农业微生物学：第四章 微生物的营养与培养基
第四章 微生物的营养和培养及
第四章 微生物的营养与培养基目的要求：通过本章的课堂教学，使学生了解微生物营养类型的特点及多样性，以及根据不同微生物各自的营养要求，配制相应的培养基对微生物培养的理论知识，为今后对微生物的研究与利用打下基础。
教学内容：1、微生物的6类营养要素2、微生物的营养类型3、营养物质进入细胞的方式单纯扩散(simple diffusion)促进扩散(facilitated diffusion)主动运输(active transport)基团移位(group translocation)4、培养基(media)配制的原则5、培养基的种类重点内容：微生物 营养类型营养物质进入细胞的方式培养基(media)配制的原则及主要培养基类型营养（nutrition）：微生物CUN 从外部环境中摄取对其生命活动必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖等生理活动的过程。
营养物质（nutrient）：那些能够满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需要的物质称为营养物质。
营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是微生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。
第一节 微生物的六种营养要素一、微生物细胞的化学组成细胞化学元素组成：主要元素: 包括碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等，碳、氢、氧、氮、磷、硫等微量元素: 包括锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
微生物细胞组成：有机物、无机物和水。
有机物：主要包括蛋白质、糖、脂、核酸、维生素以及它们的降解产物和一些代谢产物等物质。
无机物：是指与有机物相结构或单独存在于细胞中的无机盐(inorganic salt)等物质。
水：细胞维持正常生命活动所不可少的，一般可占细胞重量的70%-90%。
二、微生物的营养要素营养物质按照它们在机体中的生理作用不同，可以将它们区分成碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
1、碳源：在微生物生长过程中能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物质称为碳源。
碳源物质在细胞内经过一系列复杂的化学变化后成为微生物自身的细胞物质（如糖类、脂类、蛋白质等）和代谢产物，同时绝大部分碳源物质在细胞内生化反应过程中还能为机体提供维持生命活动所需的能源，因此碳源物质通常也是能源物质。
第4章 微生物的营养与培养基
基团移位
基团转移运输特点：（p93）
需要磷酸酶系统进行催化
被运输的物质发生化学变化，被磷酸化 需要能量
4 种运送方式 总结
浓度梯度 单纯扩散 促进扩散 主动运输 高 高 低 低 低 高 能量 不需 不需 需 载体 不需 需 需 动力 浓度差 浓度差 能量
基团移位
低
高
需
需
能量
4种运送营养方式的比较
促进扩散 （p93）
①不消耗能量 ②参与运输的物质本身的分子结构不发生变化
特 点
③不能进行逆浓度运输
④运输速率与膜内外物质的浓度差成正比 ⑤需要载体参与
图4 主动运输示意图
三、主动运输特点
被运送的物质可逆 浓度梯度进入细胞 内 消耗能量，必需有 能量参加。 有膜载体参加，膜 载体发生构型变化 被运送物质不发生 任何变化。
葡萄糖 5g
1g
NH4H2PO4 1g NaCl 5g MgSO4.7H2O 0.2g K2HPO4
H2O 1000ml
2. 营养协调 （p96）
培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度 过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长 起抑制作用。 培养基中各营养物质之间的浓度配比直接影响微生物的生长繁殖 和代谢产物的形成和积累，碳氮比（C/N）的影响较大。 碳氮比：培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养 基中还原糖与粗蛋白之比。
