全 文 ：2014年 第50卷 第7期 NutritionandFeedstuffs·营养饲料
fertilization (IVF) and early embryo development in cow. The different concentrations of GTPs (0, 10, 15, 20 and 25 μmol/L)
were added respectively into media during IVF and in vitro culture (IVC) of embryos. The results show that the
cleavage rate and blastocyst rate were not significant difference when GTPs were added in IVF media. Addition of 15 μmol/L
GTPs to IVC media significantly increased the blastocyst rate (33.6% vs 24.8%), but no further increase in the blastocyst
rate when higher concentrations GTPs (20 or 25 μmol/L) were added. Compared with the control group, addition of 15μmol/L
GTPs to IVC media significantly increased the GSH content (8.2 pmol/embryo vs 5.7 pmol/embryo)and GR gene expression
levels (0.39 vs 0.12)within 7 d blastocyst, but supplementation of a higher concentration (25 μmol/L) GTPs reduced the
GSH content and GR gene expression. These results suggested that addition of appropriate concentration of GTPs can
improve the ability of early embryonic development by alleviating oxidative stress during IVC period.
Key words: green tea polyphenols; oocyte; embryo; blastocyst rate; cow
牧草通过瘤胃微生物的降解可为反刍动物提供
能量和蛋白[1-2]，深入了解纤维在瘤胃内的降解特性
对高效利用牧草资源至关重要。研究发现，不同组
织在瘤胃内的降解程度和速率存在明显差异[3]，如附
着在表皮细胞上的角质层以及加厚并木质化的细胞
壁很难在微生物作用下降解，但是细胞壁薄的韧皮
部和薄壁组织细胞则易被微生物降解[4-5]。对豆科牧
草苜蓿的研究还发现非木质化的表皮、厚角组织、绿
色组织、形成层以及初生木质部薄壁组织可快速在
微生物作用下降解，但木质化程度高的次生木质部
纤维在瘤胃微生物作用96 h后仅部分被降解，而初
生和次生木质部纤维完全不降解[6]。前人通过体外
法研究了禾本科牧草叶[7-8]以及苜蓿茎[6，9]在瘤胃微生
物作用下的超微结构变化，然而有关燕麦草在奶牛瘤
胃内超微结构的降解研究还未见报道。牧草中茎杆含
量通常占总干物质含量的60% 甚至更高，因此，研
究燕麦草茎杆在瘤胃内超微结构的变化对深刻认知
燕麦草的瘤胃降解规律和高效利用至关重要。本试
验拟通过半体内法并借助电子显微镜研究燕麦草茎
杆在奶牛瘤胃内的超微结构变化，为进一步探讨燕
——————————————
收稿日期：2013-08-29；修回日期：2013-10-10
资助项目 ：十二五国家科技支撑计划 （2011BAD17B03）；江苏省
研究生科研创新计划 （CXLX12_0933）
作者简介：徐俊（1986-），男，江西南昌人 ，博士研究生 ，研究方向
为草食动物营养与牧草资源开发 ，E-mail：xujun0125@163.com
*通讯作者：赵国琦，E-mail：gqzhao@yzu.edu.cn
尼龙袋法研究燕麦草茎杆在瘤胃中降解
超微结构的动态变化
徐 俊，侯玉洁，杨宏波，邬彩霞，霍永久，赵国琦*
（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009）
摘 要 ：通过半体内法研究燕麦草茎杆在奶牛瘤胃微生物作用下的超微结构变化 。 选用长势和株高相近的燕
麦草 ，剥离出茎杆后纵切为6份投入奶牛瘤胃内降解 ，分别在6、12、24、48h和72h后取出样品并按扫描电子显
微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）要求制片观察。结果表明：细菌通过胞外酶优先降解薄壁组织和韧皮部中
