高粱

高粱最早於約 5,000 至 8,000 年前在現今蘇丹東部地區（非洲東北部的薩赫勒地帶）被馴化，使其成為最早被栽培的穀物之一。

• 野生祖先：Sorghum bicolor subsp. verticilliflorum（野生高粱），至今仍分佈於非洲稀樹草原地帶
• 考古證據顯示，尼羅河谷和非洲之角地區約於公元前 3000 年便開始種植高粱
• 透過古代貿易路線從非洲傳播至印度次大陸，時間可能早至公元前 2000 年或更早
• 約於公元 9 世紀傳入中國，並於 17 至 19 世紀透過跨大西洋奴隸貿易和殖民農業傳入美洲
• 如今，全球高粱種植面積超過 4,000 萬公頃，主要生產國包括美國、奈及利亞、印度、墨西哥、衣索比亞和蘇丹

高粱的馴化過程涉及對以下關鍵性狀的選擇：
• 穗頭不易脫粒（穀粒保留在圓錐花序上）
• 種子更大且數量增加
• 種子休眠性降低
• 開花與成熟同步化

高粱是一種強健、直立的一年生禾草，具有發達的纖維根系和顯著的稈（莖）。

根系：
• 纖維狀且分佈廣泛，可深入地下達 2 公尺
• 能夠從下部節長出不定根（支柱根）以提供額外支撐
• 根毛會分泌高粱酮（sorgoleone），這是一種疏水性化感化合物，能抑制雜草生長

稈（莖）：
• 直立、實心（不同於許多禾草的中空莖），高度依栽培品種而異，介於 0.5 至 5 公尺之間
• 節間長度各異，穀用型較短，飼料型或甜高粱型較長
• 某些甜高粱品種的莖中積累高濃度的可發酵糖分（可達鮮重的 15–20%）

葉片：
• 互生，披針形葉片長 30–100 公分，寬 2–8 公分
• 每片葉子中央有一條顯著的白色或淡色中脈貫穿全長
• 葉緣可能略帶蠟質；葉面光滑至微具柔毛
• 葉鞘緊密包裹著稈

花序（圓錐花序）：
• 頂生圓錐花序，長 10–60 公分，形態從疏鬆開放到緊密結實不等
• 每個花序承載 500 至 3,000 多個小穗，每個小穗產生一粒穀物
• 穀粒（穎果）細小（直徑約 3–5 毫米），呈圓形至卵形，顏色從白色、黃色到紅色、棕色乃至近黑色不等
• 穎片（外層苞片）可能具柔毛且顏色各異；某些品種的穎片富含色素和單寧

穀粒結構：
• 果皮（外層）可能含有縮合單寧（見於含單寧高粱品種），這能提供對鳥類和害蟲的抗性，但可能會降低消化率
• 胚乳可為澱粉質（糯性或非糯性）或糖質，取決於基因型
• 胚（胚胎）相較於其他穀物較大，導致其脂肪含量較高

高粱是最耐熱和耐旱的穀物作物之一，使其成為半乾旱和乾旱地區農業的基石。

氣候與溫度：
• 最適生長溫度：25–32°C
• 生長季期間可耐受超過 40°C 的高溫
• 需要約 90–140 天的無霜期，視品種而定
• 發芽需要土壤溫度至少達到 12–15°C

水分需求：
• 每個生長季仅需 400–600 毫米的降雨量，約為玉米的一半
• 具有在嚴重乾旱期間進入休眠狀態，並在濕度恢復時恢復生長的非凡能力（某些品種具有「持綠」特性）
• 深根系和蠟質葉片角質層能最大限度減少水分流失

土壤：
• 可在多種土壤類型中生長，從砂壤土到重黏土均可
• 耐受土壤 pH 值範圍為 5.5 至 8.5
• 對鹽鹼土壤具有中度耐受性
• 在排水良好且肥力中等的土壤中表現最佳

