nghiên cứu khả năng sinh khí gây hiệu ứng nhà kính của một số loại thức ăn thô trong điều kiện in vitro

... NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG TRẦN NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ GÂY HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THÔ TRONG ĐIỀU KIỆN IN VITRO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CHĂN NUÔI... GS.TS NGUYỄN VĂN THU 2013 ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ GÂY HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THÔ TRONG ĐIỀU KIỆN IN VITRO Cần... khả sinh khí hiệu ứng nhà kính số loại thức ăn thô điều kiện in vitro tiến hành Mục tiêu đề tài là: Xác định sinh khí mêtan khí cacbonic gây hiệu ứng nhà kính in vitro loại thức ăn thô Các kết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG TRẦN NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ GÂY HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THÔ TRONG ĐIỀU KIỆN IN VITRO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CHĂN NUÔI - THÚ Y 2013 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG TRẦN NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ GÂY HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THÔ TRONG ĐIỀU KIỆN IN VITRO LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CHĂN NUÔI - THÚ Y CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS.TS NGUYỄN VĂN THU 2013 ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ GÂY HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THÔ TRONG ĐIỀU KIỆN IN VITRO Cần Thơ, ngày…tháng…năm2013 Cần Thơ, ngày… tháng…năm2013 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN DUYỆT BỘ MÔN GS.TS. NGUYỄN VĂN THU Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2013 DUYỆT KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG iii LỜI CAM ĐOAN Kính gửi: Ban lãnh đạo Khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng và các Thầy Cô trong Bộ Môn Chăn Nuôi. Tôi tên Trần Ngọc Phương, MSSV: 3108150 là sinh viên lớp Chăn Nuôi Thú Y Khóa 36 (2010-2014). Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính bản thân tôi. Đồng thời tất cả các số liệu, kết quả thu được trong thí nghiệm hoàn toàn có thật và chưa công bố trong bất kỳ tạp chí khoa học hay luận văn khác. Nếu có gì sai trái tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Khoa và Bộ Môn. Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2013 Sinh viên thực hiện Trần Ngọc Phương iv LỜI CẢM ƠN Trong suốt khoảng thời gian được học tập ở trường Đại học Cần Thơ, tôi đã gặp không ít những khó khăn và thách thức nhưng tôi đều vượt qua. Tất cả là nhờ tình thương và sự giúp đỡ của gia đình, thầy cô và bạn bè. Đầu tiên, xin gởi lời yêu thương và biết ơn chân thành đến Cha mẹ, người đã sinh ra và nuôi dưỡng tôi nên người. Cha mẹ đã cho tôi niềm tin và tạo mọi điều kiện thuận lợi từ vật chất đến tinh thần để tôi hoàn thành tốt con đường học tập. Xin chân thành cảm ơn thầy GS. TS. Nguyễn Văn Thu và cô PGS. TS. Nguyễn Thị Kim Đông đã dạy bảo, hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp. Xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô Bộ môn Chăn nuôi và Bộ môn Thú y đã hết lòng truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời gian học vừa qua. Xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của cô cố vấn học tập Nguyễn Thị Kim Đông đã dành cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này. Tôi xin chân thành biết ơn anh ThS. Trương Thanh Trung, ThS Nguyễn Hữu Lai, ThS. Huỳnh Hoàng Thi, KS. Đoàn Hiếu Nguyên Khôi, KS. Phan Văn Thái, và các bạn trên phòng thí nghiệm E205 đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn lớp Chăn Nuôi Thú Y Khóa 36 đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong thời gian vừa qua. Trần Ngọc Phương v TÓM LƯỢC Nghiên cứu này bao gồm 2 thí nghiệm nhằm xác định sự sản sinh khí mêtan và khí cacbonic ở điều kiện in vitro của một số loại thức ăn thô. Thí nghiệm 1: Sử dụng ống tiêm thủy tinh có thể tích 50 ml (Menke et al., 1979), được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 5 nghiệm thức với 3 lần lặp lại. Bao gồm các nghiệm thức: bìm bìm, cỏ đậu lá nhỏ, lá khoai mì, cỏ mồm và cỏ ruzi ở mức độ 100% (các giá trị tính trên%DM). Thí nghiệm 2: Sử dụng ống tiêm thủy tinh có thể tích 50 ml (Menke et al., 1979), thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 5 nghiệm thức với 3 lần lặp lại. Bao gồm các nghiệm thức: lá anh đào, cỏ paspalum, cỏ voi, cúc dại và trichanthera gigantea ở mức độ 100% (các giá trị tính trên%DM). Kết quả cho thấy, các loại thức ăn thô có lượng khí gas, khí mêtan và khí cacbonic sinh ra tăng dần theo thời gian ở điều kiện in vitro. Lượng khí sinh ra cao tại thời điểm 24 giờ và 72 giờ của cỏ Mồm (29,0 và 44,5 ml), cỏ Ruzi (24,5 và 43,2 ml), cỏ Voi (19,4 và 45,7 ml), cỏ Paspalum (21,1 và 43,0 ml).Lượng khí mêtan và khí cacbonic tại thời điểm 72 giờ khá cao như cỏ Mồm (8,91 và 31,6 ml), cỏ Ruzi (8,77 và 29,5 ml), cỏ Voi (8,34 và 31,1 ml), cỏ Paspalum (8,45 và 33,0 ml) do các loại thức ăn này có hàm lượng chiết chất không đạm cao, kích thích khả năng hoạt động của dạ cỏ, đồng thời sinh ra khí CH4 và CO2 cao. Mặt khác, các loại thức ăn này có chứa hàm lượng carbohydrat cao góp phần làm tăng tỉ lệ tiêu hóa. Bên cạnh đó, cùng thời điểm 72 giờ các loại thức ăn cơ bản có lượng khí CH4 và CO2 (ml) sinh ra thấp hơn như cỏ Đậu 1á nhỏ (3,59 và 17,0 ml) và Trichanthera gigantea (3,61 và 14,5 ml), lượng khí sinh ra cũng thấp hơn tại thời điểm 24 giờ và 72 giờ như cỏ Đậu lá nhỏ (9,19 và 23,2 ml) và Trichanthera gigantean (9,2 và 19,1 ml). Một cách tổng quát là những loại thức ăn có hàm lượng chiết chất không đạm, hàm lượng NDF cao thì lượng khí CH4 và CO2 (ml) sinh ra cao. vi DANH SÁCH HÌNH Hình 1 Cấu tạo đường tiêu hóa của gia súc nhai lại ................................................... 2 Hình 2.1 Liên quan giữa pH và hoạt lực của các nhóm VSV dạ cỏ .......................... 8 Hình 2.2 Tóm tắt quá trình chuyển hoá hydratcarbon trong dạ cỏ ............................ 9 Hình 2.3 Sự chuyển hoá các chất chứa nitơ trong dạ cỏ .......................................... 11 Hình 2.4 Sự chuyển hoá lipid ở gia súc nhai lại ...................................................... 12 Hình 2.5 Bìm bìm..................................................................................................... 26 Hình 2.6 Cỏ đậu lá nhỏ ............................................................................................ 26 Hình 2.7 Cỏ Ruzi ..................................................................................................... 26 Hình 2.8 Cỏ Mồm .................................................................................................... 26 Hình 2.9 Lá khoai mì ............................................................................................... 