RNA荧光成像技术可为治疗相关疾病提供新的方法,视紫红质对光的吸收是一种不同于绿色植物的光合作用新途径。对生物荧光体系的深入研究离不开量子化学理论预测的帮助,但生物体系动辄上千个原子会使计算量呈指数级上升,这让人们望而却步,量子化学分块方法应运而生。EE-GFMCC方法,中文名为静电嵌入的推广的分子碎片共轭帽方法,是一种线性标度的量子化学计算方法。本文整理了基态EE-GMFCC方法,并将EE-GMFCC方法发展并应用到激发态体系。本文第一章介绍了进行EE-GMFCC方法研究所必须的理论与计算化学知识。包括量子化学计算理论、分子动力学模拟、分子激发态计算方法、量子力学分块方法、RNA适配体荧光体系、视紫红质等。第一章还介绍了本文的结构和创新点。第二章介绍了基态EE-GMFCC方法。（1）总结并给出了EE-GMFCC方法计算体系基态能量的过程,详细解释了方法中两种double-counting的计算方式,并用Fortran语言实现。（2）将基态EE-GMFCC方法应用到蛋白体系和RNA体系,结果表明基态EE-GMFCC方法具有良好的精度,两种double-counting的计算方式虽然不同,结果却是一致的。（3）探究基态EE-GMFCC方法在蛋白体系中二体截断半径λ对结果的影响,平衡了精度和计算耗时的最优值为λ=4?。第三章,将基态EE-GMFCC方法推广到激发态,并应用于荧光RNA体系。（1）利用芒果II型RNA-荧光团复合物作为模型,测试了EE-GMFCC分别在TD-HF/6-31G*和TD-ωB97X/6-31G*等级下对垂直激发能、跃迁电偶极矩和原子力的预测性能。结果表明,EE-GMFCC计算的激发态性质与传统的全体系QM计算结果非常吻合,且是一种线性标度的计算方法。（2）使用GMFCC方法研究荧光团周边每个核糖核苷酸残基对体系激发能的贡献,揭示周边化学环境对荧光团的影响。（3）此外,EE-GMFCC方法能够准确预测从分子动力学模拟中提取的芒果II型荧光RNA不同构象的激发能。（4）EE-GMFCC方法在其他RNA-荧光团复合物激发能计算中的应用同样表明,EE-GMFCC方法是一种准确、高效计算荧光RNA激发态性质的通用方法。第四章,将激发态EE-GMFCC方法应用于蛋白体系的激发能计算。（1）在TDB3LYP/6-31G*等级下,用EE-GMFCC方法计算了变形菌视紫红质PR105Q及其9个突变体的激发能,并与实验值进行比较。虽然这些体系的实验波长范围小于50 nm,但计算结果与实验值有很好的相关性,表明EE-GMFCC方法可以准确预测生物大分子的吸收光谱位移。（2）通过引入残基（多原子体系）间距离的计算公式给出了蛋白中各残基与发色团的距离,从残基间距离对残基序号的函数图像中分析各残基在蛋白分子中的位置以及残基支链的指向。（3）使用激发态EEGMFCC计算PR105Q及其突变体各100个构象的激发波长分布,呈正态分布,其平均值与实验值接近。（4）计算发色团共轭多烯链上C10和C1两原子间的平均电场,分析可知电场值与激发能相关性良好,表明发色团所处环境电场可影响其吸收峰。（5）本章还利用GMFCC方法分解了发色团周边的每个残基对激发能的贡献。结果表明,在视黄醛（retinal）附近的残基中,ASP97和ASP227残基对PR吸收光谱位移的贡献最大。第五章,对全文进行总结和展望。综前,本文主要有以下三个方面的创新点:1.整理了基态EE-GMFCC方法并应用,详细解释了方法中两种double-counting的计算方式。2.将基态EEGMFCC方法推广到激发态并应用于RNA-荧光团复合物体系。3.将激发态EEGMFCC方法应用于视紫红质及其突变体的激发能计算。