生態適應性：
• C4 光合作用使其水分利用效率（WUE）優於 C3 穀物
• 化感根系分泌物（高粱酮和高粱苷）能抑制雜草和部分土壤病原體
• 某些品種的幼嫩組織能從氰苷（高粱苷）中產生氫氰酸（HCN），以阻止草食動物
• 「持綠」基因型能在穀粒灌漿期更長時間保持葉片綠色，提高終端乾旱條件下的產量穩定性

全球種質庫正積極保存高粱遺傳資源，以保護該作物非凡的遺傳多樣性。

• 位於印度帕坦切魯的國際半乾旱熱帶作物研究所（ICRISAT）擁有世界上最大的高粱種質資源庫之一，收藏超過 40,000 份種質
• 美國農業部國家植物種質系統（NPGS）收藏了數千份高粱種質
• 高粱的野生近緣種（例如 Sorghum halepense，即蘇丹草，及其他高粱屬物種）是耐旱、抗病和抗蟲基因的寶庫
• 在非洲和亞洲的傳統農業系統中，仍持續進行地方品種的原地保護，農民的選擇保留了適應當地的品種
• 遺傳多樣性面臨的威脅包括：傳統地方品種被現代高產雜交種取代、棲息地喪失以及氣候變遷

高粱穀物是一種營養價值高的穀物，為乳糜瀉患者或麩質敏感者提供了無麩質的替代選擇。

每 100 克全穀高粱的宏量營養素概況（近似值）：
• 能量：約 330–340 大卡
• 蛋白質：約 10–12 克（主要為卡菲林醇溶蛋白）
• 碳水化合物：約 70–75 克（包括膳食纖維約 6–8 克）
• 脂肪：約 3–4 克（相對於其他穀物較高，因其胚較大）
• 膳食纖維：約 6–10 克（包含可溶性和不可溶性纖維）

微量營養素：
• 富含 B 群維生素（菸鹼酸、硫胺素、核黃素）
• 鐵、磷、鎂和鉀的良好來源
• 含有生物活性酚類化合物，包括單寧（見於有色品種）、類黃酮和酚酸
• 實驗室研究表明，這些多酚具有抗氧化、抗發炎及潛在的抗癌特性

無麩質：
• 天然不含麩質，適合乳糜瀉患者食用
• 越來越多地用於無麩質麵包、義大利麵和零食產品中

升糖指數：
• 通常比小麥和稻米的升糖指數較低，這歸因於某些品種含有較高的單寧和抗性澱粉

抗營養因子：
• 含單寧的品種可能會降低蛋白質消化率和礦物質吸收率
• 植酸可能會降低鐵和鋅的生物利用率
• 加工方法（碾磨、發酵、發芽、烹煮）可顯著降低抗營養因子

高粱含有數種在特定條件下可能具有毒性的化合物，特別是對牲畜而言。

氫氰酸（HCN）/ 高粱苷：
• 幼嫩的高粱植株以及收割後的再生長部分含有氰苷（高粱苷）
• 當植物組織受損（被咀嚼、切割或枯萎）時，高粱苷會被β-葡萄糖苷酶水解，釋放出氫氰酸（HCN）
• 若牲畜大量食用幼嫩或受乾旱脅迫的飼草，氫氰酸中毒可能致命
• 隨著植株成熟，氫氰酸含量會降低；乾草和適當醃製的青貯飼料通常是安全的
• 已開發出低氫氰酸（低高粱苷）的飼用品種

硝酸鹽積累：
• 在乾旱脅迫或過度施用氮肥的情況下，高粱莖中可能積累高濃度的硝酸鹽
• 硝酸鹽在瘤胃中轉化為亞硝酸鹽，可能導致反芻動物發生高鐵血紅蛋白血症（即「硝酸鹽中毒」）
• 風險最高見於受乾旱脅迫的作物以及莖稈的下三分之一處

麥角菌（Claviceps spp.）：
• 高粱易感染麥角病，特別是在使用雄性不育系進行雜交種子生產時
• 麥角菌核含有毒性生物鹼，可能導致牲畜壞疽、痙攣或繁殖障礙

防護措施：
• 飼用時請選用認證的低氫氰酸品種
• 避免在霜凍或乾旱後立即放牧幼嫩植株或再生草
• 餵食前檢測飼草中的氫氰酸和硝酸鹽含量
• 妥善晾曬高粱乾草或製作青貯飼料以減少氫氰酸含量

