千穗谷为苋科苋属一年生草本植物,根系发达,根深50至80毫米,侧根多,根幅70至150毫米,呈水平向四周扩展。直立、粗壮,其直径3.0至4.5毫米,无毛或上部微有柔毛。株高2.5至3.5米,多分枝,光滑,具沟棱。单叶,互生,倒卵形或卵状椭圆形,全缘或波状缘;叶柄细长,为3至5毫米,无毛,无托叶,淡绿色或红色。圆锥花序腋生或顶生,由多数穗状花序组成,直立或下垂,花小,单性,雌雄同株。苞片和小苞片卵状钻形,长4至5毫米,为花被长的2倍,绿色或紫红色;花被膜质,顶端有短芒,绿色或紫红色,柱头2至3。胞果近卵形,长3~4毫米,环状横裂,绿色,上部带紫色,超出宿存花被;种子近球形,直径约1毫米,白色,具锐环边,有光泽,千粒重约0.54克左右。
千穗谷和繁穗苋极相近,但千穗谷苞片生长为花被片的2倍,花被生顶端急尖或渐尖。染色体2n=32。
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