高粱 :禾本科高粱属植物

更新时间:2024-09-21 00:51

高粱(Sorghum bicolor (L.) Moench),又名蜀黍、荻粱、乌禾等,为禾本科(Poaceae)高粱属一年生草本。高粱是世界上最古老的禾谷类作物之一,在全球热带亚热带温带地区广泛种植;在中国各地几乎均有栽培,主要分布在东北地区华北地区西北淮海地区流域的温带地区。高粱是作物,喜温、喜光,耐逆境能力较强,可以在很宽的环境范围内生长。

高粱秆较粗壮,高3~5米。叶片线形至线状披针形,先端渐尖,基部圆或微呈耳形。复总状花序疏松,长15~45厘米;无柄小穗倒卵形或倒卵状椭圆形;两颖均革质,初时黄绿色,成熟后为淡红色至暗棕色;外透明膜质。颖果两面平凸,淡红色至红棕色。有柄小穗线形至披针形,宿存,褐色至暗红棕色。

高粱是重要的旱地粮食作物,还可用于酿造酒和醋、生产乙醇、制糖、作饲料等。此外,高粱种子、种皮和根均具药用价值。

研究历史

高粱的分类

传统的高粱属(Sorghum)分类体系把高粱分成5个组(Section),即高粱组(sorghum)、近似高粱组(parasorghum)、有柄高粱组(stiposorghum)、异高粱组(heterosorghum)和多毛高粱组(chaetosorghum)。其中,高粱组包括双色高粱、栽培高粱及分布在亚洲和非洲的野生近缘种。

1936年,英国的植物分类学家Snowden对全世界的栽培高粱作了详细的分类,将栽培高粱分成6个亚系、31个种、158个变种和523个类型,共712个分类单位。他在研究16个中国高粱类型的基础上,将中国高粱分在有脉和双色两个亚系中,并明确地把无柄小穗外颖上半部带有显著条状的栽培类型划分为一个亚系,即有脉亚系,也称作中国高粱群(Kaoliang group)。

1972年,Harlan和de Wet发表了栽培高粱的简易分类法,将栽培高粱分类为双色、几内亚、顶尖、卡佛尔和都拉5个基本族和10个中间族。他们把Snowden分类系统中的有脉亚系,即中国高粱群拆开分别列于双色族及顶尖—双色和卡佛尔—双色两个中间族中。在栽培高粱简易分类系统中,中国高粱已完全丧失了以一个独立的亚系(或族)而存在的地位。

高粱的起源

高粱起源于非洲,这一观点由Condolle(1882)首先提出。考古发现也证实,非洲是发现野生高粱和高粱驯化遗存最多的区域。在古埃及苏丹边境的纳布塔盐湖(Nabta Playa)考古遗址发现了碳化的有食用痕迹的高粱籽粒,证实了人类食用高粱的历史已有8000年,这也是人类利用高粱最早的证据。

中国高粱的起源

关于中国高粱的来源和起源问题,多年来一直有不同的说法,归纳起来主要有两种,一是非洲起源,经印度传入中国,二是中国起源,以第一种说法更为普遍。

Condolle(1886)认为高粱起源于非洲,经印度传入中国。中国学者齐思和(1953)认为高粱大概是西南少数民族先行种植,大约在晋朝以后中原始有,到了宋朝才普遍种植。Martin(1970)认为高粱由非洲传入印度后横跨南亚而传播,于13世纪到达中国,然后逐步形成了中国和日本的特殊高粱类型。Billot等(2013)用SSR标记对全球高粱的遗传多样性做了全面分析。结果表明等位基因数量最多的地区集中在非洲中部和东部,中国高粱多态性差,基本都来自一个共同先祖,相邻法聚类分析结果表明中国高粱与印度高粱关系最近,这为中国高粱从印度传入的推测提供了有力证据。

持“中国高粱起源于中国”观点的学者首推俄罗斯植物学家E. Bretschneider,他认为“高大之蜀黍为中国之原产”。Vavilov(1935)也认为中国高粱起源于中国,并用高粱的谐音Kaoliang代表起源于中国的栽培高粱。范毓周(1997)根据考古发现论定我国最早的高粱栽培可上溯至新石器时代,商、周时期继续栽培,两汉时期由中原传入东北地区

高粱的传播

从大量的考古和研究结果看,高粱并非完全栽培驯化后才开始传播,而是在传播过程中逐步驯化。Quinby(1967)认为高粱在5000年前开始向全球传播,Kimber(2000)认为高粱在8000~1500年前开始向非洲大陆、印度中东、西亚等周边传播。其实,高粱在近代才完成向全球的传播,公元1757年Benjamin Franklin把中国帚高粱引入美国,非洲的卡佛尔高粱公元1857年才达到美洲。

