松科(Pinaceae)云杉属(Picea)植物是广泛分布于北半球的森林树种,具有重要的经济和生态价值。但是由于该属物种具有较大的有效群体(Effective population size)和较长的世代时间(Generation time),近期的辐射分化以及频繁的种间杂交渐渗导致种间形态趋同,传统的形态学和通用DNA条形码的方法很难准确鉴定该属物种。其次,由于地理隔离导致的遗传漂变,基因流以及不同速率的遗传突变等多种因素的深刻影响,使得现存云杉属物种间的进化历史非常复杂,一些近缘物种间的进化关系尚不明确。首先,为了寻找能够有效鉴定云杉属物种的DNA条形码以及探明核基因是否比叶绿体和线粒体DNA片段能更好地鉴定云杉属物种,本研究对20个DNA片段(包括五个叶绿体,两个线粒体和13个和DNA片段)进行测序,选取了来自37个云杉属物种及其亚种的123个个体作为研究对象,利用这些DNA条形码及其组合对云杉属植物的鉴定能力进行了评估。研究结果发现,部分核基因片段确实比叶绿体和线粒体DNA片段有更高的鉴定率。但是,单个的DNA片段都不能有效鉴定超过一半的该属植物,虽然所有13套核DNA片段的组合能够有效提高鉴定率(可成功鉴定超过89%的物种),但也不能鉴定全部的物种。结果表明,大多数云杉属植物是由于近期的物种分化产生,仍处于物种分化的初期。由于种内遗传变异积累的速率较低,使得开发出单个的核DNA片段来鉴定该属物种几乎不可能。但是,多个核基因片段的组合增加了遗传变异的数量,进而能够鉴定大多数的该属物种。因此,对云杉属物种鉴定的研究可采用分级鉴定的方法,第一阶段可采用细胞器DNA片段作为条形码,第二阶段应该开发多个高种间特异性的核基因进行更加准确的物种鉴定。其次,为了阐明青扦(Picea wilsonii),大果青扦(P.neoveitchii)和台湾云杉(P.morrisonicola)这三个亚洲云杉属近缘物种间复杂的进化历史,本研究利用来自三种不同基因组(包括叶绿体,线粒体和核基因组)的群体遗传学数据,采用多种分子群体遗传学的分析方法对这三个物种间的进化关系,物种形成的模式和基因流进行了详细的研究。其中,青扦和大果青扦主要分布在中国的中部和西北地区,两物种的自然地理分布区有部分重叠;而台湾云杉仅分布在台湾岛中央山脉的狭长高山地带,与前两个物种的地理分布区相隔很远。本研究对青扦,大果青扦和台湾云杉自然地理分布区内22个种群共计188个个体的18个DNA片段(包括三套叶绿体DNA片段,两套线粒体DNA片段和13套核DNA片段)进行了扩增和测序。DNA遗传变异分析结果显示:在叶绿体和线粒体DNA水平上,台湾云杉相比青扦和大果青扦积累了更多的种间特异性突变;然而,大多数台湾云杉的核DNA单倍型和青扦共享或者派生自于青扦的主流单倍型。利用联合的核DNA序列变异揭示的三个物种间的关系表明,相比大果青扦,台湾云杉和青扦之间有着更近的亲缘关系。同时,物种形成模型的模拟检测结果也进一步证实,台湾云杉是通过“祖先-派生”物种起源的方式从青扦分化而来的,而且其种群在分化初期经历过瓶颈,在分化后和祖先种-青扦之间存在基因交流。此外,尽管分析结果显示青扦和大果青扦较早分化,但是仍然检测到了前者向后者的线粒体DNA渐渗。这些研究结果说明在种间分化和种群动态变化的过程当中,不同程度的突变,基因渐渗以及谱系筛选的共同作用,使得三个物种的叶绿体,线粒体和核基因组遗传变异的模式各不相同,充分表明这三个亚洲云杉属物种之间有着复杂的进化历史。总之,本文对云杉属物种鉴定和三个亚洲云杉属物种的物种形成研究,不仅为以后如何利用DNA条形码的方法,有效鉴定类似云杉属这种近期分化的物种提供了可借鉴的方法,而且,也可为将来利用群体遗传学数据研究云杉属物种形成和进化历史提供参考实例。本研究所有的结果均已发表在国际著名杂志Trees和Annals of Botany上。