Chƣơng 2 : CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.2. ĐẶC ĐIỂM TIÊU HĨA CỦA GIA SƯC NHAI LẠI
2.2.4. Vai trò của vi sinh vật dạ cỏ đối với vật chủ
2.2.4.1. Cung cấp năng lượng
Thức ăn ăn vào trƣớc tiên đƣợc lên men bởi vi sinh vật trong dạ cỏ. Quá trình lên men vi sinh vật rất quan trọng bởi vì 60 ÷ 90% gluxit (cacbonhydrat) của khẩu phần, kể cả vách tế bào thực vật, đƣợc lên men trong dạ cỏ. Vách tế bào là thành phần quan trọng của thức ăn xơ thô đƣợc phân giải một phần bởi vi sinh vật nhờ có men phân giải xơ (xenlulaza) do chúng tiết ra. Quá trình phân giải các cacbonhydrat phức tạp sinh ra các đƣờng đơn. Đối với gia súc dạ dày đơn thì đƣờng đơn nhƣ glucoza là sản phẩm cuối cùng đƣợc hấp thu, nhƣng đối với gia súc nhai lại thì đƣờng đơn đƣợc vi sinh vật dạ cỏ lên men để tạo ra các axit béo bay hơi.
Phƣơng trình tóm tắt mơ tả sự lên men glucoza, sản phẩm trung gian của quá trình phân giải các gluxit phức tạp để tạo các axit beo bay hơi nhƣ sau:
Axit acetic 2 2 3 2 6 12 6H O 2H O 2CH COOH 2CO 4H C Axit propionic O H 2 COOH CH CH 2 H 2 O H C6 12 6 2 3 2 2 Axit butyric 2 2 2 2 3 6 12 6H O 2CH CH CH COOH 2CO 2H C
Khí mêtan O H 2 CH CO H 4 2 2 4 2
Nhƣ vậy, sản phẩm cuối cùng của sự lên men cacbonhydrat thức ăn bởi vi sinh vật dạ cỏ gồm:
- Các axit béo bay hơi. Chủ yếu là axit acetic (C2), axit propionic (C3), axit butyric (C4) và một lƣợng nhỏ các axit khác (isobutyric, isovaleric). Các ABBH này đƣợc hấp thu qua vách dạ cỏ vào máu và là nguồn năng lƣợng chính cho vật chủ. Chúng cung cấp khoảng 70 ÷ 80% tổng số năng lƣợng đƣợc gia súc nhai lại hấp thu. Trong khi đó gia súc dạ dày đơn lấy năng lƣợng chủ yếu từ glucoza và lipit hấp thu ở ruột. Tỉ lệ giữa các axit béo bay hơi phụ thuộc vào bản chất của các loại gluxit có trong khẩu phần.
- Khí cacbonic và mêtan. Những khí này đƣợc thải ra ngoài qua ợ hơi. Trong ruột già cũng có sự lên men vi sinh vật lần thứ hai. Các axit béo bay hơi sinh ra trong ruột già đƣợc hấp thu, nhƣng vi sinh vật thì bị thải ra ngoài qua phân.
2.2.4.2. Cung cấp protein
Các hợp chất chứa nitơ, bao gồm cả protein và phi protein, khi đƣợc ăn vào dạ cỏ sẽ bị vi sinh vật phân giải. Mức độ phân giải của chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là độ hòa tan. Các nguồn nitơ phi protein trong thức ăn nhƣ urê, hịa tan hồn tồn và nhanh chóng phân giải thành amoniac. Một phần - nhiều hay ít tùy thuộc vào bản chất của thức ăn - protein thật của khẩu phần cũng đƣợc vi sinh vật dạ cỏ phân giải thành amoniac.
Amoniac sinh ra trong dạ cỏ đƣợc vi sinh vật sử dụng để tổng hợp nên sinh khối protein của chúng. Sinh khối protein vi sinh vật này sẽ xuống ruột non theo khối dƣỡng chấp. Tại đây protein vi sinh vật sẽ đƣợc tiêu hóa và hấp thu tƣơng tự nhƣ đối với động vật dạ dày đơn. Trong sinh khối protein vi sinh vật có khoảng 80% là protein thật có chức đầy đủ các axit amin không thay thế với tỉ lệ cân bằng. Protein thật của vi sinh vật đƣợc tiêu hóa khoảng 80 ÷ 85% ở ruột.
