高粱

高粱最早于约 5,000 至 8,000 年前在现今苏丹东部地区（非洲东北部的萨赫勒地带）被驯化，使其成为最早被栽培的谷物之一。

• 野生祖先：Sorghum bicolor subsp. verticilliflorum（野生高粱），至今仍分布于非洲稀树草原地带
• 考古证据显示，尼罗河谷和非洲之角地区约于公元前 3000 年便开始种植高粱
• 透过古代贸易路线从非洲传播至印度次大陆，时间可能早至公元前 2000 年或更早
• 约于公元 9 世纪传入中国，并于 17 至 19 世纪透过跨大西洋奴隶贸易和殖民农业传入美洲
• 如今，全球高粱种植面积超过 4,000 万公顷，主要生产国包括美国、奈及利亚、印度、墨西哥、衣索比亚和苏丹

高粱的驯化过程涉及对以下关键性状的选择：
• 穗头不易脱粒（谷粒保留在圆锥花序上）
• 种子更大且数量增加
• 种子休眠性降低
• 开花与成熟同步化

高粱是一种强健、直立的一年生禾草，具有发达的纤维根系和显着的秆（茎）。

根系：
• 纤维状且分布广泛，可深入地下达 2 公尺
• 能够从下部节长出不定根（支柱根）以提供额外支撑
• 根毛会分泌高粱酮（sorgoleone），这是一种疏水性化感化合物，能抑制杂草生长

秆（茎）：
• 直立、实心（不同于许多禾草的中空茎），高度依栽培品种而异，介于 0.5 至 5 公尺之间
• 节间长度各异，谷用型较短，饲料型或甜高粱型较长
• 某些甜高粱品种的茎中积累高浓度的可发酵糖分（可达鲜重的 15–20%）

叶片：
• 互生，披针形叶片长 30–100 公分，宽 2–8 公分
• 每片叶子中央有一条显着的白色或淡色中脉贯穿全长
• 叶缘可能略带蜡质；叶面光滑至微具柔毛
• 叶鞘紧密包裹着秆

花序（圆锥花序）：
• 顶生圆锥花序，长 10–60 公分，形态从疏松开放到紧密结实不等
• 每个花序承载 500 至 3,000 多个小穗，每个小穗产生一粒谷物
• 谷粒（颖果）细小（直径约 3–5 毫米），呈圆形至卵形，颜色从白色、黄色到红色、棕色乃至近黑色不等
• 颖片（外层苞片）可能具柔毛且颜色各异；某些品种的颖片富含色素和单宁

谷粒结构：
• 果皮（外层）可能含有缩合单宁（见于含单宁高粱品种），这能提供对鸟类和害虫的抗性，但可能会降低消化率
• 胚乳可为淀粉质（糯性或非糯性）或糖质，取决于基因型
• 胚（胚胎）相较于其他谷物较大，导致其脂肪含量较高

高粱是最耐热和耐旱的谷物作物之一，使其成为半干旱和干旱地区农业的基石。

气候与温度：
• 最适生长温度：25–32°C
• 生长季期间可耐受超过 40°C 的高温
• 需要约 90–140 天的无霜期，视品种而定
• 发芽需要土壤温度至少达到 12–15°C

水分需求：
• 每个生长季仅需 400–600 毫米的降雨量，约为玉米的一半
• 具有在严重干旱期间进入休眠状态，并在湿度恢复时恢复生长的非凡能力（某些品种具有「持绿」特性）
• 深根系和蜡质叶片角质层能最大限度减少水分流失

土壤：
• 可在多种土壤类型中生长，从砂壤土到重黏土均可
• 耐受土壤 pH 值范围为 5.5 至 8.5
• 对盐碱土壤具有中度耐受性
• 在排水良好且肥力中等的土壤中表现最佳

