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一、地上部分形态特征
地上部分包括茎、叶、花、果实和种子。
（一） 地上茎
由种薯的芽眼或种子的胚轴伸长形成的枝条为地上茎。地上茎是马铃薯植株在地面上着生枝叶的茎。茎的两个主要特征为形状和颜色。茎横截面的形状通常为圆形或菱形，茎上有3~4条棱，棱角常常突出呈翼状，茎基部常常是圆形的。茎的颜色因品种不同有绿、紫褐等。有时因色素沉积，不同部位有不同的着色，常常是基部颜色较深。茎上节部膨大，节间分明，节处着生复叶，复叶基部有小型托叶，多数品种节处和基部坚实，节间中空。从种薯上直接伸长的茎为主茎，主茎可以产生分枝，产生匍匐茎和块茎的低位分枝也可以认为是主茎。茎上分枝的部位与品种有关，早熟品种分枝少，在中上部分枝；中晚熟品种分枝较多且大都在下部或靠近茎基部。在植株生长过程中，主茎在形成12~16片叶后有花芽顶端分枝，在花下发生两个侧枝，构成马铃薯植株的主要同化系统。茎有直立、半直立和匍匐型半直立型。多数品种的茎高在40~之间，少数中晚熟品种在以上。茎的粗细、有无茸毛等均因品种而异。
（二） 叶
正常的叶子为奇数羽状复叶。块茎繁殖的马铃薯第1片初生叶为单叶，第2至第5片叶为不完全复叶，一般从第5片或第6片开始为具有品种特征的奇数羽状复叶。用实生种子繁殖时，发芽后首先长出2片对生的子叶，第3至第6片为单叶，第4片真叶开始为不完全复叶，第6至第9片开始形成完全的正常复叶。正常的复叶由顶小叶、侧小叶、次生裂片、叶轴和托叶组成。顶小叶只有1片，有叶柄，着生于叶轴的顶端，一般较侧小叶大，形状也略有不同，可根据顶小叶的特征来鉴别品种。侧小叶通过叶柄对生于叶轴上，一般有3~7对。侧小叶之间有次生裂片。复叶叶柄基部有1对托叶。复叶沿着马铃薯交互轮生。复叶一般较平展，它的大小、形状、茸毛多少、侧小叶的排列疏密、次生裂片的多少、与茎的夹角的大小等均因品种而异。健康的复叶小叶平展、色泽光润；患病毒病的复叶小叶皱缩，叶面不平，复叶变小；被螨侵害的叶子小叶边缘向内卷曲，叶背光亮失常。
（三） 花
花为分枝型的聚伞花序。花序的主干即总花梗，着生于茎的叶腋处，花梗上有分枝，花着生于分枝的顶端。花梗的长短、分枝的多少、开花的繁茂性因品种而异。每个小花有一个花柄着生于花序上，落花落果都是由这里产生离层后脱落的。马铃薯花为两性花，每朵花有花萼、花冠、雄蕊和雌蕊组成。花萼基部联合为筒状，顶端5裂，绿色，花冠基部连接成喇叭状，顶端5裂，形成轮状花冠。花内有5个雄蕊和1个雌蕊，5个雄蕊抱合中央的雌蕊，雄蕊的花药长筒状，为黄色至橙黄色。花蕾由5片萼片保卫，花蕾的开关与萼片的长短因品种而异。花冠的颜色有白、粉红、紫、蓝紫、黄色等多种，少数品种的花具有清香味。马铃薯的开花习性为白天开花，夜间闭合。一般在上午8时左右开花，下午5时左右闭花。每朵花的开花持续时间约为5天。一个花序的持续时间为15~20天。
（四） 果实和种子
