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在生物体中，金属离子对维持核酸分子的结构及功能有着不可替代的作用，同时由于生物分子多处于水溶液环境，因此，探究金属离子与核酸碱基及水的微观机理具有重要的科学价值。本文选取Mg2+/Ca2+作为研究对象，应用高水平量子化学方法MP2/6-311++G(2d，2p)和原子-键电负性均衡浮动电荷力场模型(ABEEM/MM)对Mg2+/Ca2+与核酸碱基及水的相互作用进行了研究。 首先，采用量子化学方法对[B-M]2+(B代表核酸碱基的A、G、T、C，M=Mg/Ca)体系进行几何构型的优化及能量的计算，结合能的计算考虑基组重叠误差校正。采用HF/STO-3G方法对其稳定结构进行了电荷分布的计算，依此拟合确定了Mg2+/Ca2+的ABEEM参数，并构建[B-M]2+体系相互作用的ABEEM/MM势能函数。应用该势能函数计算[B-M]2+的结构、电荷分布和结合能，与量子化学方法进行比较，电荷分布的相关系数可达到0.98以上，结合能的相对偏差在0.3％以下，金属到碱基的平均距离偏差小于0.11(A)。结果表明，当Mg2+/Ca2+与碱基相互作用时，Mg2+与Ca+相比较，Mg2+转移到碱基上的电荷较多，到碱基上的平均距离较小，结合能较Ca2+大。 然后应用量子化学方法和ABEEM/MM模型对M2+-(H2O)n(n=1～6)进行了结构的优化及能量的计算，并构建M2+-(H2O)n相互作用的势能函数。与量子化学方法进行比较，电荷分布的相关系数达到0.95以上。结合能的相对偏差在2％以下，金属到第一水合层中氧的平均距离偏差小于0.12(A)。结果表明，随着水合数的增加，金属转移到水中的电荷逐渐增加，但增加的幅度逐渐减小;同时连续结合能逐渐减小。当Mg2+/Ca2+与水相互作用时，Mg2+与Ca2+相比，Mg2+转移到水中的电荷较多，到第一水合层中氧的平均距离较Ca2+小0.3(A)左右，结合能较Ca2+大。 进一步对Mg2+/Ca2+与碱基和水的体系即[B-M-(H2O)n]2+(n=1～3)进行研究，应用前面的参数和势能函数，对体系计算了它们的电荷分布和结合能，与量子化学方法进行比较，电荷分布的相关系数达到0.98以上，结合能的偏差在0.3％以下。结果表明，随着水的数目增加，连续结合能逐渐减小，Mg2+/Ca2+到水中氧的平均距离并没有大的变化，钙、镁离子的正电荷主要转移到水中，碱基中电荷变化不显著。对于同一体系[B-M-(H2O)n]2+，Mg2+的结合能要比Ca2+的大。说明本文构建的势能函数是合理可靠的。