生态适应性：
• C4 光合作用使其水分利用效率（WUE）优于 C3 谷物
• 化感根系分泌物（高粱酮和高粱苷）能抑制杂草和部分土壤病原体
• 某些品种的幼嫩组织能从氰苷（高粱苷）中产生氢氰酸（HCN），以阻止草食动物
• 「持绿」基因型能在谷粒灌浆期更长时间保持叶片绿色，提高终端干旱条件下的产量稳定性

全球种质库正积极保存高粱遗传资源，以保护该作物非凡的遗传多样性。

• 位于印度帕坦切鲁的国际半干旱热带作物研究所（ICRISAT）拥有世界上最大的高粱种质资源库之一，收藏超过 40,000 份种质
• 美国农业部国家植物种质系统（NPGS）收藏了数千份高粱种质
• 高粱的野生近缘种（例如 Sorghum halepense，即苏丹草，及其他高粱属物种）是耐旱、抗病和抗虫基因的宝库
• 在非洲和亚洲的传统农业系统中，仍持续进行地方品种的原地保护，农民的选择保留了适应当地的品种
• 遗传多样性面临的威胁包括：传统地方品种被现代高产杂交种取代、栖息地丧失以及气候变迁

高粱谷物是一种营养价值高的谷物，为乳糜泻患者或麸质敏感者提供了无麸质的替代选择。

每 100 克全谷高粱的宏量营养素概况（近似值）：
• 能量：约 330–340 大卡
• 蛋白质：约 10–12 克（主要为卡菲林醇溶蛋白）
• 碳水化合物：约 70–75 克（包括膳食纤维约 6–8 克）
• 脂肪：约 3–4 克（相对于其他谷物较高，因其胚较大）
• 膳食纤维：约 6–10 克（包含可溶性和不可溶性纤维）

微量营养素：
• 富含 B 群维生素（烟碱酸、硫胺素、核黄素）
• 铁、磷、镁和钾的良好来源
• 含有生物活性酚类化合物，包括单宁（见于有色品种）、类黄酮和酚酸
• 实验室研究表明，这些多酚具有抗氧化、抗发炎及潜在的抗癌特性

无麸质：
• 天然不含麸质，适合乳糜泻患者食用
• 越来越多地用于无麸质面包、义大利面和零食产品中

升糖指数：
• 通常比小麦和稻米的升糖指数较低，这归因于某些品种含有较高的单宁和抗性淀粉

抗营养因子：
• 含单宁的品种可能会降低蛋白质消化率和矿物质吸收率
• 植酸可能会降低铁和锌的生物利用率
• 加工方法（碾磨、发酵、发芽、烹煮）可显着降低抗营养因子

高粱含有数种在特定条件下可能具有毒性的化合物，特别是对牲畜而言。

氢氰酸（HCN）/ 高粱苷：
• 幼嫩的高粱植株以及收割后的再生长部分含有氰苷（高粱苷）
• 当植物组织受损（被咀嚼、切割或枯萎）时，高粱苷会被β-葡萄糖苷酶水解，释放出氢氰酸（HCN）
• 若牲畜大量食用幼嫩或受干旱胁迫的饲草，氢氰酸中毒可能致命
• 随着植株成熟，氢氰酸含量会降低；干草和适当腌制的青贮饲料通常是安全的
• 已开发出低氢氰酸（低高粱苷）的饲用品种

硝酸盐积累：
• 在干旱胁迫或过度施用氮肥的情况下，高粱茎中可能积累高浓度的硝酸盐
• 硝酸盐在瘤胃中转化为亚硝酸盐，可能导致反刍动物发生高铁血红蛋白血症（即「硝酸盐中毒」）
• 风险最高见于受干旱胁迫的作物以及茎秆的下三分之一处

麦角菌（Claviceps spp.）：
• 高粱易感染麦角病，特别是在使用雄性不育系进行杂交种子生产时
• 麦角菌核含有毒性生物碱，可能导致牲畜坏疽、痉挛或繁殖障碍

防护措施：
• 饲用时请选用认证的低氢氰酸品种
• 避免在霜冻或干旱后立即放牧幼嫩植株或再生草
• 喂食前检测饲草中的氢氰酸和硝酸盐含量
• 妥善晾晒高粱干草或制作青贮饲料以减少氢氰酸含量

