人类需要食物维持生存，微生物的生存同样也需要“食物”。人为制备的微生物的食物就是“培养基”。微生物的生长，除了需要培养基，还需要合适环境，例如温度、水分、气体条件等。
一、微生物的营养组成
1.微生物细胞的化学组成
微生物细胞化学组成成分分析表明，与其他高等动植物细胞一样，微生物细胞也是由大量元素和微量元素构成，其中大量元素为碳、氢、氧、氮、磷、硫六种元素，能占细菌细胞干重的97%，如表3-1所示；微量元素有铁、锰、锌等。
微生物细胞中这些元素主要以蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解产物、代谢产物等有机物水和无机盐等无机物的形式存在，如表3-2所示。
表3-1 微生物细胞中主要元素的含量单位：%细胞干重
表3-2 微生物细胞的化学组成单位：%细胞干重
2.微生物的营养要素
能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质通常称为微生物的营养物质。微生物获得与利用营养物质的过程通常称为营养，或营养作用。
微生物细胞的化学组成可以反映微生物生长繁殖的物质需要，因此对细胞化学组成的分析可以将微生物的营养物质分成六大营养要素，即水、碳源、氮源、能源、无机盐和生长因子。
（1）水 水是微生物细胞重要的组成成分，一般可占细胞干重的90%以上。水在细胞中有两种存在形式：一种为结合水，结合水与溶质或其他分子结合在一起，很难利用，也不易结冰和蒸发；另一种是自由水，或称非结合水，在细胞中呈游离状态，能够被微生物利用，是营养的吸收、转化和代谢物排出的介质及基本溶剂。在微生物的细胞内，自由水与结合水的比例约为4∶1，当水分不足时，将会影响整个机体的新陈代谢。
水的重要生理功能表现在下列几方面：①细胞的构成成分；②一系列生理生化反应的反应介质；③参与许多生理生化反应；④有效地控制细胞内的温度变化。
（2）碳源 凡是提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源。碳源构成细胞物质，碳约占细胞干物质的50%；碳源能为机体提供整个生理活动所需要的能量（异养微生物）。
可作为微生物营养的碳源物质种类很多，从简单的无机物到复杂的有机含碳化合物，如表3-3所示。但不同的微生物，其利用碳源的能力不同。
表3-3 微生物的碳源谱
（3）氮源 凡是提供微生物营养所需的氮元素的营养源，称为氮源。
氮源物质的主要作用在于能够合成细胞物质中含氮物质；作为少数自养细菌机体生长所需的氮源与能源；作为某些厌氧细菌的能源物质。如表3-4所示。
表3-4 微生物的氮源谱
（4）能源 指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。微生物的能源谱如下所示：
（5）无机盐 无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物质，它们为机体生长提供多种重要的生理功能：①构成细胞的组成成分；②作为酶的组成成分，能维持酶的活性；③调节细胞的渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位；④作为某些自养菌的能源。
微生物对P、S、K、Mg、Ca、Na、F等无机盐的需求量较大（所需浓度10-4～10-3mol/L），称为大量元素。它们参与细胞结构组成、能量转移、渗透压调节等，没有它们，微生物就无法生长。
Cu、Zn、Mn、Mo、Co等，微生物的需求量不大（所需浓度10-8～10-6mol/L），被称为微量元素。
不同微生物对不同元素的需求不同，其中Fe介于大量元素和微量元素之间。
（6）生长因子 生长因子是一类对微生物正常代谢必不可少且不能用简单的碳源或氮源自行合成的有机物，主要包括维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶（碱基）及其衍生物，此外还有甾醇、胺类、脂肪酸等。缺乏合成生长因子能力的微生物称为“营养缺陷型”微生物。
二、微生物的营养类型
微生物的营养类型较为复杂，根据不同的分类方法，可以将微生物分成不同的营养类型。根据生长所需要的营养物质的性质，可将微生物分成自养型和异养型。自养型微生物能在完全无机的环境中生长和繁殖，能以简单的无机物例如CO2或碳酸盐作为营养物质，合成细胞有机物。而异养型微生物的合成能力较差，在生长时需要以复杂的有机物作为营养物质，主要为有机碳化合物。
根据微生物获取生长能量的来源不同，又可将微生物分成四种类型：光能自养型、光能异养型、化能自养型和化能异养型，如表3-5所示。
