石斛属(Dendrobium Sw.)是兰科(Orchidaceae)第二大属,全世界约有1500种,分布于我国约有100种(包括台湾地区),其中40多种为药用石斛。枫斗类石斛是石斛属中一组非常重要的药用石斛,大约包含20种,其中以铁皮石斛、霍山石斛最为名贵。由于该类群种类繁多,基源复杂,包含许多近缘种及近期分化物种,该类群的基源鉴定及名贵的枫斗药材鉴定一直未得到有效解决,这给该类群的种质资源保护及药材的安全用药带来诸多不便。本论文利用叶绿体基因组数据对23种枫斗类石斛基源进行了精准鉴定研究,并探究了石斛属叶绿体基因组突变动力机制;利用叶绿体全基因组序列筛选铁皮石斛特异性核苷酸位点,基于ARMS-q PCR技术对建立简单、高效的铁皮枫斗药材鉴别方法进行探索;此外,还利用RAD-seq及叶绿体基因组数据对霍山石斛进行居群鉴别分析,为开发霍山石斛道地产区的溯源方法进行探究。论文首先对20种枫斗类石斛的72个个体进行叶绿体基因组测序,加上29个前人发表的叶绿体基因组,共计对101个枫斗类石斛叶绿体基因组进行比较,并分析叶绿体基因组结构及序列特征。结果显示枫斗类石斛叶绿体基因组IR发生了明显的收缩或扩张;与其他植物类群一致,在石斛属叶绿体基因组中同样存在SNPs和indels共发生现象,本研究进一步对现有的解释这一现象的3种假说进行验证,根据本研究的结果,区域差异假说并不能充分解释这一现象,仅支持repeat相关突变假说和indel相关突变假说对这一现象的解释。论文接着利用101个枫斗类石斛叶绿体基因组对枫斗类石斛基源进行精准鉴定研究。为了比较叶绿体全基因组及其不同区域(LSC,IR,SSC区)、常用的DNA片段及组合对枫斗类石斛基源的鉴别能力,以及探究不同的序列过滤策略(不过滤、浅过滤、严格过滤)对物种鉴定的影响,本研究对24个数据集构建了系统发育树。研究结果表明宽松的过滤策略(不过滤、浅过滤)并不会对物种鉴定结果产生消极的影响;IR、SSC区、常用的DNA片段及组合并不能充分鉴别所有的枫斗类石斛,而叶绿体全基因组及LSC区可以有效鉴别所有检测的枫斗类石斛物种,且获得最高的支持度。考虑到LSC区在鉴别成本及效率方面的优势,本研究推荐LSC区作为精准鉴别枫斗类石斛基源的理想超级条形码。论文进一步开展了铁皮石斛及其枫斗药材的鉴定研究。本研究通过对铁皮石斛及其25个混淆种的132个叶绿体基因组(72个为本研究测序获得,其余60个为前人发表)进行序列比对,筛选出11个可用于设计铁皮石斛特异性引物的核苷酸位点,基于ARMS引物设计原则共设计4对铁皮石斛ARMS特异性引物。以铁皮石斛及其混淆种新鲜材料的DNA为模板,利用4对ARMS特异性引物进行普通PCR扩增,基于扩增结果初步筛选出两对ARMS特异性引物(Dot1/Dot2,Doa1/Doa2)可尝试用于铁皮枫斗药材的鉴定。利用这两对引物对铁皮枫斗及其混淆品的预扩增产物进行荧光定量PCR扩增。结果显示:在这两对引物的荧光扩增曲线中,铁皮枫斗的扩增曲线均最先出现,扩增效率最高,且铁皮枫斗Ct值显著小于其混淆品的Ct值。因此,本研究基于ARMS-q PCR技术建立的鉴别体系可用于铁皮石斛及其枫斗药材的鉴定。论文最后基于RAD-seq及叶绿体基因组数据对霍山石斛进行居群鉴别研究。对来自5个居群的26个霍山石斛样本进行RAD测序,共筛选获得471,018个SNP标记。另外对12个霍山石斛叶绿体基因组(10为本研究测序获得,其余两个为前人发表)进行序列比对分析,筛选种内高变区,获得6个相对高变的片段(mat K-5’trn K,rps16-trn Q,trn S-trn G,clp P-psb B,ndh F-rpl32,ycf1)。基于RAD-seq数据、叶绿体基因组种内高变区、叶绿体全基因组对霍山石斛不同居群进行聚类分析。研究结果显示:叶绿体基因组种内高变区及叶绿体全基因组在霍山石斛居群间的分辨率较低;RAD-seq数据能够对霍山居群进行很好地聚类,因此该技术可用于霍山石斛道地产区的溯源。但RAD-seq数据仍无法对龙虎山、黄山、浏阳居群进行各自独立聚类,表明霍山石斛居群间遗传分化水平较低,这可能与霍山石斛是近期分化物种,且分布地窄,人类活动的干扰,自然生境被破坏等因素有关。