仙人掌的形態特徵
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仙人掌科原產於北美和南美，從不列顛哥倫比亞和亞伯達省向南的大部分地區，其南界達到智利和阿根廷。墨西哥的仙人掌種類最多。僅仙人棒屬(Rhipsalis)可能原產於舊大陸，分佈於東非、馬達加斯加及斯里蘭卡。但許多學者認爲本屬系從世界其他地方引入這些地區。
仙人掌爲肉質多年生植物。雖然少數種類棲於熱帶或亞熱帶地區，但多生活在乾燥地區。仙人掌的莖通常肥厚，含葉綠素，草質或木質。多數種類的葉或消失或極度退化，從而減少水分所由丟失的表面積，而光合作用由莖代行。僅熱帶的虎刺屬(Pereskia)和Pereskopsis屬，具備明顯的有功能仙人掌。根系通常纖細，纖維狀，根淺而分佈範圍廣，用以吸收表層的水分。
仙人掌類植株的大小及外形千差萬別。小者如鈕釦狀的佩奧特掌，矮小團塊狀的刺梨和刺蝟掌，大者如高柱狀的圓桶掌和仙人球屬和高大喬木狀的巨山影掌。多數仙人掌類生長於土中，但幾個熱帶種類，包括仙人棒屬、曇花屬(Epiphyllum)和蟹爪蘭屬(Schlumbergera)的種類，爲附生；另一些種類則生長於堅硬的表面，如岩石上。附生的種類往往具薄而扁平的莖。植株的表面形態亦各異，或爲平滑，或有突出的結節、嵴或有凹溝。
仙人掌與其他肉質植物不同之處爲莖上具墊狀的構造——小區。幾乎所有種類的小區內生長棘刺或鉤毛，花、枝和葉（如果有葉的話）亦由此生出。
仙人掌莖的內部構造與其他雙子葉植物一致，在內方的木質部與外方的韌皮部之間有形成層。但莖的大部分由薄壁的貯藏細胞組成，細胞內含黏液性物質，可保護植株避免水分的流失。仙人掌的莖是主要的製造養分和貯藏養分的器官。
少數仙人掌種類能在近地水平生出小植株，從而進行無性繁殖。各種仙人掌的組織頗爲一致，故一種仙人掌植株的末端部分可以嫁接到另一個種植株的頂部。
仙人掌中心是空的，可有效儲存水分，但仙人掌主要通過種子繁殖。仙人掌的花通常形大而靚麗，多爲單生。所有各屬均有花管（由花被片組成，花萼與花瓣有明顯區別或不易區別），子房下位，一室。子房上生一花柱，花柱頂端有多個用以接受花粉的柱頭。傳粉、受精後胚珠發育成種子（種子多枚），子房發育成果實[通常爲漿果]。花粉藉風力或鳥類傳播，受粉後花管不久便從子房頂部脫離，留下一個明顯的疤痕。仙人掌類廣泛栽作觀賞植物。此外，刺梨（仙人果）和喬利亞掌[均屬仙人掌屬]亦栽培用作食物。在南美，仙人掌屬和山影掌屬(Cereus)以及其他一些種類用作活籬笆，在某些荒漠地區木質的柱狀仙人掌類用作燃料。圓桶掌（猛仙人掌屬和仙人球屬）在緊急情況下是水的來源。威廉斯氏冠毛掌(Lophophora williamsii，一種佩奧特掌)，有致幻覺的作用，從哥倫布到達美洲前起就一直用於某些儀式。
原始的仙人掌類植物是有葉的。它們原來分佈在不太乾旱的地區，外形和普通的植物並沒有多大的區別。只是由於滄海桑田的變化，原來溼潤的地區變得越來越乾旱，爲了適應環境以求生存，外形發生了變化，正常的扁平葉逐漸退化成圓筒狀，進而又退化成鱗片狀，最後完全消失。今天在中美洲一些不大幹旱的地區還分佈着一些原始的仙人掌類。其中葉青刺菒屬、麒麟掌屬及頂花膜鱗掌屬的種類具正常的扁平葉，但其大小和肉質化程度有變化。葉仙人掌屬種類的葉大而薄，基本上不肉質化。