Planète

Culture du maïs

Dossier - Le maïs, une céréale aux grains précieux
DossierClassé sous :botanique , plante , Nutrition

Le maïs est une plante tropicale annuelle de la famille des graminées. Il est cultivé comme céréale pour ses grains riches en amidon, mais aussi comme plante fourragère. C'est la céréale la plus cultivée dans le monde.

  
DossiersLe maïs, une céréale aux grains précieux
 

Comment procéder à la culture du maïs ? Pour cela, il faut prendre en compte les particularités de la plante. En effet, le maïs fait partie des plantes dites « en C4 », c'est-à-dire qu'il réalise sa photosynthèse d'une façon plus efficace que les plantes dites « en C3 ». 

La germination, déclenchée par l'imbibition du grain de maïs, se traduit par une mobilisation des réserves et par le développement de la radicule puis des racines secondaires qui apparaissent. À l'autre extrémité de l'embryon, la gemmule se développe, pousse vers le haut et forme un plateau de tallage. 

Comment cultiver du maïs ? Ici, une coupe transversale d'un épi de maïs. © Spedona, CC by-sa 3.0

À ce niveau, se forme une première série de racines adventives. Puis, le coléoptile perce le sol et s'ouvre en libérant les premières feuilles. À partir de ce stade, le jeune plant de maïs devient autotrophe.

Cependant, le système racinaire du maïs est caractérisé par des racines traçantes (de surface), qui prélèvent l'eau et les nutriments dans les couches les plus superficielles du sol. Ce déséquilibre fait que la plante est très exigeante en fumure azotée et en eau, ce qui pose de graves problèmes environnementaux dans les régions où l'agriculture consomme 80 % de l'eau disponible en été (en particulier dans l'ouest de la France).

Chez nous, le maïs est semé en avril-mai et fleurit en juillet-août. Les grains atteignent la maturité en octobre-novembre. La récolte a lieu lorsque les épis ont perdu leur couleur verte. La plante entière peut également être récoltée et ensilée avant la maturité du grain (septembre).

Rendement potentiel du maïs

Le rendement dépend des conditions climatiques et de l'indice foliaire. Cet indice correspond au rapport de la surface des feuilles à celle du sol et traduit la capacité de la plante d'intercepter le rayonnement lumineux : il peut atteindre 5 ou 6 dans le sud-ouest de la France, voire 10 à 12. En conséquence, le maïs est capable d'accumuler 600 kg de matière sèche par hectare et par jour, ce qui correspond à un rendement en grains de 200 quintaux.

Récolte du maïs. © Roman Gridin/Claas, CC by-sa3.0

Photosynthèse : le mécanisme des plantes en C4 

Le maïs, ainsi que d'autres graminées tropicales, fait partie des plantes dites « en C4 ». Ces plantes réalisent leur photosynthèse d'une façon plus efficace que les plantes dites « en C3 ».

Chez certaines plantes (maïs, canne à sucre, sorgho...), il existe en effet une autre voie d'assimilation du carbone. Dans cette voie, le CO2 forme un acide à 4 carbones (et non à 3 carbones) et deux types de cellules sont impliqués.

Mécanisme des plantes en C4. © Spedona, CC by-sa 3.0

Cette voie consiste en :

  • une phase de carboxylation dans les cellules du mésophylle ;
  • une phase de décarboxylation dans les cellules de la gaine périvasculaire (dépourvues de capacité photosynthétique). 

Les plantes qui ont ce mécanisme possèdent une autre enzyme capable de fixer le CO2 : la phosphoénolpyruvate carboxylase ou PEPcase, uniquement présente dans les cellules du mésophylle. Le CO2 atmosphérique est hydraté : HCO3-. Le phosphoénolpyruvate (PEP) et HCO3- se combinent par une réaction de carboxylation catalysée par la PEPcase et forment l'oxaloacétate (acide en C4).

Selon l'espèce de plante en C4, l'oxaloacétate est réduit en malate ou transaminé en aspartate. Les acides en C4 passent dans les cellules de la gaine périvasculaire voisines par des « tunnels » intercellulaires appelés « plasmodesmes ».

La paroi des cellules de la gaine périvasculaire est imperméable aux gaz. En conséquence, la décarboxylation des acides en C4 accroît la concentration en CO2 et cet enrichissement en CO2 rend la photorespiration très faible chez les plantes en C4. 

Suivant les plantes, il existe trois types de métabolisme de type C4 :

  • le type à enzyme malique à NADP+ ;
  • le type à PEP carboxykinase/cytoplasme des cellules du mésophylle et de la gaine périvasculaire ;
  • le type à enzyme malique à NAD+/mitochondrie de la gaine périvasculaire.