Nhờ có vi sinh vật dạ cỏ mà gia súc nhai lại ít phụ thuộc vào chất lƣợng protein thơ của thức ăn hơn là động vật dạ dày đơn, bởi vì chúng có khả năng biến đổi các hợp chất chứa nitơ đơn giản nhƣ urê, thành protein có giá trị sinh học cao. Bởi vậy để thỏa mãn nhu cầu duy trì bình thƣờng và nhu cầu sản xuất ở mức vừa phải thì khơng nhất thiết phải cho gia súc nhai lại ăn những nguồn protein có chất lƣợng 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 nitơ đơn giản và rẻ tiền hơn. Khả năng này của vi sinh vật dạ cỏ có ý nghĩa kinh tế rất lớn đối với thức ăn chứa protein thật đắt hơn nhiều so với các nguồn nitơ phi protein.
2.2.4.3. Chuyển hóa lipit
Trong dạ cỏ có hai quá trình trao đổi mỡ liên quan với nhau: phân giải lipit của thức ăn và tổng hợp mới lipit của vi sinh vật. Triaxylglycerol và galactolipit của thức ăn đƣợc thủy phân bởi lipaza vi sinh vật. Glycerol và galactoza đƣợc lên men ngay thành axit béo bay hơi. Các axit béo giải phóng ra đƣợc trung hịa ở pH của dạ cỏ chủ yếu dƣới dạng muối canxi có độ hịa tan thấp và bám vào bề mặt của vi khuẩn và các tiểu phần thức ăn. Chính vì thế tỉ lệ mỡ quá cao trong khẩu phần thƣờng làm giảm khả năng tiêu hóa xơ ở dạ cỏ.
Trong dạ cỏ cịn xảy ra q trình no hóa, các axit béo khơng no, Các axit béo không no mạch dài (linoleic, linolenic) bị làm bão hịa (hydrogen hóa thành axit stearic) và sử dụng bởi một số vi khuẩn. Một số mạch nối đôi của axit béo không no có thể khơng bị hydrogen hóa nhƣng đƣợc chuyển từ dạng cis sang
dạng trans bền vững hơn. Các axit béo có mạch nối đơi dạng trans này có điểm nóng chảy cao hơn, hấp thu (ở ruột non) và chuyển vào mô mỡ ở dạng nhƣ vậy nên làm cho mỡ của gia súc nhai lại có điểm nóng chảy cao.
Vi sinh vật dạ cỏ cịn có khả năng tổng hợp lipit có chứa các axit béo lạ (có mạch nhánh và mạch lẻ) và các axit này sẽ có mặt trong sữa và mỡ của cơ thể vật chủ. Nhƣ vậy, lipit của vi sinh vật dạ cỏ là kết quả của việc biến đổi lipit của thức ăn và lipit đƣợc tổng hợp mới.
Khả năng tiêu hóa mỡ của vi sinh vật dạ cỏ rất hạn chế, cho nên khẩu phần nhiều mỡ sẽ cản trở tiêu hóa xơ và giảm thu nhận thức ăn. Tuy nhiên, đối
với phụ phẩm xơ hàm lƣợng mỡ trong đó rất thấp nên dinh dƣỡng của gia súc nhai lại ít chịu ảnh hƣởng của tiêu hóa mỡ trong dạ cỏ.
2.2.4.4. Cung cấp vitamin
Một số nhóm vi sinh vật dạ cỏ có khả năng tổng hợp nên các loại vitamin nhóm B và vitamin K.
2.2.4.5. Giải độc
Nhiều bằng chứng cho thấy vi sinh vật dạ cỏ có khả năng thích nghi chống lại một số chất kháng dinh dƣỡng. Nhờ khả năng giải độc này mà gia súc nhai lại, đặc biệt là dê, có thể ăn một số loại thức ăn mà gia súc dạ dày đơn ăn thƣờng bị ngộ độc nhƣ lá sắn, hạt bơng.