较薄的细胞壁 ，这一过程并不依赖细菌与纤维的紧密粘附 ，然而维管束鞘中厚壁细胞的降解则需要细菌与细
胞壁的紧密粘附 ；维管束中的导管组织不能被微生物降解 ，它通常伴随薄壁组织的降解而脱落下来 ；当降解到
72h后，表皮和厚壁组织细胞仍保持完整；从超微结构图可知某些细菌通常是通过类似于纤维状的胞外物质和
电子致密层与细胞壁中的纤维相连进而发生作用，尤其是对那些细胞壁加厚组织的降解。 结果显示，不同组织
瘤胃内的降解程度存在明显差异 ，低木质化的薄壁组织优先降解 ，而表皮和厚壁细胞难以降解 ；降解纤维的细
菌通常借助类似于纤维状的胞外物质或电子致密层与细胞壁粘附进行降解作用。
关键词：燕麦草茎杆；电子显微镜；微生物；细胞壁
中图分类号：S816.5 文献标识码：A 文章编号：0258-7033（2014）07-0035-05
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麦草在奶牛瘤胃内的降解规律提供一定理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验动物和饲养管理 选取3头安装有永久性
瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛（600±15）kg，饲喂主要由玉
米青贮和秸秆组成的全混合日粮，栓系式饲养，日喂
2次，自由饮水。
1.2 试验材料 本试验选用扬州大学试验农牧场
种植的长势和株高相近的抽穗初期燕麦草，从根部切
割后，去掉叶子和叶鞘，剥离出茎杆，-20℃保存备用。
1.3 电镜样品的制备与观察
1.3.1 茎样品的原位降解 选取12根长势和株高
相近的燕麦草，每根燕麦草取茎杆第二节上缘节下
2 cm处的片段，纵切为6份，分别放入特制的尼龙袋
（4 cm×7 cm，孔径300目）中，一个尼龙袋只放一段样
品。然后将尼龙袋固定于塑料软管上，于晨饲前投
入奶牛瘤胃中，每个时间点4个重复（2个样品用于
扫描电镜的制备，2个样品用于透射电镜的制备），
分别在6、12、24、48 h和72 h后取出3头牛中对应的
尼龙袋，然后在自来水中轻柔地冲洗，直到流出的水
澄清为止，然后按电子显微镜观测要求制备样品。
未放入瘤胃中降解的茎杆在纯净水中浸泡72 h后取
出作为对照样品制片观察。
1.3.2 扫描电镜样品的制备 制备扫描电镜样品
时，先切除样品两端1 mm左右片段，以消除边缘效
应，然后截取2个1 mm大小的片段，放入2.5% 的戊
二醛溶液中固定24 h，次日倒掉戊二醛固定液，用磷
酸缓冲液冲洗3次，各级乙醇脱水，在1∶1的醋酸异戊
酯与乙醇混合液中处理30 min，再用纯的醋酸异戊
酯处理1 h，经临界点干燥，最后放样品台喷金，用
Phillips XL-30 SEM（荷兰）扫描电镜观察，照相。
1.3.3 透射电镜样品的制备 制备扫描电镜样品
的同时，切割长2 mm左右的样品片段用于透射电镜
的观察。切割后的样品立即放入2.5% 戊二醛溶液中
固定24 h。次日倒掉戊二醛固定液，然后用磷酸缓
冲液冲洗3次，2% 锇酸固定3 h，磷酸缓冲液再洗3
次，经各级乙醇脱水，进行常规树脂包埋，在超薄切片
机上用钻石刀切片，再经醋酸铀和枸椽酸铅双重染色，在
Phillips Tecnai 12 TEM（荷兰）透射电镜下观察，照相。
2 结果与分析
2.1 扫描电镜下超微结构变化 扫描电镜图片显
示对照样品在水中浸泡72 h后组织结构仍保持完整
（图1a），包括最易降解的薄壁细胞也未出现溶解或
脱落现象。茎杆投入瘤胃后，大量微生物快速聚集
于细胞壁表面，且不同组织结构降解规律存在明显
差异（图1b-f）。茎杆在瘤胃中降解6 h后，可发现各
种形态微生物附着在薄壁细胞的胞腔中，同时伴随
有菌丝体的形成和薄壁组织的降解（图1b）。12 h后，
大量微生物聚集于基本组织和维管束的韧皮部中，
形成大量网状菌丝体结构，且韧皮部大量被降解，同
时维管束鞘结构也发生破损并有部分降解，但表皮、
厚壁组织和木质部导管仍保持完整（图1c）。降解24 h
后，整个维管束结构在四周薄壁组织降解后出现明
显的脱落现象，而此时的韧皮部已被彻底降解，并在
降解处形成一个个孔洞（图1d）。48 h过后几乎所有
易降解的薄壁组织已完全消失，且大量维管束结构
已从薄壁组织中脱落下来（图1e），降解到72 h时仅
剩难以降解的表皮和厚壁组织（图1f）。
此外，从图2中还可以清晰看到，维管束鞘细胞
壁在瘤胃中降解24 h后被微生物附着的情况。有的
球菌和杆菌是通过杆状的胞外物质与细胞壁紧密
的方式粘连在一起，进而对纤维进行进一步地降
解。
注 ：1a、1b、1c、1d、1e、1f分别为 0、6、12、24、48 h和 72 h后的扫描
结果。 对照样品中 ，表皮 （E），厚壁组织 （S），木质部导管 （V），维
管束鞘 （B），韧皮部（P）和薄壁组织（Par）
图1 燕麦草茎杆在瘤胃内降解0、6、12、24、48 h和72 h后的
扫描结果
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注 ： 球菌和杆菌与细胞壁的粘附似乎是通过类似于杆状的胞外