高粱是一种暖季作物，需要仔细掌握时机并做好土壤准备，以确保最佳出苗。

气候与时机：
• 待播种深度的土壤温度至少达到 15–18°C 后再播种
• 在温带地区，通常于春末（北半球为 5 月至 6 月）播种
• 视品种而定，需要 90–140 天的无霜期
• 所有生长阶段均对霜冻敏感

土壤准备：
• 理想的土壤为排水良好的壤土至黏壤土
• 土壤 pH 值：5.5–8.5（耐受微碱性和盐渍条件）
• 根据土壤检测建议施用磷肥和氮肥
• 准备坚实、细致的苗床以确保种子与土壤良好接触

播种：
• 播种量：谷用高粱为 2–8 公斤/公顷（视地区和品种而异）；饲用型则较高
• 播种深度：2–5 公分（砂质土壤宜深，重黏土宜浅）
• 行距：谷用型为 45–75 公分；饲用型较窄（15–30 公分）
• 目标种植密度：谷用高粱为每公顷 100,000–200,000 株

灌溉：
• 虽耐旱，但在关键生长阶段补充灌溉效果显着
• 对水分胁迫最敏感的时期为拔节期、开花期和谷粒灌浆初期
• 全季总需水量：400–600 毫米

施肥：
• 氮：谷用高粱为 60–120 公斤 N/公顷（建议分期施用）
• 磷：根据土壤检测结果，施用 20–40 公斤 P₂O₅/公顷
• 钾：在缺钾土壤上施用 30–60 公斤 K₂O/公顷

杂草防治：
• 早期生长缓慢，使高粱在头 3–4 周内容易受到杂草竞争
• 常用芽前除草剂（某些地区使用阿特拉津）和机械中耕
• 根系分泌的高粱酮提供了一定程度的天然化感抑草作用

常见病虫害：
• 害虫：高粱瘿蚊（Stenodiplosis sorghica）、高粱种蝇（Atherigona spp.）、钻心虫、蚜虫、稻缘椿象
• 病害：炭疽病（Colletotrichum sublineolum）、黑穗病、露菌病、茎腐病（Macrophomina phaseolina）、麦角病
• 管理方法：选用抗病品种、轮作、种子处理、适时播种

高粱是全球用途最广泛的谷物作物之一，应用范围涵盖食品、饲料、燃料和工业产品。

食品：
• 全谷粉用于制作扁面包（印度的 Roti、Jowar Roti；非洲类似 Injera 的面包）、粥、古斯古斯（Couscous）和爆高粱（类似爆米花）
• 无麸质面粉用于面包、义大利面、饼干和零食
• 麦芽高粱用于传统非洲啤酒（如 Pito、Burukutu、Tella）和非酒精饮料
• 高粱糖浆（高粱糖蜜）— 一种透过压榨和蒸发甜高粱茎汁液生产的甜味剂，在美国南部颇受欢迎

动物饲料：
• 谷用高粱是主要的牲畜饲料，其营养价值与玉米相当，适用于家禽、猪和牛
• 饲用高粱和高粱 - 苏丹草杂交种广泛用于青贮饲料、干草和放牧
• 双用品种可同时提供谷粒和饲草

生质燃料与工业：
• 甜高粱茎是生产生质乙醇的潜力原料（茎中含有可发酵糖分）
• 谷用高粱也在美国和巴西用于生产生质乙醇
• 高粱生物量正被探索用于纤维素乙醇和沼气生产
• 秸秆（作物残留物）可用作食用菌栽培基质、建筑材料和生物炭

其他用途：
• 帚用高粱（一种圆锥花序分枝坚硬的高粱品种）用于制作传统扫帚和刷子
• 从有色高粱颖片中提取天然染料
• 观赏品种因其醒目、多彩的花序而种植
• 新兴用途：高粱淀粉用于可生物分解塑胶，高粱蛋白用于植物基食品