2.2.5. Điều hịa hoạt động của vi sinh vật dạ cỏ
Dạ cỏ ở gia súc nhai lại đƣợc ví nhƣ một cái thùng lên men yếm khí có hiệu quả cao, nó đƣợc đặt ngay tại phần đầu của ống tiêu hố. Nhờ có dạ cỏ sử dụng nitơ phi protein để tổng hợp vật chất vi sinh vật mà gia súc nhai lại không cạnh tranh với con ngƣời về lƣơng thực, thực phẩm.
Vì sự có mặt của một quần thể vi sinh vật phong phú và phức tạp ở trong dạ cỏ, gia súc nhai lại có nhiều chức năng tiêu hố khác nhƣ có độ mẫn cảm thấp đối với các độc tố thực vật, có khả năng sử dụng các chất khống vơ cơ. Các thành phần của thức ăn khơng đƣợc tiêu hố ở dạ cỏ và các vật chất vi sinh vật đƣợc tổng hợp trong dạ cỏ sau đó đƣợc qua quá trình tiêu hố ở dạ múi khế và ruột non và thêm tiêu hoá vi sinh vật ở ruột già. Q trình tiêu hố này giải thích vì sao gia súc nhai lại đƣợc trang bị tốt hơn gia súc dạ dày đơn và các động vật ăn cỏ khác để sử dụng những khẩu phần dựa trên thức ăn thô. Tuy nhiên, lƣợng thức ăn thô ăn vào bị ảnh hƣởng lớn bởi tốc độ phân giải và vì vậy hiệu quả sử dụng thức ăn đƣợc xác định chính bởi hiệu quả của hoạt động vi sinh vật trong dạ cỏ.
Sự cƣờng độ hố chăn ni đã thúc đẩy các nhà khoa học tìm kiếm các biện pháp để cải thiện sự sử dụng thức ăn và nhiều cơng trình nghiên cứu về lĩnh vực này đã đƣợc tiến hành trong suốt hai thập kỷ qua. Các thí nghiệm xử lý thức
ăn (bằng hố, lý học để tăng phân giải thành tế bào, giảm phân giải protein và tinh bột do vi sinh vật) để điều hồ tiêu hố (mức độ tiêu hố, vị trí trong đƣờng tiêu hoá, tiêu hoá vi sinh vật hay tiêu hoá nội sinh). Các loại phụ gia thức ăn khác nhau cũng đƣợc thử nghiệm để điều hoà hoạt động vi sinh vật.
(Theo J.P. Jouany-INRA)
2.2.6. Quá trình tiêu hóa ở gia súc nhai lại
Theo Carl and Polan (1999), q trình tiêu hóa thức ăn ở dạ cỏ có tới khoảng 50 ÷ 80% các chất dinh dƣỡng thức ăn đƣợc lên men ở dạ cỏ. Sản phẩm lên men chính là các axit béo bay hơi, sinh khối vi sinh vật và các khí thể. Phần lớn axit béo bay hơi đƣợc hấp thu qua vách dạ cỏ trở thành nguồn năng lƣợng chính cho gia súc nhai lại. Các khí thể đƣợc thải ra ngoài qua phản xạ ợ hơi. Trong dạ cỏ cịn có sự tổng hợp các vitamin B và vitamin K. Sinh khối vi sinh vật và các thành phần không lên men đƣợc chuyền xuống phần dƣới của đƣờng tiêu hóa.
Tiêu hóa ở dạ cỏ chiếm một vị trí rất quan trọng trong q trình tiêu hóa lồi nhai lại. Trong dạ cỏ khơng có men tiêu hóa, nhƣng cƣờng độ tiêu hóa, đặc biệt là tiêu hóa chất xơ xảy ra ở đây rất mạnh, phù hợp với đặc điểm thức ăn phần lớn toàn cỏ và rơm đối với lồi này. Đó là nhờ trong dạ cỏ chứa một lƣợng lớn những vi sinh vật hữu ích, chúng đi vào dạ cỏ theo thức ăn thực vật rồi gặp điều kiện yếm khí, độ kiềm, độ ẩm và nhiệt độ thích hợp mà sinh sơi nảy nở ở trong đó, chúng bao gồm các thảo phúc trùng, vi khuẩn và nấm.