在我國南方經常可以見到這屬中最普通的一種——葉仙人掌[又名葉刺菒·木麒麟]攀援在牆垣上，不開花時常被誤認是南國常見的一種花灌木葉子花(三角梅)。而該屬中的大花葉仙人掌的葉更長達15cm。仙人掌屆、翅子掌屬、長蕊掌屬和擬葉仙人掌屬的種類也有葉，但已退化成圓筒形，而且大多數只長在莖的幼嫩部位，不久便脫落。當然根據種類及其生境條件的不同，這些圓簡形葉的大小、形狀、壽命都相差很大。笛吹(Maihuenia poeppigii)的錐形葉只有0.4～O.7cm長，而將軍(Opuntia subulata)的圓柱形葉長達12cm，而且每葉可存在3～4年，因而在其莖的上半部葉始終存在。除了上述有葉的仙人掌外，其他仙人掌類植物已沒有葉，但仍可找到葉曾經存在的根據。一些專家指出，仙人掌類的刺座實爲腋芽發育而成。還有些專家指出，很多種類的仙人掌，其刺座下面的狀突起相當於正常葉子的葉基。
莖
具有正常扁平葉的原始類型的仙人掌類，其莖的特點也同大多數種類不同。它們有的如藤本狀的灌木，莖的表皮通常不呈綠色，除幼嫩部分外大多木質化。個別種類莖如一般喬木，高大又高度木質化，如巴伊亞葉仙人掌和月之沙漠，它們的主莖高8～9cm。
具圓筒狀葉的種類莖常不分節，如將軍的莖高達2米，只有一節一直向上，而同屬的很多種類則具扁平的節狀莖。豬耳掌(opuntia brasilnsis)雖具節狀扁平莖，但其木質化主莖很高，扁平節狀莖只是幼嫩的分枝。而圓筒形葉不明顯的仙人掌屬種類則木質化主莖不存在或不太明顯。而不具葉的那些種類由於其進行光合作用的功能主要由莖承擔，因此莖在正常情況下呈綠色，也不木質化。在形態上可以說沒有哪一個科的植物如仙人掌科那樣變化萬千：它們有的扁平如鏡，有的如燈臺、管風琴，有的如山巒重疊，有的細長如蛇。更多的呈球形或近似球形，這是長期適應乾旱環境的結果，因爲同樣的體積，球狀體表面積最小，蒸騰量也減小。因此在整個仙人掌家族中，球形的種類佔一半以上。1991年美國出版了一部仙人掌類圖鑑，收集的全部是球狀種，不包括栽培變種、雜交攢和班錦類型就已達1098種，而據筆者所知還沒有全部包括進去。平時人們把仙人掌類愛好者稱爲“青刺球迷”或“養球玩球”的，也說明了球形種類在仙人掌類中所佔的份量。
棱與疣狀突起
除原始類型的種類外，仙人掌類的莖都具棱。仙人掌屬和縣花屬、令箭荷花屬及部分葦枝屬的種類只有2棱，量天尺屬和瘤果仙人鞭屬通常爲3棱，而其他屬種都在4棱以上。其中球形種類的棱較多些，個別的種類多達120棱，一般也有10餘棱。這對於適應乾旱環境有很大的意義。很多仙人掌類植物的原產地都有這樣的特點：每年中有很長時間滴雨不下，但雨季時在短時間內會下很大的雨。而生長在這種環境下的仙人掌類在旱季時由於水分不斷散失而體積縮小，一旦下雨則最大限度地吸水使株體迅速膨脹。如果沒有這種棱象手風琴褶箱那樣伸縮，那麼表皮肯定要破裂。棱的數量多少和排列方式客觀上也爲我們區別種類提供了依據，在分類上有一定的意義。
仙人掌類的莖除有棱以外，還有疣狀突起。這是一種獨特的構造，事實上在很多球形種類中，即使不具明顯的疣狀突起，但縱向的棱上也有橫向的瘤塊狀分割，如南國玉屬、裸萼球屬、強刺球屬、長鉤球屬等。疣狀突起則是這些植物爲適應乾旱環境進一步發展的結果。有了疣狀突起更便於植物脹縮和散熱。乳突球屬的種類仔球着生在疣突中間的疣腋部，幼嫩的仔球可得到疣突和疣突先端刺的保護，避免陽光灼傷和動物侵害。因此目前所有的分類學家都認爲疣狀突起明顯的屬種是仙人掌科中最高度進化的物種。
