หัวใต้ดินเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ชนิดหนึ่งที่พืชใช้เป็นอวัยวะเก็บสะสมสารอาหารซึ่งได้มาจากลำต้นหรือราก หัวใต้ดินช่วยให้พืชอยู่รอดได้ (รอดพ้นจากฤดูหนาวหรือช่วงฤดูแล้ง) ให้พลังงานและสารอาหาร และเป็นวิธีการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ^{[ 1 ]}

หัวใต้ดินมีลักษณะเป็นเหง้า ที่หนาขึ้น (ลำต้นใต้ดิน) หรือไหล (การเชื่อมต่อในแนวนอนระหว่างสิ่งมีชีวิต) ตัวอย่างเช่นมันฝรั่งและมันเทศ ส่วน คำว่าหัวรากหมายถึงราก ด้านข้างที่เปลี่ยนแปลงไป เช่น ในมันเทศ มันสำปะหลังและดอกดาเลีย

คำนี้มีต้นกำเนิดมาจากภาษาละตินtuberซึ่งหมายถึง 'ก้อน, ตุ่ม หรืออาการบวม' ^{[ 2 ]}

นักเขียนบางคนจำกัดความหมายของหัวไว้เฉพาะโครงสร้างที่ได้มาจากลำต้น [ ^{3 ]}ในขณะที่คนอื่นๆ ก็ใช้คำนี้กับโครงสร้างที่ได้มาจากราก^{ด้วย[ 4 ​​]}

หัวใต้ดินเกิดจากเหง้าหรือลำต้นใต้ดิน ที่หนาขึ้น ด้านบนของหัวใต้ดินจะแตกหน่อเจริญเติบโตเป็นลำต้นและใบตามปกติ ส่วนด้านล่างจะแตกราก หัวใต้ดินมักจะเกิดขึ้นที่ด้านข้างของต้นแม่และมักอยู่ใกล้ผิวดิน หัวใต้ดินที่อยู่ใต้ดินโดยปกติแล้วเป็นอวัยวะเก็บสะสมอาหารและงอกใหม่ที่มีอายุสั้น พัฒนามาจากหน่อที่แตกแขนงออกมาจากต้นที่โตเต็มที่ หัวใหม่หรือหัวที่แตกออกมาจะติดอยู่กับหัวแม่หรือเกิดขึ้นที่ปลายเหง้า ใต้ดิน ในฤดูใบไม้ร่วง ต้นพืชจะตาย ยกเว้นหัวที่แตกออกมาใหม่ซึ่งมีตาเด่นหนึ่งตาที่จะงอกหน่อใหม่เป็นลำต้นและใบในฤดูใบไม้ผลิ ในฤดูร้อน หัวใต้ดินจะเน่าเปื่อยและหัวใหม่จะเริ่มเจริญเติบโต พืชบางชนิดยังสร้างหัวขนาดเล็กหรือหัวเล็กๆที่ทำหน้าที่คล้ายเมล็ด ทำให้เกิดต้นเล็กๆ ที่มีลักษณะ (รูปร่างและขนาด) คล้ายต้นกล้า หัวใต้ดินบางชนิดมีอายุยืนยาว เช่น หัวของต้นเบโก เนีย แต่พืชหลายชนิดมีหัวที่อยู่รอดได้เพียงจนกว่าพืชจะแตกใบเต็มที่เท่านั้น หลังจากนั้นหัวก็จะเหี่ยวแห้งกลายเป็นเปลือก

หัวใต้ดินโดยทั่วไปเริ่มต้นจากการขยายตัวของ ส่วน ไฮโปโคทิลของต้นกล้า แต่บางครั้งอาจรวมถึงข้อแรกหรือสองข้อของเอพิโคทิลและส่วนบนของรากด้วย หัวใต้ดินจะมีลักษณะตั้งตรง โดยมีตาเจริญเติบโตหนึ่งหรือสองตาอยู่ด้านบน และมีรากฝอยงอกออกมาจากส่วนโคนด้านล่าง โดยทั่วไปหัวใต้ดินจะมีรูปร่างกลมรี

