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Alle Baumwollarten sind potenziell mehrjährig, auch wenn sie im modernen Anbau meist einjährig gezogen werden. Die Pflanzen wachsen strauch- und baumartig und erreichen je nach Art, Boden, Klima und Kulturmethode bis zu 2 m. Die Pflanzen bilden eine kräftige Pfahlwurzel, die eine Länge von bis zu 3 m erreichen kann.
Das Sprosssystem ist dimorph: Hauptachse und untere Seitenzweige sind monopodial und vegetativ (keine Blüten in den Blattachseln), die generativen Seitentriebe sind sympodial. Die meisten kurzgestielten Blüten stehen einzeln oder zu mehreren am Sprossende und weitere Zweige wachsen aus den Achseln der Tragblätter. Daher werden nicht alle Blüten gleichzeitug gebildet, und die Reifung erfolgt über einen längeren Zeitraum. Die Blätter und der Stängel sind stark behaart. Alle Teile der Pflanze tragen gewöhnlich als dunkle Punkte sichtbare Drüsen, in denen das Gossypol gebildet wird.
Alle Achsen tragen wechselständig langgestielte fünflappige Blätter, deren Achselprodukte im oberen Bereich jeweils in fünfzähligen, gelben, weißen oder purpurroten Blüten enden. Unterhalb der 5 Kelchblätter befindet sich ein Außenkelch, der aus drei tief eingeschnittenen Hochblättern („Außenkelch“) umhüllt wird. Die Filamente der zahlreichen Staubblätter sind zu einer Röhre verwachsen. Die dreizipfelige Narbe wird durch Selbstbestäubung, seltener durch Insektenbestäubung mit Pollen belegt, der nach ca. 30 Stunden die 6 bis 10 Samenanlagen in den Fächern des aus 3 bis 5 Fruchtblättern gebildeten Fruchtknotens befruchtet. Die Kapsel reift in ca. 4 Wochen.
In dieser Zeit wachsen auch die Samenhaare heran. Die Fasern sind einzellige Haare, die sich aus den äußeren Epidermiszellen der Integumente entwickeln. Ein Teil der Haare bleibt kurz und bildet am reifen Samen den Flaum (Grundwolle, linters), einen Nutzwert haben vor allem die langen Fasern (lint), die bei modernen Sorten 20 mm erreichen können. Als ein Produkt der Epidermis sind die Haare mit einer Cuticula überzogen. Durch diese Wachsschicht fühlt sich die Baumwollfaser fettig an und stößt Wasser ab. Bei der Reife öffnen sich die Kapseln von der Spitze her an den Mittelnähten der Fruchtblätter und lassen die Samen mit ihren Haarbäuschen heraustreten. Die Samen bleiben aber zunächst haften und werden erst beim Pflücken (auch durch starken Wind) von der Frucht gelöst.
Die Samen sind birnenförmig und ca. 3 mm groß. Sie haben einen Öl- und Proteingehalt von 16 - 25 % bzw. 15 - 34 %. Die Fettsäurenzusammensetzung ist durch einen hohen Anteil an Linolsäure (38 - 55 %) gekennzeichnet, sowie durch Palmitinsäure (16 - 28 %), Stearinsäure (2,5 - 5 %), Ölsäure 12,5 - 23 %) und einem geringen Anteil von Linolensäure. Des Weiteren enthält das Öl enthält ein braunes, stark giftiges phenolisches Dialdehyd, und zwar das Gossypol.
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