Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Đăc điểm tiêu hóa của gia súc nhai lại 1. Cấu tạo bộ máy tiêu hoá của gia súc nhai lại Đặc điểm nổi bật của bộ máy tiêu hoá ở gia súc nhai lại là những khoang phình lớn, tại đây có các điều kiện thuận lợi cho VSV lên men là carbohydrate và các chất hữu cơ khác. Sản phẩm chủ yếu của quá trình lên men là các chất axit béo bay hơi (ABBH), methane (CH4), cacbonic (CO2) và sinh trưởng, phát triển của VSV.
* Miệng: Có môi, hàm răng và lưỡi với vai trò lấy thức ăn, nhai và nhai lại, tiết nước bọt. Bò có ba đôi tuyến nước bọt rất phát triển, hàng ngày tiết ra một lượng nước bọt rất lớn (130-180 lít) (Vũ Duy Giảng và cs, 2000)[11]. Nước bọt ở bò được phân tiết và nuốt xuống dạ cỏ liên tục có tác dụng trung hoà các sản phẩm axit sinh ra trong dạ cỏ để duy trì pH ở mức thuận lợi cho VSV phân giải chất xơ hoạt động. * Thực quản: Là ống nối liền miệng qua hầu xuống dạ cỏ, nó có tác dụng nuốt thức ăn và ợ các miếng thức ăn lên miệng để nhai lại.
Ngoài ra, thực quản còn có vai trò ợ hơi để thải các khí thừa trong quá trình lên men dạ cỏ. * Dạ dày: Bộ máy tiêu hoá của gia súc nhai lại được đặc trưng bởi hệ dạ dày kép gồm 4 túi, trong đó có 3 túi trước (dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá lách) 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 (Nguyễn Xuân Trạch và cs, 2006)[46]. * Dạ cỏ: Là túi lớn nhất, chiếm hầu hết nửa trái của xoang bụng, chiếm 85- 90% dung tích dạ dày, 75% dung tích đường tiêu hoá.
Dạ cỏ có tác dụng tích trữ nhào trộn và lên men phân giải thức ăn. Thức ăn sau khi nuốt xuống dạ cỏ, phần lớn được lên men bởi hệ VSV cộng sinh ở đây. Ngoài chức năng lên men, dạ cỏ còn có vai trò hấp thụ. Các ABBH sinh ra từ quá trình lên men VSV được hấp thụ qua vách dạ cỏ vào máu và trở thành nguồn năng lượng cho vật chủ (Vũ Duy Giảng và cs, 1999)[10].
Dạ cỏ có môi trường thuận lợi cho VSV lên men yếm khí, dinh dưỡng được bổ sung đều đặn từ thức ăn (Nguyễn Trọng Tiến và cs, 1996)[27]. Dạ cỏ có các điều kiện thuận lợi cho hoạt động của quần thể VSV yếm khí như: c 5 - Độ pH gần như trung tính và tương đối ổn định nhờ tác dụng đệm của muối phốt phát và bicacbonat của nước bọt. - Nhiệt độ dạ cỏ khá ổn định, dao động trong khoảng 38-420C, không phụ thuộc vào thức ăn. - Môi trường dạ cỏ là môi trường yếm khí, nồng độ O2 thấp hơn 1%, nồng độ CO2 cao lên tới 50-70% và phần còn lại là CH4.
- Độ ẩm trong dạ cỏ cao (khoảng 70-80%) và khá ổn định nhờ vào vai trò điều hoà của nước bọt. - Nhu động dạ cỏ yếu nên thức ăn lưu lại lâu. - Nhóm vi khuẩn (VK) phân giải xơ (Cellulolytic bacteria): gồm VK phân giải cellulose (Bacteroides succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens Ruminoccocus flavefaciens, Ruminococcus albus, Cillobacterium cellulosesolvens) và VK phân giải hemicellulose (Butyrivibrio fibrisolvens, Lachnospira multiparus và Bacteroides ruminicola). - Nhóm VK tiêu hoá tinh bột (Amylolytic bacteria): Trong dạ cỏ, số lượng loài VK phân giải tinh bột rất lớn, đó là: Bacteroides amylophilus, Succinimonas amylolytica, Butyrivibrio fibrisobvens, Bacteroides ruminanium, Selenomonas ruminantium và Septococcus bovis.
