仙人掌耐寒耐旱是因为它身上长满刺代替叶子减少水分蒸发，茎能储存大量水分，根系浅但广能快速吸收雨水。冬天冷的时候刺能挡住寒风，白天太阳出来茎里的水分慢慢释放保持温度，晚上又通过气孔缓慢呼吸减少水分流失。比如刺减少蒸腾量约60%茎能储存自身重量80%的水分根系覆盖面积比普通植物大3倍。

为什么这样设计呢？首先刺是仙人掌的叶子进化来的，叶子表面积大容易失水，变成刺后表面积缩小70%以上。茎里的维管束像输水管一样能储存液态水，实验数据显示健康仙人掌茎部含水量可达90%。根系虽然浅只有10厘米，但像网状结构能覆盖0.5平方米，比同样面积的普通植物多吸收2.3倍水分。冬季温度降到0℃时，仙人掌气孔会自动关闭，这样呼吸作用产生的二氧化碳能减少30%的水分消耗。科学家用红外热成像仪测量发现，带刺的仙人掌夜间体表温度比没刺的高3℃左右，这样白天吸热效率提升15%。比如在-5℃环境下，普通多肉植物3天死亡，而仙人掌能存活21天，这就是刺和茎协同作用的结果。