26 Hình 2.10 Cây anh đào giả ....................................................................................... 26 Hình 2.11 Trichanthera gigantea .............................................................................. 27 Hình 2.12 Cỏ Voi ..................................................................................................... 27 Hình 2.13 Cỏ Paspalum ........................................................................................... 27 Hình 2.14 Địa cúc .................................................................................................... 27 Hình 3.1 Các ống tiêm chứa dịch dạ cỏ ................................................................... 30 Hình 3.2 Máy đo khí Geotechhnical Instruments (UK) Ltd, England ..................... 30 Hình 4.1 Lượng khí gas sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức theo thời gian của thí nghiệm 1 ..................................................................................................................... 32 Hình 4.2 Lượng khí mêtan sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức theo thời gian ....... .................................................................................................................................... 33 Hình 4.3 Lượng khí cacbonic sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức theo thời gian .................................................................................................................................... 35 Hình 4.4 Lượng CH4/g DOM sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức tại thời điểm 72 giờ của thí nghiệm 1 ................................................................................................... 36 Hình 4.5 Lượng CO2/g DOM sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức tại thời điểm 72 giờ của thí nghiệm 1 ................................................................................................... 36 Hình 4.6 Lượng khí sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức theo thời gian của thí nghiệm 2 ..................................................................................................................... 39 Hình 4.7 Lượng khí mêtan sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức theo thời gian ....... .................................................................................................................................... 40 Hình 4.8 Lượng khí cacbonic sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức theo thời gian... .................................................................................................................................... 41 vii Hình 4.9 Lượng CH4/g DOM sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức tại thời điểm 72 giờ của thí nghiệm 2 ................................................................................................... 43 Hình 4.10 Lượng CO2/g DOM sinh ra ở in vitro giữa các nghiệm thức tại thời điểm 72 giờ của thí nghiệm 2 .............................................................................................. 44 viii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của bìm bìm ..................................... 19 Bảng 2.2: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cỏ đậu lá nhỏ ......................................19 Bảng 2.3: Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của cỏ Ruzi ...................................... 19 Bảng 2.4: Thành phần hoá học và giá trị dinh dưỡng của cỏ Mồm .................................... 21 Bảng 2.5: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của lá khoai mì ................................ 21 Bảng 2.6: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cây anh đào giả (%) .................. 22 Bảng 2.7: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của Trichantera Gigantea ...................... 23 Bảng 2.8: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cỏ Voi ............................................. 23 Bảng 2.9: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của Paspalum atratum ........................... 24 Bảng 2.10: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của Địa cúc ......................................... 25 Bảng 4.1: Thành phần dưỡng chất thức ăn dùng trong thí nghiệm 1 (%DM) ................... 31 Bảng 4.2: Lượng khí gas sinh ra theo thời gian........................................................................ 32 Bảng 4.3: Lượng khí mêtan sinh ra theo thời gian .................................................................. 33 Bảng 4.4: Lượng khí cacbonic sinh ra theo thời gian .............................................................. 34 Bảng 4.5: Lượng khí sinh ra, tỷ lệ tiêu hóa DM và OM ở 72 giờ của thí nghiệm 1 .......... 35 Bảng 4.6: Thành phần dưỡng chất thức ăn dùng trong thí nghiệm 2 (%DM) ..................... 38 Bảng 4.7: Lượng khí gas sinh ra theo thời gian........................................................................ 39 Bảng 4.8: Lượng khí mêtan sinh ra theo thời gian .................................................................. 40 Bảng 4.9: Lượng khí cacbonic sinh ra theo thời gian .............................................................. 41 Bảng 4.10: Lượng khí sinh ra, tỷ lệ tiêu hóa DM và OM ở 72 giờ của thí nghiệm 2 ........ 42 ix DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ DM Dry matter (Vật chất khô) OM Vật chất hữu cơ CP Crude protein (Đạm thô) Ash Khoáng tổng số NDF Neutral Detergent Fiber (Xơ trung tính) ADF Acid Detergent Fiber (Xơ acid) NFE Chiết chất không đạm CF Crude Fiber (Xơ thô) NT Nghiệm thức TLTH Tỉ lệ tiêu hoá x MỤC LỤC Lời cam đoan ............................................................................................................... i Lời cảm ơn .................................................................................................................. ii Tóm lược .................................................................................................................... iii Danh sách hình .......................................................................................................... iv Danh sách bảng........................................................................................................... v Danh sách chữ viết tắt.............................................................................................. vii Mục lục .......................................................................................................................... viii Chương 1: GIỚI THIỆU ........................................................................................... 1 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................................... 