Ảnh hưởng tỉ lệ thay thế thức ăn xanh và tỉ lệ bổ sung tinhthô đến giảm phát thải mê tan và biến động vi sinh vật dạ cỏ bằng invi tro

1

TÓM TẮT CÔNG TRÌNH
Công trình nghiên cứu " Ảnh hưởng của thức ăn ủ chua và tỷ lệ thức thức ăn
tinh/thô trong khẩu phần cho giảm phát thải mê tan trong chăn nuôi bò " được
tiến hành tại trại bò sữa của Trung Tâm Chuyển Giao Khoa Học Công Nghệ, Trường Đại
Học Nông Lâm Tp.HCM, thời gian từ 01/08/ 2014 đến 01/12/2014.
Nghiên cứu được bố trí trong các ống nghiệm lên men theo kiểu hoàn toàn ngẫu
nhiên 2 yếu tố và 3 lần lặp lại. Yếu tố thứ nhất là thay thế thức ăn xanh và ủ chua ở 5
mức 0, 25, 50, 75 và 100 % ; yếu tố thứ hai là bổ sung thức ăn tinh/thô 0, 25, 50, 75 và
100 % trong khẩu phần.
Kết quả cho thấy tổng thể tích các loại khí sinh ra thay đổi theo tỉ lệ thay thế thức
ăn ủ chua lần lượt là 1113,0; 1199,6; 11058,7; 982,3 và 1124,2 ml (P ≤0,001). Tổng thể
tích các loại khí sinh ra cao nhất là 1384,3 ml ở tỉ lệ thay thế 100% tinh. Tổng thể tích
các loại khí sinh ra giảm dần khi tăng tỉ lệ thức ăn ủ chua và ngược lại tăng dần khi
tăng tỉ lệ thay thê tinh/thô. Thời điểm đo 0 giờ - 48 giờ, thể tích mê tan/gram thực liệu
ủ sinh ra cao nhất là 116,96 ml/g ở tỉ lệ thay thế 25 % thức ăn ủ chua và thấp nhất là
66,94 ml/g ở khẩu phần 100 % thức ăn ủ chua. Giá trị pH biến động từ 5,5 − 7,4 đã cho
thấy ít ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật lên men dạ cỏ.
Tổng lượng ammonia biến thiên tăng theo chiều tăng tỉ lệ thay thế thức ăn xanh
và ủ chua lần lượt là 108,77; 166,91; 147,28; 134,27và 140,21 mgN/l (P ≤0,001). Trong
suốt thời gian ủ, hàm lượng ammonia cao nhất ở tỷ lệ thay thế tinh/thô là 25% và 50%.
Acid béo bay hơi cao nhất là 423,3 mM ở tỉ lệ thay thế 0 % thức ăn ủ chua và 487,7 mM
ở tỉ lệ thay thế 100 % thức ăn tinh. Acid béo bay hơi có xu hướng giảm khi tăng tỉ lệ
thay thế thức ăn xanh, ngược lại khi tăng tỉ lệ thay thế tinh/thô acid béo bay hơi tăng
lên rõ rệt.
Vi khuẩn tổng số, tổng vi khuẩn sinh khí mê tan, Ruminococcus flavefaciens và
Ruminococcus albus được xác định bằng phương pháp Real time PCR tại thời điểm 48
giờ. Vi khuẩn tổng số cao nhất ở tỉ lệ không thay thế thức ăn ủ chua là 2,31 x 10 9 tế
bào/ml. Tổng vi khuẩn sinh khí mê tan thấp nhất ở tỉ lệ thay thế 75% thức ăn tinh. Theo
chiều tăng tỉ lệ thay thế thức ăn ủ chua, tỉ lệ thức ăn tinh/thô vi khuẩn tổng số và tổng vi

khuẩn sinh khí mê tan, Ruminococcus flavefaciens và Ruminococcus albus đều giảm
xuống.


2

Kết quả cho thấy khẩu phần thay thế thức ăn xanh bằng ủ chua ở mức 75 % và
thay thế 25 % tinh/thô đã làm giảm sinh mê tan và cải thiện hệ vi sinh vật dạ cỏ.

MỤC LỤC
Trang


3

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ADF

Xơ không tan trong môi trường acid (Acid Detergent Fiber)

ANOVA

Analysis ò variance

C

Concentrate (Thức ăn tinh)

CP

Protein thô (Crude Protein)

CH4

Mê tan

DM

Vật chất khô (Dry Matter)

EE

Béo thô

E

Elephant grass (Cỏ voi)

Mekarn

Mekong basin animal research network

M

Maize (Cây bắp)

NDF

Xơ không tan trong môi trường trung tính (Neutral
Detergent Fiber).

NEF

Dẫn xuất không đạm

OM

Chất hữu cơ (Organic matter)

pH

Power of/potential Hydrogen

SE

Sai số của trung bình ( Standart deviation of the means)

VFAs

Acid béo bay hơi (Volatile fatty acids)

VSV

vi sinh vật

1*2

Tương tác giữa yếu tố thứ nhất với yếu tố thứ hai

4

DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH SÁCH CÁC HÌNH, SƠ ĐÔ
DANH SÁCH HÌNH

