利用光镊拉曼光谱(LTRS)技术研究了不同环境因素对葡萄球菌黄素合成的影响。分别在温度范围为22~37 ℃、pH范围为4.5~8.5、葡萄糖质量浓度范围为0~10.0 g/L以及黄酮质量浓度为0~175 mg/L的条件下培养金黄色葡萄球菌, 利用拉曼光谱1523 cm-1特征峰强度表征细菌细胞内葡萄球菌黄素的相对含量。结果表明：在22~37 ℃范围内, 温度对葡萄球菌黄素合成的影响不大; 中性pH最有利于葡萄球菌黄素的合成; 葡萄糖在一定质量浓度范围内(0.2~5.0 g/L)可剂量依赖性地促进葡萄球菌黄素的合成, 黄酮也会剂量依赖性地抑制葡萄球菌黄素的合成。LTRS技术可作为快速可靠的葡萄球菌黄素定量检测方法以及葡萄球菌黄素合成抑制剂的有效筛选和评价手段。

应用拉曼光谱学结合奇异值分解方法在单细胞尺度上对杀虫贪铜菌(C. necator) H16 菌株在不同的氮源下合成聚β-羟基丁酸(PHB)的代谢动态进行分析。结果显示，硫酸铵是PHB 发酵的理想氮源，对应PHB 发酵速度、效率和产量在测试氮源中表现最好。奇异值分解结果显示，源自RNA、DNA、蛋白质和PHB 的拉曼峰是发酵的主要特征，随着发酵进程的延伸，菌体细胞差异、产物含量差别逐渐增大。分析PHB 产物快速合成过程，可见表征核酸、蛋白质和PHB 的782、1574、1660、1732 cm^-1 等峰的强度变化活跃；不同氮源下，782 cm-1 峰与1660 cm^-1 峰的强度呈正相关，而1660 cm^-1 峰与1732 cm^-1 峰的强度呈负相关。因此，不同氮源可能影响细胞的RNA 代谢和蛋白质代谢，从而间接影响PHB 的合成。拉曼光谱结合数据挖掘技术可以分析微生物发酵过程中的代谢信息，从分子光谱的角度为寻找最佳的发酵条件提供新的信息。

了解细胞生命活动途径并阐释其功能和分子机制是当前生命科学与物理科学交叉领域面临的重要科学挑战之一，而光学技术的创新与应用，能够通过监测单个细胞生理变化的细节来实现上述目标。细菌芽孢是一种特殊的休眠体，从休眠态转向营养生长的萌发过程是一种特别的细胞生理过程。光学技术和单细胞分析在芽孢萌发研究中的应用与发展，对认识芽孢萌发机理及其异质性发挥了极其重要的作用。就拉曼光谱、微分干涉差显微术、荧光成像和拉曼成像等技术的基本原理及其在细菌芽孢萌发中的应用与进展，前景与存在问题进行了简要述评。

建立了一种利用显微拉曼光谱原位定量技术筛选平板培养基上类胡萝卜素高产突变株的方法。为了消除培养基背景信号对定量结果的影响，采用矢量校正算法对光谱数据进行预处理，得到了不含培养基干扰的菌落净信号。比较了不同光谱收集方式对光谱重现性的影响，发现扫描方式较定点检测能获得重现性更好的菌落净信号。利用共焦显微拉曼光谱分析了平板培养基上红酵母菌落中的类胡萝卜素，并用光镊拉曼光谱法进行验证，两种方法所得类胡萝卜素1512 cm-1拉曼峰值呈现良好的线性关系，说明了共焦显微拉曼光谱定量检测平板培养基上菌落内类胡萝卜素的可行性。用该方法对红酵母诱变菌进行筛选，筛选出两株类胡萝卜素高产菌株。研究结果表明该菌种筛选方法比传统方法更客观、高效。

用激光镊子拉曼光谱法优化红法夫酵母生产虾青素的条件。首先, 将红法夫酵母细胞拉曼光谱与虾青素标准品溶液拉曼光谱进行对比, 找出定量虾青素的拉曼特征峰; 然后对照红法夫酵母生长曲线与不同时间点红法夫酵母细胞内虾青素含量曲线, 进行发酵时间的优化; 最后将红法夫酵母分别用不同氮源、碳源培养基培养, 对比其细胞的虾青素拉曼特征峰强度, 最终优化培养基。由实验可得, 适宜定量虾青素的拉曼特征峰是1520 cm-1峰; 最佳发酵时间为72 h; 最佳优化培养基氮源含硫酸铵4 g/L+硝酸钾4 g/L, 碳源含蔗糖60 g/L。从上述结果可知, 用激光镊子拉曼光谱法对红法夫酵母合成虾青素的条件进行优化, 充分发挥了其操作简便、耗时短、样品用量少、对样品无损伤等优势, 使所得结果更准确可信。因此, 激光镊子拉曼光谱法是红法夫酵母细胞合成虾青素条件优化的理想选择。

