La maïs est une plante herbacée annuelle, de taille variable (de 40 cm jusqu’à 10 m, généralement entre un et trois mètres pour les variétés couramment cultivées).
La tige unique et de gros diamètre est pleine, lignifiée et formée de plusieurs entrenœuds d’une vingtaine de centimètres séparés par autant de nœuds. Au niveau de chaque nœud est insérée une feuille alternativement d’un côté et de l’autre de la tige. Les feuilles, typiques des graminées, mais de grande taille (jusqu’à 10 cm de large et un mètre de long), ont une gaine enserrant la
tige et un limbe allongé en forme de ruban à nervures parallèles. À la base du limbe se trouve la ligule qui a quelques millimètres de haut. Contrairement aux autres graminées, le pied de maïs ne talle pas, toutefois on voit parfois des tiges secondaires, de taille limitée, à la base de la tige principale.
Le système racinaire comprend un très grand nombre de racines adventives qui naissent sur les nœuds situés à la base de la tige, formant des couronnes successives, tant sur les nœuds enterrés que sur les premiers nœuds aériens, dans une zone où les entrenœuds sont très courts. Ces racines forment un système fasciculé qui peut atteindre une profondeur supérieure à un mètre.
Les fleurs, autre caractéristique qui distingue le maïs des autres graminées, sont unisexuées et regroupées en inflorescences mâles et femelles composées d’épillets de deux fleurs.
Les fleurs femelles sont groupées en épis insérés à l’aisselle des feuilles médianes (les plus grandes). L’axe de l’épi, appelé rafle, porte 10 à 20 rangées de fleurs femelles. Une seule fleur par épillet est fertile. Il est entouré de feuilles modifiées, les spathes, desséchées à maturité. À l’extrémité supérieure, les spathes laissent dépasser les stigmates filiformes ou soies. Un épi peut contenir environ 500 grains à maturité, parfois mille. Un pied donne naissance à trois ou quatre épis, mais un seul atteint généralement un développement complet.
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