在自然光合作用中,光捕获复合物能高效的捕获太阳光并传递激发态能量至反应中心,从分子层面上理解光合体系中激发能转移机制对于优化和设计人造光合系统以及光电器件等有重要的研究意义。众多研究已经表明动态蛋白环境在促进激发态能量转移中扮演着重要的角色,但是蛋白环境如何影响激发态能量转移仍需厘清,激发能量转移的分子机制也待阐明。参与光合作用的色素-蛋白质复合物结构非常复杂,通常由几十到几百个色素分子/辅因子和多段蛋白质亚基组成,反应过程中发生的一些结构动态的变化很难直接通过实验观测获得,需要通过基于结构的理论和计算进行阐释;而理论计算方面,对整个体系进行量化计算也不现实。目前常用的理论研究方法是通过引入激子模型结合量子主方程的方法,从而转化为如何准确评估体系中色素分子的局域激发能,也就是位能,色素分子间的电子耦合强度和谱密度函数。本论文也将在此框架下,拟解决对蛋白环境的极化效应的描述问题,在平衡计算精度和计算量下,利用分子动力学模拟结合量化计算的多尺度方法,构建光合体系激子模型,探讨光捕获体系的结构特征与功能的关系并揭示系统激发能量转移分子机制。首先,基于已有高分辨率的晶体解析结构,利用线型标度的量子化学方法,拟合出该体系中蛋白专一极化电荷（PPC）,该PPC方案能真实描述蛋白环境的极化效应和正确描述色素-蛋白静电相互作用。然后,在全原子动力学模拟中采用PPC方案,可以解决传统平均场电荷方案在描述蛋白环境极化效应上的缺失,从而获得可靠的结构采样,减小因构型的不合理而带来量化计算误差。基于PPC通过静电嵌入QM/MM计算方法,从色素-蛋白相互作用和色素分子自身构型两方面阐明蛋白环境是如何影响色素分子的电子激发,并计算色素分子的激发能排布和色素分子间的电子耦合强度,结合实验光谱建立系统激子模型。最后,结合Drude模型谱密度函数利用最优化的双指数加白噪声WNR近似形式参数化相关函数,根据耗散子运动方程（DEOM）模拟系统的吸收光谱和激发动力学,该DEOM理论方案在像自然光捕获体系这样的强关联的量子耗散体系有很好的适用性,从而揭示体系激发能转移的分子机制。在第一章中将从自然光合体系的研究背景出发,引出研究中待解决的关键问题。在第二章中将介绍自然光合体系结构特征,并针对本论文的研究对象藻红蛋白PE545体系和Fenna-Matthews-Olson（FMO）体系中C型和P型复合物给出了详细的结构细节和光学特征描述。在第三章中将详细介绍本论文在研究色素-蛋白复合物中激发能传递所用理论研究方法,包括PPC电荷拟合方法,色素分子间电子耦合计算方法和量子耗散理论基础等。在第四章中将针对藻红蛋白PE545复合物,引入PPC方案,基于全原子分子动力学模拟（MD）采样结合传统静电嵌入量子力学和分子力学（QM/MM）的计算方法,构建体系激子模型,并利用耗散子运动方程（DEOM）理论模拟吸收谱和激发动力学,阐明蛋白环境如何影响色素分子的电子激发,并揭示该体系中激发能转移的分子机制。在第五章中将针对最新提出的FMO体系中C型和P型复合物,基于PPC方案利用QM/MM计算和MD模拟相结合的方法,构建各自激子模型模拟实验光谱和激发动力学,揭示它们体系结构差异与光谱特征间的关系,阐明新发现的第八个BChla在电子激发过程中所担任的角色。在第六章中将针对本论文内容作出总结并对以后的研究提出展望。