CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Đặc điểm 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 môi trường thuận lợi cho vi sinh vật lên men cabohydrate và các chất hữu cơ khác. Môi trường dạ cỏ Dạ cỏ của gia súc nhai lại được ví như một thùng lên men lý tưởng. 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 vi sinh vật cộng sinh ở đây. Ngoài chức năng lên men, dạ cỏ còn có vai trò hấp thụ. Dạ cỏ có môi trường thuận lợi cho vi sinh vật lên men yếm khí, dinh dưỡng được bổ sung đều đặn từ thức ăn (Nguyễn Trọng Tiến, 1996)[21].
Dạ cỏ có các điều kiện thuận lợi cho hoạt động của quần thể vi sinh vật yếm khí như: Độ pH gần như trung tính (pH: 5,5-7,4) 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 85-90% nước) và khá ổn định nhờ vào vai trò điều hoà của nước bọt.
Nhu động dạ cỏ yếu nên thức ăn lưu lại lâu. Khu hệ vi sinh vật dạ cỏ Do môi trường dạ cỏ thuận lợi, nên hệ vi sinh vật phát triển mạnh cả về số lượng, đa dạng về chủng loại. Tính từ năm 1941 khi Hungate công bố những công trình đầu tiên về vi sinh vật dạ cỏ, đến nay đã biết được khoảng hơn 200 loài vi sinh vật dạ cỏ (Theodorou và cs, 1994)[42]. Vi sinh vật dạ cỏ gồm: Vi khuẩn, vi rút, nấm, protozoa, mycoplasma.
Trong đó các loài vi khuẩn, nấm và protozoa có vai trò quan trọng trong tiêu hóa các chất dinh dưỡng từ thức ăn đặc biệt là tiêu hóa xơ. Các loại vi rút, mycoplasma và thể thực khuẩn không đóng vai trò quan trọng trong tiêu hoá xơ. Vi khuẩn (Bacteria) Số lượng và thành phần vi khuẩn trong dạ cỏ có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình lên men, tiêu hoá trong dạ cỏ. Số lượng vi khuẩn trong dạ cỏ có thể đạt tới 109-1010 cá thể/1ml dịch dạ cỏ, 60% sinh khối vi sinh vật trong dạ cỏ là những vi sinh vật tiêu hoá chủ yếu carbohydrat, (Hungate, 1966 dẫn theo Theodorou và cs, 1994)[42].
Vi khuẩn trong dạ cỏ thường ở các dạng: Sống tự do trong dịch dạ cỏ, bám vào các mảnh thức ăn trong dịch dạ cỏ khoảng 75% (Forsberg và Lam, 1977)[33] số còn lại trú ngụ ở các nếp gấp biểu mô và bám vào protozoa. Trong dạ cỏ có khoảng 60 loài vi khuẩn đã được xác định. Mỗi nhóm vi khuẩn có chức năng phân giải khác nhau cụ thể là: - Vi khuẩn phân giải xenluloza. Vi khuẩn phân giải xenluloza có số lượng rất lớn trong dạ cỏ của những gia súc sử dụng khẩu phần giàu xenluloza.
- Vi khuẩn phân giải hemixenluloza. Hemixenluloza khác xenluloza là chứa cả đường pentoza và hexoza và cũng thường chứa axit uronic. Những vi khuẩn có khả năng thuỷ phân xenluloza thì cũng có khả năng sử dụng hemixenluloza. Tuy nhiên, không phải tất cả các loài sử dụng được hemixenluloza đều có khả năng thuỷ phân xenluloza.
Các loài vi khuẩn phân c 6 giải hemixenluloza cũng như vi khuẩn phân giải xenluloza đều bị ức chế bởi pH thấp. - Vi khuẩn phân giải tinh bột. Trong dinh dưỡng carbohydrat của loài nhai lại, tinh bột đứng vị trí thứ hai sau xenluloza. Phần lớn tinh bột theo thức ăn vào dạ cỏ, được phân giải nhờ sự hoạt động của vi sinh vật.
Tinh bột được phân giải bởi nhiều loài vi khuẩn dạ cỏ, trong đó có những vi khuẩn phân giải xenluloza. - 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 bêta- glucosidaza có thể thuỷ phân cellobioza.
Các vi khuẩn thuộc loài Lachnospira multiparus, Selenomonas ruminantium. đều có khả năng sử dụng tốt hydratcacbon hoà tan. - Vi khuẩn sử dụng các axit hữu cơ. Hầu hết các vi khuẩn đều có khả năng sử dụng axit lactic mặc dù lượng axit này trong dạ cỏ thường không đáng kể trừ trong những trường hợp đặc biệt.
Một số có thể sử dụng axit succinic, malic, fumaric, formic hay acetic. - Vi khuẩn phân giải protein. Trong số những loài vi khuẩn phân giải protein và sinh amoniac 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 mêtan. Nhóm vi khuẩn này rất khó nuôi cấy trong ống nghiệm, cho nên những thông tin về những vi sinh vật này còn hạn chế.