单功能营养物：如辐射能 双功能营养物：NH4+是硝酸细菌的能源和氮源 三功能营养物：如”N.C.H.O”是异养微生物的能源、碳源及氮 源。
第二节 微生物的营养类型
营养类型 碳源 能源 代表菌 蓝细菌 绿硫细菌 藻类 红螺菌科 硝化细菌 硫化细菌 绝大多数细菌 全部真核微生物
第四章微生物的营养与培养基[可修改版ppt]
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主要利用脂肪，在特定条件下将磷脂分 解为甘油和脂肪酸而加以利用。
利用烃的微生物细胞表面有一种由糖脂 组成的特殊吸收系统，可将难溶的烃充 分乳化后吸收利用。
CO2 NaHCO3、CaCO3、白垩等
芳香族化合物、氰化物 蛋白质、核酸等
为自养微生物所利用。
为自养微生物所利用。
利用这些物质的微生物在环境保护方面 有重要作用。 当环境中缺乏碳源物质时，可被微生物 作为碳源而降解利用。
最适碳源 C-H-O
最适碳源 最适糖类 最适单糖 最适多糖
糖 >醇 >有机酸 >脂类 单糖 > 双糖 > 多糖 已糖 > 戊糖 淀粉 > 纤维素 > 木质素、几丁质
根据微生物利用的碳源物质不同将其分为 ① 自养微生物：以无机碳源作主要碳源的微生物 ② 异养微生物：凡必须利用有机碳源的微生物
第四章微生物的营养与培养基
本章内容
第一节、微生物的营养要求 （微生物需要吃什么？）
第二节、微生物的营养类型
第三节、培养基 （如何给微生物做饭）
第四节、营养物质进入细胞
（微生物是怎样吃东西的）
第一节 微生物的营养六要素
一、微生物的化学组成
构成：水（75-90%）、无机盐、蛋白质、 糖、脂类、核酸 元素：
NH3 铵盐 硝酸盐
分子氮
N2
微生物利用的氮源物质
种类
蛋白 质类
氨及 铵盐
氮源物质
蛋白质及其不 同程度降解产 物(胨、肽、 氨基酸等) NH3、 (NH4)2SO4等
元素 水平
N.C. H.X
N·H
备注
大分子蛋白质难进入细胞，一些真菌和少数细 菌能分泌胞外蛋白酶，将大分子蛋白质降解利 用，而多数细菌只能利用相对分子质量较小其 降解产物
第四章微生物的营养和培养基
第四章微生物的营养和培养基微生物的营养：为了满足其生长和繁殖的的需要微生物从外界摄取其生命活动所必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。
即获得与利用营养物质的功能。
微生物的营养物质：能够满足微生物的生长繁殖和完成其各种生理活动所需要的物质称为微生物的营养物质。
即具有营养功能的物质。
微生物的营养物质可为它们正常的生命活动提供结构物质（大分子碳架）、能量、代谢调解物质和良好的生理环境。
微生物的营养物质来源除无机、有机物质外，还包括光能这种非物质形式的能源。
第一节微生物的六类营养要素1 微生物的营养要求2 微生物的六类营养要素一微生物的营养要求（一）微生物细胞的化学组成微生物细胞由C、H、O、N、S、P、Mg、K、Na、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Mo、Zn等化学元素组成，且以C、H、O、N、S、P六种元素为主，占细菌细胞干重的97%。
微生物细胞中的这些元素主要以水、有机物和无机盐的形式存在于细胞中。
有机物主要为：蛋白质、糖、脂、核酸、维生素及它们的降解物与一些代谢产物等物质组成。
无机物则是：参与有机物组成或单独存在于细胞原生质内的无机盐等灰分物质中。
水是细胞的一种主要成分，一般占微生物营养体重量的百分比：细菌80%左右、酵母菌75%左右、霉菌85%左右；霉菌孢子含水约39%、细菌芽孢核心部分的含水量低于30%。
细胞内的有机物、无机物和水等共同赋予细胞的遗传连续性、透性和生化活性。
（二）微生物的营养要求微生物细胞也和其他高等生物细胞一样，在元素水平都需要20种左右，且以C、H、O、N、S、P六种元素为主；在营养要素水平上都在六大类的范围内：碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。
二微生物的六类营养要素（一）碳源1 碳源（carbon source）一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物，称为碳源。