按照種類的不同，疣狀突起的形狀、長短、直徑大小以及質地軟硬都有很大區別。晃山的棱錐形疣突長12cm，而月世界屬的小人帽子只有0.2cm。烏羽玉和金星、海王星的疣突很柔軟，而波羅球屬的大祥冠的龐突則非常堅硬。巖牡丹屬的種類優突排列成蓮座狀，每一統突都能充分見陽光。晃山的龐突簇生於莖端好似龍舌蘭。而乳突球屬的希望球、斷琴球等疣突圍繞生長點嚴格地排列成對數螺線圖案，從頂部看圖形非常完美。這種疣突的形狀、大小和排列是人們進行分類時的一種依據。
刺座、刺和毛
刺座是仙人掌類植物特有的一種器官。從本質上來講刺座是高度變態的短縮枝，表面上看爲一墊狀結構。刺座上着生多種芽，有葉芽、花芽和不定芽，因而刺座上不但着生刺和毛，而且花、仔球和分枝也從刺座上長出。刺座的大小和排列方式各不相同。一種柱狀種土星冠的刺座大至20cm，而小形球類月世界和松露玉的刺座只有0.2cm大。大多數種類的刺座呈圓形或橢圓形並間隔一定的距離，而白雲閣和梢刺尤伯球的刺座呈長條形，在棱上首尾相連。
刺座一般都分佈在莖上。但也有一些種類在根、花托筒、子房、果實等處也有刺座。
刺對於仙人掌類植物的生存有重要意義，它是一種保護機制的產物。刺的數量多少以及排列、色彩、形狀等各種各樣，變化無窮，給人以美的享受。同時它又是鑑別種類進行分類的重要依據。刺的形狀主要有錐狀、巴首狀、鉤狀、錨狀、櫛齒狀和羽毛狀等。按刺在刺座上的位置有中刺和側刺(周刺)的區別，一般中刺比較強大。刺的長短相差懸殊，強刺球屬的很多種類刺長在12cm左右，其中烈刺五在科羅拉多的一個類型刺長22cm。但也有很多種類刺完全退化或僅留痕跡，如星球、烏羽玉、松露玉等。有些種類本具強豪的刺，但在栽培中人們選育出無刺的變種，如無刺大統領、無刺王冠龍和裸琥。將它們和原種放在一起形成鮮明的對照。另有兩種刺常被誤認爲毛，一種是剛毛，它是一種比針狀刺還要細的刺，雖然易彎曲但有彈性。另一種是鉤毛或稱芒刺，很短很密集，基部有鞘，頂端有不易發現的倒鉤，人們不注意時易被扎傷而很難清除，幸好這種鉤毛僅存在於一部分種類中。
毛也從刺座上長出，長短粗細不一，色彩多樣，前段不帶倒鉤。生長在高海拔地區的種類通常被很長的毛，有白毛的翁柱、翁錦、鷹翁和猩猩翁等，也有黃毛的金煌柱、彩煌柱和黃鷹等，更有一頭紅髮的紅頭摩天柱。這些長毛有效地保護植物不被高山上強烈的紫外線所灼傷。還有一種很短很密集象天鵝絨一般的毛，通常稱之爲氈毛，它也能保護表皮，同時在一些少雨多霧地區具有彙集露水供根部吸收的功能。
花、果實和種子
嫁接還可以大大提前開花。
花通常着生在刺座上。但乳突球屑種類的花和刺座不在同一位置。仙人掌屬的種類一般開在充分經受陽光的成熟片狀莖上，高大的仙人柱從莖的中部到近頂端處都能開花，而且很奇怪，花常在一條或幾條棱上一字徘開，而鄰近的棱上則無花。
很多種類都能一次開大量的花。縣花、蛇鞭柱、量天尺和仙人球(俗稱草球)開花時還有這樣的特點，即不開花時一朵不開，開花時則同時能開幾十朵甚至更多，而奇怪的是花蕾出現的時間和花蕾的大小明顯地參差不齊卻能同時開花。