基线漂移是目前光谱仪收集拉曼光谱时难以避免的现象, 基线校正是光谱数据处理中一个不可或缺的重要步骤。 针对传统的基于多项式拟合的基线校正方法存在的不足, 本工作采用线性拟合的方法分段拟合背景基线, 与计算机相结合, 实现快速、 准确、 自动的基线校正; 经聚苯乙烯小球、 红细胞和酿酒酵母等多批次拉曼光谱数据处理的验证, 表明该改进方法可以有效地对拉曼光谱进行基线校正, 为进一步分析光谱数据提供更准确的信息, 是一种可行的基线校正方法。

采用激光镊子拉曼光谱(LTRS)技术对圆红冬孢酵母合成油脂和类胡萝卜素进行定量分析，考察不同碳氮比、碳磷比以及碳硫比对圆红冬孢酵母在细胞水平油脂和类胡萝卜合成能力的影响。测定不同浓度植物油的拉曼光谱，其1751 cm-1峰峰高与油脂浓度线性关系良好，相关系数R2可达0.97349，说明激光镊子拉曼光谱法是定量分析油脂的有效手段。以1751 cm-1峰和1520 cm-1峰峰高定量细胞内油脂和胡萝卜素含量，分析不同样品圆红冬孢酵母细胞的拉曼光谱，结果表明，随着碳氮比、碳磷比和碳硫比的升高，圆红冬孢酵母细胞内油脂含量逐步增加，而类胡萝卜素的含量则显著降低。以上结果说明，激光镊子拉曼光谱技术是实时检测圆红冬孢酵母细胞油脂及类胡萝卜素合成和优化发酵培养基的有效工具。

建立一种用激光镊子拉曼光谱法快速定量红法夫酵母细胞内虾青素含量的方法。 测定不同浓度虾青素标准品溶液的拉曼光谱, 取其1 520 cm-1峰峰高绘制虾青素标准曲线; 取不同氮源、 碳源的红法夫酵母细胞, 一部分用激光镊子拉曼光谱法测定, 一部分用紫外-可见分光光度法测定; 最后分析两者间的相关性。 结果表明虾青素标准曲线的相关系数到达0.998 3。 在单位质量红法夫酵母虾青素含量与单位体积红法夫酵母发酵液虾青素产量方面, 对比激光镊子拉曼光谱法与紫外-可见分光光度法, 两种方法所得数据具有良好的相关性, 其相关系数分别达到0.917 7和0.905 4, 表明激光镊子拉曼光谱法能够达到紫外-可见分光光度法的测定效果, 是定量分析红法夫酵母细胞内虾青素的更有效方法。

利用薄层层析色谱法分离红酵母色素， 结果显示， 红酵母细胞能合成至少三种色素， 即β-胡萝卜素、 红酵母红素、 圆酵母红素； 采集三种色素的拉曼光谱， 光谱数据经过背景扣除、 基线校正、 三点平滑等方法预处理， 统计不同色素的平均光谱， 结果表明三种色素的CC拉曼位移不同， 并且β-胡萝卜素的拉曼位移最多， 红酵母红素和圆酵母红素的含量较多； 定量分析色素特征峰高比值， 各色素峰高比值差异不大， 峰高比值能用作参数， 为深入研究活体细胞内色素的相对含量提供参考。 以上结果表明， 拉曼光谱法结合薄层层析能够分析红酵母色素， 可以提供红酵母色素的丰富信息， 是研究色素的有效方法。

以微生物油脂和类胡萝卜素为目标产物，通过对比目标产物与普通酵母的喇曼光谱，选择喇曼光谱的1 440 cm－1谱带与1 602 cm－1谱带的信号强度比值I1440/I1602作为油脂的特征标记，选择I1157/I1654或者I1520/I1654作为类胡萝卜素的标记，采用780 nm的激光俘获、收集酵母细胞的喇曼光谱，编写VB计算机程序，实时在线识别，通过光镊的操控，筛选产类胡萝卜素酵母和油脂酵母.经细胞培养和喇曼光谱检测验证了筛选结果.为筛选有经济价值的微生物提供了一种简单快捷的创新方法.