在光合作用体系中，生物体通过特定结构排列的光功能色素分子聚集体收集和优化传导太阳光能，用于光合反应中心的光化学反应。对于人工合成的捕光分子体系，除基于单个分子的光电器件外，所有的光电器件都是基于特定排列结构的分子聚集体体系。这些光电器件的工作原理都是基于分子聚集体的激发态过程，因此在聚集体分子体系中，除发生在单个分子内的激发态过程外，由分子间的相互作用(π-stacking，氢键等)形成的各种聚集体结构(J-，H-和Helix等)的激发态过程对光电器件的性能至关重要。　　聚集体的激发态过程需要解决的关键问题是不同类型(J-，H-和Helix等)的聚集体中分子之间的作用机理。通过对动力学特点与聚集体的静态结构相关性的分析，可以定量的从单分子到介观乃至微观的水平上回答不同聚集体的结构相关的功能，以及如何进一步提升和改进组装聚集体的空间结构、形貌、激发态特性等。　　针对以上问题，本文的主要工作包括:ApcE(1-240)二聚体激发态能量转移过程的研究，不同共轭桥连BODIPY二聚体中生色团相互作用机理的研究。主要研究成果如下:　　(1)将念珠藻属sp.PCC7120的藻胆体的核膜连接蛋白ApcE二聚体的脂溶性末端截去部分C链，增强ApcE蛋白的水溶性。在提纯出的ApcE(1-240)二聚体中有两个单体，每个单体各含有一个发光的藻蓝胆素生色团。ApcE(1-240)二聚体的吸收光谱存在着一个显著的红移吸收峰。与其它藻蓝蛋白光谱红移类似，这种光谱红移现象产生的原因，到目前为止主要有两种机理:构象相关的荧光共振能量转移机理和强激子耦合机理。这是过去二十多年在光合作用捕光蛋白研究中关于生色团之间相互作用的一个经典例子，两个生色团之间相互作用的机理依然存在激烈的争论。针对这个问题，我们运用单分子光谱和瞬态吸收光谱的方法研究了ApcE(1-240)二聚体中两个生色团之间的相互作用，研究结果证明了二聚体中两个藻蓝胆素生色团之间存在构象相关的荧光共振能量转移。单分子实验中观察到的荧光强度、寿命和|ΔP|较宽的统计分布揭示了ApcE(1-240)二聚体中局域蛋白环境的不均匀性，是导致相同的藻蓝胆素分子结构的两个生色团的构象不同，因而最终导致光谱性质不同的原因。瞬态吸收实验测得给体和受体间激发态能量转移的速率为～(110 ps)-1，并估算出两个生色团之间的距离约为5.2 nm，夹角约为24°。进一步证实了ApcE(1-240)二聚体红移的吸收光谱是由生色团更加舒展的构象引起的，是不依赖于强激子耦合的另一种光谱红移现象。我们用单分子和飞秒光谱测得的ApcE二聚体中生色团的结构数据与德国马普所待发表的关于ApcE二聚体的X光晶体结构数据基本一致。我们的结论强调了分子结构相同的生色团中不同构象调控光谱性质的重要性，并且认为这可能是广泛存在于捕光天线复合物中调控能量和电子转移的一种普遍特征。　　(2)由苯环和三键作为共轭连接桥的邻、间、对位BODIPY二聚体被用作研究生色团之间相互作用和能量转移机理的模型体系。我们使用单分子光谱和量子化学计算的方法研究了三种不同共轭结构的BODIPY二聚体的结构和光谱特征。单分子实验表明三种二聚体分子两个生色团之间存在两种类型的相互作用:一种为弱耦合的给体-受体模型，能量转移为FRET机制;另一种为强耦合的激子模型，能量转移为上、下激子态的内转换过程。单分子光谱和量化计算结构优化的结果进一步证明了三种BODIPY二聚体分子漂白一个生色团后剩余的单体结构各不相同;而劈裂能的计算验证了邻、对位二聚体的超辐射效应强于间位二聚体;电荷差分密度(CDD)的计算结果表明了三种BODIPY二聚体分子均为离域激发，对位二聚体分子主要表现为离域发射，而邻、间位二聚体分子由于分子在激发态弛豫的过程中对称性被破坏，主要以定域发射为主。而邻位二聚体接近H聚集体的结构使其形成了一个低能量的excimer态。对三种不同共轭结构的BODIPY二聚体分子的研究，可以使我们更好地理解分子结构对光谱性质和二聚体分子内能量转移过程的重要影响。　　上述的这些研究结果将会系统地从更深的层次上揭示光合作用体系，以及复杂共轭分子体系中的激发态过程的特征和机理，并对提高光电功能器件效率有所启示。