但是也有很多種類在栽培中開花不多，雖然每年都開但只開一朵兩朵。如晃山、光琳球等。還有一些種類栽培幾十年從未見花，這是因爲一些種類成熟年齡晚，還有栽培上條件不夠或方法上有問題。如鹿角柱屬的翁錦，文獻上說開花既美花期又長，但就是種了幾十年也看不到花。原來它開花必須符合兩個條件：一是老株才能開花；二是要求冬季溫度高且紫外線充足。
花通常是輻射對稱。形狀有漏斗狀、喇叭狀、高腳碟狀、杯狀等。少數屬種的花是兩側對稱，如蟹爪蘭、花冠柱和吹雪柱等。花瓣通常只有——層或兩層，在毛花柱屬中通過雜交產生了開重瓣花的品種，但國內尚術引進。花瓣通常爲全緣，只有棱波等極少數種類花瓣邊緣呈睫毛狀。
除了真正的藍色和黑色外，各種花色都有，而且千變萬化。同樣是紅色花，種類不同其色彩就有區別。很多種類的花瓣具金屬般光澤，非常奪目。很多種類的雌蕊柱頭和雄蕊花絲都有鮮豔的色彩，特別是鹿角柱屬和南國玉屬的部分種類，柱頭綠色和紫色，具天鵝絨般光澤，與花瓣相映成輝，甚是美麗。
花期以3～5月最爲集中，秋天開花的種類不是很多，但有不少種類可以在春季嫁接仔球令其在秋天開花。而蟹爪蘭、仙人指、鳳翼孔雀、玉翁、白星、白琥、雪月花和日之出球在隆冬開花，給寒冷枯燥的冬天帶來不少生機。
漿果，少數爲乾果。形狀有梨形、圓形、棍棒形等。果皮上有刺座或鱗片等。很多種類的果實很漂亮，如棱波和新橋；量天尺的果實又大又紅，美形臥龍柱和單刺量天尺的果檸檬黃色。銀妝龍的果實暗藍色，形似罈子，宿存的於花像帶柄蓋子(圖1)，真是維妙維肖，令人歎爲觀止。
一些大形果實可食用，量天尺、令箭荷花、臥龍柱和多種仙人掌屬種類的果實不但可食用，而且還有利尿作用。
每一果實的種子數量相差很多，多的上千粒，少的如烏羽玉只有十多粒。種子的大小非常懸殊，仙人掌屬的種子大5～6mm，每千粒重爲20g；而菊水的種子幹粒重僅爲0.1g。
根
除了少數喬木狀的葉仙人掌屬種類和仙人掌屬種類外，仙人掌類的根無明顯的主根，側根伸展很遠，分佈在土壤的淺層，有的種類的根可伸展出去30m，這也是一種對乾旱生境的適應。因爲原產地雨季來臨時偶爾會下很大的雨，而土壤持水力差，仙人掌類有如此分佈廣泛的根系就可在短期內迅速地吸收足夠的水分以備後用。
有些種類具膨大的肉質根或塊根，在這些種類中，根代替莖成爲貯水的主要器官。這些種類主要集中在巖牡丹屬、長疣球屬、翅子掌屬、塊根柱屬和部分仙人掌屬中，其中葛氏塊根柱的塊根重達75千克。
附生類型的種類如量天尺、玉柳等，變態莖上有大量氣根。氣根有攀援和吸收兩種功能，在原產地主要是使莖能沿着樹枝巖壁伸向陽光較好的地方，而一旦接觸到腐殖質和水分較好的地方，原無根毛的氣根會迅速長出根毛進行吸收。栽培中我們不難發現：量天尺根系被破壞或盆土中嚴重缺水時莖節—1：就出現大量氣根。當量天尺放在過度廕庇的場所時也會出現氣根沿着溫室的木柱、牆壁甚至玻璃向上攀援。
由於原產地每年有個旱季，而強烈的陽光又使土壤表層溫度很高。因此很多種類的根表皮木栓化。厚厚的木根層保護根內部組織不受高溫的損害並防止水分散失。而一旦下雨，毛細根會迅速穿過木栓層進行吸收。
塊根柱屬、翅子掌屬的種類和仙人掌屬中的大根團扇，根上有刺座。將根截段扦插可長成新株。
多肉植物
仙人掌科以外的多葇[植物肉]植物由於牽涉到50餘科，從總體上來講其形態更爲多姿多彩。和仙人掌類相比，多肉植物有如下幾個特點：
①有葉的種類佔相當大的比例。
