本发明提出了一种海洋原位环境单细胞高通量分选装置，包括耐压可视分选舱、光学识别系统和自动分选系统；通过向耐压可视分选舱注入含微生物的菌液；由设置在耐压可视分选舱内载物芯片实现富集微生物在通道内分散通过；富集微生物微通过载物芯片时，通过光学识别系统对微生物进行观察和识别；自动分选系统根据微生物识别的结果对微生物进行自动分选。本发明还提出一种海洋原位环境单细胞高通量分选方法，通过载物芯片实现微生物的单细胞分散后，通过光学识别系统进行观察识别，并由自动分选系统智能地进行分选，实现了在高压和极端温度环境下，通过光学和光谱检测对海洋微生物的高通量单细胞识别和分选过程，有效提高海洋微生物的可培养性。