高粱是一種暖季作物，需要仔細掌握時機並做好土壤準備，以確保最佳出苗。

氣候與時機：
• 待播種深度的土壤溫度至少達到 15–18°C 後再播種
• 在溫帶地區，通常於春末（北半球為 5 月至 6 月）播種
• 視品種而定，需要 90–140 天的無霜期
• 所有生長階段均對霜凍敏感

土壤準備：
• 理想的土壤為排水良好的壤土至黏壤土
• 土壤 pH 值：5.5–8.5（耐受微鹼性和鹽漬條件）
• 根據土壤檢測建議施用磷肥和氮肥
• 準備堅實、細緻的苗床以確保種子與土壤良好接觸

播種：
• 播種量：穀用高粱為 2–8 公斤/公頃（視地區和品種而異）；飼用型則較高
• 播種深度：2–5 公分（砂質土壤宜深，重黏土宜淺）
• 行距：穀用型為 45–75 公分；飼用型較窄（15–30 公分）
• 目標種植密度：穀用高粱為每公頃 100,000–200,000 株

灌溉：
• 雖耐旱，但在關鍵生長階段補充灌溉效果顯著
• 對水分脅迫最敏感的時期為拔節期、開花期和穀粒灌漿初期
• 全季總需水量：400–600 毫米

施肥：
• 氮：穀用高粱為 60–120 公斤 N/公頃（建議分期施用）
• 磷：根據土壤檢測結果，施用 20–40 公斤 P₂O₅/公頃
• 鉀：在缺鉀土壤上施用 30–60 公斤 K₂O/公頃

雜草防治：
• 早期生長緩慢，使高粱在頭 3–4 週內容易受到雜草競爭
• 常用芽前除草劑（某些地區使用阿特拉津）和機械中耕
• 根系分泌的高粱酮提供了一定程度的天然化感抑草作用

常見病蟲害：
• 害蟲：高粱癭蚊（Stenodiplosis sorghica）、高粱種蠅（Atherigona spp.）、鑽心蟲、蚜蟲、稻緣椿象
• 病害：炭疽病（Colletotrichum sublineolum）、黑穗病、露菌病、莖腐病（Macrophomina phaseolina）、麥角病
• 管理方法：選用抗病品種、輪作、種子處理、適時播種

高粱是全球用途最廣泛的穀物作物之一，應用範圍涵蓋食品、飼料、燃料和工業產品。

食品：
• 全穀粉用於製作扁麵包（印度的 Roti、Jowar Roti；非洲類似 Injera 的麵包）、粥、古斯古斯（Couscous）和爆高粱（類似爆米花）
• 無麩質麵粉用於麵包、義大利麵、餅乾和零食
• 麥芽高粱用於傳統非洲啤酒（如 Pito、Burukutu、Tella）和非酒精飲料
• 高粱糖漿（高粱糖蜜）— 一種透過壓榨和蒸發甜高粱莖汁液生產的甜味劑，在美國南部頗受歡迎

動物飼料：
• 穀用高粱是主要的牲畜飼料，其營養價值與玉米相當，適用於家禽、豬和牛
• 飼用高粱和高粱 - 蘇丹草雜交種廣泛用於青貯飼料、乾草和放牧
• 雙用品種可同時提供穀粒和飼草

生質燃料與工業：
• 甜高粱莖是生產生質乙醇的潛力原料（莖中含有可發酵糖分）
• 穀用高粱也在美國和巴西用於生產生質乙醇
• 高粱生物量正被探索用於纖維素乙醇和沼氣生產
• 秸稈（作物殘留物）可用作食用菌栽培基質、建築材料和生物炭

其他用途：
• 帚用高粱（一種圓錐花序分枝堅硬的高粱品種）用於製作傳統掃帚和刷子
• 從有色高粱穎片中提取天然染料
• 觀賞品種因其醒目、多彩的花序而種植
• 新興用途：高粱澱粉用於可生物分解塑膠，高粱蛋白用於植物基食品