2 2.1 Lược khảo về sự tiêu hóa của gia súc nhai......................................................... 2 2.1.1 Hệ tiêu hóa ......................................................................................................... 2 2.1.2 Môi trường sinh thái dạ cỏ .................................................................................. 3 2.1.3 Quá trình tiêu hóa các thành phần của thức ăn ................................................... 9 2.2 Đánh giá tỷ lệ tiêu hóa bằng phương pháp in vitro ........................................ 13 2.2.1 Mô tả chung ...................................................................................................... 13 2.2.2 Nguyên lý sinh khí ............................................................................................ 13 2.2.3 Sự phát triển hệ thống đo lường lượng khí sinh ra............................................ 14 2.2.4 Vai trò của sinh khí in vitro .............................................................................. 15 2.3 Thực liệu dùng trong thí nghiệm ...................................................................... 18 2.3.1 Bìm bìm.............................................................................................................. 18 2.3.2 Cỏ đậu lá nhỏ .............................................................................................................. 19 2.3.3 Cỏ Ruzi ............................................................................................................. 19 2.3.4 Cỏ mồm ............................................................................................................. 19 2.3.5 Lá khoai mì ....................................................................................................... 20 2.3.6 Cây anh đào giả ................................................................................................. 21 2.3.7 Trichantera gigantea .......................................................................................... 22 2.3.8 Cỏ Voi ............................................................................................................... 23 2.3.9 Cỏ Paspalum atratum ........................................................................................ 24 2.3.10 Địa cúc ............................................................................................................ 24 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 28 3.1 Phương tiện thí nghiệm ..................................................................................... 28 3.2 Vật liệu thí nghiệm ............................................................................................. 28 xi 3.3 Phương pháp thí nghiệm ................................................................................... 28 3.3.1 Bố trí thí nghiệm ............................................................................................... 28 3.3.2 Các chỉ tiêu theo dõi.......................................................................................... 29 3.3.3 Cách tiến hành ................................................................................................... 29 3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu................................................................................. 30 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 31 4.1 Kết quả thí nghiệm ............................................................................................ 31 4.1.1. Thí nghiệm 1 .................................................................................................... 31 4.1.2. Thí nghiệm 2 .................................................................................................... 38 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................................. 45 5.1 Kết luận............................................................................................................... 45 5.2 Đề xuất............................................................................................................................ 45 Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 46 Phụ lục....................................................................................................................... 51 xii Chương 1: GIỚI THIỆU Biến đổi khí hậu đang là một thách thức lớn đối với toàn nhân loại. Hàng loạt những thiên tai liên tiếp tàn phá nặng nề về người và tài sản. Trái đất ngày càng nóng dần lên do các hoạt động của con người. Khí thải từ các nhà máy, việc đốt rừng làm rẫy, khí thải từ các phương tiên giao thông, các sinh hoạt hằng ngày của con người ngày càng làm cho trái đất nóng lên. Bên cạnh đó việc chăn nuôi gia súc nhai lại cũng góp phần làm tăng hiệu ứng nhà kính. Lượng khí CH4 và CO2 từ sự lên men dạ cỏ của gia súc nhai lại đóng góp khoảng 25% trong hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Gần đây có rất nhiều nghiên cứu để hạn chế sự sinh khí từ việc len men dạ cỏ của gia súc nhai lại, ví dụ như việc sử dụng chất tannin, nitrate để làm giảm lượng khí thải sinh ra trong dạ cỏ của bò (Hồ Quảng Đồ và Lê Thị Ngọc Huyền, 2010). Quá trình sinh và thải khí CH4 và CO2 ra môi trường làm mất đi từ 5-10% năng lượng của thức. Bên cạnh đó việc sử dụng phụ phẩm trong khẩu phần thức ăn của gia súc nhai lại như mỡ cá tra và dầu dừa cũng có ảnh hưởng đến sự sinh khí CH4 và CO2 ở trâu bò (Phan Văn Thái, 2013), sử dụng các loại thức ăn bổ sung trong khẩu phần của gia súc nhai lại cũng ảnh hưởng đến sự sinh khí (Nguyen Van Thu and Nguyen Thi Kim Dong, 2012). Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có rất nhiều loại cỏ thích hợp cho chăn nuôi gia súc nhai lại. Cỏ mồm, cỏ Ruzi, cỏ Voi, cỏ lông tây, cỏ Paspalum và một số loại cỏ họ đậu … là các loại thức ăn thô dùng trong chăn nuôi phổ biến. Việc cung cấp đầy đủ thức ăn chất lượng tốt cho gia súc nhai lại cũng là một thách thức lớn cho các nhà chăn nuôi hiện nay để đảm bảo gia súc phát triển tốt mà còn bảo vệ môi trường. Vì thế, ta cần biết rõ sự sản sinh khí của các loại thức ăn thô để tạo cơ sở phối hợp khẩu phần thích hợp nhằm giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và cải thiện tỉ lệ tiêu hóa của gia súc nhai lại. Tuy nhiên các nghiên cứu về sự sản sinh khí mêtan và khí cacbonic ở in vitro của các loại thức ăn thô còn hạn chế. Với các lý do như trên, đề tài “Nghiên cứu khả năng sinh khí hiệu ứng nhà kính của một số loại thức ăn thô trong điều kiện in vitro” được tiến hành. Mục tiêu của đề tài là: Xác định sự sinh khí mêtan và khí cacbonic gây hiệu ứng nhà kính ở in vitro của các loại thức ăn thô. Các kết quả này sẽ làm nền tảng cho sự phối hợp khẩu phần hợp lý trong các nghiên cứu ở gia súc nhai lại trong tương lai. 1 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 LƯỢC KHẢO VỀ SỰ TIÊU HÓA CỦA GIA SÚC NHAI LẠI 2.1.1 Hệ tiêu hóa Đường tiêu hóa của bò cũng