杂交物种形成是进化生物学的核心问题之一，生殖隔离是物种形成过程的关键步骤，对维持不同物种的界限具有重要的意义，而杂种适合度评估是检测自然杂交在物种形成与演化中的作用和意义的重要手段。杜鹃属植物是中国种子植物最大的属，杂交物种形成可能是该属物种多样性的主要方式之一。本研究利用形态学、分子生物学、传粉生物学和繁殖生物学等方法系统地开展了碎米花和爆杖花种间的自然杂交研究。首先，基于对碎米花、爆杖花及其杂种粉红爆杖花的形态学比较、叶绿体trnL-F和核基因ITS片段的序列分析，确定了粉红爆杖花为自然杂种。然后，在居群水平上对碎米花、爆杖花及其杂交子代进行核微卫星(nSSR)分子标记，并对大部分样品进行叶绿体trnL-F测序，研究了15个自然杂交区的物种组成及遗传结构。最后，选择一个自然杂交区开展碎米花、爆杖花及其杂种粉红爆杖花的繁殖生物学研究，探索了两亲本物种及其杂种的繁殖策略、生殖隔离程度及适合度等，并根据本文的研究结果对自然杂交事件潜在的进化生物学意义进行了初步探讨。主要结果和结论如下:　　1.粉红爆杖花自然杂交起源验证　　粉红爆杖花形态特征介于碎米花和爆杖花之间，被认为是两个物种间的自然杂交种。基于对采自云南不同自然杂交区居群的34个碎米花、爆杖花及粉红爆杖花个体进行的形态学比较、叶绿体trnL-F和核基因ITS序列分析，结合三个物种的地理分布特点，首次利用分子证据证明粉红爆杖花是碎米花和爆杖花自然杂交形成的杂种，杂交可双向发生，在自然界形成了多个由回交后代和F1代自交后代组成的杂种群。　　2.碎米花与爆杖花自然杂交区的遗传结构分析　　基于13个核微卫星(nSSR)遗传标记对采自9个异域分布居群和15个自然杂交区的566个碎米花、爆杖花和粉红爆杖花样品进行了遗传分型，并对大部分样品(362)的叶绿体trnL-F片段进行了测序。基于nSSR数据的主坐标分析(PcoA)及贝叶斯STRUCTURE聚类分析表明，碎米花和爆杖花拥有不同的遗传谱系，而粉红爆杖花具有两个亲本碎米花和爆杖花的遗传物质，且存在连续的遗传组成变异，未形成独立的遗传谱系。NEWHYBRIDS分析表明，粉红爆杖花主要由碎米花和爆杖花的杂交F2代及回交后代组成，F1代杂交个体比较罕见。基于nSSR数据和叶绿体trnL-F序列分析表明，碎米花和爆杖花的自然杂交总体上是不对称的。这种不对称杂交可能会导致两个亲本物种间不对称的基因渗入，基因渗入的方向主要从爆杖花渗入到碎米花。　　3.碎米花、爆杖花与粉红爆杖花的繁殖生物学研究　　为了评估碎米花、爆杖花和杂种粉红爆杖花相互间合子形成前和合子形成后隔离障碍强弱，在粉红爆杖花的核心地理分布区内选择一个自然杂交区开展碎米花、爆杖花和粉红爆杖花的繁殖生物学与传粉生物学观察和实验。繁殖生物学研究结果表明，两亲本物种和杂种在自交及异交处理下均能成功结果并产生有活力的种子，但自交的种子适合度显著低于异交的种子适合度，杂种和亲本在自交时可能存在一定比例的胚珠败育。因此，碎米花和爆杖花自交亲和，具有异交为主，自交为辅的繁育系统。　　基于对碎米花、爆杖花和粉红爆杖花的花期物候、传粉昆虫、杂交及回交处理条件下的花粉管萌发实验的研究结果表明，碎米花和爆杖花的花期存在至少两周的重叠，共享中华蜜蜂、黄熊蜂等传粉昆虫，杂交和回交处理条件下花粉管均能形成合子并完成受精，两亲本物种间不存在合子形成前隔离障碍。对适合度的研究表明，碎米花与爆杖花杂交（P1♀×P2♂）产生的种子适合度显著低于回交（P1♀×Hy♂）产生的种子适合度，说明碎米花和爆杖花间存在一定程度的合子形成后生殖隔离，很可能有效地限制了杂种F1代的数量。粉红爆杖花和亲本双向回交产生的种子适合度不同，与碎米花回交的子代（Hy♀×P1♂）比与爆杖花回交（Hy♀×P2♂)的子代具有更高的适合度，表明回交的适合度是不对称的。碎米花与爆杖花种间合子形成前与合子形成后的生殖隔离较弱导致两个亲本物种间易发生自然杂交并形成多个自然杂交区。　　4.碎米花和爆杖花自然杂交潜在的进化生物学意义　　自然杂交的进化结果是多方面的，既可以形成新的杂交种，丰富自然界的生物多样性;也可以导致物种间的遗传同化，使物种濒危或者灭绝;又可以以自然杂交区的形式长期稳定地存在于自然界中。在本研究中，碎米花和爆杖花自然杂交形成了多个自然杂交区，大部分自然杂交区内分布有两个亲本及杂交子代，杂交子代主要由杂交F2代和回交子代组成。粉红爆杖花正处于杂交物种形成的过程中，还未形成真正的自然杂交种。如果杂交子代与亲本物种发生地理隔离（如居群10），杂交子代可能具有比亲本更高的适合度，很有可能在进化过程中与亲本发生遗传分化和生殖隔离，最终形成新的物种。