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Les Hydrangea sont des plantes arbustives, de taille variable (de 0,5 m à plusieurs mètres) ou des plantes grimpantes s'accrochant à leurs supports par des racines adventives.

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Les feuilles sont opposées, parfois verticillées par trois, simples sans stipules, à marge entière (H. integrifolia), serrulée ou lobée (H. quercifolia).

Les inflorescences sont terminales, parfois axillaires, et sont constituées d'une cyme elle-même composée de cymes groupées en corymbes ou en panicules (H. paniculata, H. quercifolia). Il existe deux types de fleurs : les grandes fleurs décoratives dites stériles et les petites fleurs fertiles.

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• les fleurs stériles, à la périphérie de l'inflorescence (pour les formes sauvages mais pas pour les formes cultivées) sont en général formées de trois, quatre ou cinq sépales pétaloïdes et de pétales entourant des étamines et un ovaire. Les sépales sont grands et décoratifs ;

• les fleurs fertiles sont situées à l'intérieur de l'inflorescence et sont en général très nombreuses. Elles comportent cinq petits sépales verdâtres et cinq petits pétales colorés ou non. Les étamines sont au nombre de dix (mais aussi huit ou vingt-cinq).

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La théorie de la stérilité des fleurs décoratives et de la fertilité des fleurs non-décoratives (McClintock12, 1957) a été battue en brèche par une étude de plusieurs cultivars de Hydrangea macrophylla (Uemachi13, 2004). Aucune différence dans le développement des ovules n'a été observée entre les fleurs décoratives et non décoratives. De même, aucune différence dans la fertilité des pollens n'a été notée. Toutefois les fleurs non décoratives sont pentamères et les décoratives sont tétramères.

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Le fruit est une capsule, à déhiscence apicale. Les graines sont très petites (de 0,1 mm à 2 mm).

L'espèce d'origine japonaise Hydrangea macrophylla (Thunberg) Seringe est cultivée comme plante ornementale dans de nombreuses régions du monde.