微生物的生长需要营养物质以满足机体生长、繁殖和完成各种生理需要。微生物的营养物质分成六大类营养要素，即水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。
一、水
水是微生物细胞的重要组成成分，在代谢中占有重要的地位。微生物生命活动中的化学反应绝大多数是在水中进行，细胞内外物质交换通常也是在溶解水中进行。水在细胞中以结合水或游离水的形式存在，结合水与溶质或其他分子结合在一起，很难加以利用，游离水则可以被微生物利用。
二、碳源
凡是可以作为微生物细胞结构或代谢产物中碳架来源的营养物质，称为碳源。微生物对碳的需求最大，细胞干物质中的碳约占50%。可作为微生物营养的碳源物质种类极其广泛，包括简单的无机物、复杂的有机含碳化合物等。
大多数微生物是异养型的，它们以有机化合物为碳源，能利用的碳源种类很多，但其中糖类是最好的碳源，少数微生物能利用酚、瓴化物等有机毒物做碳源。对于异养微生物，碳源物质通过机体内一系列复杂的化学反应，最终用于构成细胞物质或为机体提供完成整个生理活动所需的能量。所以，碳源往往也是能源物质。自养菌以CO2、碳酸盐为唯一或主要碳源。不少种类的异养型微生物，尤其是生长在动物的血液、组织和肠道中的致病微生物，除必需有机碳源外，还需要少量CO2才能正常生长。
三、氮源
凡是构成微生物细胞物质或代谢产物中氮元素来源的营养物质，都称为氮源。细胞的氮物质中氮含量仅次于碳和氧。氮是组成核酸和蛋白质的重要元素，对微生物生长发育有着重要的作用。从分子态的N2到复杂的含氮化合物都能被不同的微生物所利用，而不同类型的微生物能利用的氮源差异较大。
氮源一般只提供合成细胞质和细胞中其他结构的原料，不作为能源。只有少量细菌，如硝化细菌能利用铵盐、硝酸盐作氮源和能源。某些梭菌对糖的利用不活跃，可以利用氨基酸为唯一的能源。
四、无机盐
无机盐也是微生物生长所不可缺少的营养物质。磷、硫、钾、钠、钙、镁等盐参与细胞结构组成，并与能量转移、细胞透性调节功能有关。铁、锰、铜、钴、锌、银等盐一般是酶的辅助因子。
五、生长因子
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来满足生长需要的有机物质，这些物质成为生长因子。包括氨基酸、维生素、嘌呤和嘧啶碱及其衍生物。有时也包括一些脂肪酸及其他膜成分。
各种微生物所需的生长因子互不相同，有的需要多种，有的仅需一种，有的不需要。一种微生物所需的生长因子也会随培养条件的变化而变化。如在培养基中有无前体物质、通气条件、ph和温度等条件都会影响微生物对生长因子的需求。
六、能源
能源是指能为微生物的生命活动捉供最初能量来源的营养物或辐射能。化能异养型微生物的能源即碳源。化能自养型微生物的能源都是还原态的无机物。
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