a partir de sacarosa. Los granos de maíz maduros de variedades dulces de maíz dulce se 'encogen' porque carecen del almidón que normalmente los hace regordetes.

Dos formas de almidón, amilopectina a la izquierda y amilosa a la derecha.

Estructura de la sacarosa, un disacárido compuesto por dos hexosas, glucosa y fructosa, unidas entre sí.