DANH SÁCH SƠ ĐÔ


5

Chương 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Khí mê tan có tác dụng gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 21 lần so với
carbonic do mê tan hấp thụ năng lượng hồng ngoại từ mặt trời mạnh hơn
carbonic (Tamminga, 1996; Koneswaran và Nierenberg, 2008); theo tổ chức liên
chính phủ về biến đổi khí hậu thì nitric có tác dụng gây hiệu ứng nhà kính cao
gấp 310 lần so với carbonic.
Nghiên cứu cho thấy các hoạt động trong ngành nông nghiệp thải ra môi
trường lượng khí mê tan nhiều nhất. Ngành chăn nuôi đóng góp khoảng 16 18% (tính theo đương lượng carbonic) hiệu ứng nhà kính, đứng sau nhiên liệu
hóa thạch và đất ngập nước (Johnson, 1995). Trong tổng lượng mê tan thải ra
môi trường từ hoạt động chăn nuôi (gia súc nhai lại, dê, cừu, lợn, gà) thì chăn
nuôi gia súc nhai lại đóng góp 74% (Tamminga, 1992).
Hàng năm, chăn nuôi gia súc nhai lại ước tính sản sinh ra 86 triệu tấn mê
tan (Steinfeld et al., 2006). Do cấu tạo đặc biệt của hệ tiêu hóa cùng hệ vi sinh vật
cộng sinh 50 – 80% thức ăn được lên men ở dạ dày trước tạo ra acid béo bay hơi,
sinh khối vi sinh vật và chất khí, chủ yếu là carbonic và mê tan. Acid béo bay hơi
hấp thu để cung cấp năng lượng cho gia súc, khí được thải ra ngoài qua sự ợ hơi.
Sự sản sinh khí mê tan làm hao hụt khoảng 5 – 10% năng lượng và làm giảm

hiệu quả sử dụng thức ăn trên thú nhai lại.
Như vậy làm sao để giảm thiểu khí mê tan nhưng vẫn đáp ứng nhu cầu
cân bằng dinh dưỡng cho thú nhai lại, rõ ràng rất khó để giải quyết tốt được cả
hai vấn đề này. Gần đây các nhà khoa học liên tục triển khai các công trình


6

nghiên cứu đi theo hướng chiến lược ngắn hạn và dài hạn. Trong chiến lược ngắn
hạn đã có nhiều kết quả khả quan như: Quá trình nghiền và làm viên thức ăn cho
bò, làm giảm đáng kể sản sinh mê tan và tăng tỉ lệ thoát qua trong dạ cỏ (Blaxter,
1989); Sử dụng thức ăn ủ chua đã giảm lượng khí mê tan sản sinh ở dạ cỏ của bò
(Orskov and Ryle, 1990); bổ sung dầu dừa vào khẩu phần ăn cho gia súc nhai lai
có thể giảm 25% (in vitro) lượng khí thải (Machmuller and Kreuzer,1999).
Kết quả nghiên cứu của Revista Brasileira de Zootecnia, 2013 về thay thế
thức ăn tinh cho bò thịt ở 3 mức 0, 30, 60 % đã cho thấy bò ăn thức ăn tinh lượng
phát thải khí mê tan thấp hơn so với những con bò ăn thức ăn xanh và ủ chua,
năng lượng cho quá trình sản sinh mê tan giảm tối đa 33 % khi tăng tỉ lệ thay thế
thức ăn tinh đồng thời tăng trọng bò tốt hơn. Do đó, trước khi tiến thành thí
nghiệm trên thú về khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ thức ăn tinh/thô trong khẩu
phần như thế nào để làm giảm sản xuất và phát thải khí mê tan và đảm bảo hiệu
quả kinh tế trong chăn nuôi, chúng tôi tiến hành khảo sát trong ống nghiệm
nhằm mục đích tìm ra khẩu phần tối ưu nhất. Vì những lý do trên chúng tôi thực
hiện công trình nghiên cứu “Ảnh hưởng của thức ăn ủ chua và tỷ lệ thức ăn
tinh/thô trong khẩu phần cho giảm phát thải mê tan trong chăn nuôi bò”.


7

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 ĐẶC ĐIỂM SINH LÝ CỦA BÒ
2.1.1 Bộ máy tiêu hóa
Hệ thống tiêu hóa của động vật có vú nói chung bao gồm các bộ phận từ
trên xuống dưới như sau: Miệng và xoang miệng, thực quản, dạ dày, ruột non và
ruột già.
Đường tiêu hoá của gia súc nhai lại được đặc trưng bởi hệ dạ dày kép gồm 4
túi, trong đó ba túi trước (dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách) được gọi chung là dạ dày
trước, không có tuyến tiêu hoá riêng. Túi thứ 4, gọi là dạ múi khế, tương tự như
dạ dày của động vật dạ dày đơn, có hệ thống tuyến tiêu hoá phát triển mạnh nên
còn gọi là dạ dày thực (Hình 2.2). Dạ cỏ có dung tích lớn nhất, tạo ra bình lên
men vi sinh vật rất lý tưởng để tiêu hóa chất xơ thô nhờ vào enzyme của vi sinh
vật dạ cỏ, chúng biến đổi cellulose thành ra các acid hữu cơ hấp thu trực tiếp qua
thành dạ cỏ một cách dễ dàng, đồng thời qua quá trình lên men này, vi sinh vật
dạ cỏ cũng tổng hợp ra các acid amin từ nguồn đạm phi protein (NPN-Non
Protein Nitrogen) (Dương Thanh Liêm và cộng sự, 2006).
Bê sơ sinh dạ dày đã có đủ 4 túi như thú trưởng thành: Dạ cỏ( Rumen), dạ tổ
ong (Reticulum), dạ lá sách (Omasum), dạ múi khế (Abomasum). Tuy nhiên trong
giai đoạn còn bú dạ cỏ, dạ tổ ong và dạ lá sách chưa phát triển về thể tích cũng
như chức năng. So sánh thể tích các túi của dạ dày thì dạ múi khế chiếm 60% 70%, còn 3 túi còn lại chiếm 30% - 40%. Từ thực quản của bê, ngay phần đầu của
dạ cỏ hình thành một rãnh thông trực tiếp đến dạ múi khế được gọi là rãnh thực
quản; khi tạo phản xạ đóng rãnh thực quản sữa đưa thẳng xuống dạ múi khế để


8

tiêu hóa. Dạ dày trước phát triển khoảng 2 - 3 tuần sau khi sinh, lúc gia súc nhai
lại bắt đầu ăn thức ăn cứng.