เบโกเนียหัว, มันเทศ[ ^{5 ] [ 6 ] และ}ไซคลาเมนเป็นพืชหัวที่ปลูกกันทั่วไป เถาไมญอเน็ต ( Anredera cordifolia ) ผลิตหัวเหนือดินบนเถาที่สูง 3.5 ถึง 7.5 เมตร (12 ถึง 25 ฟุต) หัวเหล่านี้จะร่วงลงสู่พื้นและเจริญเติบโตPlectranthus esculentusซึ่งอยู่ในวงศ์สะระแหน่Lamiaceaeผลิตอวัยวะใต้ดินที่เป็นหัวจากโคนลำต้น โดยแต่ละหัวมีน้ำหนักมากถึง 1.8 กิโลกรัม (3 ปอนด์ 15 ออนซ์) เกิดจากตาข้างที่สร้างลำต้นย่อยสั้นๆ ที่เจริญเติบโตเป็นหัว^{[ 7 ]}แม้ว่าพืชตระกูลถั่วจะไม่ค่อยเกี่ยวข้องกับการสร้างหัว แต่Lathyrus tuberosusเป็นตัวอย่างหนึ่งของพืชพื้นเมืองในเอเชียและยุโรป ซึ่งครั้งหนึ่งเคยปลูกเป็นพืชเศรษฐกิจ^{[ 8 ]}

มันฝรั่งเป็นหัวใต้ดินที่มีลำต้น – ลำต้นใต้ดินที่ขยายใหญ่ขึ้นจะหนาขึ้นเพื่อพัฒนาเป็นอวัยวะเก็บสะสมอาหาร [ ^{9 ] [ 10 ] [ 11 ] หัว}มันฝรั่งมีส่วนประกอบทั้งหมดของลำต้นปกติ รวมถึงข้อและปล้อง ข้อคือตา และแต่ละข้อมีรอยแผลเป็นของใบ ข้อหรือตาเรียงตัวรอบหัวมันฝรั่งในลักษณะเกลียว เริ่มจากปลายด้านตรงข้ามกับจุดที่ติดกับลำต้นใต้ดิน ตาปลายสุดเกิดขึ้นที่จุดที่ไกลที่สุดจากจุดที่ติดกับลำต้นใต้ดินและหัวมันฝรั่ง ดังนั้นจึงแสดงลักษณะเด่นที่ปลายยอด เช่นเดียว กับลำต้นปกติ ภายในหัวมันฝรั่งเต็มไปด้วยแป้งที่เก็บไว้ใน เซลล์คล้าย พาเรนไคมา ที่ขยายใหญ่ขึ้น ภายในหัวมันฝรั่งมีโครงสร้างเซลล์ทั่วไปของลำต้นใดๆ รวมถึงเนื้อเยื่อแกนกลาง โซนหลอดเลือด และเปลือก นอก

หัวมันฝรั่งจะถูกสร้างขึ้นในฤดูปลูกเดียวและใช้ในการยืดอายุพืชและเป็นวิธีการขยายพันธุ์เมื่อฤดูใบไม้ร่วงมาถึง โครงสร้างเหนือดินของพืชจะตาย แต่หัวมันฝรั่งจะอยู่รอดใต้ดินตลอดฤดูหนาวจนถึงฤดูใบไม้ผลิ เมื่อถึงเวลานั้นมันจะงอกหน่อใหม่ที่ใช้สารอาหารที่สะสมไว้ในหัวมันฝรั่งเพื่อเจริญเติบโต ขณะที่หน่อหลักเจริญเติบโตจากหัวมันฝรั่ง โคนหน่อที่อยู่ใกล้กับหัวมันฝรั่งจะสร้างรากพิเศษและตาข้างบนหน่อ หน่อยังสร้างลำต้นเลื้อยยาวที่ยืดตัวในที่ มืด ลำต้น เลื้อยจะยืดตัวในช่วงวันที่ยาวนานโดยมี ระดับ ฮอร์โมน ออกซินสูง ซึ่งจะป้องกันการเจริญเติบโตของรากออกจากลำต้นเลื้อย ก่อนที่การสร้างหัวใหม่จะเริ่มต้น ลำต้นเลื้อยจะต้องมีอายุที่เหมาะสม เอนไซม์ไลโปออกซิเจ เนส จะสร้างฮอร์โมนกรดจัสมอนิกซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุมการเจริญเติบโตของหัวมันฝรั่ง