②刺的特色沒有仙人掌類那樣鮮明，很多種類雖有強刺但被葉掩蓋，只是落葉期時刺才顯得突出。
③花單生的也有，但有很大一部分是集成各種花序。花的觀賞性總的來說遜於仙人掌類。
按貯水組織在植株中的不同部位，多肉植物可分爲三大類型：葉多肉植物、莖多肉植物和莖幹類多肉植物。
1．葉多植物
貯水組織主要在葉部。莖一般不肉質化，部分莖稍帶木質化。按生境乾旱程度的不同，葉的肉質化程度有所區別。 不太乾旱的地區原產的種類葉較大較薄。如番杏科的露草(也稱花蔓草，學名爲aptenia cordifolia)原產南非納塔爾省，比起南非其他地區來那是個較溼潤的地區。因此它的形忠爲蔓生的株形，具較大較薄的葉，形態和一般草花區別不大。隨着環境趨向乾旱，莖越來越縮短、葉質越來越厚。極度乾旱地區分佈的番杏科種類，整個植株只有一對或兩對葉組成，莖已全部消失，葉高度肉質化。
由於科屬的不同，儘管葉多肉植物的葉有共同的旱生結構——葉肥厚、表皮角質或被蠟被毛被白粉等，但葉的類型相當多。這種多樣化的葉型是分類的重要依據。其中大多數是單葉，但也有不少是複葉。
複葉的類型有三出葉、掌狀複葉、一回羽狀複葉和兩回羽狀複葉。單葉的形狀有線形、細圓柱形、匙形、橢圓形卵圓形、心形、劍形、舌形和菱形等。葉緣多爲全緣，有的葉緣和葉尖有齒、毛或刺。少數種類葉頂端透明俗稱窗。
葉的排列方式有互生、對生、交互對生、輪生、兩列疊牛、簇生等。海拔較高地區原產的種類葉排列成蓮座形，整個株形非常緊湊，是家庭栽培觀賞的理想種類。高度肉質化的番杏科種類，整株常只有一對葉連合成解服體，形狀有球狀、扁球狀、陀螺狀和元寶狀等。由於其種類多、株形小巧，如今是我國多肉植物愛好者收集栽培的“熱點”。
2．莖多肉植物
大戟科、蘿摩科、夾竹桃科和厖牛兒苗科的多肉植物，貯水部分在莖部，稱爲莖多肉植物。它們之中的很多種類的莖和仙人掌類相似，呈圓筒狀或球狀，有的具棱和疣狀突起但決沒有刺座，儘管也有一些種類具刺。刺有皮刺、針刺和棘刺之分，少數種類刺很強，如福桂花科、龍樹科和夾竹桃科的棒棰樹屬種類。
很多具粗壯肉質莖的種類通常不具葉，有的在幼嫩部分有細小的葉但常落。菊科的仙人掌在生長期有很多葉但休眠期葉圖5莖多肉植物的類型 枯萎脫落。而馬齒莧科的馬齒莧樹和景天科的燕子掌既有粗壯的葇質莖又有葇質化的葉，而且這種葉始終存在。
3．莖幹狀多肉植物 植株的肉質部分主要在莖基部，形成極其膨大的形狀不一的塊狀體、球狀體或瓶狀體。無節、無棱，而有疣狀突起。有葉或葉早落，多數葉直接從根頸處或從突然變細的幾乎不肉質的細長枝條上長出。在極端乾旱的季節，這種枝條和葉一起脫落，如薯蕷科著名的多肉種類龜甲龍和墨西哥龜甲龍就是這種類型。
但也有一些種類，在膨大的莖幹上有近乎正常的分枝，莖幹通常較高，生長期分枝上有葉，乾旱休眠期葉脫落但分枝存在。整體上看株形和一般喬木類似，只是主幹較膨大，貯水較多。如木棉科的猴麪包樹、紡錘樹，辣木科的象腿樹，漆樹科的象樹，梧桐科的昆士蘭瓶樹，夾竹桃科的沙漠玫瑰在索科特拉島的變種等。但是這些種類的扦插苗通常很難形成膨大的莖幹。播種苗的情況略好一些，但在潮溼地帶長大的株形無論如何也沒有原產地橙株那樣典型。
很多草本植物具鱗莖，鱗莖是膨大的，半埋在地下或貼地生長。按照莖基膨大的原則它們也應列入莖幹類多肉植物。但有些專家不承認，因此石蒜科的虎耳蘭、百合科的綿棗兒屬種類在算不算多肉植物上有爭議。但有些鱗莖植物絕對沒有爭議，如百合的蒼角殿、大蒼角殿是多肉植物中的著名種類，也是愛好者夢寐以求的珍品。
