金线莲为陆生兰科植物，株高8~18cm。根状茎匍匐，伸长，肉质，具节，节上生根。茎直立，肉质，圆柱形。叶片卵圆形或卵形，长1.3~3.5cm，宽0.8~3cm，上面暗紫色或黑紫色，具金红色带有绢丝光泽的美丽网脉，背面淡紫红色，先端近急尖或稍钝，基部近截形或圆形，骤狭成柄；叶柄长4~10mm，基部扩大成抱茎的鞘。总状花序具2~6朵花，长3~5cm；花序轴淡红色，其和花序梗均被柔毛，花序梗具2~3枚鞘苞片；花苞片淡红色，卵状披针形或披针形，长6~9mm，宽3~5mm，先端长渐尖，长约为子房长的2/3；子房长圆柱形，不扭转，被柔毛，连花梗长1~1.3cm；花白色或淡红色，不倒置（唇瓣位于上方）；萼片背面被柔毛，中萼片卵形，凹陷呈舟状，长约6mm，宽2.5~3mm，先端渐尖，与花瓣黏合呈兜状；侧萼片张开，偏斜的近长圆形或长圆状椭圆形，长7~8mm，宽2.5~3mm，先端稍尖；花瓣质地薄，近镰刀状，与中萼片等长；唇瓣长约12mm，呈Y形，基部具圆锥状距，前部扩大并2裂，其裂片近长圆形或近楔状长圆形，长约6mm，宽1.52mm，全缘，先端钝，其两侧各具6~8条长4~6mm的流苏状细裂条，距长5~6mm，上举指向唇瓣，末端2浅裂，内侧在靠近距口处具2枚肉质的胼胝体；蕊柱短，长约2.5mm，前面两侧各具1枚宽、片状的附属物；花药卵形，长4mm；蕊喙直立，叉状2裂；柱头2个，离生，位于蕊喙基部两侧。
在自然状态下，在福建和浙江，金线莲一般于2月下旬和3月初发芽，并于9~11月开花。花序基部的两朵花首先绽放，花朵从基部到顶部逐渐开放。在开花期间，萼片分裂和展开，露出花瓣，伸展到最终形态。金线莲花期受经度、纬度和海拔的影响较大。例如，在贵州（东经103°61'~109°58'、北纬24°63'~29°22')，它的开花期为9月初至11月初，而在云南（东经97°52'~106°18'、北纬21°13/~29°25')，其花期在9~12月，在广西（东经104°48’~112°08'、北韩20°91'~26°39’）和广东（东经109°75'~117°33’、北纬20°20'~25°51')，金线莲花在10月初至12月初开放。
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