星系形成和演化是现代天文学非常重要但又复杂的一个研究领域。本论文利用自主观测数据和天文归档数据开展了星系恒星形成历史、星系质量-金属丰度关系随红移演化和星系结构演化等三个方面的研究。论文的第一部分研究的是星系恒星形成历史中非常重要的一个阶段,恒星形成熄灭过程的时标和速率。前人的工作表明宇宙的恒星形成密度从红移2开始下降。部分原因是恒星形成星系本身恒星形成率的缓慢下降,另外也由于部分恒星形成星系中的恒星形成活动熄灭造成。相比宇宙恒星形成历史,人们对星系恒星形成历史,特别是恒星形成熄灭的相关性质了解很少。例如,熄灭的时标是多长?多大比例的星系会经历这一过程?由于NUV的辐射由大质量恒星主导,因而是很好的近期恒星形成活动的指针,对快速的熄灭过程也比较敏感。因此,为了解答这些问题,我们结合紫外和光学图像巡天数据,利用星族合成模型来分析星系在NUV-u和u—i双色图中的分布。结果显示,熄灭阶段的时标为0.5 Gyr时模型和数据符合得最好。并且,从统计上来说,大部分星系熄灭的时标范围处在0.2-1 Gyr之间。另外,通过分析星系在NUV-u颜色空间的数密度分布,我们发现星系的熄灭速率在19%/Gyr-33%/Gyr之间。质量越高的星系熄灭速率也越高。论文的第二部分研究了星系的质量-金属丰度(MZ)关系。利用SDSS等数据,前人的研究工作发现红移z～0.1的较大质量的星系的质量和金属丰度有着很好的相关性,即MZ关系。MZ关系如何随红移演化?小质量星系的MZ关系是否与大质量星系一样?星系MZ关系存在弥散,弥散的物理起因是什么?为了研究这些问题,我们开展了两个方面的工作。由于受到高红移星系光谱观测的困难,以前关于高红移星系MZ关系的研究主要利用较小的样本,结果误差较大,并主要集中在高光度(质量)星系。为了克服这一困难,利用Hα光度和面亮度,我们构建了一个包括近邻宇宙700多个星系的莱曼跃变类似天体(Lyman Break Analogues, LBAs)样本,开展了对这些星系的MZ关系研究。结果发现LBAs的MZ关系和红移z=1.4—1.7的星系相似,同时我们的工作将高红移星系的MZ关系推到了更低质量区间。研究还发现高红移大质量星系的MZ关系和低红移星系相似,而高红移小质量星系的MZ关系与低红移存在明显的区别,同样质量时高红移星系的金属丰度低,该结果支持星系演化的downsizing效应。利用我们的LBA样本,我们还研究了星系MZ关系弥散的起因,研究发现恒星形成率、尘埃消光和气体质量比不是导致MZ关系弥散的主要原因,而星系年龄,Dn(4000),是引起MZ关系弥散的重要原因。为了研究低质量星系的MZ关系随红移演化,利用COSMOS数据我们选取了一个z<0.7的蓝致密矮星系(Blue compact Dwarf galaxies, BCD)样本。通过申请MMT望远镜观测时间,利用MMT/Hectospec获得了74个高质量的红移在[0.2,0.5]之间的蓝致密矮星系光谱样本。同时利用SDSS数据,我们构建了一个低红移蓝致密矮星系的样本。对比两个红移不同的BCD样本,我们发现低质量星系的R23线比在中等红移更高而032线比没有明显区别。进一步的研究发现,低质量星系的金属丰度的红移演化比较微弱。论文的第三部分研究了矮星系的结构演化。基于深度的近红外图像数据,人们发现蓝致密矮星系有年老星族的成分。作为宇宙中金属丰度最低的星系,蓝致密矮星系和其他矮星系的结构是否一致是不同矮星系之间演化关系是否存在的重要证据。由于近红外辐射由年老星族主导,研究矮星系年老星族的结构需要极深的近红外图像数据。利用CANDELS巡天提供的深场近红外图像数据,我们研究了34个蓝致密矮星系样本的年老星族结构。从HST的光学F435W和近红外F160W图像出发,抽取了样本星系的面亮度分布,并用Sersic成分拟合。其中F160W波段的面亮度达到26 mag arcsec-2,是迄今蓝致密矮星系最深的近红外图像。研究结果表明,在近红外波段,蓝致密矮星系的底盘结构和早型矮星系结构非常一致。所有的矮星系似乎遵循着共同的光度-半径关系,说明不同矮星系的结构演化是统一的,并且从蓝致密矮星系到早型矮星系的演化不需要显著的结构变化。