碳源是微生物需要量最大的营养物，又称大量营养物。
2 微生物的碳源谱微生物可利用的碳源范围即碳源谱。
5第四章微生物的营养和培养基-精选文档
有机氮源
蛋白胨 黄豆粉 玉米浆
无机氮源
铵盐 硝酸盐 N2
速效氮源 迟效氮源
3.能源 (energy source)
化学物质
(化能营养型）
有机物 无机物 辐射能
(光能营养型）
4.生长因子 (growth factor)
主要有三类：
氨基酸 维生素 碱基
单纯扩散
水的扩散——渗透。
渗透
无 细 胞 壁 时 的 渗 透
促进扩散 (facilitated diffusion)
需要特异性载体蛋白 (carrier protein)，即渗透 酶 (permease)（大多为诱导酶）。 每种载体蛋白运输相应的物质。 原理：利用膜内、膜外被运输物质和载体蛋白 的亲和力的不同。 从高浓度到低浓度。 如酿酒酵母对各种糖、氨基酸和维生素的吸收， 及大肠杆菌对甘油的吸收。
钠离子同向运输在真核细胞的 糖和氨基酸吸收中起重要作用
主动运输 3.Na+, K+-ATP酶系统
——一种重要的离子通道蛋白
作用：富集K+
存在于原生质膜上面
基团移位 (group translocation)
在运输过程中，物质分子发生了化学
变化。 每输入一个葡萄糖分子，就要消耗一 个ATP的能量。
一、微生物细胞的化学组成 水：70%-90%
微生物细胞
干物质
无机物（盐）
有机物
蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等 及其降解产物
细胞化学元素组成：
主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等； 微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。
第四章微生物的营养和培养基
第四章微生物的营养和培养基第四章微生物的营养和培养基本章重点: 营养、营养物的概念；微生物的六大营养要素及其功能；微生物的营养类型；营养物质的运输方式。
本章难点：培养基及其类别；营养基的选用原则、营养基的设计及配制的原则与方法。
建议学时：8学时营养物：能为机体生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境的物质称为营养物。
营养：指生物体从外部环境摄取其生命活动所必须的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。
第一节微生物的六类营养要素一、细胞化学组成微生物细胞的化学组成（以大肠杆菌为例）元素碳氧氮氢磷硫钠钾钙镁氯铁其他干重(%) 50.0 20.0 14.0 8.0 3.0 1.0 1.0 1.0 0.5 0.5 0.5 0.2 0.31、水分和无机元素含水70-90%（鲜重），无机元素（3-10%干重）依次为P、S、K、Mg、 Ca、Fe、Zn、Mn等。
2、有机物蛋白质,核酸,碳水化合物,类脂,维生素等。
二、微生物的六种营养要素及其功能（一）碳源：1、定义：凡可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质称为碳源。
2、生理功能：构成细胞物质，供给微生物生长发育所需要的能量。
3、碳源谱(1)碳源谱特点1）微生物能利用的碳源类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。
2）碳源谱的广度是从整个微生物界的角度来讨论的。
如果针对某一种具体微生物来看，则不同种的微生物其具体碳源利用范围是很悬殊的。
3）凡必须利用有机碳源的微生物，就是为数众多的异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物。
4）对异养微生物来说，它的碳源同时又充作能源，这时，可认为碳源是一种双功能的营养物。
(2) 利用顺序对异养微生物来说，其最适碳源则是"C.H.O"型。
其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸类和脂类等。
在糖类中，单糖胜于双糖和多糖，己糖胜于戊糖，葡萄糖、果糖胜于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物(如木质素)。
《微生物学教学课件》第四章微生物营养和培养基
