维生素在培养基中主要作为辅酶或辅基的前体，参与并驱动细胞或微生物的多种代谢反应，是维持正常生长、增殖和代谢活性不可或缺的微量营养成分。
一、作为酶促反应的核心辅因子
维生素本身不提供能量，但其衍生物是超过30%酶促反应所必需的“催化剂助手”：
维生素B1（硫胺素）转化为焦磷酸硫胺素（TPP），作为丙酮酸脱氢酶复合体的辅基，催化丙酮酸转化为乙酰辅酶A，连接糖酵解与三羧酸循环，是能量代谢的关键节点。
维生素B2（核黄素）转化为FMN或FAD，参与电子传递链中的氧化还原反应，帮助细胞高效生成ATP。
生物素（维生素H）是多种羧化酶的辅基，参与脂肪酸合成和糖异生过程中的二氧化碳固定。
叶酸（维生素M）在还原后形成四氢叶酸，作为一碳单位的载体，直接参与嘌呤和胸腺嘧啶的合成，影响DNA复制与细胞分裂。
缺乏这些维生素会导致关键代谢通路中断，细胞生长停滞甚至死亡。
二、促进生长与维持细胞功能
不同类型的细胞对维生素的需求具有特异性：
乳酸菌等微生物：自身合成维生素能力有限，需外源补充B族维生素以支持快速增殖和乳酸发酵效率。添加维生素可提高菌体活性、增强产物一致性。
植物组织培养：虽然植物细胞能合成部分维生素，但产量不足。维生B1（盐酸硫胺素）被普遍认为是必需添加成分，能显著促进愈伤组织形成和胚状体发育；维生素C则常用于防止外植体褐变，发挥抗氧化作用。
动物细胞培养：血清虽含多种维生素，但在无血清或化学限定培养基中必须精确添加。例如维生素A有助于上皮细胞分化与贴壁，维生素E保护细胞膜免受脂质过氧化损伤。
三、增强抗逆性与稳定培养环境
维生素还参与细胞对外界胁迫的防御机制：
抗氧化保护：维生素C和维生素E能清除自由基，减轻氧化应激对细胞的损伤，尤其在高密度培养或光照条件下尤为重要。
维持基因稳定性：长期传代过程中，适量维生素有助于保持菌株或细胞系的遗传稳定性，减少突变风险。
改善培养基环境：某些维生素可调节代谢副产物积累，间接优化pH和渗透压环境。