相对于玉米、高粱、小麦、水稻等禾本科作物而言，马铃薯的茎要复杂得多。马铃薯的茎总的来说有地上茎、地下茎、匍匐茎和块茎之分。其中块茎就是土豆，种植马铃薯的目的就是收获块茎。
开花期的马铃薯田间图
1.地上茎
马铃薯的地上茎是由块茎芽眼长出地面的枝条形成的。呈绿色或紫色。茎的高度，一般早熟品种为40-70厘米；中晚熟品种为80-120厘米。
马铃薯茎的再生能力很强，在适宜的条件下，每一茎节都可以生根，其腋芽在合适的条件下都能长成一棵新的植株。
2.地下茎
马铃薯地下茎就是主茎的地下结薯部位，地下茎节上每一腋芽都有可能伸长形成匍匐茎。地下茎节数越多，形成匍匐茎数也相应增多。3.匍匐茎
是由地下茎节上的腋芽发育而成，是形成块茎的部位。一般匍匐茎越多，形成块茎也多。匍匐茎的成薯率约为50-70%。
匍匐茎具有向地性和背光性，略呈水平方向生长，入土不深，大部分集中在地表0-20厘米的土层内。长度多数为3-5厘米，短的仅1-2厘米，长的可达30厘米以上。
匍匐茎比地上茎细，但具有地上茎的一切特性，在生长过程中，如遇高温或培土不及时而露出地面，可以转变为地上茎，发生新叶，形成侧枝。而地上茎埋入土内也可转变为匍匐茎。
此图可显示马铃薯的地上茎
4.块茎
块茎其实是一种变态茎，它短缩而肥大，生长在匍匐茎顶端。原来,当匍匐茎顶端停止了极性生长，它的髓部韧皮部及皮层的薄壁细胞分生扩大，并有大量淀粉的积累，从而使匍匐茎顶端膨大就形成了块茎，也就是土豆。块茎具有地上茎的各种特征。
块茎上有许多芽眼，每个芽眼里有三个或三个以上未伸长的芽，中央较突出的为主芽，其余的为副芽。发芽时主芽首先萌发，其余的芽一般呈休眠状态，只有当主芽所生的幼苗折断或死亡时，副芽才萌发生长。
块茎的形状多种多样，有球形、长筒形、椭圆形、卵形及其他不规则形状。
马铃薯块茎的结构如何呢？原来，外面是一层周皮，周皮里面是薯肉。在块茎老化和贮藏过程中，周皮细胞逐渐被木栓质所充实。木栓质具有高度的不透水性和不透气性，所以周皮具有保护块茎防止水分散失，减少养分消耗，避免病菌侵入的作用。这也是土豆耐储存的主要原因之一。
薯肉的绝大部分由皮层和髓部薄壁细胞组成，里面充满着淀粉粒并贮藏着大量的其他养分。在幼嫩的块茎中，其淀粉粒很小，随着块茎增大成熟，淀粉粒也增大，越具有大淀粉粒的块茎，煮熟后皮越容易开裂，薯肉越干沙，味道越适口。
在马铃薯植株的各部分，还含有有毒的茄精(又称龙葵素)。这种物质会对人体和家畜有害。在成熟的块茎中茄精含量很少，但在已萌芽和见光过久的块茎中，则含量增加，主要集中在外皮及幼芽中。块茎露光过久，产生的茄精越多。因此，在储存土豆时，一定要避光、控温，使其不产生绿皮、不让其发芽；在用土豆做菜时，薯肉上绝不能有带绿色的部分。
马铃薯地上茎和匍匐茎、块茎在一定条件下是可以互相转化的。例如，地上茎经过多次培土，被埋入土中可转化成匍匐茎并形成块茎。
此图显示出马铃薯的地下茎、匍匐茎和块茎
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