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北柴胡植株多年生草本，高50-85厘米。主根较粗大，棕褐色，质坚硬。茎单一或数茎，表面有细纵槽纹，实心，上部多回分枝，微作之字形曲折。基生叶倒披针形或狭椭圆形，长4-7厘米，宽6-8毫米，顶端渐尖，基部收缩成柄，早枯落；茎中部叶倒披针形或广线状披针形，长4-12厘米，宽6-18毫米，有时达3厘米，顶端渐尖或急尖，有短芒尖头，基部收缩成叶鞘抱茎，脉7-9，叶表面鲜绿色，背面淡绿色，常有白霜；茎顶部叶同形，但更小。复伞形花序很多，花序梗细，常水平伸出，形成疏松的圆锥状；总苞片2-3，或无，甚小，狭披针形，长1-5毫米，宽0.5-1毫米，3脉，很少1或5脉；伞辐3-8，纤细，不等长，长1-3厘米；小总苞片5，披针形，长3-3.5毫米，宽0.6-1毫米，顶端尖锐，3脉，向叶背凸出；小伞直径4-6毫米，花5-10；花柄长1毫米；花直径1.2-1.8毫米；花瓣鲜黄色，上部向内折，中肋隆起，小舌片矩圆形，顶端2浅裂；花柱基深黄色，宽于子房。果广椭圆形，棕色，两侧略扁，长约3毫米，宽约2毫米，棱狭翼状，淡棕色，每棱槽油管3，很少4，合生面4条。花期9月，果期10月。