tương tự như các gia súc nhai lại khác có cấu tạo chung như ở hình 1. Chức năng cơ bản của từng bộ phận trong đường tiêu hóa của bò cũng tương tự như ở gia súc dạ đơn, nhưng đồng thời có những nét đặc thù riêng của loài gia súc nhai lại. Tính đặc thù của đường tiêu hóa ở gia súc nhai lại là kết quả của quá trình tiến hóa theo hướng tiêu hóa cỏ và thức ăn thô nhờ sự cộng sinh của vi sinh vật. Hình 1: Cấu tạo đường tiêu hóa của gia súc nhai lại Đặc trưng đường tiêu hoá của gia súc nhai lại là hệ dạ dày kép gồm 4 túi: ba túi trước (dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách) được gọi chung là dạ dày trước (không có ở gia súc dạ dày đơn), còn túi thứ tư gọi là dạ muối khế (tương tự dạ dày đơn). Dạ cỏ: là túi lớn nhất, chiếm hầu hết nửa trái của xoang bụng, từ cơ hoành đến xương chậu. Dạ cỏ chiếm 85-90% dung tích dạ dày, 75% dung tích đường tiêu hoá, có tác dụng tích trữ, nhào trộn và lên men phân giải thức ăn. Dạ cỏ không có tuyến tiêu hoá, niêm mạc có nhiều núm hình gai. Thức ăn sau khi ăn được nuốt xuống dạ cỏ, phần lớn được len men bởi vi sinh vật (VSV) cộng sinh. Với điều kiện yếm khí, nhiệt độ khá ổn định từ 38-42 oC, pH từ 5,57,4, đây là môi trường thuận lợi cho VSV lên men yếm khí. Hơn nữa dinh dưỡng được bổ sung đều đặn từ thức ăn, còn thức ăn không lên men cùng các chất dinh dưỡng hoà tan và sinh khối VSV được thường xuyên chuyển xuống phần dưới của đường tiêu hóa. Khoảng 50-80% các chất dinh dưỡng thức ăn được lên men ở dạ cỏ. Sản phẩm lên men chính là các acid béo bay hơi (ABBH), sinh khối VSV và các khí (mêtan và cacbonic). Phần lớn ABBH được hấp thu qua vách dạ cỏ vào máu trở thành nguồn năng lượng chính cho gia súc. Các khí thể được thải ra ngoài qua phản xạ ợ hơi. Dạ cỏ còn tổng hợp các vitamin nhóm B và vitamin 2 K. Sinh khối VSV và các thành phần không lên men được chuyển xuống phần dưới của đường tiêu hóa. Dạ tổ ong: là túi nối liền với dạ cỏ, niêm mạc giống như tổ ong. Chức năng chính của dạ tổ ong là đẩy các thức ăn rắn và các thức ăn chưa được nghiền nhỏ trở lại dạ cỏ, đồng thời đẩy thức ăn dạng nước vào dạ lá sách. Dạ tổ ong cũng giúp cho việc đẩy các miếng thức ăn lên miệng để nhai lại. Sự lên men và hấp thu các chất dinh dưỡng trong dạ tổ ong tương tự như ở dạ cỏ. Dạ lá sách: là túi thứ ba, niêm mạc được cấu tạo thành nhiều nếp gấp (giống như quyển sách), tăng diện tích tiếp xúc. Dạ lá sách có nhiệm vụ chính là nghiền nát các tiểu phần thức ăn, hấp thu nước, cùng với các ion Na+, K+…, và các ABBH trong dưỡng chất đi qua. Trường hợp tê liệt dạ lá sách dẫn đến tắc nghẽn kinh niên gây khó khăn trong việc điều trị. Theo Preston and Leng (1991) thì dạ lá sách cũng là các lá to nhỏ khác nhau nhằm làm tăng diện tích bề mặt và để dễ ép thức ăn nửa lỏng xuống dạ múi khế. Giữa dạ tổ ong và dạ lá sách có một lỗ miệng như cái “van” để giữ thức ăn lại trong dạ cỏ cho tới khi đường kính thức ăn giảm xuống còn 1-2 mm (Nguyễn Văn Thu, 2010). Dạ múi khế: là dạ dày tuyến gồm có thân vị và hạ vị. Các dịch tuyến múi khế được tiết liên tục vì dưỡng chấp từ dạ dày trước thường xuyên được chuyển xuống. Dạ múi khế có chức năng tiêu hoá men tương tự như dạ dày đơn nhờ có HCl, pepsin, kimozin và lipaza. Theo Preston and Leng (1991), phần còn lại của thức ăn mà vi sinh vật dạ cỏ chưa lên men sẽ được tiêu hoá bằng enzym. 2.1.2 Môi trường sinh thái dạ cỏ Theo Preston và Leng (1991), môi trường dạ cỏ phụ thuộc vào: Loại và khối lượng thức ăn ăn vào. Sự nhào trộn theo chu kỳ thông qua sự co bóp của dạ cỏ. Sự tiết nước bọt và nhai lại. Sự hấp thu các dưỡng chất từ dạ cỏ. Sự chuyển dịch các chất xuống bộ máy tiêu hoá. 2.1.2.1 Điều kiện pH dạ cỏ Điều kiện pH dạ cỏ là kết quả thể hiện từ sự tương tác của quá trình lên men vi sinh vật với cơ chất và được xem như là cơ sở để nhận định về sự thay đổi số lượng vi sinh vật dạ cỏ (Orpin, 1975). Tỉ lệ tiêu hóa (TLTH) thức ăn có liên hệ đến pH, khi pH 5,8 thì TLTH vật chất hữu cơ (OM), vách tế bào (NDF) và đạm (CP) thấp, TLTH tăng ở pH 6,2 nhưng chỉ hơi tăng ở pH 7,0 (Shrier và ct, 1986). Khi tăng pH 0,1 đơn vị thì tiêu hóa xơ acid (ADF) tăng 3,6 đơn vị (Meang và ctv, 1998). Khi pH từ 6,2-6,6 thì sự sản sinh acid acetic tăng, trong khi acid proponic và acid butyric chỉ tăng khi pH 5,8-6,2 (Shriver et al., 1989). Sự hiện diện cao của carbohydrate dễ hòa tan sẽ giảm pH do sự tích lũy acid 3 béo bay hơi cao trong thời gian ngắn chưa kịp hấp thu và sự lên men của carbohydrate hòa tan. Nhiều tác giả cho thấy pH thay đổi theo thời gian sau khi cho ăn (Van Soest, 1994; Kanjanapruthipong và Leng, 1998). Nhìn chung gia súc ăn nhiều thức ăn hỗn hợp dễ dẫn đến sự hạ thấp pH dịch dạ cỏ hơn thức ăn thô (Lana et al., 1998). 2.1.2.2 Acid béo bay hơi Tùy vào khẩu phần, thời gian di chuyển thức ăn và pH trong dạ cỏ mà VFA thay đổi 70-150 mmol/lít. Acid acetic chiếm tỉ lệ cao nhất 70% trong tổng số VFA. Đối với thức ăn là thực vật chưa thành thục acid acetic thấp và acid propionic cao (McDonald et al., 1995). Các loại acid béo mạch dài có giá trị cung cấp năng lượng cao cho vật chủ do chúng giải phóng nhiều năng lượng ở dạng ATP (Preston và Leng, 1987). Acid béo bay hơi được hấp thu chủ yếu ở dạ cỏ và dạ tổ ong, ở dạ lá sách nồng độ VFA thấp hơn khoảng 47% so với dạ cỏ (Phillipson, 1977). Chất chứa dạ cỏ là một hỗn hợp gồm thức ăn ăn vào, vi sinh vật dạ cỏ, các sản phẩm trao đổi trung gian, nước bọt và các chất chế tiết vào qua vách dạ cỏ. Đây là một hệ sinh thái rất phức tạp có sự tương tác giữa thức ăn, hệ vi sinh vật và vật chủ. Dạ cỏ có môi trường thuận lợi cho vi sinh vật yếm khí sống và phát triển. Đáp lại, VSV dạ cỏ đóng vai trò rất quan trọng trong việc tiêu hóa thức ăn của vật chủ, đặc biệt là nhờ chúng có các enzyme phân giải liên kết-glucosid của xơ trong vách tế bào thực vật của thức ăn và có khả năng tổng hợp đại phân tử protein từ amoniac (NH3). Ngoài dinh dưỡng của môi trường dạ cỏ có những đặc điểm thiết yếu cho sự lên men của VSV cộng sinh như sau: độ ẩm cao (85-90%), pH trong khoảng 6,4-7,0, nhiệt độ khá ổn định (38-42oC), áp suất thẩm thấu ổn định và là môi trường yếm khí (nồng độ oxy 6,2, ngược lại quá trình phân giải tinh bột trong dạ cỏ có hiệu quả cao nhất khi pH 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 Acid propionic C6H12O6 + 2H2 ------> 2CH3CH2COOH + 2H2O Acid butyric C6H12O6 -------> CH3-CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2 Khí mê tan m4H2 + CO2 -------> CH4 + 2H2O Như vậy, sản phẩm cuối cùng của sự lên men carbohydrate thức ăn bởi VSV dạ cỏ gồm: Các acid béo bay hơi, chủ yếu là a. axetic (C2), a.propyonic (C3), a. butyric (C4) và một lượng nhỏ các acid khác (izobutyric, valeric, izovaleric). Các ABBH này được hấp thu qua vách dạ cỏ vào máu và là nguồn năng lượng chính cho vật chủ. Chúng cung cấp khoảng 70-80% tổng số năng lượng được gia súc nhai lại hấp thu. Trong khi đó gia