(Nguồn: ThS Châu Châu Hoàng, 2014)

Hình 2.1 Bộ máy tiêu hóa của bê con
Dạ cỏ là túi lớn nhất chiếm gần hết nửa trái xoang bụng, từ cơ hoành tới
xương chậu. Dạ cỏ chiếm 85 - 90% thể tích dạ dày, 75% thể tích ống tiêu hóa.
Làm nhiệm vụ dự trữ, nhào trộn và chuyển hóa thức ăn nhờ hoạt động lên men
của hệ vi sinh vật. Dạ cỏ không có ống tiêu hóa, niêm mạc có nhiều núm hình gai.
Tiêu hóa thức ăn ở đây là nhờ hoạt động lên men vi sinh vật công sinh trong điều
kiện hiếm khí, nhiệt độ ổn định 38 - 42 oC, pH từ 5,5 - 7,4. Ngoài ra nguồn dinh
dưỡng bổ sung đều đặn từ thức ăn, còn thức ăn không lên men cùng các chất
dinh dưỡng hòa tan và sinh khối vi sinh vật được chuyển xuống phần dưới để tiêu
hóa hấp thu. Vi sinh vật dạ cỏ có khả năng loại độc tố alkaloid, histamin, digitalis
trong thực vật và tổng hợp vitamin B, K (Trần Thị Dân và Dương Nguyên Khang,
2006).
Dạ tổ ong là túi nối liền dạ cỏ, niêm mạc cấu tạo như tổ ong. Chức năng
chính là đẩy thức ăn rắn và thức ăn chưa nghiền nhỏ vào dạ cỏ, đẩy thức ăn lên
miệng nhai lại, đồng thời đẩy thức ăn dạng nước vào dạ lá sách. Sự lên men và
hấp thu các chất dinh dưỡng trong dạ tổ ong tương tự như ở dạ cỏ.


9

Dạ lá sách là túi thứ ba, có niêm mạc được cấu tạo thành nhiều nếp gấp
(tương tư các tờ giấy của quyển sách). Nhiệm vụ chính là nghiền ép các tiểu phần
thức ăn, hấp thu nước, muối khoáng và acid béo bay hơi trong dưỡng chất đi qua
đây.
Dạ múi khế là dạ dày tuyến gồm có thân vị và hạ vị. Các dịch dạ múi khế
được tiết liên tục vì dưỡng chất từ dạ dày trước thường xuyên được chuyển
xuống. Dạ múi khế có chức năng tiêu hóa tương tự như dạ dày đơn nhờ có HCl,
Pepsin và Lipase.
Ruột quá trình tiêu hóa và hấp thu ở ruột non của gia súc nhai lại cũng diễn
ra tương tự như ở gia súc dạ dày đơn nhờ các men tiêu hóa của dịch ruột, dịch

tụy và sự tham gia của dịch mật. Trong ruột già có sự lên men vi sinh vật lần thứ
hai. Sự tiêu hóa ở ruột già có ý nghĩa đối với các thành phần xơ chưa được phân
giải hết ở dạ cỏ. Các acid béo bay hơi sinh ra trong ruột già được hấp thu và sử
dụng, nhưng protein vi sinh vật thì bị thải ra ngoài qua phân mà không được tiêu

hóa.
(Nguồn: Wayne L. Bryden, 2011 )


10

Hình 2.2 Bộ máy tiêu hóa của bò

(Nguồn: ThS Châu Châu Hoàng, 2014)
Hình 2.3 Đặc điểm cấu tạo từng túi tiêu hóa của thú nhai lại
2.1.2 Hệ sinh thái dạ cỏ
2.1.2.1 Môi trường dạ cỏ
Môi trường dạ cỏ phụ thuộc vào: loại và khối lượng thức ăn ăn vào; nhào
trộn theo chu kỳ thông qua co bóp; nước bọt và nhai lại; khuyếch tán và chế tiết
vào dạ cỏ; hấp thu các chất dinh dưỡng từ dạ cỏ; chuyển dịch các chất xuống ruột
non.
Nước bọt ở bò được phân tiết và nuốt xuống dạ cỏ tương đối liên tục (mỗi
ngày đêm bò có thể tiết ra khoảng 60 lít), có tác dụng quan trọng trong việc thấm
ướt và làm mềm thức ăn, giúp cho quá trình nuốt và nhai lại được dễ dàng.
Lượng nước bọt tiết ra phụ thuộc vào khẩu phần, cộng đồng vi sinh vật có trong
dạ cỏ.


11

Nước bọt có kiềm tính nên có tác dụng trung hoà các sản phẩm acid sinh ra
trong dạ cỏ. Nước bọt còn cung cấp cho môi trường dạ cỏ các chất điện giải như
Na+, K+, Ca2+, Mg2+. Đặc biệt trong nước bọt còn có urê và phốt-pho, có tác dụng
điều hoà dinh dưỡng N và P cho nhu cầu của vi sinh vật dạ cỏ, đặc biệt là khi các
nguyên tố này bị thiếu trong khẩu phần. Dịch đệm dạ cỏ là môi trường thích hợp
cho sự phát triển của vi khuẩn, nấm, và protozoa yếm khí và cho phép acid béo
bay hơi tích tụ trong dịch dạ cỏ.
Sự phân tiết nước bọt chịu tác động bởi bản chất vật lý của thức ăn, hàm
lượng vật chất khô trong khẩu phần, dung tích đường tiêu hoá và trạng thái tâmsinh lý.
Khối lượng vi sinh vật trong dạ cỏ được duy trì ở mức độ ổn định bằng di
chuyển số lượng vi sinh vật xuống dạ dưới, chết và phân hủy các vi sinh vật ngay
trong dạ cỏ.
Theo Phùng Quốc Quảng và Nguyễn Xuân Trạch (2008), hệ vi sinh vật sống
và phát triển mạnh trong dạ cỏ nhờ các điều kiện thích hợp như: Nhiệt độ 38 42oC, ẩm độ 80 - 90%. Nước bọt được tiết ra từ tuyến mang tai làm cho thức ăn
được thấm ướt và giữ cho pH ở dạ cỏ ổn định từ 6,5 - 7,1. Dạ cỏ vận động yếu,
thức ăn được đưa vào liên tục và dừng lại lâu nên tạo điều kiện cho vi sinh vật
hoạt động và sử dụng.
2.1.2.2 Vai trò của pH trong dạ cỏ
Chỉ số pH thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật dạ cỏ trung tính là 6,5 7,4. Theo Nguyễn Bá Mùi (2010), độ pH của dịch dạ cỏ thuận lợi cho vi khuẩn và
protozoa hoạt động là 5,6 - 7,5. Nếu pH = 5 toàn bộ protozoa chết và pH = 8,5
toàn bộ vi khuẩn và protozoa chết, vật nuôi bị ngộ độc kiềm. Dịch đệm dạ cỏ là
môi trường thích hợp cho sự phát triển của vi khuẩn, nấm men, protozoa yếm khí
và cho acid béo bay hơi tích tụ trong dạ cỏ


