核酸是生物体内极其重要的生物大分子,是生命中最基本的物质之一。它不仅是基本的遗传物质,而且在蛋白质的生物合成上也占重要位置,在生长、遗传、繁殖、变异等一系列重大生命现象中起决定性的作用。根据其化学组成不同可分为两类:脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）。从单分子水平对核酸和其它分子之间的相互作用进行研究有助于人们深入地理解与调控这些重要的生命过程,是人们解开生命奥秘的关键所在。基于原子力显微镜（AFM）的单分子力谱技术弥补了传统表征手段只能得到生物体系平均化信息的不足,实现了对单个分子的操纵。因其皮牛顿级测力灵敏度及纳米级定位精度,成为研究单分子间、分子内相互作用的重要手段之一。本论文详细地介绍了基于原子力显微镜技术的单分子力谱仪的工作原理,包括力曲线的获得、分析,单分子拉伸的判据,工作模式,并且总结了单分子力谱技术近年来在生物学领域的应用。本论文工作主要以单分子力谱技术为表征手段,研究了DNA与聚集诱导发光分子（AIE）之间的相互作用,以及以烟草花叶病毒为模型研究了RNA与衣壳蛋白之间的相互作用。在本论文第二章中,构建了一种新的探针修饰方法,尝试在AFM探针尖端选择性修饰分子。首先利用自组装技术在银基底和AFM探针表面分别修饰端基为氨基和羧基的自组装单层膜。在力谱实验过程中,精确调控羧基修饰的AFM探针与氨基化基底之间的相互作用力和作用时间,在1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）/N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）的作用下,银表面12-氨基十二酸的氨基末端与针尖尖端羧基缩合成共价键而选择性地修饰于针尖尖端位置。双链DNA（ds DNA）力-拉伸实验的结果表明,对AFM针尖尖端位置初步实现了分子的选择性修饰,实验具有很好的可重复性以及一定的普适性。在第三章中,根据双螺旋DNA分子力学指纹谱特征变化,研究了一类新型生物探针（AIE）分子与ds DNA分子之间的相互作用。该研究初步探索了两类AIE分子与ds DN A之间的结合模式,研究结果表明,DSAI（一种二苯乙烯基蒽衍生物）与DNA之间的作用模式主要是嵌插作用,而DSABr-C6（一种二苯乙烯基蒽衍生物）由于疏水碳链的空间位阻作用很难插入DNA碱基对之间,与DNA之间主要是静电作用。TPEDPy（四苯基乙烯衍生物）与DNA之间的作用模式比较复杂,是靠静电作用的辅助从DNA大沟槽嵌入碱基对之间。此外,低盐溶液可以显著增强TPEDPy与ds DNA的相互作用。在第四章中,利用体外转录方法制备了含有烟草花叶病毒组装起始序列（OAS）的多聚腺苷核糖核酸（poly（A）RNA）并将其与TMV衣壳蛋白进行组装,成功构建了突变的病毒颗粒,以该突变的病毒颗粒为模型,研究了poly（A）RNA与TMV衣壳蛋白之间的相互作用,该研究进一步证实了RNA与蛋白外壳之间的相互作用具有基因序列依赖性。此外,我们还从单分子水平上研究了植物源病毒抑制剂单宁酸对烟草花叶病毒中RNA与蛋白外壳解组装的影响。研究结果表明,单宁酸增大了RNA与衣壳蛋白之间的结合强度,而且随着RNA从蛋白外壳中被逐步牵拉出来,所需要克服的阻力越来越大,该研究揭示了单宁酸抗病毒的可能分子机理,即阻止了RNA与蛋白质外壳的解组装。