4．多肉植物的繁殖器官
不管植株的形態和一般植物有多大區別，多肉植物繁殖器官的形態和一般同科同屬的其他植物沒有多大區別。
除了番杏科、夾竹桃科和旋花科的種類外，大多數多肉植物的花不似仙人掌類那樣豔麗。但形態上卻更爲多樣化。
除了番杏科的種類是單生花外，其他各科基本上都以各種花序着生在植株上。花序有頂生也有腋生，有時同一科的同一屬植物也有頂生和腋生的區別，如景天科伽藍菜屬即如此。單生的花相對較大，而集成花序的花通常較小。花序的種類很多，有頭狀花序(菊科)、穗狀花序(胡椒科)、總狀花序或圓錐花序(龍舌蘭科)、傘形花序(蘿摩科)、杯狀聚傘花序(大朝屬)、兩歧聚傘花序(麻風樹屬)等。夾竹桃科、苦芭苔科、蘿摩科、脂麻科和旋花科的花具較長的花筒，花瓣有聯合也有分離，花的大小和形狀各不相同。具體內容將在分類部分介紹。
果實的種類有漿果、蒴果、核果、營英果和瘦果等。以蘿葷科的管英果最具特色，而百合科蘆薈屬的三角形葫果很大，也很有趣。種子的大小和形狀也因科屬種類的不同而有很大差別。番杏科的種子非常細小，而風梨科、大朗科的種子較大。菊科的種子猶如一根針，而蘆薈屬的種子有圓盤狀的翅，象草帽。相對而言，多肉植物採收種子比仙人掌類要困難一些，國外種子公司能提供的種遠不及仙人掌類那樣多。
生理特點及其他
這類植物在生理方面的特點表現在幾個方面，總的來說也是乾旱環境造成的。
首先它們的形態和表皮的一些結構使它們的蒸騰量大大減少。它們的表皮有很厚的角質層，很多種類表皮被蠟被毛。氣孔數遠較其他植物少而且深埋在表皮凹陷的坑內。角質層擴散阻力很大，因此，這類植物失水明顯地比其他植物少。資料表明，一株玉米一天失水3～4L，而一株樹木狀的大仙人掌一天只失水25ml。
很多種類體內有白色乳汁或無色的粘液，這是一種多糖物質。有的專家指出，它們的細胞內特別含有大量的五碳糖，提高了細胞液濃度，增強了抗旱抗逆性。同時這種粘液和乳汁在植物受傷時可使傷口迅速結膜，既防止了體內水分散失又避免了病菌感染。栽培中利用這一特點，可以將一些截面積很大的球形、柱形種切頂扦插。
另一個特點是它們的滲透壓不高，一般在405.3～2026.5千帕(4～20大氣壓)之間，而超過l 215.9千帕(12大氣壓)的只有仙人掌屑植物。這個數字遠比在沙漠中存在的其他沙生植物低。因此在一些可溶性鹽類很多的沙漠地區沒有仙人掌類植物存在。這一點在栽培上很重要，施肥時決不能一次加入濃度很高的無機化肥，培養土中也不能混有過多的鹽類物質，否則根部水分向外滲透而造成植株萎蔫。
仙人掌類和多肉植物在代謝方式上和一般植物有所不同。其特點是氣孔白天關閉減少蒸騰，夜間開放吸收CO2，而且在一定範圍內，氣溫越低，CO2吸收越多。吸收的CO2通過羧化形成蘋果酸存於大液泡內，白天蘋果酸脫羧放出CO2進行光合作用，在一定的範圍內，溫度越高，脫羧越快。由於這種方式是在景天科植物上首先發現的，故稱爲景天酸代謝途徑。這也是對於旱環境的一種適應。栽培上利用這個特點，即在一定範圍內儘可能加大溫室的晝夜溫差，在晚上提高室內CO2濃度等，可使這類植物加快生長。
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