súc dạ dày đơn lấy năng lượng chủ yếu từ glucoza và lipid hấp thu ở ruột. Tỷ lệ giữa các ABBH phụ thuộc vào bản chất của các loại glucid có trong khẩu phần. Các ABBH được sinh ra trong dạ cỏ được cơ thể bò sữa sử dụng vào các mục đích khác nhau: Acid acetic (CH3COOH ) được bò sữa sử dụng chủ yếu để cung cấp năng lượng thông qua chu trình Creb sau khi được chuyển hoá thành axetyl-CoA. Nó cũng là nguyên liệu chính để sản xuất ra các loại mỡ, đặc biệt là mỡ sữa. Acid propionic (CH3CH2COOH ) chủ yếu được chuyển đến gan, tại đây nó được chuyển hoá thành đường glucoza. Từ gan glucoza sẽ được chuyển vào máu nhằm bảo đảm sự ổn định nồng độ glucoza huyết và tham gia vào trao đổi chung của cơ thể. Đường glucoza được bò sữa sử dụng chủ yếu làm nguồn năng lượng cho các hoạt động thần kinh, nuôi thai và hình thành đường lactoza trong sữa. Một phần nhỏ acid lactic sau khi hấp thu qua vách dạ cỏ được chuyển hoá ngay thành acid lactic và có thể được chuyển hoá tiếp thành glucoza và glycogen. Acid butyric (CH3CH2CH2COOH) được chuyển hoá thành bêtahydroxybutyric khi đi qua vách dạ cỏ, sau đó được sử dụng như một nguồn năng lượng bởi một số mô bào, đặc biệt là cơ xương và cơ tim. Nó cũng có thể được chuyển hoá dễ dàng thành xeton và gây độc hại cho bò sữa khi có nồng độ hấp thu quá cao. Hoạt động lên men glucid của vi sinh vật dạ cỏ còn giải phóng ra một khối lượng khổng lồ các thể khí, chủ yếu là CO2 và CH4. Các thể khí này không được bò sữa lợi dụng, mà chúng đều được thải ra ngoài cơ thể thông qua phản xạ ợ hơi. 10 2.1.3.2 Chuyển hoá các hợp chất chứa nitơ Các hợp chất chứa nitơ, bao gồm cả protein và phi protein, khi được ăn vào dạ cỏ sẽ bị VSV phân giải. Mức độ phân giải của chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là độ hoà tan. Các nguồn nitơ phi protein (NPN) trong thức ăn, như urê, hoà tan hoàn toàn và nhanh chóng phân giải thành amoniac. Trong khi tất cả NPN được chuyển thành amoniac trong dạ cỏ, thì có một phần nhiều hay ít tùy thuộc vào bản chất của thức ăn protein thật của khẩu phần được VSV dạ cỏ phân giải thành amoniac. Amoniac trong dạ cỏ là yếu tố cần thiết cho sự tăng sinh của hầu hết các loài vi khuẩn trong dạ cỏ. Các vi khuẩn này sử dụng amoniac để tổng hợp nên acid amin của chúng. Nó được coi là nguồn nitơ chính cho nhiều loại vi khuẩn, đặc biệt là những vi khuẩn tiêu hoá xơ và tinh bột. Sinh khối vi sinh vật sẽ đến dạ múi khế và ruột non theo khối dưỡng chấp. Tại đây một phần protein vi sinh vật này sẽ được tiêu hoá và hấp thu tương tự như đối với động vật dạ dày đơn. Trong sinh khối protein VSV có khoảng 80% là protein thật có chứa đầy đủ các acid amin không thay thế với tỷ lệ cân bằng. Protein thật của VSV được tiêu hoá khoảng 80-85% ở ruột. Hình 2.3 Sự chuyển hoá các chất chứa nitơ trong dạ cỏ Nhờ có VSV dạ cỏ mà gia súc nhai lại ít phụ thuộc vào chất lượng protein thô của thức ăn hơn là động vật dạ dày đơn bởi vì chúng có khả năng biến đổi các hợp chất chứa N đơn giản, như urê, thành protein có giá trị sinh học cao. Bởi vậy để thỏa mãn nhu cầu duy trì bình thường và nhu cầu sản xuất ở mức vừa phải thì không nhất thiết phải cho gia súc nhai lại ăn những nguồn protein có chất lượng cao, bởi vì hầu hết những protein này sẽ bị phân giải thành amoniac; thay vào đó amoniac có thể sinh ra từ những nguồn N đơn giản và rẻ tiền hơn. Khả năng này của VSV dạ cỏ có ý nghĩa kinh tế rất lớn đối với sản xuất vì thức ăn chứa protein thật đắt hơn nhiều so với các nguồn NPN. 11 2.1.3.3 Chuyển hoá lipid Trong dạ cỏ có hai quá trình trao đổi mỡ có liên quan với nhau: phân giải lipid của thức ăn và tổng hợp mới lipid của VSV. Triaxylglycerol và galactolipid của thức ăn được phân giải và thuỷ phân bởi lipasa VSV. Glycerol và galactose được lên men ngay thành ABBH. Các acid béo giải phóng ra được trung hoà ở pH của dạ cỏ chủ yếu dưới dạng muối canxi có độ hoà tan thấp và bám vào bề mặt của vi khuẩn và các tiểu phần thức ăn. Chính vì thế tỷ lệ mỡ quá cao trong khẩu phần thường làm giảm khả năng tiêu hoá xơ ở dạ cỏ. Trong dạ cỏ còn xảy ra quá trình hydrogen hoá và đồng phân hoá các acid béo không no. Các acid béo không no mạch dài (linoleic, linolenic) bị làm bão hoà (hydrogen hoá thành acid stearic) và sử dụng bởi một số vi khuẩn. Một số mạch nối đôi của các acid béo không no có thể không bị hydrogen hoá nhưng được chuyển từ dạng cis sang dạng trans bền vững hơn. Các acid béo có mạch nối đôi dạng trans này có điểm nóng chảy cao hơn và hấp thu (ở ruột non) và chuyển vào mô mỡ làm cho mỡ của gia súc nhai lại có điểm nóng chảy cao. Vi sinh vật dạ cỏ còn có khả năng tổng hợp lipid có chứa các acid béo lạ (có mạch nhánh và mạch lẻ) do sử dụng các ABBH có mạch nhánh và mạch lẻ được tạo ra trong dạ cỏ. Các acid này sẽ có mặt trong sữa và mỡ cơ thể của vật chủ. Như vậy, lipid của VSV dạ cỏ là kết quả của việc biến đổi lipid của thức ăn và lipid được tổng hợp mới. Khả năng tiêu hoá mỡ của VSV dạ cỏ rất hạn chế, cho nên khẩu phần nhiều mỡ sẽ cản trở tiêu hoá xơ và giảm thu nhận thức ăn. Tuy nhiên, đối với phụ phẩm xơ hàm lượng mỡ trong đó rất thấp nên dinh dưỡng của gia súc nhai lại ít chịu ảnh hưởng của tiêu hoá mỡ trong dạ cỏ. Hình 2.4 Sự chuyển hoá lipid ở gia súc nhai lại 12 2.2 ĐÁNH GIÁ TỶ LỆ TIÊU HÓA BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN VITRO Phương pháp sinh khí in vitro ra đời dựa trên nền tảng của in vitro Tilley và Terry (1963), sự tiêu hóa vi sinh vật dạ cỏ có thể quan sát được trong điều kiện ống nghiệm dưới sự tham gia của vi sinh vật dạ cỏ trong môi trường nước bọt nhân tạo của McDougall (1948). Kết quả của sự lên men này có thể được quan sát từ thức ăn còn lại sau khi được tiêu hóa ở phương pháp sinh khí in vitro Tilley và Terry (1963) hoặc từ sản phẩm sinh ra của sự tiêu hóa ở phương pháp sinh khí in vitro của Menke et al., (1979). Mặc dù phương pháp in vitro của Menke et al., (1979) đã được đánh giá và cho thấy có nhiều thuận lợi trong ước lượng thức ăn như ít tốn chi phí, nhanh nhưng nó vẫn còn những hạn chế nhất định: 1) yêu cầu phải có gia súc để cung cấp dịch dạ cỏ; 2) cách đo lường vật chất không bị tiêu hóa phức tạp có thể dẫn đến sai số lớn, đặc biệt các loại thức ăn có chứa tannin cao, do tanin có thể tan trong môi trường ủ của in vitro nhưng đây lại là thành phần không thể tiêu hóa (Makkar, 2004). Từ những hạn chế trên El Shaer et al., (1987) đã đề nghị sử dụng phân làm nguồn vi sinh vật thay thế cho dịch dạ cỏ trong phương pháp tiêu hóa in vitro và Menke et al., (1979) giới thiệu phương pháp sinh khí in vitro, thay thế cho việc đo trọng lượng trong phương pháp in vitro Tilley và Terry (1963) bằng sự đo lượng khí sinh ra từ sự lên men. Từ đó sinh khí in vitro được ra đời bởi Menke et al., (1979). 