在原位极端环境下仍保持强劲代谢活力的“高耐受菌”对于诸多生物制造体系均具有重要意义，是功能菌库建设的核心资源。但是传统挖掘策略通常采用胁迫条件下“先分离培养、后功能筛选”的模式，依赖群落中单细胞或纯培养后细胞群体的“生长速度”来筛选菌株和验证其性能，存在耗时长、通量低、难以探测细胞原位代谢功能等关键局限。
浓香型白酒发酵中后期窖内乙醇浓度攀升至 5%–8%，窖泥中一批能够耐受高乙醇环境、持续保持代谢活力的微生物，是调控发酵与风味生成的关键资源。
行业通用的涂布分离筛选方法虽经过长期实践验证，但想要定向找到这类原位耐受菌株，仍面临多重约束：
整套筛选验证周期约 200 小时；
依靠生长速率评估耐受性能，有效菌株检出率有限；
难以捕捉低丰度、代谢活跃但生长缓慢的稀有菌株；
同时仅能获得群体平均数据，无法反映单细胞真实代谢状态。
为此，研究团队创新筛选逻辑：跳出“能够生长”的评判框架，直接表征乙醇胁迫下单细胞的代谢活力，构建「重水标记单细胞拉曼 + 拉曼流式分选」的筛选方案。
用单细胞拉曼光谱 “看见” 细胞真实代谢活力
简单说：给窖泥菌群施加乙醇胁迫后加入重水（D₂O），还能正常代谢的细胞会把氘元素合成进自身生物分子，在拉曼光谱上出现专属 C-D 特征峰。
通过单细胞拉曼光谱计算碳氘比（CDR），换算成拉曼耐受指数（RTI），就能定量刻画单细胞在乙醇胁迫下代谢能力的保留程度，即菌株的原位乙醇耐受性：
✅ RTI＞50% = 高耐受菌株
Fig. 1. 传统方法（A）与本研究方法（B）的流程对比
验证数据显示：RTI 数值和传统平板存活率高度匹配（R²=0.92），耐受检测从 48h 缩短至 7h，效率提升 6.86 倍。
完整实验工作流：
窖泥菌群乙醇预胁迫 → D₂O 标记孵育 → 单细胞拉曼光谱采集 → 高活性细胞分选 → 纯培养纯化 → RTI 耐受验证 → 菌株多组学机制分析
拉曼分选 vs. 传统方法：两套筛选方案实测 PK
研究采用完全平行对照实验，两组使用同一批经 8% 乙醇胁迫预处理的窖泥样本，两套筛选方案的实验结果呈现明显差异：
Fig. 5. (A) 6 株拉曼分选菌株（F1–F6）与 9 株传统分离菌株（Y1–Y9）在三组处理条件下的单细胞代谢活性（CDR，CD/(CD+CH)）；拉曼分选菌株（B）与传统分离菌株（C）的拉曼耐受指数（RTI）统计；(D) 两组菌株 RTI 整体对比
Fig. 6. 菌株在乙醇胁迫下的特异性转录响应。(A-D) 植物乳杆菌 F4（A、B）与表皮葡萄球菌 F5（C、D）分别在胁迫 24 h、48 h 的差异基因火山图；(E) 两株菌共有的持续转录变化趋势；(F) 菌株特异性胁迫相关基因表达模式；(G) 高乙醇胁迫下菌株 F4 核心代谢通路的重编程调控机制
整套方案能实现「先分选、后培养」的创新逻辑，商业化高通量拉曼流式分选设备是不可或缺的硬件基础，核心支撑体现在三点：
配套低拉曼背景石英芯片，保障天然复杂微生物样本的单细胞拉曼光谱质量，适配酿造、环境微生物资源筛选场景。
1. 效率革新
整套筛选验证流程压缩至 15 小时，相较传统的 192-240 小时，周期缩短超 15 倍，大幅减少培养基、人力耗材投入。
2. 资源挖掘升级
解除 “菌株数量优势” 和 “功能性能” 绑定，定向捕获低丰度高抗逆稀有菌种。
3. 场景可拓展
这套 D₂O - 单细胞拉曼分选体系不局限白酒窖泥耐乙醇菌，可延伸至耐酸、耐盐、耐有机溶剂工业底盘菌株筛选，适配食品发酵、生物制造、环境修复多领域。
这套基于单细胞拉曼光谱技术的分选一体化技术革新了窖泥耐乙醇菌种筛选思路，把传统随机培养筛选升级为依托单细胞代谢表型的定向富集模式，不仅能高效挖掘抗逆菌株、解析胁迫适应机制，还可拓展应用于耐酸、耐盐等多种工业菌种筛选，助力建立代谢表型与基因特征的对应关系，推动工业微生物标准化、理性化开发。
星赛生物长期深耕拉曼组学与单细胞分选设备研发，面向白酒酿造、食品发酵、合成生物、生物制造等领域，我们可为科研院所、发酵生产企业提供标准化硬件、配套分析算法与完整实验技术支撑，助力高效挖掘高鲁棒性功能菌种、搭建优质工业微生物资源库。欢迎行业内科研团队与产业伙伴开展技术交流与项目合作，共同推动传统发酵产业菌种开发流程智能化、高效化升级。
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