单细胞是微生物群落的基本单元和进化单位。本课题以一株具有优良益生性状的益生菌Lactobacillus(L.)casei Zhang为研究对象,应用活体单细胞拉曼光谱技术对其四个不同生长时期的细胞分别进行单细胞取样,并通过单细胞分选技术对单个活体细胞进行分选,捕获不同生长时期的活体单细胞,监测该菌株生长过程中单细胞胞内核酸、蛋白质、糖类和脂类等化合物成分的动态变化,进而识别单个活体细胞的类型、生理特性和表征变化。将获得的单细胞拉曼图谱经过主成分分析(PCA),结果显示四个不同生长时期细胞有明显的区分,实现从单细胞水平上了解不同生长时期之间的转换造成环境的变化对乳酸菌的影响。通过结合稳定同位素探针技术,细胞吸收经稳定同位素(13C或15N)标记的底物,其拉曼光谱会发生一定程度的漂移,在单个L.casei Zhang细胞水平上捕获和识别单细胞拉曼光谱信号,从而对单个活体细胞的表观型(对碳源、氮源的利用程度)进行测量,依据拉曼图谱的漂移程度来筛选快速代谢碳源和氮源的细胞。该研究首次在单细胞水平上对益生菌L.casei Zhang的碳源及氮源的代谢机制进行解析,这将为研发高活力、高效率的乳酸菌发酵剂提供科学依据和理论指导。