เราสามารถสังเกตเห็นลำต้นใต้ดินของมันฝรั่งได้ง่ายเมื่อปลูกจากเมล็ด เมื่อต้นมันฝรั่งเจริญเติบโต ลำต้นใต้ดินจะงอกออกมาจากข้อรอบๆ ผิวดิน หัวมันฝรั่งจะอยู่ใกล้ผิวดิน บางครั้งอาจอยู่บนผิวดินด้วยซ้ำ เมื่อทำการเพาะปลูกมันฝรั่ง หัวมันฝรั่งจะถูกตัดเป็นชิ้นๆ แล้วนำไปปลูกให้ลึกกว่าเดิม การปลูกให้ลึกขึ้นจะทำให้มีพื้นที่สำหรับสร้างหัวมันฝรั่งมากขึ้น และขนาดของหัวมันฝรั่งก็จะใหญ่ขึ้น ชิ้นส่วนของหัวมันฝรั่งจะแตกหน่อขึ้นมาบนผิวดิน หน่อเหล่านี้มีลักษณะคล้ายเหง้าและจะสร้างลำต้นใต้ดินสั้นๆ จากข้อในดิน เมื่อหน่อเหล่านี้ขึ้นมาถึงผิวดินแล้ว ก็จะสร้างรากและหน่อใหม่เจริญเติบโตเป็นต้นมันฝรั่งสีเขียว

หัวใต้ดิน หรือรากสะสมอาหาร คือราก แขนงที่เปลี่ยนแปลงไป โดยขยายใหญ่ขึ้นเพื่อทำหน้าที่เป็นอวัยวะเก็บสะสมอาหารบริเวณที่ขยายใหญ่ขึ้นของหัวใต้ดินอาจเกิดขึ้นที่ปลายหรือตรงกลางของราก หรืออาจครอบคลุมทั้งรากก็ได้ ดังนั้นจึงมีต้นกำเนิดที่แตกต่างกัน แต่มีหน้าที่และลักษณะคล้ายคลึงกับหัวที่อยู่บนลำต้น พืชที่มีหัวใต้ดิน ได้แก่มันเทศ ( Ipomoea batatas ) มันสำปะหลัง ดอกดาเลียและ พืช สกุล Sagittaria (Arrowhead)

หัวรากเป็นอวัยวะที่คงอยู่ได้นาน เป็นรากที่หนาขึ้นซึ่งเก็บสะสมสารอาหารในช่วงเวลาที่พืชไม่สามารถเจริญเติบโตได้อย่างเต็มที่ จึงทำให้สามารถอยู่รอดได้จากปีหนึ่งไปอีกปีหนึ่ง การขยายตัวอย่างมากของรากทุติยภูมิซึ่งมักพบในมันเทศ มีโครงสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อภายในและภายนอกเหมือนกับรากปกติ พวกมันสร้างรากและลำต้นพิเศษ ซึ่งจะสร้างรากพิเศษต่อไปอีก^{[ 12 ]}