Theo Van Kessel and Rusell (1997), sự tiêu hóa ở dạ cỏ gia súc nhai lại khi có sự hịa lẫn vi khuẩn ở gia súc nhai lại bị đói trong thí nghiệm in vitro 24
giờ, tế bào ATP giảm, nhƣng có sự suy thoái trong tế bào protein. Vi khuẩn ở gia súc nhai lại bị đói sử dụng nucleic axit (RNA gốc), nhƣng suy thối trong ATP thì có mối liên hệ gần hơn với sự giảm polysaccharide. Bởi vì polysaccharide thối hóa đầu tiên ở tỉ lệ 23%, nó có khả năng đánh giá tỉ lệ trao đổi nội sinh ở những giai đoạn của sự đói khác nhau. Vi khuẩn lúc đầu có khả năng lên men carbohydrate hòa tan ở tỉ lệ 700 mghexose/mgprotein/giờ. Sự đói có một ít va chạm
hơn 10 mghexose/mgprotein/giờ. Vi khuẩn tiêu hóa những tế bào ball-miled ở tỉ lệ 25
mghexose/mgprotein/giờ cho 8 ÷ 12 giờ. Cả vi khuẩn bị chết trong 24 giờ tiêu hóa tế bào ở tỉ lệ 16 mghexose/mgprotein/giờ. Vi khuẩn sản xuất methane từ hydrogen và carbon ở tỉ lệ 70 nmolmethane/mgprotein/giờ. Vi khuẩn gia súc nhai lại đƣợc thu
hoạch 24 giờ sau khi ăn 10 đoạn polysaccharide giảm hơn vi khuẩn 2 giờ sau khi ăn, nhƣng polysaccharide này có tỉ lệ cao của carbohydrate lên men hòa tan, tế bào phân thành những phân tử nhỏ hơn, sự khử và sản xuất khí mêtan.
Theo Carl and Polan (1999), sự cần thiết của tất cả các chất liệu thức ăn đƣợc sử dụng bởi gia súc nhai lại là đối tƣợng của môi trƣờng dạ cỏ, phụ thuộc vào sự cấu thành của thức ăn đó, nó là một phần hoặc tổng cộng biến đổi lên sự lên men những sản phẩm cuối cùng. Mơ hình của sự lên men đánh giá những sản phẩm cuối nhƣ năng lƣợng từ các axit béo bay hơi, protein vi sinh vật và NH3. Mặc dù nó đánh giá nguyên liệu loại trừ sự thối hóa ở gia súc nhai lại nhƣ carbonhydrate, protein, peptides chất lƣợng khơng cao.
2.2.7. Vai trị của pH trong dạ cỏ
Trong dạ cỏ pH đƣợc điều chỉnh liên tục bởi các quá trình lên men. Các axit béo bay hơi tạo ra trong q trình lên men đƣợc hịa tan bởi các muối kiềm của nƣớc bọt, dung dịch đệm bicarbonat, photphat natri và kali có pH > 8.2. Ngồi ra, các axit béo cịn đƣợc trung hịa bởi NH3 tạo ra trong q trình các vi sinh vật phân giải protein. Mặt khác, phần lớn các axit béo bay hơi tạo ra đƣợc hấp thu qua màng nhầy của dạ cỏ, do đó hạn chế sự thay đổi độ pH trong dạ cỏ. Khi pH dạ cỏ thấp dẫn đến thay đổi số lƣợng vi khuẩn phân giải cellulose, amylose và thƣờng protozoa cũng bị mất theo. Giá trị pH còn phụ thuộc vào thời gian sau khi ăn, mơi trƣờng trung tính ở dạ cỏ ln đƣợc duy trì để đảm bảo cho quá trình lên men đƣợc liên tục. Khối lƣợng vi sinh vật trong dạ cỏ đƣợc duy trì ở mức ổn định do sự duy chuyển số lƣợng vi sinh vật xuống dạ dƣới, chết và phân hủy vi sinh vật ngay trong dạ cỏ. Mêtan và cacbonic cũng là sản phẩm cuối cùng của quá trình lên men. Khi pH dạ cỏ thấp, cacbonic tách khỏi dung dịch và tích tụ ở túi vùng lƣng, sau đó đƣợc thải ra qua ợ hơi (Hungate et al., 1952). Khi độ pH
cao, hầu hết các khí cacbonic sản sinh trong q trình lên men hay từ nƣớc bọt xuống đƣợc hấp thu và thải ra qua phổi.
