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油松(Pinus tabulaeformis Carr.)是我国特有针叶树种和北方重要的造林树种。其自然分布广泛,在整个自然分布区内,呈非连续或岛屿状分布。由于气候、生境、自然选择压力等因素的差异,加上其漫长的进化历史,油松种内存在较高的遗传分化,不同种源油松在形态、生理、抗性等方面亦出现了明显分化。本研究以油松为研究对象,采用扩增片段长度多态性标记(AFLP)和线粒体DNA(mtDNA)序列标记技术对天然油松种群的遗传多样性、遗传结构和种群间的遗传关系进行了研究,揭示了油松遗传变异的分布特征及其形成原因,以期为油松天然种质资源有效保护提供科学依据；采用Li-6400光合测定系统对油松种源的光响应、CO2响应及水分响应特性进行了研究,揭示了其对不同环境的适应性,筛选出3个优良的油松种源。主要研究结果如下：(1)利用8对引物(EcoR I/Mse I型)对20个种群480个个体进行了AFLP分析,共检测到445个位点,其中379个多态位点。从物种水平上看,油松的遗传多样性较高(多态位点百分率PPB=85.17%, Shannon’s信息指数I=0.356, Nei’s基因多样性HE=0.271)。从种群水平上看,油松的PPB、I和HE分别为41.90%、0.219和0.206,其中青海互助种群的遗传多样性最高(I=0.271,HE=0.254)、四川理县种群的遗传多样性最低(I=0.175,HE=0.165)。AMOVA分析表明,种群间遗传分化显著(Fst=0.304,p<0.001)。这可能与其片断化分布导致的低基因流(Nm=0.572)有关。Mantel检验表明,种群间的Nei’s遗传距离与地理距离显著相关(r=0.455,p<0.001)。20个种群可分为2大组：第1组仅包括开原种群,在地理分布上位于我国的东北部,分布海拔最低；第2组包括其余19个种群,可进一步分成4个亚组。其中雾灵山种群、太岳山种群、五台山种群、芦芽山种群、中条山种群、黄陵种群、关帝山种群7个中心分布区种群为同一亚组。(2)采用线粒体Nad1 intron b/c和matR引物对8个油松天然种群遗传多样性研究表明,Nad1 intron b/c和matR片段共获得25个单倍型,118个多态位点,其中简约信息位点25个,单变位点93个。物种水平上的单倍型多态性(h)和核苷酸多样性(Pi)分别为0.844和0.0050。种群水平上的h和Pi分别为0.681和0.0036。宁夏贺兰山种群具有最高的单倍型多样性(h=0.911),而宁陕种群具有最低的单倍型多样性(h=0)。单倍型H1为所有种群的公共单倍型,8个种群中的7个种群具有1-4个特有单倍型。种群的遗传变异主要存在于种群内(Fst=0.1479),秦岭组和贺兰山组分化很小(Fst分别为0.000,-0.0264),说明秦岭和贺兰山的隔离与油松遗传结构形成没有明显关系。(3)对自然条件下12个油松种源光响应和C02响应特性的研究表明,直角双曲线修正模型对油松光响应曲线和C02响应曲线的拟合精确较高。12个种源光饱和点的净光合速率Pmax (μmol·m-2·s-1)由大到小依次为：河北平泉(PQ,17.72)>河北雾灵山(WL,16.95)>山西中条山(ZT,15.74)>辽宁千山(QN,15.42)>山西芦芽山(LY,15.25)>吕梁山(LL,14.30)>关帝山(GD,12.68)>太行山(TH,12.41)>黑茶山(HC,12.29)>太岳山(TY,9.57)>洛南(LN,4.57)>黄陵(HL,4.20),其Pmax基本呈北部种源>中部种源>南部种源的规律；12个种源光饱和点(LSP,范围为1629～2811μmol·s-1)和光补偿点(LCP,54.70-230.72pμmol·m-2·s-1)均较高,且存在较大差异。LSP和LCP呈南部种源>北部种源>中部种源的规律,且北部和中部种源的AQY较南部种源高,表明南部种源耐阴能力和对弱光的利用能力最低,强光下光合能力亦较弱。种源LN、 HL的LCP高于一般C3植物(50～150wmol·m-2·s-1)。12个种源的CO2补偿点(CCP,110～4565μmol·mol-1)和C02饱和点(CSP,4461～4565μmol·mol-1)均比较高,且种源间差异较大。北部种源(LY、QN、PQ、WL)多具有较高的CCP,光合效率较高。各种源CO2饱和条件下的净光合速率Jmax(mol·m-2·s-1)由大到小依次为：种源LL(39.47)> GD(32.24)> HL(31.75)> HC(31.67)> WL(31.65)> QN(31.21)> LY(30.19)> ZT(28.71)> LN(28.26)> TY(26.88)> TH(25.69)> PQ(22.32),在一定范围内提高CO2浓度可提高油松的光合能力。各种源羧化效率由大到小依次为：种源ZT(0.042)> WL(0.040)> GD(0.039)> HL(0.038)> TH(0.037)>TY(0.033)= HC(0.033) =PQ(0.033)> LY(0.031)> QN(0.030)>LN(0.029)> LL(0.018),种源ZT具有最强的CO2同化能力。聚类结果显示,12个油松种源对光照和C02浓度变化的适应性可分为4组：第1组以北部种源为主,包括种源QN、HC、GD、WL、PQ、LY,适应性最强；第2组以中部种源为主,包括种源TH、TY、ZT,适应性中等；第3组以南部种源为主,包括种源HL、LN,适应性最弱；第4组包括1个中部种源LL,适应性比较强。油松种源适应能力呈明显的南北分化的特征。(4)盆栽水分处理实验研究表明,与正常水分(T1)比较,重度胁迫(T3)下,各种源油松的光合参数均受到一定影响,多数种源的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、原初光能转换效率(Fv/Fm)、PS Ⅱ潜在活性(Fv/Fo)、实际光量子效率(φPS Ⅱ)、光化学猝灭(qP)、电子传递速率(ETR)下降,而水分利用效率(WUE)和初始荧光(Fo)上升。在T3下,8个种源间的Pn、Tr、Gs和WUE差异显著,其Pn(μmol·m-2·s-1)排序为：种源LY(4.83)> QN(4.43)> ZT(4.28)> LL(3.84)> HL(3.54)> WL(3.30) LN(2.64)≈Y(2.63),种源LY、QN、ZT的Pn显著高于种源LN、TY;8个种源的WUE (mmol·mol-1)排序为：种源TY(9.17)> ZT(7.96)> QN(5.34)≈LY(5.04)> HL(4.79) ≈ WL(4.45)> LN(3.71)> LL(3.19)。同时,在T3下,各种源的φPS Ⅱ、qP和ETR差异显著(p<0.05)。种源QN、LY、ZT的Pn、φPSⅡ、qP和ETR均比较大,其光合速率、光量子转化效率、电子传递速率受水分胁迫影响较小,而种源WL. HL的各参数均较低,受水分胁迫的影响较大,表明种源QN、LY、ZT的抗旱性比种源WL、HL强。总之,油松种群的遗传多样性较高,种群内的遗传多样性高于种群间,山脉的地理屏障作用对油松遗传结构没有明显影响。种源QN、LY、ZT对光照、CO2浓度及水分胁迫的适应能力均比较高,可作为植被恢复的优良种源。