椭圆叶花锚(Halenia elliptica D.Don)是龙胆科(Gentianaceae)花锚属(Halenia)植物,在中国主要分布于海拔700至4000 m的西南部、中部和北部地区。该物种的花具有为传粉者提供报酬的距,而不同种群的距长度随着纬度升高而减小。距长度的变化通常与传粉者的选择密切相关,因此椭圆叶花锚是一个研究花部特征变异与交配系统演化相互关系的理想材料。本论文结合野外和室内实验研究了椭圆叶花锚的传粉生态学、花部特征变化和自交率。在三个种群开展了实验,证明了椭圆叶花锚的交配系统类型为混合交配系统。基于转录组测序技术开发了椭圆叶花锚的SSR引物,检测了纬度梯度上7个种群的自交率,同时结合测量的距长度分析了自交率与距长度的相互关系,并分析了16个种群的遗传多样性和遗传结构。研究结果为椭圆叶花锚的交配系统进化与花部特征演化的相互关系提供了证据,并初步探索了椭圆叶花锚种群历史动态。主要研究结果如下:1.传粉生态学研究在丽江草甸种群、湟源草甸种群和湟源林下种群展开了交配系统调查、传粉昆虫调查和传粉者对花部特征的选择压力检测。结果显示:1)人工自交与异交处理的成熟种子数不存在显著差异,表明椭圆叶花锚是一个自交亲和的物种;不去雄套网处理和去雄后不套网处理在一定程度上减少了种子数量,表明椭圆叶花锚既可以通过自交产生种子,又可以依靠昆虫传粉产生种子,属于典型的混合交配系统。去雄后不套网结果表明,低纬度的丽江草甸种群比高纬度的两个种群具有更高的异花传粉几率。2)熊蜂和蜜蜂均为椭圆叶花锚的主要传粉昆虫,丽江草甸种群的昆虫访问频率(0.613±0.062次/花/小时)显著高于湟源草甸种群(0.299±0.036)和湟源林下种群(0.239±0.032)。3)结合去雄处理,在每个种群检测了椭圆叶花锚5个花部特征(距长度、花高度、开花时间、开花数量和花离地高度)的自然选择压力,结果表明,在丽江草甸种群中,仅在花距地面的高度中发现了显著的由传粉者介导的选择压力(β_e=0.099);在湟源草甸种群中,只在距长度中发现了显著的由传粉者介导的选择压力(β_e=0.072);在湟源林下种群中,仅在花距地面的高度中发现了显著的由传粉者介导的选择压力(β_e=0.085)。2.转录组分析和SSR分子标记的开发基于椭圆叶花锚的转录组数据开发设计了126对SSR引物,并对这126对SSR引物进行了PCR扩增以验证引物的可用性。结果显示有22对SSR引物具有多态性,这22对SSR引物中有12对SSR引物在不同的种群中存在多态性差异。3.交配系统与花部特征沿纬度梯度调查了7个椭圆叶花锚种群的平均距长度,结果表明距长度与纬度存在显著的负相关关系(r=-0.759,P=0.048),即随着纬度的升高,距长度逐渐减小。基于11对SSR引物检测了7个种群的自交率,结果显示平均值为0.427,最低值为0.140,最高值为0.651;自交率与纬度显著正相关(r=0.946,P=0.001),而自交率与距长度显著负相关(r=-0.845,P=0.017),表明高纬度短距种群的交配方式以自交为主;此外,近交衰退系数与纬度存在显著的正相关关系(r=0.824,P=0.023),表明以自交为主的高纬度种群中较高的近交衰退水平阻止了完全自交的进化并维持了椭圆叶花锚的混合交配系统。4.遗传多样性和遗传结构分析基于12对SSR引物,16个种群均显著偏离哈代-温伯格平衡(HWE),表明椭圆叶花锚的种群均经历遗传漂变;基于TPM和SMM两种突变模型,16个种群中只有青海祁连种群经历了明显的瓶颈效应;椭圆叶花锚的多态信息含量表现出高度多态性(PIC=0.7148>0.5),基于239个样本的物种遗传多样性表现出较低水平(He=0.310<0.61);分子方差分析显示55%的遗传变异存在于种群间,表明遗传分化主要体现在种群间;STRUCTURE和UPGMA聚类结果显示地理距离相近的种群则其遗传距离也相近,这与mantel检测的遗传距离和地理距离显著的正相关关系一致(r=0.403,P=0.030)。此外,种群遗传多样性的两个指标期望杂合度He和观测杂合度Ho与纬度均存在显著的负相关关系(He,r=-0.535,P=0.016;Ho,r=-0.571,P=0.01)。本论文的研究结果表明,椭圆叶花锚具有混合交配系统的典型特征,距长度的变化与传粉者的选择压力关系不大,椭圆叶花锚的自交率随纬度升高不断增加,而高纬度种群距长度的减小可能与高的自交率以及随之发生的对花资源投资降低有关;高纬度种群较高的近交衰退阻止了完全自交的进化并维持了该物种混合的交配系统;该物种表现出了较低水平的遗传多样性,这可能与经历了遗传漂变以及有效种群规模较小和等位基因流失有关,同时可能与该物种在向高纬度扩张过程中由于奠基者效应引起的遗传多样性降低有关。