微生物的生長需要營養物質以滿足機體生長、繁殖和完成各種生理需要。微生物的營養物質分成六大類營養要素，即水、碳源、氮源、無機鹽、生長因子和能源。
一、水
水是微生物細胞的重要組成成分，在代謝中占有重要的地位。微生物生命活動中的化學反應絕大多數是在水中進行，細胞內外物質交換通常也是在溶解水中進行。水在細胞中以結合水或遊離水的形式存在，結合水與溶質或其他分子結合在一起，很難加以利用，遊離水則可以被微生物利用。
二、碳源
凡是可以作為微生物細胞結構或代謝產物中碳架來源的營養物質，稱為碳源。微生物對碳的需求最大，細胞幹物質中的碳約占50%。可作為微生物營養的碳源物質種類極其廣泛，包括簡單的無機物、複雜的有機含碳化合物等。
大多數微生物是異養型的，它們以有機化合物為碳源，能利用的碳源種類很多，但其中糖類是最好的碳源，少數微生物能利用酚、瓴化物等有機毒物做碳源。對於異養微生物，碳源物質通過機體內一係列複雜的化學反應，最終用於構成細胞物質或為機體提供完成整個生理活動所需的能量。所以，碳源往往也是能源物質。自養菌以CO2、碳酸鹽為唯一或主要碳源。不少種類的異養型微生物，尤其是生長在動物的血液、組織和腸道中的致病微生物，除必需有機碳源外，還需要少量CO2才能正常生長。
三、氮源
凡是構成微生物細胞物質或代謝產物中氮元素來源的營養物質，都稱為氮源。細胞的氮物質中氮含量僅次於碳和氧。氮是組成核酸和蛋白質的重要元素，對微生物生長發育有著重要的作用。從分子態的N2到複雜的含氮化合物都能被不同的微生物所利用，而不同類型的微生物能利用的氮源差異較大。
氮源一般隻提供合成細胞質和細胞中其他結構的原料，不作為能源。隻有少量細菌，如硝化細菌能利用銨鹽、硝酸鹽作氮源和能源。某些梭菌對糖的利用不活躍，可以利用氨基酸為唯一的能源。
四、無機鹽
無機鹽也是微生物生長所不可缺少的營養物質。磷、硫、鉀、鈉、鈣、鎂等鹽參與細胞結構組成，並與能量轉移、細胞透性調節功能有關。鐵、錳、銅、鈷、鋅、銀等鹽一般是酶的輔助因子。
五、生長因子
某些微生物不能以普通的碳源、氮源合成，而需要另外少量加入來滿足生長需要的有機物質，這些物質成為生長因子。包括氨基酸、維生素、嘌呤和嘧啶堿及其衍生物。有時也包括一些脂肪酸及其他膜成分。
各種微生物所需的生長因子互不相同，有的需要多種，有的僅需一種，有的不需要。一種微生物所需的生長因子也會隨培養條件的變化而變化。如在培養基中有無前體物質、通氣條件、ph和溫度等條件都會影響微生物對生長因子的需求。
六、能源
能源是指能為微生物的生命活動捉供最初能量來源的營養物或輻射能。化能異養型微生物的能源即碳源。化能自養型微生物的能源都是還原態的無機物。
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