Khi có đầy đủ nitơ thì các VK thuộc nhóm này tăng nhanh và sản sinh ra nhiều axit lactic làm cho pH dạ dày giảm xuống, lúc đó sẽ ức chế các nhóm VK phân giải xơ. Khi đó các loài VK amylolytic (điển hình là Septococcus bovis) chiếm ưu thế và tiếp tục phân giải tinh bột để tạo ra axít lactic, axit lactic tích tụ lại được hấp thu và máu với số lượng lớn có thể gây ngộ độc cho gia súc. Khu hệ vi sinh vật dạ cỏ *Động vật nguyên sinh (Protozoa) Protozoa xuất hiện trong dạ cỏ khi gia súc bắt đầu ăn thực vật thô. Trong dạ cỏ, protozoa có số lượng khoảng 106/ml dịch dạ cỏ và có khoảng 120 loài protozoa.
Protozoa dễ dàng bị phân huỷ trong môi trường axit và không có khả năng tổng hợp được axit amin từ NH3. Nguồn axit amin để tổng hợp nên protein cơ thể chúng lại nhờ ăn và tiêu hoá protein của VK hay từ thức ăn mà có. Ước tính mỗi giờ, động vật c 6 nguyên sinh trong dạ cỏ có thể ăn tới 200 x 105 VK và mỗi phút có khoảng 1% VK trong dạ cỏ bị động vật nguyên sinh ăn (Vũ Duy Giảng và cs, 1999)[10] Động vật nguyên sinh thuộc lớp ciliata, có 2 nhóm chính nhóm phân giải xơ (Cullulolytic ciliate) và nhóm phân giải tinh bột (Amylolytic ciliate). Tác dụng của protozoa đối với tiêu hoá là xúc tiến quá trình tiêu hoá chất xơ và tiêu hoá nhanh tinh bột nên góp phần ổn định pH dạ cỏ, nhưng chúng cũng có mặt tiêu cực là ngăn cản và hạn chế sự phát triển của VK, chúng không có khả năng tổng hợp vitamin, mà sử dụng vitamin từ thức ăn hoặc do VK tạo nên (Vũ Duy Giảng và cs, 1999[10]; Nguyễn Trọng Tiến và cs, 1996[28]).
* Các nhóm vi khuẩn chính Vi khuẩn phân giải Cellulose: Bacteroides succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens,Ruminoccocus filavefacciens, Ruminococus albus, Cillobacterium celluloslvens… Vi khuẩn phân giải Hemicellulose: gồm những loài chính như Butyrivibrio fibrisolvens, Lachnospora multiparus, Bacteroides ruminicola. Vi khẩn phân giải tinh bột: Bacteroides amylophilus, Succinimonas amylolytica, Butyrivibrio fibrisolbvens, Bacteroides ruminantium, Selenomonas ruminantium, Steptococcus bovis. 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. Celobioza cũng có thể là nguồn năng lượng cung cấp cho nhóm vi khuẩn này, vì chúng có men β- glucosidaza có thể thuỷ phân cellobioza.
Vi khuẩn phân giải protein: Trong số những loài vi khuẩn phân giải protein và sinh amoniac (NH3) thì Peptostreptococus và Clostridium có khả năng lớn nhất. Sự phân giải protein và axit amin để sản sinh ra amoniac trong dạ cỏ có ý nghĩa quan trọng đặc biệt cả về phương diện tiết kiệm nitơ cũng như nguy cơ dư thừa amoniac. Amoniac 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 đòi hỏi hay được kích thích bởi axit amin, peptit và isoaxit có nguồn gốc từ valine, leucine và isoleucine. Như vậy cần phải có một lượng protein được phân giải trong dạ cỏ để đáp ứng nhu cầu này của vi sinh vật dạ cỏ.
c 7 Vi khuẩn tạo mê tan: Nhóm VK này rất khó nuôi cấy trong ống nghiệm, cho nên những thông tin về những chúng còn hạn chế. Các loài VK của nhóm này là Methano baccterium, Methano ruminantium và Methano forminicum. Vi khuẩn tổng hợp vitamin. Nhiều loài VK dạ cỏ có khả năng tổng hợp các vitamin nhóm B và vitamin K.
