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（一）茎
甜瓜茎蔓生，茎蔓由主蔓和多级侧蔓组成。茎节上着生有叶片、侧枝、卷须和花（基部1～5节常不能形成花原基）。
甜瓜的茎蔓为草质、柔软。横切面略成5棱。表皮密生短刺毛。主蔓上长出的一级侧蔓叫子蔓，子蔓上长出的二级侧蔓叫孙蔓。自然生长状态下，主蔓的顶端生长优势弱，基部第1～3节长出的子蔓生长势常超过主蔓。人工整枝打杈后，单蔓式的大果型厚皮甜瓜，主蔓长度可达2～3m或更长。甜瓜的卷须不分杈，起攀缘、固定作用。
（二）叶
甜瓜的子叶近圆形或阔披针形，含叶绿素，其光合作用产物对苗期生长发育有很大作用。叶为单叶、互生，无托叶。叶形有掌状、5裂状、近圆状和肾状。叶片绿色，薄皮甜瓜叶色偏深，厚皮甜瓜较浅。叶缘锯齿浅，有的无齿，仅为波纹状。叶片厚度约0.4～0.5mm，长宽为15～20cm。薄皮甜瓜叶片较小，且叶表面常有皱。叶柄长约8～15cm。
（三）花
花冠黄色，花瓣基部联合，属合瓣花，子房下位，胚珠多数，有蜜腺，虫媒授粉。
甜瓜花有3种类型：单性雄花、单性雌花、雌雄两性花。以两性花为例，其结构是（由外向内）：萼片5枚；花瓣5枚，基部合生；雄蕊5枚，但两两联合，1枚单生，形成3枚雄蕊；雌蕊3枚，基部靠合。单性雄花的雌蕊退化，仅留雄蕊。单性雌花的雄蕊退化，仅留雌蕊。
由于花器官的结构差异，其组合成的甜瓜植物性型也就不同：①雄花、两性花同株。雄花单性，雌花为两性花，绝大多数栽培甜瓜品种都具有这样的性型。②雌雄异花同株。雄花单性，雌花亦为单性，少数古老品种如香蕉甜瓜等和专门为杂交制种用母本所选育的雌花单性花自交系均属此类性型。③全两性花株。植株上所有的花都是两性花，原始的野生甜瓜如马泡瓜属此类性型。
在长期进化过程中，甜瓜花器官发生变异，也会产生出上述3种以外的性型，如全雌株（美国育成的WI998），雌花、两性花同株（中国保定地方品种变异），以及雌花、雄花、两性花同株和全雄株等。
（四）果实
果实为瓠果，3心皮，3心室（个别品种如伯谢辛为5心皮，5心室），侧膜胎座。果实为子房的花托及果皮共同发育而成，可食部分与西瓜的胎座（瓤）不同，主要为发达的中、内果皮。
甜瓜果实的大小、形状、颜色、条带、肉色、质地、风味、含糖量等因种类、品种的不同，表现出丰富的遗传多样性。
果实大小：从数十克重的闻瓜到数百克重的香瓜、梨瓜，到数千克重的哈密瓜、冬甜瓜。在新疆，单瓜重超过10kg的大甜瓜并不少见。果实形状：从扁圆、圆形到卵圆、椭圆、圆筒，长棒形。果实颜色：从乳白、白、浅黄、黄、橙黄到浅绿、绿、深绿色。网纹条带：网纹从无到有，从稀到密。条带从无到有，棱突也从无到有。肉色：有白、黄、橘红和绿色。质地：有脆、软和溶。风味：有香、麝香和微香。含糖量：可溶性固形物（折光糖）含量从2%～3%到22%，大多数品种为12%～15%。
（五）种子
成熟的种子包含种皮、胚、子叶3部分。甜瓜果实一般含有400～600粒种子。
种子多为扁卵圆形。种皮多具深浅不同的土黄色。种子的大小随种类，品种的不同，差别很大，一般厚皮甜瓜种子较大，长×宽×厚为：10～15mm×4～5mm×1.65mm，千粒重25～80g。薄皮甜瓜种子较小，为5～7.5mm×2.5～3.1mm×1.2～1.3mm，千粒重8～25g。