马铃薯属于自花授粉作物，异花授粉率为0.5%左右。天然结实基本上都是自交结实。果实为浆果，圆形，少数为椭圆形，看上去像小番茄。果色前期为绿色，成熟时顶部变白，逐渐转为黄绿色、褐色或紫绿色。不同品种浆果的大小差异很大，直径1~3cm。有的浆果为伪果，没有种子。因受精情况不同，浆果内的种子数差异很大，一般为100~250粒，但有的种子却很少。马铃薯的种子一般为扁平近圆形或卵圆形，由种皮、胚乳、胚根、胚轴和胚芽组成。种皮颜色因品种而异，一般为浅褐色或淡黄色，种皮上密布细毛，种子很小，多数品种千粒重0.5~0.6克。为了与生产上所用的种薯区别，这种种子一般称为实生种子，休眠期5~6个月。
马铃薯的所有地上部分都含有一种有毒的植物碱，叫做龙葵素或茄素。浆果中的龙葵素含量最高，其次是块茎萌发的幼芽中。当块茎表皮受到光照而变绿时，龙葵素含量就显著增加，严重影响块茎的食用价值，人和牲畜食用后均会中毒，严重的引起死亡。
二、地下部分特征
这是马铃薯栽培中最重要的部分，包括母薯、根、地下茎、匍匐茎和块茎。
（一） 母薯
是种薯在植株成长后留下的。残留的种薯并非总是可见，尤其是植株生长后期由于种薯腐烂而不可见。
（二） 根
用块茎种植的马铃薯植株都是不定根，无直根，没有主根和侧根的区别，只有须根分布在40~70cm深的土层中，称为须根系。须根从种薯幼芽基部发出，而后又分枝形成许多侧根。根系发育及分枝情况因品种和栽培条件不同而异。大部分品种的根系分布在土壤表层下40cm，一般不超过70cm，在沙质土壤中根深也可达100cm以上。早熟品种根系一般不如晚熟品种发达，而且分布很浅，晚熟品种分布广而深。抗旱品种根系发达、拉力强、鲜重高。在栽培上，要根据品种的熟性和根系分布情况来确定株、行距，以获得高产。
（三） 地下茎
块茎发芽后埋在土壤内的茎为地下茎。地下茎的长度随播种深度和生育期培土厚度的增加而增加，一般为10cm左右。地下茎的节间较短，在节的部位生出匍匐茎 （枝），匍匐茎顶端膨大形成块茎。
（四） 匍匐茎
是由地下茎节上的腋芽发育而形成的，实际上是茎在土壤中的分枝，是形成块茎的器官。匍匐茎有较长的节间，各节上有鳞片状的退化叶。匍匐茎发生后，在地下略成水平方向生长，其顶端弯曲，生长点在弯曲的内侧。匍匐茎也可以分枝，每节上也能形成细的不定根。匍匐茎的长短和数目与品种特性和栽培条件密切相关，许多栽培品种尤其是早熟品种因进行了育种选择而有较短的匍匐茎，一般早熟品种的匍匐茎为3~10cm，而晚熟品种的匍匐茎较长，有的达10cm以上。匍匐茎较短结薯集中，便于收获。早熟品种在出苗后7~10天即开始匍匐茎伸长，15天后顶端膨大，形成块茎。如果播种时薯块覆土太浅或生长期间遇到土壤温度过高等不良环境条件，匍匐茎会长出地面变成普通的分枝而影响产量。
（五） 块茎
既是贮存养分的经济产品器官，又是马铃薯的主要繁殖器官，是一生长在土壤中的缩短而肥大的变态茎。栽培马铃薯的主要目的就是为了获得高产的块茎。当匍匐茎的顶端停止了伸长，由于顶端各部分贮藏细胞的扩大，并有大量的淀粉积累，使匍匐茎顶端膨大而形成块茎。马铃薯成年植株总干物质含量的75%~85%集中在块茎中。块茎的营养成分包括：63%~87%的水分，13%~30%的碳水化合物，0.7%~4.6%的蛋白质，0.02%~0.96%的脂肪和0.44%的矿物质和灰分。
1.块茎的形成