关于高粱传入中国的时间,中外学者提出了多种猜想,有先秦传入说、两汉魏晋传入说和宋元传入说。其中,先秦时期高粱传入中国除有考古发现的依据外,也得到了分子生物学研究结果的支持。

形态特征

茎秆

高粱为一年生草本。秆较粗壮,直立,高3~5米,横径2~5厘米,基部节上具支撑根。

叶鞘无毛或稍有白粉;叶舌硬膜质,先端圆,边缘有纤毛;叶片线形至线状披针形,长40~70厘米,宽3~8厘米,先端渐尖,基部圆或微呈耳形,表面暗绿色,背面淡绿色或有白粉,两面无毛,边缘软骨质,具微细小刺毛,中脉较宽,白色。

复总状花序疏松,主轴裸露,长15~45厘米,宽4~10厘米,总梗直立或微弯曲;主轴具纵棱,疏生细柔毛,分枝3~7枚,轮生,粗糙或有细毛,基部较密;每一总状花序具3~6节,节间粗糙或稍扁;无柄小穗倒卵形或倒卵状椭圆形,长3.5~5.5毫米,基盘纯,有毛。

两颖均革质,上部及边缘通常具毛,初时黄绿色,成熟后为淡红色至暗棕色;第一颖背部圆凸,上部1/3质地较薄,边缘内折而具狭翼,向下变硬而有光泽,具12~16脉,仅达中部,有横脉,顶端尖或具3小齿;第二颖7~9脉,背部圆凸,近顶端具不明显的脊,略呈舟形,边缘有细毛。

外稃透明膜质,第一外稃披针形,边缘有长纤毛;第二外稃披针形至长椭圆形,具2~4脉,顶端稍2裂,自裂齿间伸出一膝曲的芒,芒长4~15毫米;雄蕊3枚,花药长约3毫米;子房倒卵形;花柱分离,柱头帚状。

果实

颖果两面平凸,长3.5~4毫米,淡红色至红棕色,熟时宽2.5~3毫米,顶端微外露。有柄小穗的柄长约2.5毫米,小穗线形至披针形,长3~5毫米,雄性或中性,宿存,褐色至暗红棕色;第一颖9~12脉,第二颖7~10脉。

物种分布

高粱是世界上最古老的禾谷类作物之一,在全球热带亚热带温带地区广泛种植,如印度尼日利亚美国墨西哥、中国等;在中国的分布很广,几乎全国各地均有栽培,主要分布在东北地区华北地区西北和黄淮流域的温带地区。

生长习性

高粱原产于热带,要求较高的生育温度。种子在6~10℃下就能发芽,最适发芽温度为25~30℃。出苗至拔节期,适宜生育温度为20~25℃。拔节至抽穗期为高粱生育盛期,要求的适宜温度为25~30℃。开花授粉是高粱生殖器官生理活动旺盛时期,对温度要求比较严格,在26~30℃温度下有利于开花授粉和结实。高粱是作物,光合效率高,在整个生育期间都需要充足的光照,属短日照作物。高粱耐逆境能力较强,具有抗旱、抗涝、耐盐碱、耐瘠薄、耐高温、耐冷凉等多重抗性。其对土壤的适应能力很强,不论是种在松散的沙壤土上,还是在黏土上,甚至盐碱土上均可生长,以种在肥沃疏松、排水良好的壤土或沙壤土上最为适宜。

繁殖方式

自然繁殖

高粱为两性花,一般低温多湿条件下开花时间更长。高粱开花时,由于两枚浆片膨胀的压力很快就使内外颖壳张开,这时柱头花药同时伸出颖壳以外,花药裂开并散布花粉,伸到颖壳以外的柱头就可以接受本株的花粉自交,也可接受其他植株的花粉而异交,因此高粱是典型的常异交作物。刚开花的花粉粒生活力最强,萌发率最高,花粉管伸长速度最快。花粉通常存活3~6小时,而柱头有受精卵力可达到开花后1周,最佳授粉期在开花后72小时期间内。高粱开花后可于颖外进行授粉,天然异交率较高。杂交授粉的比率受风向、风力和穗形的影响,散穗比紧穗更易杂交。花果期6~9月。

人工繁殖

种子繁殖

根据生产目的,选择适宜当地生态条件、高产、优质、抗病力及抗逆力强的高粱品种。依照各地气候确定播种时间,一般土壤耕层5厘米温度稳定通过10℃~12℃时为宜。播前晒种2~3天,精选无病虫害、饱满、色泽鲜艳的籽粒作种子。播种方法有人工播种、育苗移栽和机械精量播种。

