牡丹为多年生落叶小灌木生长缓慢，株型小，株高多在0.5～2米之间；根肉质，粗而长，中心木质化，长度一般在0.5～0.8米，极少数根长度可达2米；根皮和根肉的色泽因品种而异；枝干直立而脆，圆形，为从根茎处丛生数枝而成灌木状，当年生枝光滑、草木，黄褐色，常开裂而剥落；叶互生，叶片通常为二回三出复叶，枝上部常为单叶，小叶片有披针、卵圆、
牡丹
椭圆等形状，顶生小叶常为2～3裂，叶上面深绿色或黄绿色，下为灰绿色，光滑或有毛；总叶柄长8～20厘米，表面有凹槽；
花单生于当年枝顶，两性，花大色艳，形美多姿，花径10～30厘米；花的颜色有白、黄、粉、红、紫红、紫、墨紫（黑）、雪青（粉蓝）、绿、复色十大色；雄雌蕊常有瓣化现象，花瓣自然增多和雄、雌蕊瓣化的程度与品种、栽培环境条件、生长年限等有关；正常花的雄蕊多数，结籽力强，种籽成熟度也高，雌蕊瓣化严重的花，结籽少而不实或不结籽，完全花雄蕊离生，心皮一般5枚，少有8枚，各有瓶状子房一室，边缘胎座，多数胚珠，骨果五角，每一果角结籽7～13粒，种籽类圆形，成熟时为共黄色，老时变成黑褐色，成熟种子直径0.6～0.9厘米，千粒重约400克。
牡丹由野生变家种后，因环境条件变化及人工不断地选育和栽培，除花色、花型、花期早晚有变异外，而且在株的形态、根的长短、粗细、叶的色泽、形状等方面也发生了变异。
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