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黑花茜草的茎直立或上部柔弱,不分枝或少分枝,方柱形,有4棱或狭翅,棱上有微小倒生皮刺,触之粗糙。
黑花茜草的叶无柄,4片轮生,坚纸质,阔椭圆形或近圆形,很少椭圆形或卵形,长1.5-3.5厘米,宽8-19毫米。叶片基部楔形、顶端钝或骤尖,边缘有微小倒生皮刺,基出脉通常有5条,两面均生有微小皮刺。
黑花茜草的根多条簇生,条状,明显肉质,紫红色。