2.2.1 Mô tả chung Nguyên lý hoạt động của sinh khí in vitro cũng tương tự như phương pháp in vitro Tilley và Terry (1963). Thức ăn được ủ trong môi trường dịch dạ cỏ có chất đệm yếm khí ở 39oC, sẽ được tiêu hóa bởi vi sinh vật dạ cỏ. Sau khi bắt đầu ủ, thức ăn được tiêu hóa sinh ra các ABBH và một lượng khí là CO2, CH4, H2. ABBH giải phóng kích thích chất đệm sinh khí và đo lường được trong hệ thống sinh khí in vitro. Lượng khí sinh ra trong hệ thống sinh khí in vitro có thể được ghi nhận qua một hay nhiều thời điểm khác nhau. Sự sinh khí này được xem như là sản phẩm hoạt động tiêu hóa thức ăn của vi sinh vật dạ cỏ và phản ánh được khả năng tiêu hóa của mỗi loại thức ăn. 2.2.2 Nguyên lý sinh khí Khi thức ăn được ủ trong môi trường in vitro sẽ được chuyển thành các acid béo bay hơi, khí (CO2 và CH4) và tế bào vi sinh vật. Trong môi trường in vitro có chất đệm bicarbonate, khi acid béo bay hơi sinh ra lập tức CO2 được giải phóng để ổn định pH. Như vậy, lượng khí sinh ra trong hệ thống sinh khí in 13 vitro bao gồm khí sinh ra trực tiếp từ sự lên men là CO2, CH4, H2 và khí sinh ra gián tiếp từ sự lên men là CO2. Đối với thức ăn thô, khoảng 50% khí sinh ra từ chất đệm và phần còn lại là lượng khí sinh ra trực tiếp từ quá trình lên men (Blummel và Orskov, 1993). Còn đối với thức ăn hỗn hợp, khí sinh ra từ chất đệm khoảng 60% (Getachew et al., 1998). Người ta thấy rằng mỗi mmol acid béo bay hơi sinh ra sẽ giải phóng khoảng 0,8-1,0 mmol CO2 từ dung dịch đệm và điều này còn phụ thuộc vào hàm lượng photphate hiện diện trong dung dịch đệm (Beuvich và Spoelstra, 1992; Blummel và Orskov, 1993). Đặc biệt lượng khí sinh ra có mối tương quan cao với ABBH và từ đó người ta xem lượng khí sinh ra như là một chỉ thị để đo lường sản phẩm sinh ra từ quá trình lên men trong kỹ thuật sinh khí in vitro (Blummel và Orskov, 1993). Lượng khí sinh ra còn phụ thuộc vào thành phần dưỡng chất của thức ăn, thức ăn chứa nhiều carbohydrate có lượng khí sinh ra cao. Trong khi sự lên men của đạm giải phóng khí chỉ với lượng nhỏ khí sinh ra từ sự lên men béo thì không đáng kể (Makkar, 2003). 2.2.3 Sự phát triển hệ thống đo lường lượng khí sinh ra Từ những năm 1884 người ta đã phát hiện có một lượng khí đáng kể sinh ra trong dạ cỏ và lượng khí đó có mối liên hệ gần với sự lên men trong dạ cỏ. Nhưng việc đo lường lượng khí sinh ra này chỉ bắt đầu chú ý và thực hiện vào những năm 1940 (Williams, 2000). Điều đó được xem như là nền tảng để in vitro sinh khí ra đời. Mãi đến những năm 1960 thì kỹ thuật in vitro sinh khí được chấp nhận như là một kỹ thuật ước lượng thức ăn cho gia súc (Williams, 2000). Lợi dụng áp lực do khí sinh ra, ở trường đại học Hohenheim Đức đã tiến hành chuẩn hóa kỹ thuật in vitro sinh khí dựa trên dụng cụ đo khí chính là quan sát pittông của ống tiêm thủy tinh (Menke et al., 1979). Kỹ thuật này được áp dụng rộng rãi để dự đoán tỉ lệ tiêu hóa in vitro và năng lượng trao đổi ở Đức (Menke et al., 1979; Menke và Steigass, 1988). Trong kỹ thuật này lượng khí sinh ra được xác định ở 24 giờ lên men trong ống tiêm 100 ml khoảng 200 mg mẫu thức ăn, kết hợp với thành phần hóa học thức ăn để dự đoán tỉ lệ tiêu hóa vật chất hữu cơ và năng lượng trao đổi. Nhờ sự tiện lợi của in vitro sinh khí nên nó được chú ý nghiên cứu phát triển nhằm tăng thêm khả năng hữu dụng và tính xác thực trong đánh giá thức ăn. Williams (2000) mô tả rằng Theodorou và các cộng sự tại Viện nghiên cứu môi trường và đồng cỏ Anh (IGER) đã sử dụng máy biến áp để đo lượng khí sinh ra trong phương pháp in vitro sinh khí để cho kết quả xác thực, tiện lợi và giảm lao động. Trong quy trình này thức ăn được lên men trong chai đóng kín 14 và sử dụng máy biến áp để đo lượng khí sinh ra trong chai theo thời điểm khác nhau. Lượng khí sinh ra sẽ được lấy ra sau mỗi lần đo. Lượng khí sinh ra được ghi nhận sau mỗi 3-4 giờ trong 24 giờ lên men đầu tiên và tần số ghi nhận giảm dần sau đó cho đến lần ghi nhận sau cùng là 120-144 giờ lên men. Các số liệu này có thể được qui về các hàm tính toán để dự đoán động lực tiêu hóa của thức ăn. Một hệ thống tự động khác được Beuvink et al., (1992) nghiên cứu ở Viện sức khỏe và khoa học gia súc Hà Lan. Tác giả dựa trên sự thay đổi trọng lượng dịch thay thế bởi khí lên men trong 24 giờ để qui đổi về lượng khí sinh ra. Tiếp theo Pell và Schofield (1993) đưa ra một hệ thống tự động khác tại Đại học Cornell Mỹ, hệ thống này sự dụng máy cảm áp kết nối với máy tính để đo lượng khí sinh ra trong chai sinh khí. Hệ thống này không sử dụng hệ thống thông khí sau mỗi lần ghi nhận kết quả, tức là áp lực trong chai lớn lên dần và người ta ghi nhận kết quả qua sự thay đổi áp suất theo thời gian ủ. Sau đó hệ thống này được gắn thêm khóa điện, khóa này có thể mở khi cảm áp không hoạt động và khóa sẽ tự động mở, đóng theo cài đặt của người kỹ thuật. Nhìn chung in vitro sinh khí ra đời đến nay được phát triển rất mạnh và đạt được những hệ thống thiết bị hiện đại và tiện nghi trong đo lường lượng khí sinh ra. Các hệ thống in in vitro sinh khí tự động sử dụng rất tiện nghi và giảm được công lao động trong việc xác định động lực tiêu hóa, tỉ lệ tiêu hóa tiềm năng và phạm vi tiêu hóa của các loại thức ăn. Tuy nhiên nó đòi hỏi phải tốn nhiều kinh phí cho dụng cụ thiết bị và khó trở thành một kỹ thuật ước lượng phổ biến (Makkar, 2003). Kỹ thuật in vitro sinh khí của Menke et al. (1979) có thể thích ứng với nhiều điều kiện phòng thí nghiệm khác nhau và đặc biệt thích ứng cao cho các nước đang phát triển vì ít tốn chi phí cho dụng cụ thiết bị và thao tác thực hiện đơn giản hơn (Makkar, 2003). 2.2.4 Vai trò của sinh khí in vitro Phương pháp in vitro sinh khí đã được sử dụng rộng rãi để ước lượng giá trị dinh dưỡng thức ăn. Phương pháp in vitro sinh khí được sử dụng để dự đoán nhiều chỉ tiêu khác nhau trong đánh giá thức ăn. Menke et al., (1979) lần đầu tiên đề xuất và sử dụng in vitro sinh khí để dự đoán tỉ lệ tiêu hóa in vitro và năng lượng trao đổi (ME). Gần đây hơn người ta quan tâm nhiều đến hiệu quả sử dụng thức ăn thô cho gia súc. Cho nên kỹ thuật in vitro sinh khí được nghiên cứu để ứng dụng trong việc xác định động lực tiêu hóa thức ăn với ưu điểm nhanh và tiện nghi hơn. Tham số quan trọng hơn cả để diễn tả khả năng sử sụng thức ăn là mức tiêu thụ thức ăn, tham số này cũng có thể được dự đoán từ in vitro sinh khí (Getachew et al., 1998). Phương pháp in vitro sinh 15 khí còn được dùng để dự đoán các chất khoáng dưỡng có trong thức ăn (Makkar, 2003). Dựa vào kết quả lượng khí sinh ra có mối liên hệ rất gần với acid béo bay hơi, người ta thiết lập được phương trình hồi quy để dự đoán lượng acid béo bay hơi trong dạ cỏ (Blummel et al., 1999). Nhìn chung phương pháp in vitro sinh khí như là một công cụ hữu hiệu để dự đoán các chỉ số dinh dưỡng thức ăn gia súc nhai lại, phương pháp này dự đoán được nhiều tham số phản ánh được giá trị dinh dưỡng của các loại thức ăn khác nhau. 2.2.4.1 Dự đoán tỉ lệ tiêu hóa và năng lượng trao đổi thức ăn Việc dự đoán tỉ lệ tiêu hóa thức ăn và năng lượng trao đổi (ME) từ thành phần hóa học thông qua các hàm hồi qui trước đây đã được sử dụng rộng rãi. Sau đó có nhiều phương pháp phân tích khác được ra đời như tỉ lệ tiêu hóa in vitro, in situ, vi vitro sinh khí... các phương pháp này đã được đánh giá và phân tích trong nhiều báo cáo khoa học và cho thấy chúng dự đoán được các tham số trên thí nghiệm in vitro xác thực hơn phương pháp phân tích hóa học (Lopéz et al., 2000). Đặc biệt phương pháp in vitro sinh khí được sản xuất bởi Menke et al., (1979) rất hữu hiệu trong việc dự đoán tỉ lệ tiêu hóa và năng lượng thức ăn (Makkar, 2003). Natarja et al., (1998) cho biết thêm sử dụng in vitro sinh khí kết hợp với thành phần hóa học đánh giá 96% sự thay đổi ME. 2.2.4.2 Dự đoán mức tiêu thụ thức ăn Yếu tố chính làm hạn chế khả năng sử dụng thức ăn thô của gia súc nhai lại là mức tiêu thụ thức ăn. Cho nên việc dự đoán mức tiêu thụ thức ăn, đặc biệt là thức ăn thô xơ là một chỉ tiêu quan trọng trong dinh dưỡng gia súc nhai lại. Phương pháp nền tảng để dự đoán chỉ tiêu này là quan sát trong điều kiện in vivo. Sau đó hệ thống tẩy rửa Van Soest ra đời và cho thấy NDF (xơ trung tính) có mối liên hệ với mức tiêu thụ thức ăn. Đặc biệt khi in vitro sinh khí ra đời người ta tin tưởng vào in vitro sinh khí hơn khi dự đoán mức tiêu thụ thức ăn (Getachew et al., 1998). Bước đầu người ta thấy rằng khí sinh ra từ DM lên men có mối liên hệ ý nghĩa với mức tiêu thụ và sau đó khi kiểm chứng với khí lên men từ NDF cho thấy diễn tả được 82% sự thay đổi về mức tiêu thụ thức ăn trong khi chỉ có 75% ở DM (Blummel và Becker, 1997). 2.2.4.3 Dự đoán tỉ lệ tiêu hóa và năng lượng trao đổi thức ăn Việc dự đoán tỉ lệ tiêu hóa thức ăn và năng lượng trao đổi (ME) từ thành phần hóa học thông qua các hàm hồi qui trước đây đã được sử dụng rộng rãi. Sau đó có nhiều phương pháp phân tích khác được ra đời như tỉ lệ tiêu hóa in vitro, in situ, vi vitro sinh khí... các phương pháp này đã được đánh giá và 16 phân tích trong nhiều báo cáo khoa học và cho thấy chúng dự đoán được các tham số trên thí nghiệm in vitro xác thực hơn phương pháp phân tích hóa học (Lopéz et al., 2000). Đặc biệt phương pháp in vitro sinh khí được sản xuất bởi Menke et al., (1979) rất hữu hiệu trong việc dự đoán tỉ lệ tiêu hóa và năng lượng thức ăn (Makkar, 2003). Natarja et al., (1998) cho biết thêm sử dụng in vitro sinh khí kết hợp với thành phần hóa học đánh giá 96% sự thay đổi ME. 2.2.4.4 Dự đoán tốc độ tiêu hóa thức ăn Trong các quan điểm mới gần đây về sự tiêu hóa thức ăn ơ gia súc nhai lại, không chỉ quan tâm về tiềm năng tiêu hóa mà còn rất quan tâm đến hiệu quả tiêu hóa (phạm vi tiêu hóa) của thức ăn, vì sự tận dụng thức ăn ở động vật không chỉ phụ thuộc vào tiềm năng tiêu hóa của thức ăn mà còn phụ thuộc rất lớn vào tốc độ thức ăn đi qua đường tiêu hóa. Tham số phạm vi tiêu hóa sẽ diễn tả tốt 2 yếu tố trên. Diễn tả được phạm vi tiêu hóa thức ăn sẽ cung cấp một cơ sở hữu dụng để đánh giá khả năng tận dụng được dưỡng chất từ thức ăn đó cho nhai lại. Trong nhiều báo cáo gần đây người ta thấy rằng phân tích động lực lên men thức ăn bằng in vitro sinh khí thuận tiện hơn nhờ ít tốn thời gian, chi phí và công lao động. 2.2.4.5 Dự đoán acid béo bay hơi Chỉ số acid béo bay hơi trong dạ cỏ đóng vai trò quan trọng trong ước lượng thức ăn. Acid béo bay hơi là kết quả hoạt động lên men thức ăn của vi sinh vật là nguồn năng lượng quan trọng cũng cấp cho vật chủ trong hệ thống sinh lý dinh dưỡng của thú nhai lại. Xuất phát từ đó, có nhiều nghiên cứu ra đời nhằm tìm mối quan hệ giữa acid béo bay hơi ở in vivo và in vitro sinh khí để dự đoán chỉ số này hữu hiệu hơn. Các kết quả này đã cho thấy rất có tiềm năng trong dự đoán acid béo bay hơi ở in vivo bởi in vitro sinh khí. 2.2.4.6 Dự đoán các chất kháng dưỡng In vitro sinh khí có thể dùng để xác định các chất kháng dưỡng trong thức ăn và nó tỏ ra tiện ích hơn các phương pháp khác (Makkar, 2003). Để xác định được mức độ ảnh hưởng của chất kháng dưỡng trong thức ăn bằng in vitro sinh khí người ta sẽ bổ sung thêm chất bất hoạt của chất kháng dưỡng vào hệ thống in vitro sinh khí và so với sự sinh khí ở trường hợp không bổ sung chất bất hoạt. Để đánh giá ảnh hưởng của tannin trong thức ăn người ta sử dụng chất bất hoạt là polyethylen glycol (Mauricio et al.,1999). Makkar (2003) cho biết in vitro sinh khí đã được ứng dụng nhiều trong các nghiên cứu về ảnh hưởng và tương tác của các chất kháng dưỡng như phenol, tannin, saponin. Tổng hợp từ nhiều kết quả nghiên cứu, Makkar (2003) kết luận rằng in vitro sinh khí là một công 17 cụ đơn giản, tốn ít chi phí để nghiên cứu các ảnh hưởng và tương tác các chất kháng dưỡng chứa trong thức ăn gia súc nhai lại. 2.2.4.7 Dự đoán sự tổng hợp protein vi sinh vật Sinh khối vi sinh vật dạ cỏ là nguồn protein chính cho gia súc nhai lại. Sự tổng hợp vi sinh vật trong dạ cỏ là kết quả của một chuỗi trao đổi và quan hệ phức tạp trong dạ cỏ. Việc dự đoán sự tổng hợp vi sinh vật dạ cỏ quan trọng và là cốt lõi trong dinh dưỡng nhai lại. Một số hệ thống dinh dưỡng tiêu biểu như NRC có sử dụng chỉ số tổng hợp vi sinh vật dạ cỏ để dự đoán năng suất vật nuôi. Mặc dù hiện nay có một số dự đoán vi sinh vật tổng hợp đáng tin cậy như purine, đánh dấu N,... nhưng hầu hết các kỹ thuật này đòi hỏi thực hiện trên thú sống nên chưa mang lại hiệu quả cao trong ước lượng. Trong thực tế người ta biết được rằng sự tổng hợp protein vi sinh vật liên quan mật thiết đến kết quả lên men trong sự tiêu hóa in vitro (Menke et al., 1979). 2.2.4.8 Dự đoán mêtan thải ra bằng phương pháp sinh khí in vitro Trong quá trình tiêu hóa thức ăn trong dạ cỏ, ngoài các sản phẩm chính tạo ra là các acid béo bay hơi và protein vi sinh vật có vai trò cung cấp năng lượng và đạm cho gia súc còn tạo ra thêm một số sản phẩm phụ khác như CO2, CH4, H2... Trong đó đáng lưu ý nhất là CH4, nó làm ô nhiễm môi trường khi được bài thải ra ngoài bằng sự ợ hơi. Người ta ước lượng thấy rằng sự bài thải methan trong tiêu hóa loài nhai lại đã làm tổn thất 2-12% năng lượng của thức ăn (Wilkerson et al., 1995). Trong truyền thống, sự bài thải methan từ gia súc nhai lại được xác định từ trong điều kiện thú sống, điều này đã làm tốn nhiều kinh phí trong đánh giá. Trong một trắc nghiệm gần đây, Getachew et al., (2005) thấy rằng in vitro sinh khí có thể dùng để xác định methan thải ra từ sự tiêu hóa. Trên thực tế đã có một số nghiên cứu sử dụng in vitro sinh khí để dự đoán methan trong quá trình tiêu hóa thức ăn của vi sinh vật dạ cỏ để đưa ra các chiến lược làm giảm methan và cho kết quả rất tiềm năng (Getachew et al., 2005). 