12

Giá trị pH phụ thuộc và thời gian sau khi ăn, môi trường trung tính ở dạ cỏ
luôn được duy trì để đảm bảo cho quá trình lên men được liên tục. Mặt khác, sự
chuyển các ion bicarbonate qua biểu mô dạ cỏ, các acid béo bay hơi tạo ra được

hấp thu qua niêm mạc dạ cỏ sẽ làm chế sự thay đổi pH trong dạ.

Hình 2.4 Sự biến động giá trị pH, NH4+, VFAs sau khi ăn


13

Theo Preston và Leng (2011), các sản phẩm cuối cùng của sự lên men như
CH4 , CO2… cũng có tác dụng ổn định pH dạ cỏ. Khi pH dạ cỏ thấp mê tan và
carbonic tách ra khỏi dung dịch và tích tụ ở túi vùng lưng, sau đó được thải ra
qua ợ hơi(Hungate et al., 1952). Khi pH dạ cỏ cao hầu hết carbonic sản sinh từ
quá trình lên men hay từ nước bọt xuống đều được hấp thu và thải ra ngoài qua
phổi.

Hình 2.5 Ảnh hưởng của pH trong dạ cỏ
2.1.2.3 Vai trò ammonia (NH3) trong lên men dạ cỏ
Ammonia là sản phẩm cuối cùng của sự phân giải protein và nitơ phi
protein của thức ăn. Sự tạo thành ammonia phụ thuộc vào lượng nitơ có trong
khẩu phần, chế độ nuôi dưỡng và hoạt động của vi sinh vật. Sau khi ăn thì lượng
ammonia trong dạ cỏ tăng lên và sau đó giảm từ từ cho đến lần ăn sau. Nồng độ
ammonia thích hợp trong dạ cỏ là 7 - 25mg/100ml dịch dạ cỏ (Leng và Preston,
1987).
Khi gia súc nhai lại ăn khẩu phần nghèo nitơ, nồng độ ammonia thấp dưới
5mg/100ml dịch dạ cỏ thì vi sinh vật lên men kém và giảm tỉ lệ tiêu hóa thức ăn.
Nồng độ ammonia cao 37 - 38 mg/100ml dịch dạ cỏ khi khẩu phần ăn có bổ sung
ure. Khi ammonia vượt giới hạn sẽ tăng sự hấp thu ammonia vào máu, nồng độ
NH4+ trong máu 1 - 4mg% trúng độc (Nguyễn Bá Mùi, 2010).


14

Tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật cao nhất ở nồng độ ammonia trong dịch
dạ cỏ từ 50 - 80mgN/l dịch dạ cỏ. Nhưng một số thí nghiệm cho thấy các khẩu
phần thức ăn khác nhau có ảnh hưởng đến mức ammonia thích hợp và nồng độ
ammonia có thể đạt mức 150 - 200 mgN/l dịch dạ cỏ, thiếu ammonia dẫn đến
giảm hiệu quả của hệ thống vi sinh vật dạ cỏ (Leng và Preston, 1987).
Ammonia có vai trò quan trọng cho việc tổng hợp acid amin và protein vi
sinh vật. Khi nồng độ ammonia trong dịch dạ cỏ cao hơn nồng độ thích hợp thì
ammonia gắn vào acid amin không cần sử dụng năng lượng khi nồng độ
ammonia trong dạ cỏ thấp thì những phản ứng nối ammonia thành acid amin
cần năng lượng.
2.2 HỆ VI SINH VẬT DẠ CỎ VÀ VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT VỚI VẬT CHỦ
2.2.1 Hệ vi sinh vật dạ cỏ
Hệ vi sinh vật dạ cỏ rất phức tạp và phụ thuộc nhiều vào khẩu phần. Hệ vi
sinh vật dạ cỏ gồm 3 nhóm chính: vi khuẩn (Bacteria), động vật nguyên sinh
(Protozoa) và nấm (Fungi) cung cấp 60 - 70% chất dinh dưỡng cho bò.
2.2.1.1 Vi khuẩn (Bacteria)
Vi khuẩn xuất hiện trong dạ cỏ của loài nhai lại từ lứa tuổi còn non, dù
chúng nuôi tách biệt hay cùng với bò mẹ. Thông thường vi khuẩn chiếm số lượng
nhiều nhất trong vi sinh vật dạ cỏ và là tác nhân chính trong quá trình tiêu hóa
chất xơ.
Tổng số vi khuẩn trong dạ cỏ 10 9 - 1011 vi khuẩn/ml dịch dạ cỏ, vi khuẩn sinh
sản thêm 7% mỗi giờ. Số lượng vi khuẩn tăng theo nồng độ dưỡng chất khẩu
phần và khối lượng thức ăn ăn vào của thú (Lê Văn Thọ và Đàm Văn Tiện, 1992).
Trong dạ cỏ, vi khuẩn ở thể tự do chiếm khoảng 25 - 30%, vi khuẩn sống
bám vào các mảnh thức ăn, nếp gấp biểu mô và protozoa. Thức ăn liên tục di
chuyển khỏi dạ cỏ cho nên phần lớn các vi khuẩn bám vào thức ăn sẽ bị tiêu hóa
khi vào ruột non. Vì vậy số lượng vi khuẩn ở dạng tự do trong dạ cỏ rất quan

