第四纪的冰期-间冰期气候波动对北温带植物的地理分布格局和种群历史有着深刻的影响。尽管已经有不少研究来探讨这一科学问题,但是对其研究多集中于陆生植物,有关北温带水生植物的研究较少。中国位于北温带植物分布区南缘,也是其重要的冰期避难所,研究北温带水生植物的地理分布格局和种群扩散历史有助于全面了解第四纪气候波动对北温带植物的影响。本研究以中国两种北温带水生植物杉叶藻(Hippuris vulgaris)和黑三棱(Sparganium stoloniferum)为研究对象,利用叶绿体DNA片段和核基因微卫星位点进行分子谱系地理研究,探讨杉叶藻和黑三棱的遗传多样性和基因谱系地理分布格局,推断其种群历史动态和冰期避难所。主要结果如下1、杉叶藻的遗传变异主要存在于居群间,居群内遗传多样性低,77.8%的居群仅包括一种叶绿体单倍型或26.4%的居群仅包括一个基因型。叶绿体和微卫星数据都揭示了杉叶藻分化为A、B两个基因谱系,分化时间在更新世早期(约1.36 Ma)。A支局限于东北分布,B支分布于西北、青藏高原、华北和东北,在东北发生以A支为母本的自然杂交。B支又分化为三个亚组,Ⅰ组在东北、华北和青藏高原东北缘分布,Ⅱ组在西北和青藏高原分布,Ⅲ组在青藏高原分布。生态位模型分析表明青藏高原的东北和东南缘以及东北地区存在冰期避难所。2、黑三棱的遗传变异绝大部分存在于居群间,居群内遗传多样性低,96.8%的居群仅包括一种叶绿体单倍型或54.8%的居群仅包括一个基因型。叶绿体数据揭示了黑三棱分化为南、北两个基因谱系,北支分布于东北和新疆,两个地区之间的居群分化明显,分别对应黑三棱的两个亚种。南支分布于其他地区,又可以分为东西两个亚组。微卫星数据表明新疆的亚种与黑三棱(南支)存在自然杂交,东北的亚种(周氏黑三棱)与黑三棱(南支)不存在自然杂交,支持其作为一个独立的种。综上所述,两种北温带水生植物杉叶藻和黑三棱的遗传变异主要存在于居群间,居群内遗传多样性低,单态居群的比例高；杉叶藻和黑三棱在其分布南缘地区有着复杂的进化历史,伴随着迁入、扩散和多样化的过程,存在多个遗传分化明显的基因谱系,并表现出明显的谱系地理分布格局,不同的基因谱系在东北或西北二次接触后发生杂交；杉叶藻和黑三棱在中国有着多个独立的冰期避难所,东北地区不仅是重要的冰期避难所,也是遗传多样性的中心。