Cây cao lương có 2 loại là: cây cao lương thân ngọt trong thân cây đầy nước và cây cao lương hạt thường có thân ruột bấc. Chiều cao của cây cao lương thay đổi từ 0,5-5m, cũng có thể lên đến 6m tùy thuộc từng giống và điều kiện sinh trưởng. Thân cây cứng, thông thường thuộc dạng thân đứng, giữa thân có thể rỗng hoặc không, thân có thể khô hay chứa nhiều nước. Đường kính thân dao động từ 0,5-5cm và thu nhỏ ở phần ngọn. Đa số cao lương là cây hàng năm nhưng cũng có một số
giống cây lâu năm, vậy nên thời gian sinh trưởng của cây cao lương cũng rất khác nhau và tùy thuộc tổng tích ôn của từng giống trong điều kiện cụ thể.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 22 Lá cao lương rộng, nhẵn, rất giống với lá ngô nhưng ngắn hơn, có phần bẹ
ôm sát vào thân cây làm tăng độ cứng cho cây. Số lá trên thân chính thay đổi từ 7- 24 lá tùy thuộc từng giống. Phiến lá dài từ 30-135cm và rộng từ 1,5-5cm, lá phát triển đối diện nhau ở hai bên thân và được bao phủ bởi một mỏng lớp sáp để bảo vệ
chúng khỏi mất nước. Trên phiến lá hoặc bẹ lá của cao lương có một lớp sáp màu trắng nhạt bao phủ để bảo vệ chúng khỏi mất nước dưới điều kiện nóng, khô, làm giảm sự mất nước. Chùm hoa là một cụm, dài khoảng 60cm với 6000 bông con. Chùm mang hai loại hoa, một loại không có cuống và có cả phần đực lẫn phần cái, loại còn lại có cuống thông thường là hoa đực.
Cây cao lương xuất xứ từ vùng nhiệt đới nên điều kiện khí hậu nóng ẩm là
điều kiện thuận lợi cho phát triển. Cao lương có ngưỡng nhiệt phát triển 15-370C, tuy nhiệt nhiệt độ tối thích là 270C. Mặc dù, cao lương là cây trồng ngày ngắn, tuy nhiên đa số các giống cao lương hiện nay không phản ứng với ánh sáng. Thân gồm các lóng và đốt, lá mọc ra từ đốt, chồi mọc có thể mọc ra từ các đốt thân. Cây cao lương có thể đẻ nhiều nhánh và đẻ khỏe. Thời gian đẻ nhánh sớm hay muộn tùy thuộc vào giống, thời vụ và kĩ thuật canh tác, sau khi thu hoạch có thể cắt bỏ điều kiện cho cây đẻ nhánh vào vụ sau mà không cần phải trồng lại (Wilson et al., 1995). Tất cả các giống cao lương đều có thân mọng nước cho đến khi trưởng thành thường không vượt quá 20% sau đó giảm dần. Những giống có hàm lượng nước trong thân cao thường có thân màu xanh xám, gân lá màu tối. Lá cao lương có phần bẹ ôm sát thân cây làm tăng độ cứng của cây. Phiến lá dài từ 30-135 cm và rộng từ
1,5-5cm.
Rễ cao lương là cây rễ chùm với rất nhiều rễ bên có khả năng hút nước hiệu quả, rễđâm rộng nhờđặc điểm này cao lương có thể sống ở những nơi khô hạn hơn ngô (Wilson et al., 1955). Rễ chính đâm sâu với nhiều rễ phụ và rễ bên, rễ chủ yếu xuất hiện ở tầng đất mặt, rễ chính có thểđâm sâu tới 1,5m, nhưng thông thường ở độ sâu 0,9m.