附属物连接的（箭头所示）
图2 维管束鞘在瘤胃内降解24 h后的扫描电镜图片
2.2 透射电镜下超微结构变化 从对照样品的透
射电镜图片（图3）可知，燕麦草茎杆在没有瘤胃微
生物作用的情况下，易降解的韧皮部组织细胞结构
仍保持完整。本研究通过高倍的透射电子显微镜可
以发现降解纤维素的细菌呈现多种形态，如球菌、杆
菌和不规则形状菌等，组织类型的不同还会影响纤
维的降解特性（图4~6）。带荚膜和纤维状结构的球
菌易吸附在薄壁细胞等易降解的组织周围，但它们
并不一定与细胞壁形成紧密粘附（图4、5），上述结
果说明薄壁细胞的降解并不一定需要细菌的紧密粘
附，它们可以通过分泌胞外酶的形式进行降解。该
结果与图2扫描电镜中观察到的结果相一致，即细菌
通过杆状的胞外物质与细胞壁进行粘连，吸附在降
解的细胞壁的四周。从图6中还可以看到。有2个正
在进行分裂的球菌（箭头1所示）借助纤维状的胞外
物质与细胞壁粘连发生作用。伴随茎杆在瘤胃内降
解时间的延长，某些组织（如维管束鞘）细胞壁的降
解需要细菌（也发现有原虫）的紧密粘附（图7、8），
由电子致密层包裹的杆菌正从两端共同穿透进入维
管束鞘细胞（图7），2个带有细胞核的原虫共同作用
于该细胞壁进行降解（图8）。在高度木质化的厚壁
组织细胞和有蜡质的表皮细胞中，附着在细胞壁上
的细菌数量较少，其结构仍保持完好，有时虽然有细
菌进入胞腔中，但这些细菌并不能破化细胞壁的结
构和完整性，即使在降解到72 h，在大部分组织都已
降解或脱落的情况下，厚壁组织和表皮结构依旧保
持完好（图9、10）。
3 讨 论
牧草茎杆组织结构具有多样性，其中一些组织
由厚壁细胞组成，而另外一些由薄壁细胞构成，木质
化程度高的细胞壁很难在瘤胃内降解，但非木质化
的薄壁细胞则易被微生物降解 [4，10-11]。植物纤维的降
图3 透射电镜下对照样品韧皮部在无微生物的
纯净水中浸泡72 h后
注 ：有部分区域已清晰地降解完全 ，但是胞外有纤维状结构的球
菌（箭头所示 ）并未与细胞壁形成紧密粘附
图4 薄壁组织细胞壁在瘤胃内降解6 h后的电镜结果
注：降解过程中存在大量具荚膜和纤维状结构的细菌
图5 韧皮部细胞壁在瘤胃内降解12 h后的电镜图片
注 ：该结构四周有4个微生物与细胞壁紧密吸附 ，其中大的球菌
（箭头1）是通过胞外物质与细胞壁紧密粘附的 ，而其他微生物并
未有此结构（箭头2）
图6 维管束鞘细胞壁在瘤胃内降解12 h的透射电镜图片
图7 维管束鞘细胞壁降解24 h电镜结果
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图8 维管束鞘细胞壁在瘤胃内降解24 h的透射电镜图片
图9 厚壁组织细胞在瘤胃内降解48 h后的透射电镜图片
图10 表皮和厚壁组织细胞在瘤胃内降解72 h后的
透射电镜图片
解主要是因为瘤胃内大量微生物包括细菌、真菌和
原虫的存在，其中细菌在降解过程中占主导地位 [12]。
细胞粘附和纤维素降解密不可分，它是植物细胞壁
多糖降解的关键步骤 [13]。大量研究表明，产琥珀酸丝
状杆菌、黄色瘤胃球菌和白色瘤胃球菌是纤维降解
的关键菌，其中产琥珀酸丝状杆菌和黄色瘤胃球菌
占到与纤维紧密吸附菌群的70%以上 [14]。
细菌靠近易降解的薄壁细胞、叶肉细胞和韧皮
部时就会发生组织的降解，这一过程并不一定需要
细菌与纤维的紧密吸附 [7]，这与本研究图4和图5得
到的结论一致，它们通过分泌胞外酶的形式对纤维
进行降解。然而，细胞壁较厚的厚壁细胞则需要细
菌的紧密吸附，且细菌形态结构还会伴随降解区域
的变化而改变（图6）。Edwards等 [13]发现，细菌可快速
吸附于黑麦草上，且细菌更易附着在叶子的薄壁组
织和韧皮部中，尤其是黄色瘤胃球菌，这与本研究中
显示的薄壁组织和韧皮部最先被降解的结果相吻
合。Akin等 [7]研究报道，羊茅草中的叶肉细胞和韧皮
部纤维要比外周维管束鞘和表皮组织优先降解，且
表皮和薄壁组织可以完全降解。但本研究中表皮结
构无法降解，这主要是因为研究材料的不同，因为燕
麦草茎杆表皮结构中存在角质和蜡质层，这些物理
屏障阻碍了微生物的入侵和进一步降解，这与用水
稻秸秆为试验材料得到的结论相同 [5]。茎杆在瘤胃
内降解72 h后，表皮下的厚壁组织结构仍保持完好，
几乎不被降解，这主要是因为厚壁组织中的细胞很
厚，且细胞壁结构在发育过程中高度木质化，即使有
微生物进入厚壁组织细胞的胞腔中也难以发挥作用
（图9、10）[7]。
从扫描和透射电镜图片可知，带荚膜的球菌与
纤维粘附的过程中发现有类似于纤维状的胞外物
质，它对促进细菌与纤维底物的粘附发挥了重要作
用（图5、6）。但是，大部分透射电镜图片中的杆菌似
乎缺乏类似结构（图6、7），本研究仅在扫描电镜中
偶尔发现杆菌四周有该类纤维状物质（图2）。Cheng
等 [15]发现，在瘤胃细菌中（未于底物紧密粘附）有超
过10种以上不同形态特征的细胞外层物质，虽然有
时候某些细胞层结构很小，但他发现几乎所有细菌
的表面都有一层类似于包衣的物质。Akin等 [3]研究发
现，某些吸附于植物纤维的杆菌似乎没有明显的胞
