ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM LÊ THỤY BÌNH PHƯƠNG ẢNH HƯỞNG HIỆP ĐỒNG CÙA LÁ SẮN (MANIHOT ESCULENTA CRANTZ), BÃ BIA, VÀ THAN SINH HỌC (BIOCHAR) LÊN SỰ SẢN SINH KHÍ METHANE VÀ NĂNG SUẤT THÚ NHAI LẠI Chuyên ngành: Khoa Học Động Vật Mã ngành: 9620105 TÓM TẮT LUẬN ÁN KHOA HỌC ĐỘNG VẬT HUẾ-2020 Luận án hồn thành Trường Đại Học Nơng Lâm, Đại Học Huế Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hữu Văn TS Đinh Văn Dũng Phản biện 1:…………………………………………………………………………… Phản biện 2:…………………………………………………………………………… Phản biện 3:…………………………………………………………………………… Luận án bảo vệ Hội Đồng Khoa Học Đại học Huế, Số 04 Lê Lợi, Thành phố Huế, lúc……………….…….ngày ……/…… /2020 Luận án tham khảo tại: Thư viện quốc gia Trung tâm Thông tin Thư viện Đại học Nông Lâm Huế, Đại Học Huế Danh sách chữ viết tắt ký hiệu cs Cộng DAP Diammonium phosphate CFU Colony-forming unit HCN Hydrocyanic acid N Nitrogen LAB Lactid acid bacteria SEM Standard error mean VFA Volatile fatty acid= acid béo bay VCK Vật chất khô GIỚI THIỆU Đặt vấn đề Sắn trồng có khả thích ứng với biến đổi khí hậu; sâu bệnh khả kháng bệnh khả chịu hạn cao yếu tố việc xếp hạng sắn an ninh lương thực giới (Jarvis cs 2012) Ở Việt Nam, sắn loại lương thực thứ hai, trồng chủ yếu cấp độ hộ gia đình quy mơ nhỏ (Hồng Kim cộng 2000) Từ thí nghiệm thành cơng việc sử dụng sắn (giống ngọt) làm nguồn protein gia súc báo cáo Ffoulkes Preston (1978), sau cho ăn thành cơng trạng thái tươi cho dê gia súc Campuchia (Preston Rodríguez Lylian, 2004), sắn trở thành nguồn protein thực vật quan trọng phần ăn thú nhai lại Tuy nhiên, độc tố cyanide sắn tươi, đặc biệt sắn đắng, trở ngại cho việc sử dụng chúng phần động vật hạn chế lượng ăn vào gây ngộ độc tiêu thụ nhanh Ngày nay, sắn đắng (hàm lượng cyanide cao) trồng nhiều so với sắn (hàm lượng cyanide thấp hơn) suất tinh bột cao hơn, tìm kiếm phương pháp để giảm thiểu tác dụng tiêu cực độc tố cyanide tận dụng nguồn sắn đắng phần thú nhai lại phù hợp với thực tế vấn đề thách thức Nhiều nghiên cứu bắt đầu quan tâm đến ảnh hưởng định cyanide đến quần thể vi khuẩn methanogen chúng ức chế hoạt động methanogenesis dẫn đến giảm sản xuất methane (Ch Olga Rojas cs 1999; Phương cs 2012; Phanthavong cs 2015) Tuy nhiên, liệu cyanide ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh vật nói chung ảnh hưởng đến tốc độ lên men cỏ cách gián tiếp hay không, chưa hiểu đầy đủ Trước đây, kiến thức nhà dinh dưỡng tập trung vào cỏ, tác động cyanide lên q trình lên men cỏ ảnh hưởng sâu sắc đến sinh lý tiêu hóa phần thấp đường tiêu hóa thú nhai lại, phải xem xét để hiểu đầy đủ sử dụng sắn đắng phần Mặc dù vậy, thách thức cho ăn phần sắn đắng (hàm lượng cyanide cao) cách tiếp cận phải đòi hỏi an tồn cho sức khỏe động vật Do đó, xây dựng phương pháp cho ăn phù hợp cho phần sắn tươi, đặc biệt sắn đắng, không ngộ độc cyanide cần thiết để sử dụng sắn hiệu hệ thống cho ăn thú nhai lại Mục tiêu luận án Mục tiêu chung luận án đưa đến hiểu biết tốt hạn chế lợi ích việc sử dụng sắn hệ thống cho thú nhai lại Từ điều này, giúp cải thiện việc sử dụng sắn cho thú nhai lại cách tăng cường đặc tính nguồn by-pass protein, xác minh vai trò độc tố HCN sắn việc giảm sản xuất methane mà xây dựng bới nghiên cứu trước Các yêu cầu cụ thể sau để thực mục tiêu chung nghiên cứu này: (i) Xác định