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（一）块茎分化和形成过程的细胞形态学动态变化
在马铃薯块茎形成过程中，基于细胞水平的研究集中在细胞分裂、细胞增大和细胞骨架的变化上。块茎形成早期，匍茎顶端细胞的径向分裂，促使匍茎纵向伸长生长。马铃薯匍匐茎的伸长生长向径向生长转变是诱导块茎形成的转折点，径向生长导致匍茎开始膨大。有报道表明这种早期膨大是由细胞直径增加即细胞增大引起的，在细胞增大之后，才观察到细胞分裂现象的存在。也有研究者认为细胞分裂早于细胞增大，与块茎形成相关的最早变化是在匐茎近顶端区有丝分裂指数的增加和淀粉的储藏。因此，对块茎发育细胞分裂和细胞增大的时序调控与协调仍然缺乏了解。
成堆的马铃薯
细胞分裂导致细胞增殖，这种细胞增殖方向的改变与微管的定位有关。细胞增殖的方向是由细胞壁纤维素微纤维的沉积方向决定的，微纤维的方向由皮层微管（mts）控制。横向的微纤维阻止细胞的横向扩增，使细胞和组织纵向生长。调控细胞增殖方向的植物激素可能与mts定位有关，激素通过调控mts的定位来控制细胞增殖方向。研究表明，在无赤霉素条件下，观察到腋芽中皮层细胞的微管从横向方向变成纵向，而在有赤霉素的条件下，没有这种微管的方向改变，细胞继续纵向生长，形成具匍匐茎的芽，说明赤霉素通过促进纵向增殖而抑制细胞横向增殖，决定植物各组织的皮层细胞微管横向定位，这可能是赤霉素抑制马铃薯块茎形成的原因之一。
马铃薯块茎
在块茎的发育过程中，许多组织或区域都发生了细胞增殖和增大现象。早期观点认为，块茎的最初膨大是原形成层活动所导致的。原形成层使新的韧皮部形成，新的薄壁细胞在韧皮部边缘形成。现在普遍的观点则认为块茎的形成是由髓、皮层和环髓区域细胞在数目和大小上的增加所引起。块茎开始形成时，匍匐茎的伸长停止，髓部和皮层部细胞伸长并纵向分裂，引起匍匐茎顶端膨大。当块茎达到0.8cm时，纵向分裂停止。在体内条件下，环髓区域有任意方向的细胞分裂和细胞伸长，一直持续到块茎达到最终直径；试管苗切段发育的腋芽因没有环髓区域，块茎直径达到0.8mm后无法进行后续发育，说明环髓区域是于块茎初具形态后在块茎次生生长中起作用。
马铃薯块茎切片
（二）块茎分化和形成过程中块茎体积的动态变化
研究表明，随着马铃薯匍匐茎顶端膨大、块茎形成，块茎的干物质积累始终呈递增趋势，其积累过程符合三次曲线变化。块茎形成期干物质积累较少，进入块茎增长期干物质积累量直线增加，至成熟期时，块茎干重约占全株干重的70％左右。块茎干重增长速率前期较低，进入块茎增长期迅速增加，而淀粉的积累则是成熟期最快。马铃薯块茎体积的变化与块茎干物质积累的变化相似，亦呈三次曲线变化。在块茎形成初期，体积增长较缓慢，进入块茎增长中期后体积呈直线增长，到淀粉积累期，体积增长又逐渐减缓。块茎体积增长速率呈二次曲线变化，出苗后55d以前，块茎体积的增长速率较低，出苗后55～70d内，块茎体积增长速率加快，峰值出现在出苗后70d左右，接近成熟期，增长速率又有所下降。
一堆马铃薯
（三）块茎分化的分子调控
马铃薯块茎发育是由相关基因的表达与调控产生的。以前对马铃薯块茎形成的相关研究，集中在块茎发育后期淀粉积累和蛋白质合成的基因分析上，发育早期的相关研究甚少。目前的研究发现，在块茎发育早期中，植物开花相关的ft基因参与马铃薯在短日照条件下诱导结薯的反应，叶片感受光周期并产生信号，向地下的匍茎传导而诱导结薯。脂氧合酶（loxs）也参与控制马铃薯块茎发生，在新形成的块茎顶端和亚顶端区lox1家族转录积累，特别在环髓区的维管组织内大量富集，这个区域外是块茎增大时细胞生长最活跃的区域，在体外培养体系中， mads-box基因potm1-1，是一个块茎发生的早期基因，在马铃薯块茎发生过程中，它可能作为一个转录因子调节块茎发生的某个或几个关键基因的表达来决定腋芽发育方向，当该基因诱导表达时腋芽则发育形成块茎，当抑制该基因表达时腋芽则发育成具茎的芽。
篮子里的马铃薯
potm-1在腋芽、地下匍茎尖和新形成的块茎中高表达，但是在成熟的块茎中表达量相对较低。进一步的研究发现， potmi的rna在马铃薯营养分生组织，特别是在分生组织的原套、原体层和原形成层中积累，这显示potm通过调控营养分生组织中的细胞生长来控制腋芽的发育。还有研究发现，块茎发育的早期阶段，ga2氧化酶基因（stga2ox1）的表达量上调，推测该基因可能是通过改变在匍茎亚顶端的ga水平，来调节块茎早期的发育的。
马铃薯匍匐茎
在块茎发育的后期，则主要涉及淀粉积累和蛋白质合成adp葡萄糖焦磷酸化酶（agp）是淀粉形成的关键酶。研究表明，转反义agp基因马铃薯植株中agp的酶活性显著降低，淀粉合成受阻，其块茎的淀粉含量只有正常植株块茎的2％。对占块茎总蛋白40％的糖蛋白 patatin蛋白进行分析发现，处于生长发育中的块茎，其 patatin和 patatin mrna的含量急剧增加，且只在块茎中特异表达。研究者还从马铃薯叶片中克隆出一段包含开放读码框的长532bp的序列，该序列编码一个98氨基酸的小蛋白，含有10个氨基酸的c端结构域，可能是内质网转运过程中的信号肽，参与块茎形成过程中蛋白质的折叠和转运