火龙果为多年生攀援性的多肉植物。植株无主根,侧根大量分布在浅表土层,同时有很多气生根,可攀援生长。根茎深绿色,粗壮,长可达7米,粗10~12公分,具3棱。棱扁,边缘波浪状,茎节处生长攀援根,可攀附其他植物上生长,肋多为3条,每段茎节凹陷处具小刺。
火龙果由于长期生长于热带沙漠地区,其叶片已退化,光合作用功能由茎干承担。茎的内部是大量饱含粘稠液体的薄壁细胞,有利于在雨季吸收尽可能多的水分。芽内有数量较多的复芽和混合芽原基,可以抽生为叶芽、花芽。花芽发育前期,在适宜的温度条件下,可以向叶芽转化。而旺盛生长的枝条顶端组织,也可以在适当的条件下抽生花芽。
火龙果花白色,巨大子房下位,花长约30公分,故又有霸王花之称。花萼管状,宽约3公分,带绿色(有时淡紫色)的裂片。具长3~8公分的鳞片。花瓣宽阔,纯白色,直立,倒披针形,全缘。雄蕊多而细长,多达700~960条,与花柱等长或较短。花药乳黄色,花丝白色。花柱粗,0.7~0.8公分,乳黄色。雌蕊柱头裂片多达24枚。
火龙果的果实长圆形或卵圆形,表皮红色,肉质,具卵状而顶端急尖的鳞片,果长10~12公分,果皮厚,有蜡质。果肉白色或红色。有近万粒具香味的芝麻状种子,故称为芝麻果。
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