15

trọng để xác định tốc độ công phá và lên men thức ăn. Vi khuẩn ở dạng tự do
thay đổi theo khẩu phần, cách nuôi dưỡng và thời gian sau khi cho ăn. Vi khuẩn
bám vào protozoa chủ yếu là vi khuẩn sinh khí mê tan (Preston và Leng, 1987).
Theo Vũ Duy Giảng (2004), vi sinh vật trong dạ cỏ sống cộng sinh và phân
chia chức năng với nhau. Người ta chia hệ vi sinh vật dạ cỏ thành 4 nhóm chủ yếu
dựa vào hoạt động sinh lý và sự lên men như: Nhóm phân giải xơ chủ yếu là
cellulose; Nhóm phân giải tinh bột và đường; Nhóm phân giải protein và NPN
(non protein nitrogen); Nhóm phân giải và tổng hợp các chất trung gian từ quá
trình phân giải xơ, tinh bột và đường.
2.2.1.1.1 Vi khuẩn phân giải cellulose
Vi khuẩn phân giải cellulose có số lượng rất lớn trong dạ cỏ của những gia
súc sử dụng khẩu phần giàu cellulose. Chúng có khả năng sản xuất enzyme
cellulase để phân giải cellulose trong thức ăn do bò ăn vào.
Những loại vi khuẩn phân giải cellulose quan trọng nhất là Bacteroides
succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens, Ruminoccocus flavefaciens, Ruminococus
albus, Cillobacterium cellulosolvens.
2.2.1.1.2 Vi khuẩn phân giải hemicellulose
Hemicellulose khác cellulose là chứa cả đường pentose và hexose và cũng
thường chứa acid uronic. Những vi khuẩn có khả năng thủy phân cellulose thì
cũng có khả năng sử dụng hemicellulose. Tuy nhiên, không phải tất cả các loài sử
dụng được hemicellulose đều có khả năng thuỷ phân cellulose.
Một số loài sử dụng được hemicellulose như: Butyrivibrio fibrisolvens,
Lachnospira multiparus, Bacteroides ruminicola.
Các loài vi khuẩn phân giải hemicellulose cũng như vi khuẩn phân giải
cellulose đều bị ức chế bởi pH thấp.
2.2.1.1.3 Vi khuẩn phân giải tinh bột

16

Trong dinh dưỡng carbohydrate của loài nhai lại, tinh bột đứng vị trí thứ
hai sau cellulose. Phần lớn tinh bột theo thức ăn vào dạ cỏ, được phân giải nhờ
sự hoạt động của VSV. Tinh bột được phân giải bởi nhiều loài vi khuẩn dạ cỏ,
trong đó có những vi khuẩn phân giải cellulose.
Những loài vi khuẩn phân giải tinh bột quan trọng là Bacteroides
amylophilus, Succinimonas amylotica, Butyrivibrio fibrisolvens, Bacteroides
ruminicola, Selenomonas ruminantium và steptocosus bovis.
2.2.1.1.4 Vi khuẩn phân giải đường
Hầu hết các vi khuẩn sử dụng được các loại polysaccharid nói trên thì
cũng sử dụng được đường disaccharid và đường monosaccharid
2.2.1.1.5 Vi khuẩn sử dụng các acid hữu cơ
Hầu hết các vi khuẩn đều có khả năng sử dụng acid lactic mặc dù lượng
acid này trong dạ cỏ thường không đáng kể trừ trong những trường hợp đặc
biệt. Một số có thể sử dụng acid succinic, malic, fumaric, formic hay acetic.
Veillonella gazogenes, veillonella alacalescens, Peptostreptococus elsdenii,
Propioni bacterium và Selenomonas lactilytica là những loài vi khuẩn có khả
năng sử dung được acid lactic.
2.2.1.1.6 Vi khuẩn phân giải protein
Sự phân giải protein và acid amin để sản sinh ra ammonia trong dạ cỏ có ý
nghĩa quan trọng đặc biệt cả về phương diện tiết kiện Nitơ cũng như nguy cơ dư
thừa ammonia. Ammonia cần cho các loài vi khuẩn dạ cỏ để tổng hợp nên sinh
khối protein của bản thân chúng, đồng thời một số vi khuẩn đời hỏi hay được
kích thích bởi acid amin, peptid và isoaacid có nguồn gốc từ valine, leucine và
isoleucine.
Peptostreptococus và Clostridium là hai loài vi khuẩn có khả năng tạo
ammonia lớn nhất.

17

2.2.1.1.7 Vi khuẩn tạo khí mê tan
Nhóm vi khuẩn này rất khó nuôi cấy trong ống nghiệm.
Vi khuẩn thuộc nhóm này là Methano bacterium, Methano ruminantium
và Methano forminicum.
2.2.1.1.8 Vi khuẩn tổng hợp vitamin
Nhiều loài vi khuẩn dạ cỏ có khả năng tổng hợp các vitamin nhóm B và
vitamin K.
2.2.1.2 Động vật nguyên sinh (Protozoa)
Nguyên sinh động vật xuất hiện trong dạ cỏ khi gia súc bắt đầu ăn thức ăn
thực vật khô. Sau khi đẻ và trong thời gaian bú sữ dạ dày trước không có
protozoa. Prozoa không thích ứng với môi trường bên ngoài và bị chết
nhanh.Trong dạ cỏ protozoa có số lượng 10 5 - 106 tế bào/g chất dịch dạ cỏ, số
lượng này thay đổi tùy thuộc vào cách nuôi dưỡng và khẩu phần thức ăn. Có
khoảng 120 loài nguyên sinh động vật trong dạ cỏ. Mỗi loài gia súc có số loài
protozoa khác nhau (Vũ Duy Giảng, 2004).
Protozoa trong dạ cỏ thuộc lớp Cilita được chia thành 2 nhóm chính:
Entodoniomorph (chủ yếu là Entodinia spp.) và Holotrichs (chủ yếu là Isotricha
spp. hoặc Dasytricha spp.). Trong đó, protozoa dạ cỏ thuộc loài Holotrichs có mặt
trong khẩu phần nhiều xơ, đường hòa tan, có đặc điểm là ở đường xoắn gần
miệng có tiêm mao, còn tất cả chỗ còn lại của cơ thể có rất ít tiêm mao.
Entodiniomorphs có mặt trong dạ cỏ động vật ăn tinh bột hoặc khẩu phần chủ
yếu là xơ.
Khẩu phần ăn giàu tinh bột và đường hòa tan thì số lượng protozoa trên
4.106/ml dịch dạ cỏ, ngược lại khẩu phần ăn nhiều xơ và ít đường hòa tan thì mật
độ nguyên sinh động vật thấp 105/ml dịch dạ cỏ (Preston và Leng, 1987).
Protozoa có một số tác dụng chính như: Tiêu hóa tinh bột và đường; Xé rách
màng tế bào thực vật; Tích lũy polysaccharide; Bảo tồn mạch nối đôi của các acid

