直刺变豆菜(Sanicula orthacantha S.)隶属于伞形科(Apiaceae/Umbelliferae)变豆菜属(Sanicula L.),多年生草本植物。直刺变豆菜广泛分布在中国南方地区,为第三纪孑遗植物,是研究谱系地理学和遗传多样性较好的材料。本研究收集了23个居群共237份样品,开展了不同居群叶表皮微形态的研究,并且首次使用叶绿体DNA和nSSR分子标记对直刺变豆菜居群的谱系地理结构、遗传多样性、遗传结构和居群历史动态进行了分析,探讨了直刺变豆菜现今分布格局形成的原因,为中国地区北极-第三纪孑遗植物的起源和迁徙途径提供新的证据。此外,本研究使用了比较基因学的方法,对直刺变豆菜与其易混淆种薄片变豆菜(S.lamelligera)的叶绿体基因组进行了比对,为易混淆种提供更多的分类依据。其主要研究结果如下:通过对直刺变豆菜19个居群叶表皮微形态特征的观察,发现叶表皮微形态特征较为稳定。上表皮均无气孔,细胞轮廓大多不清晰,初级蜡质纹饰均存在密集或稀疏的条状纹饰,均有少量或大量的颗粒状表面附属物;下表皮均存在气孔,气孔形状皆为椭圆形,气孔周围纹饰大多呈现为辐射状,外拱盖表面均有颗粒物。直刺变豆菜生境较为单一,地理位置的变化可能对于直刺变豆菜各个居群叶表皮特征乃至形态特征的影响不大。通过比较直刺变豆菜和薄片变豆菜两个易混淆物种的叶绿体基因组,发现两个叶绿体基因组均注释了129个基因,其基因功能、基因顺序、GC含量方面都极度保守。两者IRs区的GC含量都普遍高于LSC区和SSC区。直刺变豆菜和薄片变豆菜重复序列多为正向重复和回文重复,大小多集中在30-39 bp。SSR中单核苷酸最多,尤其是(A/T)n类型,SSR片段或可用于变豆菜属植物后续分子标记的研究中。绝大多数密码子存在使用偏好性,且偏好使用A/T碱基作为结尾。非编码区相对编码区拥有更丰富的变异性,差异较大的区域ycf1、rps16intron、trnN-trnR、trnI intron、trnI-rrn16、trnS-ycf3、rpoC1 intron可作为直刺变豆菜谱系地理研究的分子片段。两种叶绿体基因组的IR边界整体来说比较保守,仅IRa/LSC区存在差异。基于叶绿体DNA非编码区片段trnL-trnF、rps16 intron、rpl32-trnL对18个直刺变豆菜自然居群176个个体进行了分析。共检测到37个单倍型,单倍型H5出现频率最高且处在单倍型网络图中心位置。直刺变豆菜居群拥有高水平的遗传多样性,其中单倍型多样性Hd=0.931,核苷酸多样性π=0.00225,总体遗传多样性H_T=0.962。分子变异方差分析(AMOVA)结果显示,直刺变豆菜居群遗传分化主要存在于居群内。Nst>Gst,P>0.05差异不显著表明直刺变豆菜居群没有明显的谱系地理结构。失配分布分析结果显示,直刺变豆菜居群在近期为未经历过大范围快速扩张事件。基于单倍型网络图和单倍型地理分布结果,推测西南地区可能是直刺变豆菜的起源中心,且直刺变豆菜的迁徙路线由西向东。遗传多样性水平高的四川和浙江地区可能是直刺变豆菜的潜在的冰期避难所。基于SSR分子标记对直刺变豆菜18个居群共207个个体进行了遗传多样性和遗传结构的分析。结合正交实验和单因素设计实验,建立直刺变豆菜SSR-PCR最优体系:2×Taq Mix含量10μL,上下引物含量0.5μL,模板DNA含量为1μL。以优化体系进行引物的筛选,从50对引物中筛选出5对具有较好多态性、扩增稳定、非特异性条带少的引物。数据分析显示,直刺变豆菜整体遗传多样性较高(Na=2.475、Ne=1.9406、I=0.6511、Ho=0.4168、He=0.4177),AMOVA分析显示,直刺变豆菜的遗传分化主要存在于居群内(76%)。STRUCTURE贝叶斯聚类分析显示,直刺变豆菜18个居群可以分为两个类群,但这两个类群没有明显的地理结构。