长期以来，天牛的分类学研究主要以外部形态为主，然而由于形态特征的局限性，不同学者根据不同的形态特征所得到的结果往往存在较大的差异，导致某些天牛类群的归属及天牛科内部的亲缘关系一直存在争议。线粒体基因包含丰富的遗传信息，常用于昆虫的分类鉴定中，其特征分析结果还可以进一步用于探讨昆虫的系统发育关系。然而目前GeneBank数据库中已登录的天牛科线粒体序列比较有限，而且关于天牛科高级阶元的分子系统学研究至今鲜有报道。因此本研究以线粒体COI、COII和16SrRNA为分子标记，研究了66种天牛的线粒体序列特征及各类群间的亲缘关系，主要结果如下：（1）通过PCR扩增，得到了66天牛的线粒体COI、COII和16SrRNA基因全长或部分序列。在66种天牛中，31种属于沟胫天牛亚科，24种属于天牛亚科，5种属于锯天牛亚科，3种属于幽天牛亚科，2种属于花天牛亚科，1种属于瘦天牛科。COI、COII和16SrRNA基因平均长度分别为1547.19bp、581.64bp和505.89bp，保守位点比例分别为46.71%，34.36%和41.98%，A+T含量分别为66.61%、69.97%和72.66%，具有一定的碱基偏向性。COI和COII基因密码子第3位点A+T偏向性最高，进化速率最快，密码子第2位点进化速率最慢。COI基因密码子含量最高的是ATT（I）7.85%，然后是TTA（L）6.84、GGA（G）5.97、TTT（F）5.58，TGC的含量为0。COII基因密码子含量最高的是ATT（I）10.26%，然后是是TTA（L）7.06、TTT（F）4.95、GAT（D）3.81，半胱氨酸（Cystine，C）含量为0。COI和COII基因起始密码子多是ATT（I），COI终止密码子主要是TAA，少数以TA结尾，不含TAG。（2）利用MEGA5.05软件统计了COI、COII和16SrRNA基因转换和颠换发生次数，发现转换发生次数均小于颠换，R值（转换/颠换）分别为0.93、0.73和0.52。转换主要发生在T-C之间，颠换主要发生在T-A之间，各序列存在不同程度的饱和趋势，尤其是COI、COII密码子第三位点。COI、COII、16SrRNA以及联合序列的转换、颠换值均与P距离表现出很好的线性关系，说明碱基的突变未达到饱和，可以用于构建分子系统进化树。（3）利用MEGA5.05软件统计了COI、COII、16SrRNA和联合序列的未校正p-distance，4种距离表所表现的信息大致相同。以联合序列为分析对象时，花天牛亚科和幽天牛亚科与叶甲科具有最小的遗传距离，瘦天牛科与天牛科各亚科均有着较高的遗传距离（0.249~0.268），且比较稳定，说明瘦天牛科级地位的合理性。狭胸天牛与三种锯天牛亚科成员平均遗传距离为0.223，达到亚科级差异水平，应将狭胸天牛独立为亚科。天牛科内，花天牛亚科和幽天牛亚科间遗传距离最近，天牛亚科和花天牛亚科、幽天牛亚科距离较近，沟胫天牛亚科内平均遗传距离小于天牛亚科内平均遗传距离。（4）利用最大似然法（maximum likelihood, ML）和贝叶斯法（bayesian inference, BI）构建了天牛科分子进化树，COI、COII、16SrRNA和联合序列的分析结果各不相同，但由联合序列所构建的ML树和BI树具有最高的置信度，且联合序列ML树和BI树间差异最小，与形态学分类拟合度最高。在联合序列ML和BI树中，当以叶甲科为外群时，幽天牛亚科和花天牛亚科从进化树基部依次分化，沟胫天牛亚科和天牛亚科为单系群。瘦天牛科优先与锯天牛亚科聚集在一起，但是并没有得到较高置信度支持，狭胸天牛并没有优先与锯天牛亚科结合，因此应从锯天牛亚科中独立出来。天牛亚科中，绿天牛族和双条天牛族互为姊妹群，天牛族和折天牛族互为姊妹群，虎天牛族为单系群。沟胫天牛亚科中，长角天牛族、伪昏天牛、刺胸毡天牛位于系统树的基部，瓜天牛族和坡天牛族互为姊妹群，多节天牛族和骇天牛族互为姊妹群，沟胫天牛族和白条天牛族、粉天牛族具有较近的亲缘关系，楔天牛族为单系群，并处于进化树的顶端。