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除少数自养型菌种如自养链霉菌外，绝大多数为异养型。异养菌的营养要求差别很大，有的能利用简单化合物，有的却需要复杂的有机化合物。它们能利用不同的碳水化合物，包括糖、淀粉、有机酸、纤维素、半纤维素等作为能源。最好的碳源是葡萄糖、在麦芽糖、糊精、淀粉和甘油，而蔗糖、木糖、棉子糖、醇和有机酸次之。有机酸中以醋酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸和苹果酸易于利用，而草酸、酒石酸和马尿酸较难利用。某些放线菌还可利用几丁质，碳氢化合物、丹宁以至橡胶。
氮素营养方面，以蛋白质、蛋白有胨以及某些氨基酸最适，硝酸盐?铵盐和素次之。除诺卡氏菌外，绝大多数放线菌都能利用酪蛋白，并能液化明胶。和其他生物一样，放线菌的生长一般都需要K、Mg、Fe、Cu和Ca其中Mg和K对于菌丝生长和抗生素的产生有显著作用。各种抗生素的产生所需的矿质营养并不完全相同，如弗氏链霉菌产生新霉素时必需Zn元素，而Mg、Fe、Cu、Al和Mn和等不起作用。Co是放线菌产生维生素B12的必需元素，当培养基中含1或2ppm的Co时，可提高灰色链霉菌的维生素产量三倍，如果培养基中Co含量高至20-50ppm时则产生毒害作用。另外，Co还有促进孢子形成的功能。
大多数放线菌是好氧的，只有某些种是微量好氧菌和厌氧菌。因此，工业化发酵生产抗生素过程中必须保证足够的通气量；温度对放线菌生长亦有影响，大多数放线菌的最适生长温度为23-37℃，高温放线菌的生长温度范围在50-65℃，也有许多菌种在20-23℃以下仍生长良好；放线菌菌丝体比细菌营养体抗干燥能力强，很多菌种有盛在CaCl2和H2SO4的干燥器内能存活一年半左右。
放线菌可以分解许多有机物，包括芳香化合物、石蜡、橡胶、纤维素、木质等复杂化合物和一些氰等毒性强的化合物。因此，放线菌不仅在自然界物质循环中，更在污水及有机固体废物的生物处理中有积极的作用，还能促使土壤形成团粒结构而改善土壤。
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