2.2.8. Vai trị của NH3 trong q trình lên men dạ dịch dạ cỏ
Theo Presston and Leng (1987) NH3 trong dịch dạ cỏ bao gồm các protein, peptid, axit amin và các nguyên liệu nitơ hòa tan khác. Urê, axit uric và nitrate đƣợc chuyển hóa nhanh chóng thành NH3 trong dạ cỏ. Các axit nucleic trong dịch dạ cỏ có lẽ cũng đƣợc phân giải rất mạnh thành NH3. Hầu hết các khẩu phần chủ yếu là phụ phẩm nơng nghiệp và cỏ có tỉ lệ tiêu hóa thấp thì hạn chế chủ yếu đối với sinh trƣởng vi sinh vật dạ cỏ là nồng độ NH3 trong dịch dạ cỏ. Nồng độ NH3 phải cao hơn mức tơi hạn trong ngày. Để có tỉ lệ tiêu hóa tối đa trong dạ cỏ thì qua đó cũng có khối lƣợng vi sinh vật lớn nhất, lƣợng NH3 luôn biến động theo khẩu phần. Nồng độ NH3 trong dịch dạ cỏ đòi hỏi đảm bảo tối đa cho vi sinh vật tăng trƣởng trong phịng thí nghiệm có giá trị 20 ÷ 50 mg/lít dịch dạ cỏ. Để thức ăn đƣợc phân giải tối đa bởi vi sinh vật dạ cỏ thì nhu cầu tối thiểu nồng độ NH3 trong dạ cỏ cao hơn đã đƣợc trình bày cho những thức ăn có chất lƣợng thấp, nồng độ NH3 khoảng 60 ÷ 100 mg/lít.
Theo Alvarez et al., (1983) cho biết, với loại cỏ chứa một lƣợng protein
thơ đáng kể thì hình nhƣ vi sinh vật bám vào sợi xơ phụ thuộc vào nitơ có trong thành phần thức ăn. Hiệu suất sinh trƣởng của loại vi sinh vật này ít bị ảnh hƣởng bởi lƣợng NH3 trong dịch dạ cỏ. Đối với loại thức ăn nhiều xơ ít nitơ hoặc các loại thức ăn chủ yếu là carbohydrate hịa tan (nhƣ mía) thì nồng độ NH3 tới hạn phải cao hơn so với thức ăn giàu protein.
Thiếu NH3 dẫn đến giảm hiệu quả hệ thống vi sinh vật dạ cỏ mặc dù con đƣờng tổng hợp axit amin ở vi sinh vật dạ cỏ chƣa đƣợc xác định rõ. Tuy nhiên ngƣời ta thấy rằng NH3 đóng vai trị quan trọng cho việc tổng hợp có hiệu quả axit amin và protein ở vi sinh vật. Tốc độ tổng hợp của vi sinh vật cao nhất ở nồng độ NH3 từ 5 ÷ 8 mgN/100 ml dịch dạ cỏ (Satter and Styler, 1974).
2.3. THỰC LIỆU THÍ NGHIỆM
2.3.1. Rơm lúa
Rơm lúa là loại phụ phẩm nơng nghiệp có mặt ở khắp các vùng trồng lúa, giá trị dinh dƣỡng thấp, thành phần chủ yếu là chất xơ. Hàm lƣợng protein trong rơm lúa từ 25 ÷ 40 g/kgDM.
Rơm lúa có hàm lƣợng lignin tƣơng đối cao chiếm 60 ÷ 70 g/kgDM. Hàm lƣợng khống rất cao 170 g/kgDM, trong đó chủ yếu là silic, vì vậy hệ số tiêu hóa