微生物单细胞基因组（microbial single-cell genome），理学-生态学-微生物生态学-环境微生物组-微生物单细胞组，单个微生物细胞的所有遗传物质的总和。1995年，《科学》（Science）杂志刊登了美国盖瑟斯堡基因组研究所（The Institute of Genomic Research, Gaithersburg, USA）采用全新测序方法完成的流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae Rd）的全基因组测序与组合的论文，这是人类完成的第一个单细胞微生物的全基因组序列的测定，标志着微生物学进入基因组时代。单细胞基因组测序技术在2013年被《自然方法》（Nature Methods）杂志评为年度技术。微生物单细胞基因组研究通常利用生物组学技术从单细胞的水平对微生物进行研究与分析，可有效获取环境中大量无法培养的微生物遗传信息。微生物单细胞基因组的相关研究主要集中于：①利用单细胞基因组技术对自然界中不可培养的微生物进行分析；②利用单细胞转录组技术研究微生物的基因表达异质性；③利用高精度质谱技术进行单细胞蛋白组学与代谢组学的相关研究。