水生植物由于其特殊的生境而具有与陆生植物不同的进化历程。目前已有不少的研究利用分子谱系地理研究来探讨水生植物进化,但是很少涉及大地理尺度下的水生植物广布种。本研究以黑藻属为研究对象,其为单型属仅有一个广布种黑藻,在中国进行样品采集,调查其详细的地理分布；以叶绿体基因片段和微卫星位点为分子标记,研究黑藻在中国的遗传多样性和基因谱系地理分布格局；结合其他地区黑藻的叶绿体基因片断序列,推断黑藻的生物地理历史：比较黑藻种内不同遗传分支的形态数据,探讨是否存在种内分化。主要结果如下：1)黑藻分布于东北至西南一线向东的广大地区。利用叶绿体片段trnL-F分析这地区的123个黑藻种群的遗传多样性和谱系地理结构。发现黑藻具有较高的遗传多样性（Hd=0.608,Pi=0.0038）和遗传分化系数（Fsr=0.820）,绝大部分遗传变异来源于种群间,仅有17.97%的遗传变异来源于种群内。划分为九大流域来进行比较,则长江流域和东南沿海流域的遗传多样性最高,黑龙江流域、辽河和海河流域、黄河流域的遗传多样性最低,其遗传多样性为0。在123个种群的681个个体中共得到9个单倍型,这些单倍型明显分为4支（A.B.C.D支）,且每一支有各自的分布范围,表明黑藻具有显著的谱系地理结构（NsT>GsT,p<0.01）。2)利用自行开发的5对微卫星引物和文献报道的3对微卫星引物对黑藻的遗传多样性和遗传结构进一步研究。选取了遍布整个分布区的57个种群共834个个体,同时也结合了上一章的部分叶绿体数据。发现黑藻共有66个基因型,22个种群都由单个基因型组成,表明黑藻以无性繁殖为主。克隆多样性指数D为0.269（0到0.764）,遗传分化系数GsT为0.2853。分子方差分析表明黑藻种群内和种群间遗传差异相似,分别占全部遗传差异的52%和48%。遗传结构分析揭示了黑藻种群可以根据其地理分布分为两个遗传群：南方群（长江以南）和北方群（主要在长江以北）,分别对应叶绿体基因片段的A支+B支和C支+D支。两种分子标记都揭示种群之间遗传距离与地理距离显著正相关但是在各自遗传群内则不相关,表明两大遗传群之间基因交流有限。3)结合其他地区的trnL-F序列对黑藻的生物地理历史进行推断。得到的14个单倍型在系统发育树上分为A、B、C和D四支。根据化石校准点估算,黑藻大约在中新世后期（6.71 Ma）开始分化,各分支的分化时间则在更新世。祖先分布区重建研究表明黑藻最可能起源于东亚随后向东南亚、南亚、欧洲、大洋洲等其他地区扩散。仅在中国发现有四个分支的单倍型,并结合前人在其他国家和地区的研究表明中国很可能是黑藻的遗传多样性中心。4)测量中国黑藻样品的形态特征并结合其他地区黑藻样品的形态学数据,按照上述遗传证据（叶绿体基因证据和核基因数据）进行分组,研究黑藻种内是否存在分化。统计分析了总共118个样品的形态学数据,发现不同遗传谱系的黑藻在每轮叶片数、叶片长度、叶片宽度和叶形等形态特征上分别具有显著差异（P<0.05）,表明黑藻中可能存在种内分化。综上所述：黑藻在中国广泛分布于东北、华北、华中、华东、华南和西南地区。黑藻具有高的遗传多样性,但不同流域之间差异显著,呈现两头低中间高的趋势；黑藻在中国具有明显的谱系地理结构,南北分化明显；黑藻大约中新世后期在东亚分化随后向世界各地扩散,中国很可能是黑藻的遗传多样性中心；黑藻中可能存在新的分类。本研究揭示了水生植物广布种具有高的遗传多样性和显著的谱系地理结构,并作为首个水生植物广布种的生物地理研究案例,加深了我们对于水生植物进化的理解。