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海南蝴蝶兰为附生草本。茎长1-1.5厘米,被叶鞘包裹,常具3-4枚叶。

叶在花期常凋落,有时仅存留1枚斜长圆形、长约4厘米、宽约1厘米的叶;叶鞘宿存,长约7毫米。

花序侧生于茎的基部,通常1-2个,斜立,长达55厘米,有时分枝;花序柄被3-5枚鳞片状鞘;花序轴长27-30厘米,疏生8-10朵花;花苞片小,卵形,长3-4毫米;花梗连同子房纤细,长2-2.5厘米;花开展;中萼片长圆形,长约1.3厘米,宽约3毫米,先端钝;侧萼片斜椭圆状长圆形,长1.3厘米,宽约5.5毫米,先端急尖,基部贴生在蕊柱足上;花瓣匙形,长1.2厘米,宽5-6毫米,先端钝,基部收狭为爪;唇瓣基部具长约1毫米的爪,3裂;侧裂片直立,镰刀状长圆形,长约5毫米,中部收狭,上部扩大,宽约2.5毫米,先端斜截形,内面从中部走向近先端处具1个先端缺刻的凸缘(脊突),两侧裂片基部之间具1枚对开的肉突,而肉突中央穴状下陷,但不向背面隆起;中裂片近馒形或提琴形,较肥厚,长约7毫米,先端之下宽5毫米,先端钝并且扩大,基部具1枚先端2叉状的附属物,边缘稍下弯,上面中央具1条等粗而纵向的脊突;蕊柱长约7毫米;花粉团2个,球形,每个劈裂为不等大的2爿。花期7月。

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