ảnh hưởng nồng độ HCN sắn đến đặc tính q trình lên men in vitro cỏ thông qua đánh giá tổng lượng khí methane, nồng độ ammoniac (ii) Xây dựng phương pháp cho ăn loại sắn “đắng” (giống KM 94; hàm lượng HCN trung bình) cách cung cấp thêm 4% bã bia (dựa VCK) / 1% VCK than sinh học (biochar), sau đánh giá tác động phương pháp cho ăn lên tăng trưởng, tỷ lệ tiêu hóa/ lưugiữ N, tiết thiocyanate nước tiểu sản xuất methane bò dê (iii) Xem xét lợi ích bã bia ảnh hưởng đến phần ăn sắn “đắng” (KM94) cách kiểm tra diện Saccharomyces vi khuẩn sinh acid lactic bã bia Sau so sánh với nguồn bã sắn lên men tiềm trình lên men in vitro cỏ thơng q việc đánh giá tiêu tổng lượng khí khí methane Ý nghĩa khoa học điểm luận án Luận án chứng minh HCN khoai mì yếu tố làm giảm sinh khí methane, nghiên cứu trước tiên đốn vai trò HCN việc giảm sinh khí methane Hiện nay, hiểu biết việc sử dụng khoai mì cho gia súc nhai lại ăn chủ yếu loại mì “ngọt” có hàm lượng cyanide (HCN) thấp, nhiên luận án xây dựng phương pháp cho ăn khoai mì “đắng” (có nồng độ cyanide cao “ngọt”) với hỗ trợ việc thêm vào phần lượng hèm bia mức 4% vật chất khô (VCK) biochar mức 1% VCK bò dê mà khơng gây tượng ngộ độc HCN Bên cạnh đó, việc cho ăn khoai mì “đắng” phần cho thấy có tác động đến q trình lên men cỏ, dẫn đến gia tăng nitrogen lưu giữ với giảm sinh khí meathne Mối liên hệ cung cấp hàm ý cho cách tiếp cận đánh giá tiêu hóa thú nhai lại: chuyển đổi phần vị trí tiêu hóa thức ăn (từ cỏ đến ruột non manh tràng) mà trước người ta cho có lên men thức ăn cỏ có mối quan hệ cộng sinh thực với động vật nhai lại ©©©©© CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Tổng quan tài liệu bao gồm vấn đề sau: (i) Trình bày tiến trình lên men cỏ mà có liên quan đến sinh khí methane ảnh hưởng trực tiếp đến phát triển thú nhai lại Giải thích tương tác vi sinh vật cỏ chiến lược giải độc tiềm xảy sử dụng sắn chứa hàm lượng HCN cao (ii) Tận dụng số phụ phẩm thiết lập phần ăn cho thú nhai lại như: (i) sắn làm nguồn protein, hàm lượng HCN đóng vai trò yếu tố ức chế methanogenesis, (ii) bã bia than sinh học chất bổ sung mức độ thấp cho có khả giải độc cyanide phần ăn sắn; (iii) vai trò Saccharomyces bã bia mong đợi cung cấp hợp chất “prebiotic” để hỗ trợ cho phần ăn sắn Tất vấn đề đặt đánh giá tích hợp thơng qua mơ tả, giải thích nghiên cứu trước cho thấy khoảng cách nghiên cứu cần tiếp tục thực ©©©©© CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG VỚI CÁC GIỐNG LÁ SẮN “ĐẮNG” HAY “NGỌT” LÊN SINH KHÍ METHANE TRONG QUÁ TRÌNH LÊN MEN IN VITRO DẠ CỎ Giới thiệu Sự phát triển ngành công nghiệp chế biến củ sắn để chiết xuất tinh bột xuất tạo nguồn phụ phẩm bã sắn dồi Bã sắn phụ phẩm từ sắn thân có giá trị thức ăn tiềm cho chăn nuôi Sản phẩm phụ sắn cần tận dụng hệ thống thức ăn thú nhai lại tác động lên men tiêu cực dẫn đến mơi trường bị nhiễm Bã sắn protein; nhiên, có hàm lượng protein thơ cao 20% VCK (Lukuyu cs 2014) Ffoulkes Preston (1978) cho thấy sắn tươi thay bột đậu nành nguồn cung protein phần ăn vỗ béo cho gia súc với rỉ mật urea cho ăn tự Preston Leng (2009) đưa giả thuyết phần protein sắn có đặc tính qua lên men cỏ giúp cân nguồn protein vi sinh tạo từ trình lên men rỉ mật có bổ sung urea cỏ Các phụ phẩm sắn chứa glucoside cyanogen giải phóng axit hydrocyanic (HCN) bị phân giải enzyme