Cây cao lương là cây tự thụ phấn với 2n=20. Cây cao lương được báo cáo chủ yếu là tự lai ghép (Doggett, 1988), mặc dù tỉ lệ lai xa khác nhau và đã được ghi
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 23 nhận lên tới 40% (Barnaud et al., 2008). Hạt cao lương có dạng tròn hoặc ô van và có kích thước 4-8mm, thường hạt được bao phủ bởi lớp mày. Hình dạng, kích thước, màu sắc hạt thay đổi tùy thuộc từng giống (ICRISAT, 1996). Bộ rễ của cao lương có thể ăn sâu tới 1,5m dưới mặt đất nhưng thông thường tập trung ở độ sâu 0,9m. Theo Đào Duy Đông (1978), cao lương có rễ chùm, gồm rễ con và rễ thứ cấp mọc nhiều và sâu hơn so với rễ bắp.
Cây cao lương là thực vật C4 nên sử dụng hiệu quả bức xạ mặt trời, có thể
sinh trưởng phát triển trên đất nghèo dinh dưỡng, pH từ 5-8,5, nhu cầu nước thấp, có khả năng chịu hạn, úng, đất mặn hoặc kiềm. Cao lương cũng có thể kháng điều kiện ẩm ướt, ngập nước, phát triển được trong những vùng có lượng mưa lớn 250- 1250 mm. Cao lương thuộc cây C4 có khả năng sử dụng ánh sáng cao hơn các loại cây khác, dưới điều kiện ánh sáng cao và nhiệt độ nóng chúng có thể quang tổng hợp mạnh hơn (nhiều nghiên cứu cho thấy hơn 90% chất khô tích lũy được là do quang hợp) và sản xuất nhiều sinh khối, nó có khả năng thích nghi và tiến hóa trong những vùng bị hạn chu kì (Trần Văn Hòa, 2003). Cao lương trồng thích hợp trên đất nghèo dinh dưỡng và có thể sản xuất hạt trên những loại đất mà nhiều cây trồng khác không thành công. Khác với ngô, năng suất cao lương không thay
đổi dưới điều kiện trồng khác nhau. Vì vậy trên những vùng có điều kiện dinh dưỡng nghèo thì cao lương trồng có thể cho năng suất cao hơn bắp.
Cây cao lương có bản lĩnh chống hạn ngoan cường, do vậy mọi người gọi nó là “Lạc đà của giới thực vật”. Do có khả năng hấp thu được nhiều nước, hao tổn nhỏ, có thể giữ cân bằng lượng nước trong cơ thể trong mùa hạn. Rễ của cây rất phát triển, phân bố rộng, cắm sâu trong lòng đất. Diện tích mặt lá tương đối nhỏ, bóng, số mắt lỗ khí ít, bề mặt thân và lá được bao bọc bởi lớp bột sáp. Đặc
điểm này giúp cây có thể giảm sự mất nước. Trong mùa khô hạn có thể tạm thời chuyển về trạng thái ngủ, dừng sinh trưởng, đợi đến khi hút được nước, lại phục hồi sinh trưởng. Đây chính là cách cây cao lương tăng cường sức chống hạn. Theo FAO (2011) cây cao lương phát triển tốt hơn so với ngô trên điều kiện khô hạn và do đó chiếm các vùng lãnh thổ của ngô còn lại trong khu vực bán khô
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 24 hạn. Theo ICRISAT (1996) thì cây cao lương sinh trưởng được từ độ cao 0- 2300m so với mực nước biển.
Cây cao lương cho thấy khả năng chịu hạn, úng, nóng, lạnh và mặn hơn hẳn những cây trồng khác. Sự kết hợp của tính chịu hạn và chịu mặn làm cho cây cao lương là một nguồn thức ăn gia súc rất thú vị trong điều kiện khô hạn và bán khô hạn trong vùng đất mặn (Khanum et al., 2010). Đây là ưu điểm lớn để cho phép canh tác cây cao lương ở những vùng đất khó khăn, đặc biệt là trong tình trạng khô hạn. Ngoài ra, sau khi thu cắt, cày rạ xuống có thể cải thiện tình trạng hữu cơ của
đất, hạn chế xói mòn (UC SAREP, 2006; NRC,1996).