Nấm cũng đóng vai trò quan trọng trong hoạt động tiêu hoá xơ của VSV (Bauchop, 1981) [54]. Nấm còn có khả năng tiêu hoá một vài thành phần trong cấu trúc của tế bào như cellulose, tinh bột, đường… Một số loài còn lên men được cả hemicellulose. Tuy nhiên, có những carbohydrate mà nấm không thể sử dụng được bao gồm pectin, axit galacturonic, fructza, mantoza và galactoza. Mối quan hệ của các vi sinh vật dạ cỏ Vi sinh vật dạ cỏ có mối quan hệ cạnh tranh và hỗ trợ lẫn nhau, loài này phát triển nên sản phẩm của loài kia (Preston và Leng, 1987)[83].
Mối quan hệ giữa các VSV trong dạ cỏ bao gồm các quan hệ sau: - Mối quan hệ cộng sinh: Quá trình lên men dạ cỏ là liên tục và bao gồm nhiều loài tham gia. Trong điều kiện bình thường giữa VK và protozoa cũng có sự cộng sinh có lợi, đặc biệt là trong tiêu hoá xơ. Tiêu hoá xơ mạnh nhất khi có mặt cả VK và protozoa. Một số VK được protozoa nuốt vào có tác dụng lên men trong đó tốt hơn vì mỗi protozoa tạo ra một kiểu “dạ cỏ mini” với các điều kiện ổn định cho VK hoạt động.
Một số loài ciliate còn hấp thu ôxi từ dịch dạ cỏ giúp đảm bảo các điều kiện yếm khi trong dạ cỏ được tốt hơn. Protozoa nuốt và tích trữ tinh bột, hạn chế tốc độ sinh axit lactic, hạn chế giảm pH đột ngột, nên có lợi cho VK phân giải được chất xơ (Vũ Duy Giảng và cs, 2000)[11] - Mối quan hệ cạnh tranh: giữa các nhóm VK khác nhau có sự cạnh tranh điều kiện sinh tồn. Chẳng hạn như gia súc ăn khẩu phần giàu tinh bột nhưng nghèo c 8 protein thì số lượng VK phân giải cellulose sẽ giảm và do đó tỉ lệ tiêu hoá xơ thấp (Vũ Duy Giảng và cs, 1999)[10]. Như vậy, mối quan hệ và tương tác giữa các VSV dạ cỏ chịu ảnh hưởng rất rõ của khẩu phần ăn.
Khi khẩu phần giàu chất dinh dưỡng thì không có sự cạnh tranh, ngược lại thì sẽ sảy ra sự cạnh tranh gay gắt giữa các nhóm VSV, gây ức chế lẫn nhau, từ đó sẽ làm giảm hiệu quả tiêu hoá thức ăn (Preston và Leng, 1987)[83]. Sinh trưởng của vi sinh vật dạ cỏ Sản xuất các tế bào mới trong quá trình sinh trưởng của VSV dạ cỏ đòi hỏi cần có các cơ chất, trước hết là các chất đơn giản và năng lượng (Adenosine Trphosphate – ATP) (Tamminga, 1981)[93]. Các tiền chất cần thiết cho sự sinh tổng hợp protein VSV được trình bày sau đây: - Nhu cầu dinh dưỡng cho sự phát triển VSV: Việc tổng hợp protein của VSV dạ cỏ được sử dụng nitơ từ nhiều nguồn, hầu hết được lấy từ amoniac. Những nguồn nitơ khác bao gồn urê được tái sử dụng thông qua nước bọt và từ vách dạ dày và nitơ nội sinh có nguồn gốc từ các tế bào biểu mô dạ cỏ bị bong (Orskov, 1994)[81].
Tuy nhiên, để tổng hợp protein, một số loài VK đòi hỏi phải có một lượng nhỏ peptid và axit amin, các axit amin này được sử dụng để tạo ra các axit béo mạch ngắn là các yếu tố điều khiển sinh trưởng của VSV. Mức độ sinh trưởng của VSV phụ thuộc vào lượng ATP sẵn có bởi vì các chức năng của tế bào và các hoạt động vận chuyển tích cực, duy trì độ pH, độ lệch áp suất thẩm thấu, tất cả đều cần đến ATP (Preston and Leng, 1987)[83]; Tamminga, 1981)[93] Các chất khoáng và vitamin cũng có vai trò quan trọng tác động tới sự sinh trưởng và phát triển của VSV dạ cỏ. Lưu huỳnh cần cho sự tổng hợp methyonin và cystin.