众所周知,DNA序列可以通过Watson-Crick碱基互补配对原则形成典型的B型双螺旋结构。然而,事实上,DNA分子还可以形成其他变化的结构,比如,A型、Z型和Ⅱ-型双链DNA,C⁺·GC和CG·G三链DNA,G-四链体和I-motif等。G-四链体由含有重复G碱基的DNA序列形成,四个G碱基通过Hoogsteen氢键形成G-四平面,两个以上的G-四平面堆积形成G-四链结构,一些一价和二价阳离子通过减少G-四平面氧原子间的排斥稳定G-四链体结构。G-四链体可以在人体染色体端粒区域形成,与生命和癌症密切相关。变化的DNA分子形成的结构在设计DNA分子探针,分子机器等特殊的纳米结构中也有重要的应用。本论文对富含G的DNA序列进行了研究,做了如下的工作。在论文的第一章,首先介绍了变化的DNA二级结构,包括双链DNA、三链DNA和四链DNA等;然后介绍了目前研究DNA分子结构常用的技术和方法。在这一部分我们还介绍了DNA分子的组装和对DNA大分子结构的表征方法和技术,提出了我们的研究思路和设想。在论文的第二章,利用DNA序列d（CGACGA）（S1）在酸性条件下（pH 4.5）,形成稳定的同源平行双链Ⅱ-DNA,在碱性条件下（pH 9.0）,与d（TCGTCG）（CS1）形成稳定的反平行双链B-DNA,d（AGCAGC）在酸性条件下不能形成Ⅱ-DNA的特点,设计了两套DNA序列:d（CGACGAT₂G₆T₂AGCAGC）（SG2）和d（GCTGCTT₂G₆T₂TCGTCG）（CSG2）,对其在酸性和K⁺条件下形成的大分子核酸结构进行了研究。利用电喷雾质谱,紫外光谱,圆二色谱,聚丙烯酰胺凝胶电泳和原子力显微镜等多种实验手段,对短序列形成的结构进行确认和对大分子结构进行表征。SG2,CSG2在醋酸钾条件下,分别形成以G₆为核心的四分子平行G-四链体为主体的单聚体,在酸性条件下,SG2在5’端DNA链S1的封闭作用下,单体二聚,在碱性条件下（pH 9.0）,由于两端DNA链的碱基互补配对原则,SG2和CSG2在各自形成G-四链体单体后聚合,形成长链DNA纳米结构,当对缓冲溶液的pH进行改变时,DNA纳米分子可在四聚和多聚之间相互转换。这是第一次成功地将Ⅱ-DNA和G-四链体相结合构建了DNA纳米结构。这项工作对碱基间的特殊相互作用和生物大分子的构建提供了有意义的信息。第三章利用电喷雾质谱,紫外光谱,圆二色谱,拉曼光谱等,探究了d（TGGGGTCCCCT）序列在不同条件下形成的结构。这是一条几乎完全自我配对的DNA序列,在含有不同离子不同酸碱度的缓冲溶液的条件下,该序列可能形成不同的结构。我们发现,在碱性溶液含有锂离子（Li⁺）,铵离子（NH₄⁺）,钠离子（Na⁺）和钾离子（K⁺）的情况下,d（TG₄TC₄T）序列主要形成反平行双分子B-DNA和发夹型A-DNA;在酸性含有锂离子（Li⁺）,铵离子（NH₄⁺）和钠离子（Na⁺）存在的溶液中,主要形成的结构同样是B-DNA和A-DNA,然而,在酸性钾离子存在的条件下,形成了稳定的平行四分子G-四链体（G-quadruplex）结构。众所周知,钾离子与其他一价阳离子相比更加稳定G-四链体结构,虽然G-四链体在中性和碱性条件下容易形成。我们的研究发现:这条特殊序列在酸性钾离子的条件下更易于形成稳定的G-四链体,其原因归咎于:一、钾离子对于G-四链体具有极强的稳定作用,会促使发卡或是双链结构向四链结构转化;二、在酸性溶液中,末端C·C⁺碱基对促进了平行双链结构的形成,有利于进一步稳定平行的G-四链结构。因此,在酸性的钾离子条件下可以检测到大量的平行G-四链体结构。