臭柏(Juniperus sabina)为柏科(Cupressaceae)刺柏属(Juniperus)灌木,具有萌蘖力强,耐修剪和沙埋等特点,是防风固沙、水土保持和碳汇的优良树种。臭柏在欧洲南部、中亚以及中国等干旱半干旱区范围内呈间断分布格局,开展天然臭柏的遗传多样性和谱系地理学研究有助于追溯现有分布格局的历史成因,揭示臭柏的系统进化,阐明地质史变迁和气候变迁对臭柏分化的影响,提出科学有效的保护策略。本研究首先分析了臭柏叶绿体基因组结构特征,重建臭柏在柏科刺柏属内的系统发育地位;其次基于SSR标记引物对臭柏11个天然群体的遗传多样性、遗传结构、遗传分化以及瓶颈效应进行分析;然后基于4个cpDNA片段(matK+petB-petD+trnL-trnF+trnS-trnG)、1个核糖体ITS片段和1个单拷贝核基因片段(ABI3)序列揭示各单倍型谱系之间的关系,估算各谱系分化时间,推测臭柏的冰期避难所,阐明臭柏间断分布地理格局的成因和动态进化历史,并探讨臭柏的进化历程与地质历史及气候变化事件的关系;最后基于最大熵模型MaxEnt预测臭柏不同时期的地理分布格局。根据群体间遗传分化程度、不同历史时期的地理分布格局、主要环境限制变量为臭柏提出保护策略。主要研究结果如下:(1)臭柏叶绿体基因组由大单拷贝区(91264bp)、小单拷贝区(35952 bp)和2个反向重复区(261 bp)构成。基因组全长127739 bp,包含119个基因,即82个蛋白编码基因、4个rRNA基因和33个tRNA基因;臭柏与其它刺柏属植物相比较,其基因组大小、基因组成及GC含量相近。系统发育分析表明臭柏与刺柏属内J.bermudiana亲缘关系相对较近,整个刺柏属植物分支为单系类群。(2)臭柏群体具有较高的遗传多样性,具有中部群体>东部群体>西部群体的趋势;群体遗传分化处于中等水平,11个臭柏群体可分为2组,其中NMYQ、NMNL、NMTK和SXHS群体独立为一支。群体的遗传变异主要来自于群体内个体间,群体间遗传变异较小。(3)11个天然群体共定义18个叶绿体单倍型、38个ITS单倍型和25个单拷贝核基因单倍型。ABI3序列表明臭柏群体存在谱系地理结构,且遗传距离和地理距离呈正相关。(4)cpDNA、ITS和ABI3三种分子水平的BEAST祖先分化时间均推测臭柏至少起源于第三纪中新世(Miocene)中期,cpDNA片段和ITS片段的中性检验表明臭柏群体没有经历明显扩张过程,而核基因ABI3片段中性检验和失配分析均不能拒绝群体扩张假说,在19.37 ka BP(末次盛冰期后)可能出现一定程度扩张。总的来说,臭柏可能在第三纪呈带状连续分布于北半球,受到青藏高原隆起、第四纪冰期以及人为活动的影响,栖息地破碎化以后生长范围缩减至以山地为中心等特殊环境的避难所,盛冰期后个别群体在避难所附近发生小范围扩张。直至现代多数臭柏群体由于气候干旱化加剧,多数分布于山下沟谷、时令性河道以及降水量较多的沙地。(5)自末次盛冰期以来,臭柏适生区面积呈现先减少后增加再减少的趋势,现代潜在分布面积达到最大。年平均降雨量(Bio12)、最湿月份降水量(Bio13)、海拔(Elev)和年均温变化范围(Bio7)为限制臭柏分布的主要环境变量,与温度相比水分对臭柏的分布格局影响更大。(6)根据不同时期的地理分布格局及群体单倍型分布特点,推断阿尔泰山、伊犁河谷、祁连山、贺兰山、阴山和浑善达克沙地存在独立避难所。毛乌素沙地分布的现有臭柏群体可能是由黄土高原原始植被残留演化而来。(7)为了合理有效的保育天然臭柏种质资源,根据臭柏群体间遗传分化程度、不同历史时期的地理分布格局、主要环境限制变量,将臭柏群体划分为2个进化单元,3个亚区,应分别采取相应的种质资源保护策略。