外纤维状结构，这与图6显示的结果相同，它们常常
通过经折叠后的电子致密层与纤维表面进行粘附
（图7），进而进行降解作用。
4 结 论
4.1 木质素含量低的薄壁组织优先于韧皮部和维
管束鞘等结构的降解，维管束是通过四周薄壁组织
降解后脱落下来的，高度木质素的厚壁细胞和表皮
细胞在72 h后也难以被微生物降解。
4.2 降解纤维的微生物主要有球菌、杆菌和不规则
形状菌，植物纤维在瘤胃微生物作用下降解，不同组
织结构的降解程度存在明显差异。
4.3 对于壁厚的细胞来说，细菌通常借助类似于纤
维状的胞外物质或电子致密层与细胞壁粘附的方式
进行降解。
参考文献：
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In Situ Degradation of Oat Grass Stem and Ultrastructure Changes by Rumen Microorganism
XU Jun, HOU Yu-jie, YANG Hong-bo, WU Cai-xia, HUO Yong-jiu, ZHAO Guo-qi*
(College of Animal Science and Technology, Yangzhou University, Jiangsu Yangzhou 225009, China)
Abstract: This study was conduc ted to investigate the ultrastructure changes of oat grass stem degraded by rumen
microorganisms. Stems bared from the oat grass with similar growth and plant height were choosed and then
longitudinally cut to six parts, which were incubated for 6, 12, 24, 48 and 72 h in the rumen. The samples were
prepared for scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM). Bacteria degraded the
thin cell walls of parenchyma and phloem apparently by extracellular enzymes and without prior attachment, thick
walled bundle sheath were degraded after bacteria attachment. Vascular tissues were resistant to degradation but could
shed following parenchyma degraded. However, bacterial degradation of the lignified cells of the epidermis and
sclerenchyma did not occur after 72 h of incubation. Ultrastructural features apparently involved in the adhesion of
bacteria to cell walls were observed by scanning and transmission electron microscope. Attachment of bacteria to the
plant cell wall was mediated by the extracellular rod -like appendages and the electron dense, especially to the
resistant tissues. In conclusion, the degradation characteristics of tissues were significant differences, and the low
lignified parenchyma degraded faster than high lignified epidermis and sclerencyma tissues. Bacterias appered to be
joined by the extracellular rod-like appendages or electron-dense extracellular substance to degrade the cell walls.
Key words: oat grass stem; electron microscopy; microorganism; cell wall
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