栽培管理

选地

高粱不宜重茬和迎茬,应选择土层深厚、地势平坦、浇灌方便、排水良好、前茬作物未施用长残效除草剂的地块种植。

田间管理

按照施足底肥,轻施提苗肥,重施孕穗肥,看苗补施穗粒肥的方法施肥。底肥以农家肥或有机肥为主,农家肥以发酵腐熟的秸秆沤肥、堆肥、厩肥和粪肥为主,配合施用复混肥或缓控释肥等。播后苗前喷施除草剂进行除草;按“早中耕、勤中耕、雨后必中耕”的原则,宜在苗期至孕穗期中耕数次;如遇连阴雨天气,应在雨后及时清理沟,排除渍水;孕穗至灌浆期如遇干旱应及时灌水,随灌随排。

病虫害防治

高粱的主要病害有丝黑穗病、紫斑病、炭疽病、纹枯病等,主要虫害有蚜虫、黏虫、螟虫、地下害虫等。防治这些病虫害,应坚持“预防为主、综合防治”的植保方针,优先采用农业防治、物理防治、生物防治的措施,科学合理地进行化学防治。

农业防治

选用抗病虫品种,定期轮换种植;合理轮作倒茬,采取深埋等方式及时清除田间植株病残体和杂草,深翻土壤促使病残体腐烂分解,减少田间初侵染菌源,压低虫源基数;合理密植,加强田间管理,合理施肥,提高植株抗病力。

物理防治

利用成虫趋光性,设置高压汞灯防治成虫;在田间插放杨树枝把或谷草把、放置糖醋盆诱杀黏虫;利用黄板诱杀蚜虫。

生物防治

利用七星瓢虫防治高粱蚜,选用苏云金杆菌、释放赤眼蜂来防治玉米螟;可选用苏云金杆菌、印楝素等生物药剂防治螟虫、蚜虫等害虫。

化学防治

可采用种子包衣或播种前药剂拌种处理,预防乌米、紫斑病、炭疽病、纹枯病等,拌种药剂可选用戊唑醇咪鲜胺、拌种双等。防治地下害虫以灌根和毒饵诱杀为主,用药时间以早上和傍晚为宜。

功用价值

食用价值

高粱是世界上种植面积仅次于小麦玉米、水稻、大麦的第五大谷类作物。高粱具有较高的营养价值,籽粒含有丰富的淀粉、蛋白质、脂肪、铁、镁、、膳食纤维等营养成分,此外,还含有多酚花青素植物固醇等多种功能活性成分,对人体健康十分有益。高粱籽粒自古就是人类的口粮之一,由于现代饮食结构的改变,其作为杂粮食品受到人们的青睐。高粱的食用和加工具有地域特点,东北地区习惯将籽粒加工成高粱米食用,黄河流域则习惯将籽粒磨成面粉,做成各种风味的面食;在亚洲和非洲的干旱或半干旱地区,以高粱为原料的加工食品已经成为当地人们的主食;在国外,高粱也会被做成古斯米(古斯古斯面)、意大利面(Pasta)等食物供人们食用。

经济价值

高粱籽粒中支链淀粉含量高、蛋白质含量适中、脂肪含量低,且含适量的单宁、灰分及粗纤维等物质,是酿造白酒的重要原料。作为酿造原料,高粱籽粒还可用于生产啤酒、醋及饮料等。高粱籽粒用作家畜和家禽的饲料时,其饲用价值与玉米相近。而且,由于高粱籽粒中含有单宁,加入配方饲料中可以有效地预防幼畜、幼禽的白痢病。高粱的茎叶可作青饲料或青贮饲料甜高粱的茎秆可制糖,还可用来生产乙醇,用作新型燃料。此外,高粱茎秆还可用于制作板材、造纸,髓可加工成食用纤维;高粱壳可用于提取天然色素;穗茎可作扫帚;高粱蜡粉加工成蜡质,具耐高温特性,可在航空器上应用。

药用价值

高粱种子、种皮和根均可入药。高粱种子味甘、涩,性温,具有健脾止泻、化痰安神的功用,主要用于医治脾虚泄泻霍乱消化不良、痰湿咳嗽、失眠多梦。高粱种皮具有和胃消食的功用,主要用于医治小儿消化不良。高粱根味甘,性平,具有平喘、利水、止血、通络的功用,主要用于医治咳嗽喘满、小便不利产后大出血血崩、足膝疼痛。

品种类型

中国高粱在幅员辽阔的区域内通过自然选择形成了具有不同生态型和区域性的品种群体,如北方的紧穗型,南方的散穗型;而通过人工选择又形成了不同用途的品种类型,如粒用种、饲用种、帚用种、秆用种、酿造用种、糖用种等(见下图)。

参考资料

高粱.多识植物百科.2022-12-23

高粱.Flora of China.2022-12-23

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