最初的块茎在最深的匍匐茎顶端形成，且对后来形成的块茎有优势。有时块茎也在马铃薯地上茎上形成。当植株生长旺盛时期，向下输送营养的茎组织因受到机械损伤或因感染病菌引起生理紊乱，使营养物质不能向地下块茎输送，养分无处积累时，就会在地上茎的叶腋间形成无食用价值的气生块茎。
2.块茎的外部结构
块茎具有地上茎的一切结构特征。块茎有顶部和基部，与匍匐茎连接的一端为基部，称脐部。有些品种块茎的脐部向内凹陷形成茎窝。块茎的顶部即为匍匐茎的生长点。在块茎生长初期，其表面每节上都有鳞片状退化小叶，随着块茎的膨大，退化小叶脱落，残留的叶痕呈新月状，称为芽眉。芽眉内侧表面向内凹陷成为芽眼，芽眼的颜色和深度与品种特性和栽培条件有关。每个芽眼内有3个或3个以上未生长的芽，中间的为主芽，两侧的为副芽，发芽时主芽首先萌发，副芽一般呈休眠状态，当主芽受损时，副芽可发芽。芽眼在块茎上呈螺旋状排列，其排列顺序与叶子在茎上的排列相同。块茎的顶部芽眼分布密集，最顶端的一个芽较大，内含许多芽，称为顶芽。块茎萌发时，顶芽最先萌发，且幼芽壮，长势旺盛，这种现象称为顶端优势。芽基部在正常情况下发育成茎的地下部分，芽的顶端有叶状物。块茎的表面有许多称为皮孔的小斑点，成熟块茎主要通过皮孔与外界进行气体交流。栽培土壤高温高湿时皮孔放大，不仅影响薯块的商品性，而且还容易引起病害感染，不利于贮藏。
3.块茎的内部结构
块茎的横切面上可以看见周皮、皮层、维管束环、外髓、内髓等。周皮即通常所说的薯皮，薯皮的厚度因品种和环境条件而异。新收获薯块的薯皮变厚木栓化，有利于保护薯块失水过多和不受病原菌的侵害。一旦薯皮受损，细胞就会迅速愈合以形成新薯皮，周皮与维管束环之间是皮层，这是一层较薄的贮藏组织。块茎的中央部分为髓部，它由含水较多呈半透明芒状的内髓部和接近维管束环不甚明显的外髓部组成。外髓部占块茎的大部分，是营养物质的主要贮藏之处。内髓部在某些地方与外部芽连接。在块茎的各部分器官中，除周皮、表皮和形成层没有淀粉粒之外，其他组织都含有淀粉粒。
4.块茎性状
块茎的形状、芽眼的深浅、皮肉的颜色及薯皮的光滑度都由品种特性决定，它们是鉴别品种的主要特征。有时幼芽的颜色也是区别品种的特征之一。块茎形状的遗传性变化很大，可以分为圆形、卵圆形、倒卵圆形、椭圆形、长圆形、扁圆形、圆筒形、长筒形等。芽眼的深浅可分为突出、浅、中等、深和很深。浅芽眼的品种通常因易于去皮而受欢迎。皮色是块茎外表直接可见的每个品种较稳定的性状，从浅黄到深黄色、粉红色到深红色或紫色，由品种特性所决定。当块茎暴露于光下，一定时间后变成绿色并产生有毒的生物碱。有些品种的薯皮由两种颜色组成，并在薯皮上有不同的分布。薯皮的光滑度描述为：光滑、粗糙、部分网纹、全部网纹和严重网纹等。薯皮的光滑度因品种而异，同时易受外界栽培环境的影响。薯肉的颜色一般在白色到黄色之间变化，由品种特性决定。加工品种一般为白色，而鲜食一般为黄色。有些品种在维管束环附近有红色或紫色，但这样的品种较少。
生产上因不同的栽培目的而对块茎的要求不同。一般除高产外，希望形状适合于各自的用途，如炸条品种为长方形、炸片为圆球形，鲜食为卵圆形等，并要求芽眼浅，色泽悦目，脐部不陷，芽眼少而平。这样既有利于加工去皮，又便于食用清洗。