ในหัวใต้ดินนั้นไม่มีข้อและปล้องหรือใบที่ลดขนาดลง ปลายด้านใกล้โคนของหัวใต้ดินซึ่งติดอยู่กับต้นเดิมจะมีเนื้อเยื่อมงกุฎที่สร้างตาซึ่งเจริญเติบโตเป็นลำต้นและใบใหม่^{[ 13 ]}ปลายด้านไกลของหัวใต้ดินโดยปกติจะสร้างรากที่ไม่เปลี่ยนแปลง ในหัวใต้ดินที่มีลำต้น ลำดับจะกลับกัน โดยปลายด้านไกลจะสร้างลำต้น รากใต้ดินมีอายุสองปี: พืชจะสร้างหัวใต้ดินในปีแรก และเมื่อสิ้นสุดฤดูปลูก หน่อจะตายไป เหลือไว้แต่หัวใต้ดินที่สร้างขึ้นใหม่ ในฤดูปลูกถัดไป หัวใต้ดินจะสร้างหน่อใหม่ เมื่อหน่อของพืชต้นใหม่เจริญเติบโต สารอาหารสำรองที่สะสมไว้ในหัวใต้ดินจะถูกใช้ไปในการสร้างราก ลำต้น และอวัยวะสืบพันธุ์ใหม่ เนื้อเยื่อรากที่เหลืออยู่จะตายไปพร้อมกับการสร้างหัวใต้ดินรุ่นต่อไปของพืช

Hemerocallis fulva (ลิลลี่สีส้ม) และ ลิลลี่ ลูกผสม หลายชนิดมีหัวใต้ดินขนาดใหญ่ H. fulvaแพร่กระจายโดยใช้ลำต้นใต้ดิน ^{[ 14 ]}ซึ่งปลายสุดจะมีใบใหม่ที่งอกรากออกมาเป็นหัวหนา แล้วจึงส่งลำต้นใต้ดินออกไปอีก ^{[ 8 ] [ 15 ]}

พืชที่มีหัวใต้ดินสามารถขยายพันธุ์ได้ตั้งแต่ปลายฤดูร้อนถึงปลายฤดูหนาว โดยการขุดหัวใต้ดินขึ้นมาและแยกออกเป็นชิ้นๆ โดยต้องแน่ใจว่าแต่ละชิ้นมีเนื้อเยื่อส่วนยอดติดอยู่ด้วยเพื่อนำไปปลูกใหม่

หัวใต้ดินเป็นแหล่งสารอาหารที่อุดมสมบูรณ์สำหรับมนุษย์และสัตว์ป่า เช่น หัวใต้ดินของ พืช สกุลSagittariaซึ่งเป็นอาหารของเป็ด^{[ 16 ]}

• หัว คือลำต้นที่ดัดแปลงแล้ว มีลำต้นแนวตั้งอวบสั้น ปกคลุมด้วยใบที่ดัดแปลงแล้วอวบหนา ซึ่งห่อหุ้มตาไว้สำหรับการเจริญเติบโตในฤดูกาลถัดไป^{[ 17 ]}
• ลำต้นส่วนโคเด็กซ์ (Caudex ) เป็นรูปแบบหนึ่งของการดัดแปลงลำต้นที่มีลักษณะคล้ายหัวใต้ดิน
• เหง้าคือลำต้นที่เปลี่ยนแปลงไป ปกคลุมด้วยใบแห้งคล้ายเกล็ดที่เรียกว่าเปลือกหุ้ม แตกต่างจากหัวแท้ตรงที่มีข้อและปล้องที่เห็นได้ชัดเจน
• รากแก้วคือรากที่ใหญ่ที่สุด อยู่ตรงกลางที่สุด และเด่นที่สุดในพืชบางชนิด

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับพืชตระกูลหัวมัน

• พจนานุกรม ศัพท์เฉพาะของคุก (Cook's Thesaurus)มีข้อมูลเกี่ยวกับพันธุ์พืชหัวใต้ดินหลากหลายชนิดเป็นอย่างดี
• โครงการวิจัย CGIAR ด้านพืชหัว พืชราก และกล้วย