2.3 THỰC LIỆU DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM 2.3.1 Bìm bìm Bìm bìm có tên khoa học là Operculia turpethum. Đây là loại thân dây mọc hoang dại khắp nơi trong tự nhiên. Bìm bìm là một loại dây leo, cuốn, thân mảnh, có điểm những lông hình sao. Lá hình tim xẻ 3 thùy, nhẵn và xanh ở mặt trên, xanh nhạt và có lông ở mặt dưới dài 14 cm, rộng 12 cm, cuống dài 5-9 cm, gầy, nhẵn. Hoa màu hồng tím hay lam nhạt, lớn, mọc thành tim 1-3 hoa, ở kẽ lá. Quả nang hình cầu, nhẵn, đường kính 8 mm, có 3 ngăn. Hạt 2-4, 18 hình 3 cạnh, lưng khum, hai bên dẹp, nhẵn nhưng ở tễ hơi có lông, màu đen hay trắng tùy theo loài, dài 5-8 mm, rộng 3-5 mm. Trong bìm bìm có khoảng 2% chất glucozit gọi là phacbitin có tác dụng tẩy, ngoài ra còn chừng 11% chất béo và 2 sắc tố cũng là glucozit. Bảng 2.1: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của bìm bìm (%) Thực liệu DM OM CP NDF ADF Ash Bìm bìm 15,2 85,7 17,9 44,0 30,7 14,3 Ghi chú: Nguyễn Thị Kim Đông (2011). DM: vật chất khô; OM: vật chất hữu cơ; CP: protein thô; ADF: xơ acid, NDF: xơ trung tính; Ash: khoáng tổng số. 2.3.2 Cỏ đậu lá nhỏ Cỏ Đậu lá nhỏ có tên khoa học là Psophocarpus scanden. Cỏ họ đậu là một họ thực vật rất quan trọng bao gồm: họ phụ muồng, họ phụ trinh nữ và họ phụ đậu. cỏ họ đậu như so đũa, bình linh, Stylo, đậu biếc, đậu ma,… có hàm lượng dưỡng chất cao (Nguyễn Thị Hồng Nhân, 2005). Đây là nguồn thức ăn cung cấp đạm tốt cho gia súc. Cỏ đậu ở nước ta thường giàu protein thô, vitamin, giàu khoáng Ca, Mg, Zn, Fe nhưng ít P, K hơn cỏ hòa thảo. Ưu điểm của cỏ đậu sử dụng làm thức ăn gia súc là khả năng cộng sinh với vi sinh vật trong nốt sần ở rễ mên có thể sử dụng được Nitơ trong không khí tạo nên thức ăn giàu protein, vitamin, khoáng đa lượng và khoáng vi lượng mà không cần bón nhiều phân. Nhược điểm của cỏ đậu làm thức ăn gia súc là chứa chất khó tiêu hóa hay độc tố làm gia súc không ăn được nhiều. Bởi vậy cần thiết phải sử dụng phối hợp với cỏ hòa thảo để nâng cao hiệu suất sử dụng thức ăn (Viện chăn nuôi quốc gia, 1995). Bảng 2.2: Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của cỏ đậu lá nhỏ (%) Thực liệu DM OM CP NDF ADF Ash Cỏ đậu lá nhỏ 18,3 89,7 19,5 46,2 38,1 10,4 Ghi chú: Trần Thị Hồng Trang (2013). DM: vât chất khô, OM: vật chất hữu cơ, CP: protein thô, NDF: xơ trung tính, ADF: xơ acid, Ash: khoáng tổng số 2.3.3 Cỏ Ruzi Cỏ Ruzi là giống cỏ lâu năm thuộc họ hòa thảo, có thân bò, thân và cành nhỏ, có nhiều lá, thân lá mềm có lông mịn. Cỏ có thể mọc cao tới 1,2-1,5 m, bẹ lá mọc quanh gốc, rễ chùm, phát triển mạnh và bám chắc vào đất. Cỏ Ruzi ra hoa và kết trái tốt trong nhiều điều kiện (Fao, 2011). 19 Cỏ Ruzi có khả năng chịu khô hạn tốt nhưng phát triển tốt nhất là vào mùa mưa, cỏ có thể mọc tốt những vùng cao tới 2000 m. Cỏ Ruzi phát triển được trên nhiều loại đất khác nhau, có thể trồng ở vùng đồng bằng hoặc ở vùng trung du miền núi với độ dốc không quá cao (đồng cỏ cắtn[...]... của các loại thức ăn thô để tạo cơ sở phối hợp khẩu phần thích hợp nhằm giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính và cải thiện tỉ lệ tiêu hóa của gia súc nhai lại Tuy nhiên các nghiên cứu về sự sản sinh khí mêtan và khí cacbonic ở in vitro của các loại thức ăn thô còn hạn chế Với các lý do như trên, đề tài Nghiên cứu khả năng sinh khí hiệu ứng nhà kính của một số loại thức ăn thô trong điều kiện in. .. thuật in vitro sinh khí được nghiên cứu để ứng dụng trong việc xác định động lực tiêu hóa thức ăn với ưu điểm nhanh và tiện nghi hơn Tham số quan trọng hơn cả để diễn tả khả năng sử sụng thức ăn là mức tiêu thụ thức ăn, tham số này cũng có thể được dự đoán từ in vitro sinh khí (Getachew et al., 1998) Phương pháp in vitro sinh 15 khí còn được dùng để dự đoán các chất khoáng dưỡng có trong thức ăn (Makkar,... như phương pháp in vitro Tilley và Terry (1963) Thức ăn được ủ trong môi trường dịch dạ cỏ có chất đệm yếm khí ở 39oC, sẽ được tiêu hóa bởi vi sinh vật dạ cỏ Sau khi bắt đầu ủ, thức ăn được tiêu hóa sinh ra các ABBH và một lượng khí là CO2, CH4, H2 ABBH giải phóng kích thích chất đệm sinh khí và đo lường được trong hệ thống sinh khí in vitro Lượng khí sinh ra trong hệ thống sinh khí in vitro có thể được... lên men thức ăn của vi sinh vật là nguồn năng lượng quan trọng cũng cấp cho vật chủ trong hệ thống sinh lý dinh dưỡng của thú nhai lại Xuất phát từ đó, có nhiều nghiên cứu ra đời nhằm tìm mối quan hệ giữa acid béo bay hơi ở in vivo và in vitro sinh khí để dự đoán chỉ số này hữu hiệu hơn Các kết quả này đã cho thấy rất có tiềm năng trong dự đoán acid béo bay hơi ở in vivo bởi in vitro sinh khí 2.2.4.6... có thể được ghi nhận qua một hay nhiều thời điểm khác nhau Sự sinh khí này được xem như là sản phẩm hoạt động tiêu hóa thức ăn của vi sinh vật dạ cỏ và phản ánh được khả năng tiêu hóa của mỗi loại thức ăn 2.2.2 Nguyên lý sinh khí Khi thức ăn được ủ trong môi trường in vitro sẽ được chuyển thành các acid béo bay hơi, khí (CO2 và CH4) và tế bào vi sinh vật Trong môi trường in vitro có chất đệm bicarbonate,... hơi sinh ra lập tức CO2 được giải phóng để ổn định pH Như vậy, lượng khí sinh ra trong hệ thống sinh khí in 13 vitro bao gồm khí sinh ra trực tiếp từ sự lên men là CO2, CH4, H2 và khí sinh ra gián tiếp từ sự lên men là CO2 Đối với thức ăn thô, khoảng 50% khí sinh ra từ chất đệm và phần còn lại là lượng khí sinh ra trực tiếp từ quá trình lên men (Blummel và Orskov, 1993) Còn đối với thức ăn hỗn hợp, khí. .. làm nguồn vi sinh vật thay thế cho dịch dạ cỏ trong phương pháp tiêu hóa in vitro và Menke et al., (1979) giới thiệu phương pháp sinh khí in vitro, thay thế cho việc đo trọng lượng trong phương pháp in vitro Tilley và Terry (1963) bằng sự đo lượng khí sinh ra từ sự lên men Từ đó sinh khí in vitro được ra đời bởi Menke et al., (1979) 2.2.1 Mô tả chung Nguyên lý hoạt động của sinh khí in vitro cũng tương... Phương pháp in vitro sinh khí đã được sử dụng rộng rãi để ước lượng giá trị dinh dưỡng thức ăn Phương pháp in vitro sinh khí được sử dụng để dự đoán nhiều chỉ tiêu khác nhau trong đánh giá thức ăn Menke et al., (1979) lần đầu tiên đề xuất và sử dụng in vitro sinh khí để dự đoán tỉ lệ tiêu hóa in vitro và năng lượng trao đổi (ME) Gần đây hơn người ta quan tâm nhiều đến hiệu quả sử dụng thức ăn thô cho gia... được trong điều kiện ống nghiệm dưới sự tham gia của vi sinh vật dạ cỏ trong môi trường nước bọt nhân tạo của McDougall (1948) Kết quả của sự lên men này có thể được quan sát từ thức ăn còn lại sau khi được tiêu hóa ở phương pháp sinh khí in vitro Tilley và Terry (1963) hoặc từ sản phẩm sinh ra của sự tiêu hóa ở phương pháp sinh khí in vitro của Menke et al., (1979) Mặc dù phương pháp in vitro của Menke... Steigass, 1988) Trong kỹ thuật này lượng khí sinh ra được xác định ở 24 giờ lên men trong ống tiêm 100 ml khoảng 200 mg mẫu thức ăn, kết hợp với thành phần hóa học thức ăn để dự đoán tỉ lệ tiêu hóa vật chất hữu cơ và năng lượng trao đổi Nhờ sự tiện lợi của in vitro sinh khí nên nó được chú ý nghiên cứu phát triển nhằm tăng thêm khả năng hữu dụng và tính xác thực trong đánh giá thức ăn Williams (2000)