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兰科植物起源于晚白垩纪,在66个百万年前独立经历了一次全基因组复制(WGD),出现了生活类型多样的类群。不同的学者基于不同的数据类型得到的系统发育关系依然存在很大的争议。叶绿体基因组序列相对保守且变异速率适中,适合用于植物系统发育的研究。为探讨兰科植物的系统发育关系,本研究使用二代高通量测序技术得到59个叶绿体基因组数据,结合NCBI释放的56个叶绿体基因组数据,以及2015年Givnish分析所用矩阵序列中抽取14种兰科植物的数据,基于129个兰科植物叶绿体基因组上的79个叶绿体蛋白编码序列,涵盖兰科5个亚科,19个族、29个亚族,通过两种建树方法(最大似然法和贝叶斯推断法),重建兰科植物的系统发育关系;根据系统发育树的结果,结合3个可靠的化石证据,使用BEAST分析兰科植物的时间演化,估算了兰科的起源时间和分支分化时间;以拟兰(Apostasia odorata)作为参考物种,选取114个兰科植物进行进化速率分析,计算5个持家基因(rpl23,rpl36,rps11,rps14,rps18)的平均同义替换速率(d_S)和平均非同义替换速率(d_N)。得到以下结果:1、组系统学研究兰科植物分为5个分辨率高的独立亚科。拟兰亚科(Apostasioideae)是最先分化的类群,分为拟兰属(Apostasia)和三蕊兰属(Neuwiedia)。香荚兰亚科(Vanilloideae)是杓兰亚科(Cypripedioideae)、兰亚科(Orchidoideae)和树兰亚科(Epidendroideae)这一支的姐妹群,分为朱兰族(Pogonieae)和香荚兰族(Vanilleae)。杓兰亚科是兰亚科和树兰亚科这一支的姐妹群,其中杓兰属(Cypripedium)位于杓兰亚科的基部。兰亚科中,红门兰族(Orchideae)+钟瓣兰族(Codonorchideae)与盔唇兰族(Cranichideae)+双尾兰族(Diurideae)互为姐妹群。高等树兰亚科7个族的位置关系得到确立,其中Coelia归属于布袋兰亚族(Calypsoinae);低等树兰亚科中,鸟巢兰族(Neottieae)位于树兰亚科的基部,泰兰族(Thaieae)为高等树兰亚科的姐妹群,Sobralieae、Triphoreae和芋兰族(Nervilieae)三个族聚为一支,支持率很高,关于低等树兰亚科内部族的关系,仍需进一步加大取样或利用转录组数据来深入研究。2、分化时间估算兰科的分化时间在90.03-79.79 Ma和76.31-67.9 Ma出现了两个停滞期。拟兰亚科分化的干群时间在90.03 Ma,95%HPD为88.16-92.03 Ma;香荚兰亚科分化的干群时间在79.79 Ma,95%HPD为71.26-87.82 Ma;杓兰亚科分化的干群时间在76.31 Ma,95%HPD为67.24-84.87 Ma;兰亚科分化的干群时间在67.9Ma,95%HPD为57.90-77.20 Ma;树兰亚科干群的分化时间在67.9 Ma,95%HPD为57.90-77.20 Ma。与前人的研究结果不同的是香荚兰亚科分化的冠群时间为67 Ma,或早或晚了大约10 Ma;高等树兰亚科在42.01-33.37 Ma之间的8个Ma迅速分化出7个族。3、进化速率与枝长分析香荚兰亚科朱兰属(Pogonia)的云南朱兰(Pogonia yunnanensis)(d_N=0.0641,d _S=0.2433),香荚兰属(Vanilla)的Vanilla aphylla(d_N=0.1285,d_S=0.3289)、V.planifolia(d_N=0.1626,d_S=0.4782)和V.pompona(d_N=0.1621,d_S=0.4596),兰亚科地下兰属(Rhizanthella)的地下兰(Rhizanthella gardneri)(d_N=0.1621,d _S=0.5380)的进化速率与枝长均明显高于其他兰科植物。杓兰亚科的d_N按持续增加的速率增长,树兰亚科与兰亚科(除地下兰属)d_N聚集在0.04-0.06之间,d _S聚集在0.2-0.3之间。此外,根据系统树的结果与矩阵的基因,推测枝长的长短与持家基因的个数有关。