Glucosides Cyanogen tồn dạng linamarin lotaustralin nguyên vẹn (Nartey 1968) Khi cấu trúc tế bào bị phá vỡ, glucoside tiếp xúc với enzyme ngoại bào linamarase làm phát sinh acid hydrocyanic độc hại Trong nghiên cứu tiêu hóa sinh học phụ phẩm sắn, chứng minh HCN giải phóng q trình tiêu hóa độc hại vi khuẩn methanogen (Smith cs 1985; Rojas cs 1999) Do đó, thấy q trình tương tự xảy cỏ sản phẩm sắn cho ăn, lợi chiến lược giảm phát thải khí nhà kính từ thú nhai lại Các giống sắn thường phân loại thành giống “ngọt” – sử dụng làm thực phẩm hàm lượng độc tố HCN thấp, dễ loại bỏ; giống “đắng - sử dụng thích hợp cho sản xuất tinh bột cơng nghiệp Vị “đắng” gọi cho giống sắn chúng có nồng độ glucoside cyanogen cao khiến chúng có khả gây độc cho người động vật Việc thiết lập hệ thống cho ăn từ phụ phẩm sắn bị hạn chế thông tin hiệu nó, tác động nồng độ HCN khác giống sắn việc giảm thiểu sinh khí methane khơng rõ ràng Do đó, giả thuyết nghiên cứu để kiểm tra việc sản xuất methane trình lên men in vitro cỏ bị giảm bã sắn bổ sung urê ủ với loại sắn đắng với sắn Phương pháp vật liệu thí nghiệm Bố trí thí nghiệm Bốn nghiệm thức bố trí thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên bao gồm sắn “ngọt” (giống Gòn) ba giống “đắng” (giống Nhật, KM94 KM 140-1) với bốn lần lặp lại Cơ chất bã sắn urea (Bảng 2.1) Các giống sắn thêm vào để cung cấp mức protein tổng thể 12,8% VCK Bảng 2.1 Thành phần chất Gòn Nhật Trong %VCK Bã sắn 73.1 73.1 Lá sắn 25 25 Urea 1.8 1.8 Trong dạng tươi, gam Bã sắn 10.4 10.4 Lá sắn 12.3 9.8 Urea 0.216 0.216 KM94 KM 140-1 73.1 25 1.8 73.1 25 1.8 10.4 12.2 0.216 10.4 13.5 0.216 Hệ thống ủ in vitro sử dụng dựa quy trình Inthapanya cs (2011) Chuẩn bị vật liệu Lá sắn (không có cuống lá) chọn vị trí khoảng phần ba chiều cao đo từ đỉnh Lá rữ túi nhựa để tránh độ ẩm để vận chuyển phòng thí nghiệm Lá tươi cắt nhỏ sau nghiền Bã sắn khơ lấy từ nhà máy sản xuất tinh bột Wuson, tỉnh Bình Phước 12-gram chất (Bảng 2.1) trộn với 0,24 lít chất lỏng cỏ 0,96 lít dung dịch đệm (Bảng 2.2) Hỗn hợp chứa bình lên men, yếm khí bình cách bơm đầy carbon dioxide ủ bể điều nhiệt 38 ° C 24 Bảng 2.2 Thành phần dung dịch đệm Thành phần CaCl2 NaHPO4.12H2O NaCl g/lít 0.04 9.3 0.47 Nguồn: Tilley and Terry (1963) KCl 0.57 MgSO4.7H2O 0.12 NaHCO3 9.8 Cysteine 0.25 Các tiêu đo lường Thể tích khí đo dịch chuyển mức nước từ bình tiếp nhận đặt lơ lửng nước Khoảng cách thước đo bình tiếp nhận 50ml Phần trăm methane khí đo máy đo Crowcon (Crowcon Cụ Ltd, Anh) Hàm lượng VCK protein thô chất xác định theo phương pháp AOAC (1990) Ammonia phân tích dịch lọc sau tách chất rắn lọc vải HCN xác định cách chuẩn độ với AgNO sau đun sôi mẫu KOH để cô đặc HCN Tannin phân tích phương pháp Lowenthal bao gồm đun sơi mẫu H2SO4 0,1N, thêm thuốc nhuộm idigo chuẩn độ potassium permanganate Xử lý số liệu Dữ liệu phân tích bẳng chương trình ANOVA phần mềm Minitab (Minitab 2000) So sánh khác biệt nghiệm thức sai số Kết thảo luận Thành phần hóa học chất Lá sắn chứa hàm lượng protein thô cao (27,5-31,8% VCK); protein thô bã sắn thấp 3% DM (Bảng 2.3) Bảng 2.3 Thành phần hóa học thực liệu Gòn Nhật KM 94 VCK, % 24.4 30.6 24.6 Protein thô, % VCK 32.1 27.5 30 Tinh bột, % VCK HCN, mg/kg VCK 339 419 570 (*) liệu trích dẫn từ Khempaka cs (2009) KM 140-1 22.2 29.7 826 Bã sắn 84.4 2.5 53.5 (*)