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▪ 6 能源
▪ 为微生物的生命活动提供最初能量，主要 来自于营养物或辐射能。
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能源供体
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上节内容回顾
发酵液感染噬菌体后的变化
微生物的六种营养要素 生长因子的定义
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23
第二节 微生物的营养类型
以能源及碳源的不同对微生物进行分类
▪根据能源进行区分：光能营养型、化能 营养型 ▪根据碳源进行区分：有机营养型、无机 营养型
类 元素水平 型
N·C·H·O·X 有 机 氮 N·C·H·O
N·H 无 机 N·O 氮N
化合物水平
复杂蛋白质、核酸等
尿素、一般氨基酸、 简单蛋白质等 NH3、铵盐等 硝酸盐等 N2
培养基原料水平
牛肉膏、酵母膏、饼 粕粉、蚕蛹粉等
尿素、蛋白胨、明胶 等 (NH4)2SO4等 KNO3等 空气
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N2→NH3（根瘤菌及其他固氮微生物） ②无机氮化合物：NH4+ 、NO3-
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9
2）有机氮源
①尿素：CO（NH2）2 ，一部分微生物可以转化 其为氨参与代谢
②小分子含氮化合物：氨基酸、肽等
③大分子含氮化合物：蛋白质等
黄豆粉、鱼粉、蚕蛹粉等常被作为工业培养 基的N源
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10
微生物的氮源谱
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3）根据对生长因子的要求，微生物可以区
分为生长因子自养型、生长因子异养型、生 长因子过量合成型等三种。
▪ 链霉菌是VB12的过量合成型微生物 ▪ 阿舒假囊酵母是VB2的过量合成型微生物
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4 无机盐
大量元素：P、S、Mg、 Fe、 K、 Ca、 Na 微量元素：Cu、 Zn、 Mn、 Mo、 Co
微生物学：第四章微生物的营养与培养基
微 生 物
生长因子 需要量（ml-1
胆碱
硫胺素 B-丙氨酸
III型肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus） 白喉棒杆菌（Cornebacterium diphtherriae）
6ug
0.5ng 1.5ug
破伤风梭状芽孢杆菌（Clostridium tetani）
氮源
氮源谱
｛ ｛ ｛
有机氮 无机氮
蛋白质 核酸 氨基酸 尿素
NH3 铵盐 硝酸盐 N2
按氮源的不同，生物可分为：
氨基酸自养型生物：能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物
氨基酸异养型生物：不能利用尿素、铵盐、硝酸盐甚至氮 气的生物
常用的蛋白质类氮源包括蛋白胨、鱼粉、蚕蛹、黄豆饼 粉、玉米浆、牛肉浸膏、酵母浸膏等
④热的良好导体；
⑤通过水合作用与脱水作用控制由多亚基组成的结构
第二节
生长所需要的碳源
微生物的营养类型
自养型生物
异养型生物
光能营养型
生物生长过程中能量的来源
划分依据 碳源 能源 电子供体 营养类型 自养型(autotrophs) 异养型(heterotrophs) 光能营养型(phototrophs) 化能营养型(chemotrophs) 无机营养型(lithotrophs) 有机营养型(organotrophs)
碳源谱
｛
有机碳 无机碳
异养微生物
自养微生物
微生物利用的碳源物质主要有糖类、有机酸、醇、 脂类、烃、CO2及碳酸盐等。糖类是最广泛利用的碳源。
对于为数众多的化能异养微生物来说，碳源是兼有 能源功能营养物。
第4章_微生物的营养(答案)
第4章微生物的营养和培养基填空题1.微生物生长繁殖所需六大营养要素是、、、、和。