18

béo không no; Hấp thu protein thực vật thành protein của protozoa có giá trị sinh
học cao hơn so với protein của vi khuẩn.
Tuy nhiên gần đây nhiều ý kiến cho rằng protozoa trọng dạ cỏ có một số tác
hại nhất định. Protozoa không có khả năng sử dụng NH 3 như vi khuẩn. Nguồn
nitơ đáp ứng nhu cầu của chúng là những mảnh protein thức ăn và vi khuẩn. Khi
mật độ protozoa trong dạ cỏ cao thì một tỉ lệ lớn vi khuẩn bị protozoa thực bào.
Theo Vũ Duy Giảng và ctv, 2008 mỗi protozoa có thể thực bào 600 - 700 vi khuẩn
trong một giờ ở mật độ vi khuẩn 10 9 vi khuẩn/ml dịch dạ cỏ. Protozoa cũng góp
phần làm tăng nồng độ ammonia trong dạ cỏ do sự phân giải protein cảu chúng.
Ngoài ra protozoa không tổng hợp được vitamin mà sử dụng vitamin từ thức ăn
hay do vi khuẩn tạo nên làm giảm rất nhiều vitamin vật chủ.
2.2.1.3 Nấm (Fungi)
Nấm men trong dạ cỏ thuộc loại yếm khí là loài vi sinh vật đầu tiên xâm
nhập và tiêu hóa thành phần cấu trúc thực vật bắt đầu từ bên trong.
Chức năng nấm men trong dạ cỏ là: Mọc chồi phá vỡ cấu trúc thành tế bào
thực vật, làm giảm độ bền chặt của cấu trúc này, góp phần làm tăng sự phá vỡ
các mãnh thức ăn trong quá trình nhai lại. Bên cạnh đó nấm men cũng tiết ra các
loại men tiêu hóa chất xơ; phức hợp men tiêu hóa chất xơ của nấm dễ hòa tan
hơn men của vi khuẩn. Vì vậy nấm có khả năng tấn công các tiểu phần thức ăn
cứng hơn và lên men chúng với tốc độ nhanh hơn so với vi khuẩn (Phùng Quốc
Quảng và Nguyễn Xuân Trạch, 2008).
2.2.1.4 Tác động tương hỗ vi khuẩn – protozoa – nấm trong dạ cỏ
Trong quá trình tiêu hóa thức ăn, quá trình lên men trong dạ cỏ là quá trình
liên tục, có tham gia nhiều loài vi sinh vật. Các loài vi sinh vật có quan hệ cộng
sinh và phân chia chức năng chặt chẽ. Phân giải sản phẩm của loài này là chất
dinh dưỡng cho một loài khác. Như vi khuẩn phân giải protein cung cấp
ammonia, acid amin và iso acid cho vi khuẩn phân giải xơ.

19

Trong điều kiện bình thường giữa vi khuẩn và protazoa có sự cộng sinh có
lợi, đặc biệt là trong tiêu hóa xơ. Tiêu hóa xơ mạnh nhất khi có mặt cả vi khuẩn
và protozoa. Một số loài protozoa hấp thu oxy từ dịch dạ cỏ, tạo ra môi trường
yếm khí tốt hơn cho vi khuẩn phát triển. Protozoa nuốt và tích trữ tinh bột, hạn
chế tốc độ sản sinh acid lactic, ngăn không cho pH giảm đột ngột và như vậy có
lợi cho vi khuẩn phân giải xơ.
Tuy nhiên, giữa protozoa và vi khuẩn cũng có những tác động tiêu cực trong
quá trình tiêu hóa. Protozoa ăn và tiêu hóa vi khuẩn, do đó làm giảm tốc độ và
hiệu quả chuyển hóa protein trong dạ cỏ. với các loại thức ăn dễ tiêu hóa thì điều
này không có ý nghĩa lớn nhưng với các loại thức ăn nghèo nitơ thì protozoa sẽ
làm giảm hiệu quả sử dụng thức ăn nói chung.
Giữa các nhóm vi khuẩn khác nhau cũng có sự cạnh tranh sinh tồn. Khi khẩu
phần thức ăn của bò giàu tinh bột nhưng nghèo protein thì số lượng vi khuẩn
phân giải xenluloza sẽ giảm và kéo theo tỉ lệ tiêu hóa xơ thấp. Bởi vì, sự có mặt
của một lượng tinh bột đáng kể trong khẩu phần kích thích vi khuẩn phân giải
bột đường phát triển nhanh. Các vi khuẩn này làm cạn kiệt những yếu tố dinh
dưỡng quan trọng và cần thiết cho vi khuẩn phân giải xơ như các loại khoáng,
ammonia, các acid amin… Mặt khác, tương tác tiêu cực giữa vi khuẩn phân giải
tinh bột và vi khuẩn phân giải xơ còn liên quan đến pH trong dạ cỏ. Quá trình
phân giải xơ diễn ra mạnh nhất khi pH của dịch dạ cỏ > 6,2, trong khi đó hiệu quả
phân giải tinh bột cao nhất khi pH < 6,0. Như vậy, khi tỉ lệ thức ăn hỗn hợp trong
khẩu phần quá cao sẽ làm cho acid béo bay hơi sản sinh ra nhanh, làm giảm pH
dịch dạ cỏ và do đó ức chế hoạt động của các vi khuẩn phân giải xơ.
Như vậy, thành phần các chất dinh dưỡng trong khẩu phần của bò có ảnh
hưỡng rất lớn đến sự phát triển của hệ vi sinh vật dạ cỏ và mối tương tác giữa
chúng. Khẩu phần giàu dinh dưỡng và cân đối là tiền đề cho các nhóm vi sinh vật

