放线菌的菌落由菌丝体组成。所谓菌丝体，是由菌丝相互缠绕而形成的形态结构，菌落特征介于细菌和霉菌之间。因为其气生菌丝较细，生长缓慢，菌丝分枝并相互交错缠绕，所以形成的菌落质地硬而且致密，菌落较小而不广泛延伸。菌落表面呈紧密的绒状或坚实、干燥、多皱。
大部分放线菌具基内菌丝、气生菌丝和孢子丝，基内菌丝伸入基质，菌落紧贴培养基表面，接种针难以挑起，若用接种铲可将整个菌落挑起。另一类放线菌不产生大量菌丝，如诺卡菌，其黏着力不亢，结构如粉质。用针挑则粉碎。
幼龄菌落中气生菌丝尚未分化成孢子丝，则其菌落表面与细菌难以区分。当孢子丝形成大量孢子并布满菌落表面后，就呈现表面絮状、粉末状、颗粒状的典型放线菌菌落。由于菌丝和孢子常具色素，使菌落正面、背面呈不同色泽。水溶性色素可扩散，脂溶性色素则不扩散。用放大镜观察，可见菌落周围具放射状菌丝。
总之，放线菌菌落与细菌不同之处是它干燥，不透明，表面紧密丝绒状，上面有一层色泽鲜艳的干粉。菌落与培养基紧密，难挑起。菌落正反面颜色常不同。
若将放线菌接种于液体培养基内静置培养，能在瓶壁液面处形成斑状或膜状菌落，或沉降于瓶底而不会使培养基浑浊；如采用振荡培养，常形成由短的菌丝体所构成的球形颗粒。
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