碳源氮源无机盐生长因子水能源2．根据，微生物可分为自养型和异养型。
碳源3．根据，微生物可分为光能营养型和化能营养型。
能源4. 根据，微生物可分为无机营养型和有机营养型。
氢供体5. 根据碳源、能源和氢供体性质的不同，微生物的营养类型可分为、、和。
光能无机自养光能有机异养化能无机自养化能有机异养6．设计、配制培养基所要遵循的原则包括、、和。
目的明确营养协同理化适宜经济节约7．按所含成分划分，培养基可分为、、和。
天然培养基组合培养基半组合培养基8．按物理状态划分，培养基可分为、、和。
固体半固体液体脱水培养基9．按用途划分，培养基可分为、、和等4种类型。
基础加富鉴别选择10．营养物质进入细胞的方式有、、和。
单纯扩散促进扩散主动运输基团移位11. 在营养物质的四种运输方式中, 只有__________ 运输方式改变了被运输物质的分子结构.基团移位12. 在营养物质运输中, 能逆浓度梯度方向进行营养物运输的运输方式是__________,__________。
主动运输、基团移位13. 在营养物质运输中顺浓度梯度方向运输营养物质进入微生物细胞的运输方式是__________ 和__________。
单纯扩散、促进扩散14. 在营养物质运输中既消耗能量又需要载体的运输方式是__________,__________。
主动运输、基团移位15、化能自养型和化能异养型微生物,生长所需的能量前者来自于_______的氧化放能,而后者则来自于_______的氧化放能；生长所需的碳源前者以_______为主,后者则以______为主要来源。
无机物有机物CO2 有机物16、光能自养型和光能异养型微生物的共同点是都能利用__________; 不同点在于前者能以__________ 作唯一碳源或主要碳源, 而后者则以__________ 作主要碳源, 前者以__________ 作供氢体而后者则以__________ 作供氢体。
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2、氮源（nitrogen source）
：凡能提供微生物生长繁殖所需氮元素的营养源。
氮是构成蛋白质和核酸的主要元素，蛋白质和核酸都 是重要的生命物质。
微生物的氮源谱
类 元素水平 化合物水平 型
在培养基的原料水平上，常添加酵母膏、玉米浆、 麦芽汁、肝浸液等作为生长因子。
5、无机盐（mineral salts）/矿质元素
为微生物细胞生长提供碳、氮源以外的多种重要元素。
大量元素：P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe （微生 物生长所需浓度在10-3~10-4mol/L） 微量元素：Cu、Zn、Mn、Mo、Co （微生物生长 所需浓度在10-6~10-8mol/L）
无 C(?) 机 碳 C·O
C·O·X
—
CO2 NaHCO3
—
CO2 NaHCO3、CaCO3等
微生物可利用的碳源（化合物分类）
糖类：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖，淀粉，半乳糖，乳糖，甘 露糖，纤维二糖，纤维素，半纤维素，甲壳素，木质素，等 有机酸：乳酸，柠檬酸，延胡索酸，低级脂肪酸，高级脂肪酸， 氨基酸，等 醇类：乙醇，等 脂类：脂肪，磷脂，等 烃类：天然气，石油，石油馏分，石蜡油 ，等
微生物的碳源谱
类 元素水平 型
化合物水平
培养基原料水平
C·H·O·N· 复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、蛋白胨、花生
有X
饼粉等
机 C·H·O·N 多数氨基酸、简单蛋 一般氨基酸、明胶等
碳
白质等
C·H·O
糖、有机酸、醇、脂 葡萄糖、蔗糖、各种淀
类等
粉、糖蜜等
C·H
烃类
天然气、石油及其不同 馏份、石蜡油等
碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐、水
无论从元素水平还是营养要素水平，微生物的营养要求 与动物和植物都十分接近。 ——生物之间存在“营养上的统一性”
1、碳源（carbon source）
：一切能满足微生物生长繁殖所需碳元素的营养物。
微生物细胞碳元素含量约占干重的50%。除水分外，碳 源是需要量最大的营养物——大量营养物。
培养基原料水平
