细菌生长需要特定的营养物质，培养基的配方用于满足这些营养需求。了解营养需求和培养基类型对于在实验室中培养、分离和鉴定微生物至关重要。

营养需求

宏量营养素包括碳（最丰富的元素，占干重的50%）、氮（用于蛋白质和核酸，占干重的12-15%）、磷（用于核酸和ATP）、硫（用于氨基酸和辅因子）以及矿物质如Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺和Fe²⁺。微量营养素（微量元素）包括铁、锌、锰、铜、钴、钼和镍，以微摩尔或纳摩尔浓度需求用于酶功能。生长因子是细菌无法合成的有机化合物，包括维生素（生物素、硫胺素、B₁₂）、氨基酸、嘌呤和嘧啶。

营养分类

自养生物以CO₂为唯一碳源；光能自养生物从光中获取能量（蓝细菌），而化能自养生物从无机化合物中获取能量（Nitrosomonas、Nitrobacter）。异养生物需要有机碳化合物——光能异养生物利用光但需要有机碳（某些紫色细菌），化能异养生物从有机化合物中获取能量和碳（大多数病原菌）。原养型可以从简单的碳源合成所有必需的有机化合物，而营养缺陷型由于突变已丧失合成一种或多种必需生长因子的能力。

培养基类型

复合培养基含有未定义的成分，如蛋白胨（蛋白质的酶解产物）、酵母提取物、牛肉提取物和酪蛋白水解物；营养琼脂、胰蛋白胨大豆琼脂（TSA）和Luria-Bertani（LB）肉汤是常见例子。限定（合成）培养基的所有成分化学定义明确，用于营养研究和代谢研究——M9基本培养基含有盐类、葡萄糖和NH₄Cl。富集培养基是营养丰富的培养基，支持苛养菌；血琼脂（含5%羊血的TSA）和巧克力琼脂（加热血琼脂，用于 Neisseria 和 Haemophilus）是例子。

选择性与鉴别培养基

选择性培养基含有抑制剂，可抑制不需要的微生物同时允许目标生物生长。MacConkey琼脂使用胆盐和结晶紫抑制革兰氏阳性菌，选择革兰氏阴性菌；甘露醇盐琼脂使用7.5% NaCl选择葡萄球菌。鉴别培养基根据代谢活性区分不同类型的微生物——MacConkey琼脂上乳糖发酵菌呈粉红色或红色，非发酵菌呈无色；EMB琼脂使 E. coli 呈现绿色金属光泽。选择性和鉴别特性通常结合在同一培养基中，如MacConkey琼脂。

特殊培养基

厌氧培养基提供还原氧环境，含有还原剂（半胱氨酸、巯基乙酸钠）和刃天青作为氧化还原指示剂；疱肉培养基和巯基乙酸酯肉汤支持专性厌氧菌。运输培养基在运输过程中维持脆弱生物的活力而不促进生长——Stuart培养基和Cary-Blair培养基保存病原体以用于临床实验室分析。指示培养基含有底物和指示剂，响应特定的酶活性产生可见变化；三糖铁（TSI）琼脂测试碳水化合物的发酵和H₂S的产生。

培养基灭菌

121°C高压灭菌15分钟是热稳定性培养基的标准灭菌方法，而含葡萄糖的培养基在降低的温度（115°C）下高压灭菌以防止焦糖化。热敏感培养基（如含有血清、抗生素或维生素的培养基）通过0.22 µm孔径的膜过滤灭菌。质量控制方面，每批培养基通过在35°C孵育48小时测试无菌性，并使用参考菌株（ATCC培养物）测试生长支持能力。

影响培养生长的因素

温度分类包括嗜冷菌（−5至20°C）、嗜温菌（20–45°C，包括大多数病原菌在35–37°C）、嗜热菌（45–80°C）和超嗜热菌（>80°C）。大多数细菌在pH 6.5–7.5下最适生长，但嗜酸菌（如 Lactobacillus、Helicobacter）偏好pH 2–5，嗜碱菌（如 Vibrio cholerae）偏好pH 8–10。关于氧气需求，专性需氧菌需要O₂，专性厌氧菌被O₂杀死，兼性厌氧菌在有或无O₂条件下均能生长，微需氧菌需要低浓度O₂（5–10%）。