phát triển, không gây sự cạnh tranh giữa chúng, mặt cộng sinh có lợi có xu thế
thể hiện rõ. Nhưng khẩu phần nghèo dinh dưỡng sẽ gây ra sự cạnh tranh gây gắt,


20

ức chế lẫn nhau và làm cho quá trình lên men nói chung có khuynh hướng bất lợi.
Một khi nhóm vi sinh vật nào đó không có những điều kiện thích hợp để phát
triển thì chúng sẽ bị chết dần đi đồng thời làm thay đổi thành phần của nhiều
nhóm vi sinh vật khác. Kết quả là các quá trình thức ăn bị rối loạn và chắc chắn
ảnh hưởng xấu đến tình trạng sức khỏe cũng như năng suất của gia súc nhai lại.

(Nguồn: Wayne L. Bryden, 2012)
Hình 2.6 Sự cộng sinh giữa các vi sinh vật dạ cỏ
Rõ ràng, thực chất nuôi dưỡng loài gia súc nhai lại là nuôi dưỡng các khu hệ
vi sinh vật dạ cỏ, là cung cấp và tạo cho chúng những điều kiện tối ưu để phát
triển và sinh sôi nảy nở (Phùng Quốc Quảng và Nguyễn Xuân Trạch, 2008).
2.2.2 Vai trò của vi sinh vật dạ cỏ đối với vật chủ
2.2.2.1 Chuyển hoá glucid cung cấp năng lượng
Glucid trong thức ăn có thể chia thành hai nhóm: glucid phi cấu trúc gồm
tinh bột, đường, pectin và glucid vách tế bào gồm xenllulose, hemixenllulose. Cả
hai loại glucid đều được vi sinh vật dạ cỏ lên men, khoảng 60 - 90% glucid của
khẩu phần được lên men trong dạ cỏ. Phần không được lên men trong dạ cỏ được
chuyển xuống ruột. Trong ruột non xơ không được tiêu hóa, tinh bột và đường sẽ


21

được thủy phân thành glucoza hấp thu vào máu. Khi xuống ruột già tất cả các
thành phần glucid còn lại sẽ được vi sinh vật lên men lần thứ hai.

Lượng lớn carbohydrate bị phân hủy ở tổ ong - dạ cỏ ngoại trừ lignin.Vi
khuẩn bám vào bề mặt thành tế bào thực vật để phân hủy các cơ chất bên trong.
Sự phân hủy đầu tiên phóng thích glucose, các hợp chất đường đơn, hoặc chuỗi
polysaccharide ngắn khác, các chất này hòa tan vào dịch dạ cỏ sau đó sẽ tiếp tục
lên men trong dạ dày trước. Một số chất chưa lên men cũng có thể chuyển vào tế
bào vi sinh vật để biến dưỡng bằng con đường thủy phân glucose. Thủy phân
glucose tạo ra hai phân tử pyruvate. Nếu lên men trong điều kiện ít oxy, vi sinh
vật chuyển pyruvate thành carbonic và nước, tuy nhiên do không đủ oxy nên lên
men tạo thành acid béo bay hơi. Quá trình lên men này sinh ra năng lượng dưới
dạng ATP và các acid béo bay hơi đó là các acid axetic, propionic, butyric. Các sản
phẩm này là chất thải của vi sinh vật nhưng là nguồn cung năng lượng cực kỳ
quan trọng cho thú nhai lại. Quá trình lên men ở dạ cỏ còn sinh ra các khí
carbonic và hydro, tạo thành khí CH 4 được thải ra ngoài qua ợ hơi (Trần Thị Dân
và Dương Nguyên Khang 2006).
Phương trình tóm tắt sự lên men glucid tạo các acid béo bay hơi và khí mê
tan trong dạ cỏ như sau:
Acid acetic:
C6H12O6 + 2H2O  2 CH3COOH + 2CO2 + 4H2
Acid propionic:
C6H12O6 + 2H2  2CH3CH2COOH + 2H2O
Acid butyric:
C6H12O6  CH3-CH2CH2COOH + 2CO2 + 2H2
Khí mê tan: 4H2 + CO2  CH4 +2H2O


22

(Nguồn: Phùng Quốc Quảng và Nguyễn Xuân Trạch, 2008)
Sơ đồ 1 Quá trình lên men carbohydrate ở dạ cỏ

( Nguồn: Wayne L. Bryden,2012)
Sơ đồ 2 Quá trình tạo khí mê tan và acid béo bay hơi

Acid béo bay hơi là sản phẩm phân hủy thức ăn glucid hoặc khử amin của
acid amin trong dạ cỏ. Nếu khẩu phần cân đối thì acetic chiếm 60%, propionic
20%, butyric 15%, nếu khẩu phần nhiều cỏ khô thì acetic lên tới 70 - 72%, nếu