表3-5 微生物的营养类型
三、微生物的营养物质的摄取方式(www.xing528.com)
微生物从外界摄取营养物质的方式随微生物或营养物质的种类不同而不同，可归纳为吞噬和渗透两种类型，其中绝大多数微生物以渗透方式吸收营养物质。
在以渗透方式吸收营养物质的过程中，根据物质运输的特点，将运输方式分为4种：单纯扩散、促进扩散、主动运输和基团转位。
1.单纯扩散
单纯扩散又称被动扩散，它是由于细胞质膜内外营养物质存在浓度差而产生的物理扩散作用，是非特异性的一种营养物质吸收方式。单纯扩散通过细胞质膜中的含水小孔，由高浓度的胞外环境向低浓度的胞内扩散，其扩散速度取决于浓度差、物质分子大小、溶解性、极性、pH、离子强度和温度等因素。
单纯扩散是不需要代谢能的运输方式，因此物质不能进行逆浓度运输。在扩散过程中，营养物质的结构不发生变化：既不与膜上的分子发生反应，本身的分子结构也不发生变化。
2.促进扩散
促进扩散是指营养物质在运输过程中，必须借助细胞质膜上载体蛋白（又称透过酶）的协助，但不消耗代谢能的一类扩散性运输方式。促进扩散的动力依然是细胞质膜内外营养物质的浓度差，不消耗能量，不能改变最终达到的膜内外浓度相等的动态平衡。
促进扩散的特点：①被运输的物质有高度的专一性，即一定的载体蛋白只与一定的营养物质离子或结构相近的分子结合；②在载体蛋白的协助下，能提高物质运输的速度；③当细胞质膜外的营养浓度过高时，由于载体蛋白的数量有限则会表现出饱和效应。
促进扩散的运输方式多见于真核微生物中，例如通常在厌氧生活的酵母菌中，某些物质的吸收和代谢产物的分泌是通过这种方式完成的。
3.主动运输
主动运输是微生物吸收营养物质的主要方式。对大多数微生物而言，环境中的营养物质其浓度总是低于细胞内浓度的。如果要逆浓度将营养物质吸收到细胞内部，就必须要消耗能量，同时还需要载体蛋白的协助。这种将营养物质逆自身浓度梯度由低浓度向高浓度处移动，并在细胞内富集的过程，称为主动运输。
主动运输的特点是：①特异性，即养料与载体蛋白之间存在专一对应关系；②逆浓度梯度进行运输，消耗代谢能；③能改变养料运输反应的平衡点。
4.基团转位
基因转位是一种特殊的主动运输，它也需要特异性载体蛋白和消耗能量；但与普通的主动运输不同的是，营养物质在运输的过程中发生了分子结构的改变。
基因转位主要用于葡萄糖、果糖、甘露糖、核苷酸、丁酸和嘌呤等物质，目前仅在原核生物中发现该过程。
以上这四种运输方式的区别如表3-6所示。
表3-6 四种运输方式的区别
四、微生物的培养
微生物的培养应根据其种类不同或培养目的的不同来选择适宜的方法、培养基和培养条件（温度、pH、时间、对氧的需求与否等）。了解细菌生长繁殖的条件、影响因素及规律，对培养和研究细菌的生物学特性均有重要意义。细菌生长繁殖的条件如下。
1.充足的营养
必须有充足的营养物质（水、碳源、氮源、无机盐及生长因子等）才能为细菌的新陈代谢及生长繁殖提供必需的原料和足够的能量。
2.适宜的温度
细胞生长的温度极限为-7～90℃。各类细菌对温度的要求不同，可分为嗜冷菌，最适生长温度为（-10～20℃）；嗜温菌，20～40℃；嗜热菌，在高至56～60℃生长最好。病原菌均为嗜温菌，最适温度为人体的体温，即37℃，故检验室一般采用37℃培养细菌。常见的大肠杆菌在15～45℃均可发育，最适宜生存温度为37℃。有些嗜温菌低温也可生长繁殖，如5℃冰箱内，金黄色葡萄球菌缓慢生长释放毒素，故食用过夜冰箱冷存食物，可致食物中毒。
3.合适的酸碱度
在细菌的新陈代谢过程中，酶的活性在一定的pH范围才能发挥。多数病原菌最适pH为中性或弱碱性（pH7.2～7.6）。人类血液、组织液pH为7.4，细菌极易生存。胃液偏酸，绝大多数细菌可被杀死。个别细菌在碱性条件下生长良好，如霍乱弧菌在pH8.4～9.2时生长最好；也有的细菌最适pH偏酸，如结核杆菌（pH6.5～6.8）、乳酸杆菌（pH5.5）。细菌代谢过程中分解糖产酸， pH下降，影响细菌生长，故培养基中应加入缓冲剂，以保持pH稳定。
4.必要的气体环境
氧的存在与否和微生物生长有关，有些细菌仅能在有氧条件下生长；有的只能在无氧环境下生长；而大多数病原菌在有氧及无氧的条件下均能生存。一般细菌代谢中都需CO2，但大多数细菌自身代谢所产生的CO2即可满足需要。有些细菌，如脑膜炎双球菌在初次分离时需要较高浓度的CO2，否则生长很差甚至不能生长。根据细菌代谢时对分子氧的需要与否，可分为三类：专性需氧菌、专性厌氧菌、兼性厌氧菌，如大肠杆菌是需氧和兼性厌氧菌。
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