(一)水分
水分是微生物细胞的主要组成成分，大约占鲜重的70%～90%.不同种类微生物细胞含水量不同.同种微生物处于发育的不同时期或不同的环境其水分含量也有差异，幼龄菌含水量较多，衰老和休眠体含水量较少.微生物所含水分以游离水和结合水两种状态存在，两者的生理作用不同.结合水不具有一般水的特性，不能流动，不易蒸发，不冻结，不能作为溶剂，也不能渗透.游离水则与之相反，具有一般水的特性，能流动，容易从细胞中排出，并能作为溶剂，帮助水溶性物质进出细胞.微生物细胞游离态的水同结合态的比例为4：1.
微生物细胞中的结合态水约束于原生质的胶体系统之中，成为细胞物质的组成成份，是微生物细胞生活的必要条件.游离水是细胞吸收营养物质和排出代谢产物的溶剂及生化反应的介质;一定量的水分又是维持细胞渗透压的必要条件.由于水的比热高又是热的良导体，能有效地调节细胞内的温度.微生物如果缺乏水分，则会影响代谢作用的进行.
(二)碳源物质
凡是可以被微生物利用，构成细胞代谢产物碳素来源的物质，统称为碳源物质.碳源物质通过细胞内的一系列化学变化，被微生物用于合成各代谢产物.微生物对碳素化合物的需求是极为广泛的，根据碳素的来源不同，可将碳源物质分为无机碳源物质和有机碳源物质.糖类是较好的碳源，尤其是单糖(葡萄糖，果糖)，双糖(蔗糖，麦芽糖，乳糖)，绝大多数微生物都能利用.此外，简单的有机酸，氨基酸，醇，醛，酚等含碳化合物也能被许多微生物利用.所以我们在制作培养基时常加入葡萄糖，蔗糖作为碳源.淀粉，果胶，纤维素等，这些有机物质在细胞内分解代谢提供小分子碳架外，还产生能量供合成代谢需要的能量，所以部分碳源物质既是碳源物质，同时又是能源物质.
在微生物发酵工业中，常根据不同微生物的需要，利用各种农副产品如玉米粉，米糠，麦麸，马铃薯，甘薯以及各种野生植物的淀粉，作为微生物生产廉价的碳源.这类碳源往往包含了几种营养要素.
(三)氮源物质
微生物细胞中大约含氮5%～13%，它是微生物细胞蛋白蛋和核酸的主要成分.氮素对微生物的生长发育有着重要的意义，微生物利用它在细胞内合成氨基酸和碱基，进而合成蛋白质，核酸等细胞成分，以及含氮的代谢产物.无机的氮源物质一般不提供能量，只有极少数的化能自养型细菌如硝化细菌可利用铵态氮和硝态氮在提供氮源的同时，通过氧化产生代谢能.
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