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化学工具的发展可以为活体中的肠道菌群研究提供全新的研究手段和视角，报告中将介绍我们近几年利用靶向细菌肽聚糖的几类分子探针进行活体标记进而开展的一系列肠道菌群化学生物学研究：包括对各类肠道细菌在体的生长分裂情况进行成像记录和单细菌分析、对宿主与环境之间基于芽孢的菌群传播进行示踪、对肠道固有菌群进行三维高分辨成像、对活体中的固有菌群进行实时的荧光激活成像以及磁共振成像等。我们开发的这一系列新工具、新方法将对深入理解菌群这一肠道中的“暗物质”提供全新的研究工具与视角。

微生物群落存在于各种不同的生态系统中，鉴定微生物表型和实现微生物分选是研究单细胞微生物的重要技术方法。 PRECI SCS-F在荧光显微成像的基础上，基于形态学特征及荧光信号锁定目标单细胞，并将其可视化、精准、低损伤地分离出来，保证细胞得率及活性，分选后的细胞可进行单细胞测序或培养。荧光探针标记和激光诱导向前转移（LIFT）技术相结合，可以对来自复杂的肠道、土壤或海洋的微生物群落中的功能单细胞进行识别与筛选，是一种稳健、便捷、快速的微生物单细胞研究新工具。

群落构建决定群落结构和生态功能。在群落构建中，环境筛选和扩散迁移是两个重要的生态过程。现有研究发现物种互作在环境筛选和扩散迁移过程中起到环境作用，进而影响微生物的群落构建，但是具体的机制不明。利用打虎亭汉墓内的微生物组，我们通过扩增子测序、宏基因组测序和生物试验，从生态生理两个层面，揭示了放线菌-弹尾虫的互利共生以及放线菌-细菌的竞争拮抗两类物种互作决定了地下文物遗址微生物组的起源、迁入、定殖和爆发。以上研究无论对于群落生态学的理论认知，还是针对文物的预防性保护都有着重要的意义。相关工作发表在PNAS上，并被选为亮点文章。

据报道自然界90%以上微生物尚未实现培养，被称为微生物界的“暗物质”。从复杂样本中分离出单个微生物细胞对未培养微生物研究具有重要意义。激光诱导向前转移技术（LIFT）是一种基于光与物质作用的新型可视化细胞分离技术，具有镜下分选、非接触、准确、无损等特点，特别适用于微生物单细胞的分选研究。本报告将针对土壤样本的特点，详细介绍应用LIFT技术开展土壤微生物单细胞研究的思路与实验方案。

系统性分析环境生态学领域共性关键问题的形成原因、技术瓶颈与核心要素，阐述基于SMART系统的整体解决方案，提出适用于环境生态学领域的单细胞拉曼集成技术。

分享菲降解功能微生物单细胞分离的研究工作，研究以¹³C-菲为目标化合物，采用磁性纳米颗粒介导分离-稳定同位素探针技术与拉曼激活细胞分选技术相结合的新方法，对多环芳烃 (PAH) 污染水体中降解菲的活性细菌进行探查，成功分离出具有代表性的菲降解功能微生物单细胞。