本文系统研究了G四链体与双螺旋结构竞争的调控与多形态DNA的组装缩合,并探索其在抗癌药物作用机制、纳米材料合成以及DNA纳米器件等领域的应用。首先,针对DNA多形态结构以及它们之间结构竞争的平衡,分别从热力学和动力学两方面定量考察了具有抗癌作用的天然大豆异黄酮与人端粒G四链体d[AG₃（T₂AG₃）₃]（AG22）及其对应的双螺旋结构之间的相互作用,大豆异黄酮可稳定人端粒G四链体结构,而使相应的双链体系失稳,在拥挤环境中这种作用更明显。在K+条件下,大豆苷的存在使G四链体的展开速率kobs290 nm下降₄0.2 %,而在Na+条件下展开速率kobs295 nm下降12.0 %,K+下大豆苷不仅能通过稳定G四链体从而抑制双链的形成,而且可以促使杂合结构向反平行结构转变。其次,依据Oxytricha nova端粒DNA序列d[G₄T₄G₄]设计了一系列5’末端依次相差一个鸟嘌呤碱基的富G核酸序列d[G₄T₄G₄]、d[G3T₄G₄]、d[G2T₄G₄]以及d[T₄G₄T₄G₄],通过定量计算热力学参数（ΔH、ΔS和ΔG25）来研究末端碱基变化对富G序列与其互补链之间结构竞争的调控,对d[G₄T₄G₄]序列5’端减掉鸟嘌呤或增加胸腺嘧啶均能导致四链的热稳定性下降,平衡向双链移动。又以d[G₄T₄G₄]、d[G3T₄G₄]、d[G2T₄G₄]以及对应双链为模板合成银纳米材料,在中性环境下,以G四链体为模板合成的纳米银粒径范围在10²0 nm,无荧光特性。以三种双链体系为模板可生成具有近红外和红色荧光特性的银纳米簇,荧光发射峰分别在708 nm、615 nm、610 nm。最后,考察多形态寡核苷酸发生缩合的条件以及二级结构对缩合的影响,获得了DNA二级结构维持染色体结构的依据。在稀溶液中以平行G四链体存在的富G寡核苷酸能在四价精胺的诱导下形成致密的网状缩合物,而杂合型和反平行G四链体只组装成粒径约2.0 nm的颗粒。拥挤环境下向平行构象转变的序列在精胺的诱导下可进一步形成致密的聚集体,呈胆固醇型液晶相,而仍保持反平行构象的序列只形成粒径约2.8 nm的颗粒。在拥挤环境偏酸性条件下,精胺可诱导富C序列发生分子间缩合形成尺度在30¹00 nm之间的聚集体,呈胆固醇型液晶相,该缩合过程可由pH值和温度可逆调控,并依此设计了一系列DNA逻辑门电路。