N·C·H·O·X
有 机 氮
N·C·H·O
复杂蛋白质、核酸等 牛肉膏、酵母膏、 饼粕粉、蚕蛹粉等
尿素、一般氨基酸、简 尿素、蛋白胨、明
单蛋白质等
胶等
N·H
无 机 N·O 氮
N
NH3、铵盐等 硝酸盐等 N2
(NH4)2SO4等 KNO3等 空气
有机氮源：蛋白质及其降解产物（如胨、肽、氨基酸等）、 牛肉膏、鱼粉、花生饼粉、黄豆饼粉、玉米浆等
第四章 微生物的营养与培养基
营养(nutrition)
生物体从外部环境中摄取生命活动必需的物质和能量，以满足正 常生长、繁殖和各种生理活动之所需。
营养是一切生命活动所必需的物质基础，有了营养，才可以进一 步进行代谢、生长和繁殖。
营养物
是指具有营养功能的物质（包括光辐射能在内）。
微生物是杂食性的：
一般生物能利用的，微生物能利用；
4、 生长因子 (growth factor) 一类调节微生物正常代谢所必需，但不能用简单的碳源、 氮源自行合成的有机物。
生长因子：维生素、碱基、卟啉及其衍生物、甾醇等
生长因子自养型微生物：多数真菌、放线菌和细菌；
生长因子异养型微生物：乳酸菌、营养缺陷型突变株及致病菌；
生长因子过量合成的微生物：可用其生产有关的生长因子（如维生 素），如阿舒假囊酵母生产B2，谢氏丙杆菌、有些链霉菌生产B12 等。
辐射能 光能自养和光能异养微生物的能源
化能自养微生物的能源——无机物 （不同于碳源）
主要有：NH4+、 S 、NO2-、H2S、Fe2+ 能利用这类能源的微生物主要是一些原核类的生物——亚硝酸 细菌、硫细菌、铁细菌等。
根据营养物的功能：
单功能营养物： 辐射能
双功能营养物： 例如NH4+可以作为能源，又可作为氮源 三功能营养物： N ·C ·H ·O类营养物质常是异养微生物的能源， 碳源兼氮源 。例如：氨基酸
无机氮源：铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素、 氨
气态氮源：大气中N2
在微生物的培养基组分中，最常用的氮源 牛肉膏、酵母膏、蛋白胨。
3、能源（energy source）
能为微生物生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射 能。
能源谱：
有机物——化能异养微生物的能源（同碳源） 化学物质
无机物——化能自养微生物的能源（不同于碳源）
在微生物的培养基组分中，最常用的碳源物质主要有葡萄糖、蔗 糖、淀粉、糖蜜、麸皮、米糠。
注意：
1、在多糖中，虽然蛋白质、氨基酸、牛肉膏、蛋白胨 等原料组分也是C·H·O·N和C·H·O·N·X，但是一般作氮 源，而不是降格做碳源使用。
2、对一切异养菌来说，其碳源可同时兼作能源，因此 碳源是它们的双功能营养物。
一般生物不能利用的，微生物也能利用； 对一般生物有害的，微生物还能利用。
第一节 微生物的营养六要素
一、 微生物菌体的化学组成——元素水平 主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙等
占细胞干重的97%
微量元素：锌、锰、氯、钼、硒、钴、铜等
二、微生物的6类营养要素
按照营养物质在菌体中的生理作用的不同，可以将它们 分成六大类。
CO2 碳酸盐：NaHCO3, CaCO3, 白垩，等 其他：芳香族化合物，氰化物，蛋白质，肽，核酸
碳 无机碳——自养微生物（以无机碳源做主要碳源） 源 谱 有机碳——异养微生物（必须利用有机碳源）
对于异养微生物来说，糖类是广泛的碳源。
糖类中： 单糖>双糖>多糖 葡萄糖、果糖>半乳糖、甘露糖等 淀粉>纤维素、几丁质等
Lactobacillus spp. (各种乳酸杆菌)
Leuconostoc mesenteroides (肠膜状明串珠菌)
Proteus morganii (摩氏变形杆菌)
Leuconostoc dextranicum (葡聚糖明串珠菌)
ctobacillus spp.
Bacteroides melaninogenicus (产黑素拟杆菌)
若干细菌所需要的生长因子
维生素
微生物的种
硫胺素（B1） 核黄素（B2） 烟酸（B3） 吡哆酸 （B6） 生物素 泛酸（B5） 叶酸 钴胺酸（B12） 维生素K
Bacillus anthracis (炭疽芽孢杆菌)
Clostridium tetani (破伤风梭菌)
Brucella abortus (流产布鲁氏杆菌)