23

khẩu phần nhiều đường thì propionic cao làm đường huyết cao từ đó tổng hợp
lactose sữa, khẩu phần nhiều protein thì butyric nhiều. Acid béo bay hơi được
hấp thụ cung cấp năng lượng cho thú nhai lại, hoặc vi sinh vật sử dụng làm sườn
carbon để tổng hợp thành tế bào vi sinh vật, hoặc thoái hóa bằng tiến trình biến
dưỡng, hoặc chuyển xuống phần sau ống tiêu hóa.
Các acid béo bay hơi được cơ thể sử dụng vào các mục đích khác nhau:
Acid acetic: sử dụng chủ yếu để cung cấp năng lượng thông qua chu trình
Kreb sau khi chuyển hóa thành acetyl-CoA. Nó cũng là nguyên liệu chính để sản
xuất ra các loại mỡ, đặc biệt là mỡ sữa.
Acid propionic: chủ yếu được chuyển đến gan tại đây nó được chuyển hóa
thành đường glucose. Từ gan glucose sẽ được chuyển vào máu nhằm đảm bảo sự
ổn định nồng độ glucose huyết và tham gia vào trao đổi chung của cơ thể. Đường
glucose được sử dụng chủ yếu làm nguồn năng lượng cho các hoạt động thần
kinh, nuôi thai và hình thành đường lactose trong sữa. Đây cũng là nguồn nguyên
liệu chính để sản xuất ra mỡ tích lũy trong cơ thể.
Acid butyric: được chuyển hóa thành β-hydroxybutyric 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 chuyển hóa dễ dàng thành xeton và gây độc
hại khi có nồng độ hấp thu quá cao.
Thành phần thức ăn ảnh hưởng đến cả số lượng và thành phần acid béo bay

hơi. Thức ăn nhiều tinh bột, sản xuất acid béo bay hơi trên một kg thức ăn sẽ
nhiều hơn thức ăn xơ, trong đó propionic chiếm tỉ lệ cao hơn các acid khác.
Lượng acid tạo thành có ý nghĩa quan trọng cho tổng hợp tế bào của thú nhai lại.
Ở khẩu phần thông thường carbohydrate cung cấp tới 85% năng lượng thô cho
thú nhai lại trong đó chỉ propionic có thể chuyển thành glucose trong tế bào thú
nhai lại.


24

Một số yếu tố ảnh hưởng đến sự lên men glucid: Vi sinh vật lên men xơ rất
mẫn cảm với môi trường acid trong dạ cỏ. Độ pH tốt nhất cho quá trình lên men
từ 6,4 - 7,0. Tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật lên men xơ giảm khi pH giảm
xuống 6,2 và hoàn toàn dừng lại khi pH <6. Điều này rất quan trọng khi xem xét
để phối hợp các loại thức ăn khác nhau trong khẩu phần một cách tốt nhất; Khẩu
phần 5% protein thô làm các vi khuẩn phân giải cellulose tăng trưởng tốt, khả
năng tiêu hóa xơ cao. Nếu thiếu protein thì sự phát triển vi khuẩn phân giải xơ
kém, thừa protein sẽ tạo nhiều ammonia làm vi sinh vật khó phát triển.
2.2.2.2 Chuyển hoá các hợp chất nitrogen cung cấp protein
Tốc độ phân giải protein của vi sinh vật thay đổi rất lón và chịu ảnh hưởng
bởi cấu trúc ba chiều của phân tử protein, các mối liên kết nội phân tử và giữa
các phân tử, các rào cản trơ như lignin trong vách tế bào, các yếu tố kháng dinh
dưỡng, chất lượng thức ăn, pH dịch da cỏ, các yếu tố môi trường…
Quá trình phân giải protein thô trong dạ cỏ sinh ra một hỗn hợp gồm peptid,
acid amin, ammonia và các acid hữu cơ. Ammonia cùng với các peptid mạch
ngắn và acid amin tự do được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp nên protein của
chúng. Protozoa không sử dụng được ammonia. Một số protein vi sinh vật bị
phân giải ngay trong dạ cỏ và nguồn nitơ của chúng cũng được tái sử dụng bởi vi
sinh vật dạ cỏ.
Nhờ có protein vi sinh vật dạ cỏ mà gia súc nhai lại ít phụ thuộc vào chất

lượng protein thô của thức ăn do chúng có khả năng biến đổi các hợp chất chứa
nitơ đơn giản như ure thành protein có giá trị sinh học cao. Để thỏa mãn nhu cầu
duy trì bình thường ta không nên cho ăn những nguồn protein chất lượng cao,
bởi vì hầu hết những protein này sẽ bị phân giải thành ammonia, thay vào đó
ammonia có thể sinh ra từ những nguồn NPN rẽ tiền hơn. Khả năng này của vi
sinh vật dạ cỏ có ý nghĩa kinh tế rất lớn. Tuy nhiên đối với gia súc cao sản thì
phần protein thoát qua có vai trò rất quan trọng trong việc đáp ứng đầy đủ nhu
cầu protein cho vật chủ vì lượng protein vi sinh vật là có giới hạn.


25

( Nguồn: Wayne L. Bryden, 2012)
Sơ đồ 3 Chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ ở gia súc nhai lại
Protein của thức ăn được phân giải bởi vi sinh vật dạ cỏ. Tốc độ phân giải
protein phụ thuộc vào tính hòa tan của chúng, pH dạ cỏ. Sự phân giải protein thô
trong dạ cỏ sinh ra một hỗn hợp gồm peptid, acid amin, aminoniac, các acid hữu
cơ và chúng được vi sinh vật dạ cỏ sử dụng để tổng hợp nên protein của chúng
(Vũ Duy Giảng và cộng sự, 2008).
2.2.2.3 Chuyển hóa lipid
Trong dạ cỏ có hai quá trình trao đổi chất béo có liên quan với nhau: phân
giải lipid của thức ăn và tổng hợp mới lipid của vi sinh vật.
Trong dạ cỏ còn xảy ra quá trình hydrogen hoá 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.
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 acid béo bay hơi 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 vi sinh vật dạ cỏ là kết quả của việc biến đổi lipid
của thức ăn và lipid được tổng hợp mới.