- Vi khuẩn tổng hợp Vitamin. Nhiều loài vi khuẩn dạ cỏ có khả năng tổng hợp các vitamin nhóm B và vitamin K. Nhiều loài vi khuẩn dạ cỏ có khả năng tổng hợp các vitamin nhóm B và vitamin K. Khi khẩu phần ăn giàu xơ, số lượng vi khuẩn phân giải Cellulose, hemicellulose như: Bacteroides succinogenes, Ruminococcus sẽ tăng, khi khẩu phần giàu thức ăn tinh thì số lượng vi khuẩn phân giải tinh bột như Selenomonas ruminantium, Streptococcus sẽ tăng.
Nếu trong khẩu phần, mà thức ăn tinh quá cao sẽ làm cho gia súc giảm khả năng tiêu hoá thức ăn thô xanh, do vi khuẩn phân giải thức ăn thô xanh giảm, hiện tượng này được Chenost và cs (1997)[30] giải thích, do phân giải xơ của vi khuẩn diễn ra trong dạ cỏ có hiệu quả cao nhất khi pH dạ cỏ > 6,5. Còn quá trình tiêu hoá tinh bột trong dạ cỏ đạt hiệu quả cao nhất khi pH dạ cỏ < 6,0. Tỷ lệ thức ăn tinh cao trong khẩu phần đã làm giảm pH dịch dạ cỏ, ức chế hoạt động của vi khuẩn phân giải xơ. Ngoài ra vi khuẩn phân giải tinh bột phát triển mạnh đã dụng hết nitơ của khẩu phần, làm hạn chế sự phát triển của vi khuẩn phân giải xơ vốn phát triển chậm hơn.
Động vật nguyên sinh (Protozoa). Protozoa xuất hiện trong dạ cỏ khi gia súc bắt đầu ăn thức ăn thực vật thô. Sau khi đẻ và trong thời gian bú sữa dạ dày trước không có protozoa. Protozoa không thích ứng với môi trường bên ngoài và bị chết nhanh.
Trong dạ cỏ protozoa có số lượng khoảng 105- 106 tế bào/g chất chứa dạ cỏ. Có khoảng 120 loài protozoa trong dạ cỏ. Mỗi loài gia súc có số loài protozoa khác nhau. Protozoa có một số tác dụng chính như sau: - Tiêu hoá tinh bột và đường.
Tuy có một vài loại protozoa có khả năng phân giải xenluloza nhưng cơ chất chính vẫn là đường và tinh bột, vì thế mà khi gia súc ăn khẩu phần nhiều bột đường thì số lượng protozoa tăng lên. c 8 - Xé rách màng tế bào thực vật. Tác dụng này có được thông qua tác động cơ học và làm tăng diện tích tiếp xúc của thức ăn, do đó mà thức ăn dễ dàng chịu tác động của vi khuẩn. - Tích luỹ polysaccarit.
Protozoa có khả năng nuốt tinh bột ngay sau khi ăn và dự trữ dưới dạng amylopectin. Polysaccarit này có thể được phân giải về sau hoặc không bị lên men ở dạ cỏ mà được phân giải thành đường đơn và được hấp thu ở ruột. Điều này không những quan trọng đối với protozoa mà còn có ý nghĩa dinh dưỡng cho gia súc nhai lại nhờ hiệu ứng đệm chống phân giải đường quá nhanh làm giảm pH đột ngột, đồng thời cung cấp năng lượng từ từ hơn cho nhu cầu của bản thân vi sinh vật dạ cỏ trong những thời gian xa bữa ăn. - Bảo tồn mạch nối đôi của các axit béo không no.
Các axit béo không no mạch dài quan trọng đối với gia súc (linoleic, linolenic) được protozoa nuốt và đưa xuống phần sau của đường tiêu hoá để cung cấp trực tiếp cho vật chủ, nếu không các axit béo này sẽ bị làm no hoá bởi vi khuẩn. Tuy nhiên gần đây nhiều ý kiến cho rằng protozoa trong dạ cỏ có một số tác hại nhất định: - Protozoa không có khả năng sử dụng NH3 như vi khuẩn. Nguồn nitơ đáp ứng nhu cầu của chúng là những mảnh protein thức ăn và vi khuẩn. Nhiều nghiên cứu cho thấy protozoa không thể xây dựng protein bản thân từ các amit được.
Khi mật độ protozoa trong dạ cỏ cao thì một tỷ lệ lớn vi khuẩn bị protozoa thực bào. Mỗi protozoa có thể thực bào 600-700 vi khuẩn trong một giờ ở mật độ vi khuẩn 109/ml dịch dạ cỏ. Do có hiện tượng này mà protozoa đã làm giảm hiệu quả sử dụng protein nói chung. Protozoa cũng góp phần làm tăng nồng độ amoniac trong dạ cỏ do sự phân giải protein của chúng.
- Protozoa không tổng hợp được vitamin mà sử dụng vitamin từ thức ăn hay do vi khuẩn tạo nên nên làm giảm rất nhiều vitamin cho vật chủ. c 9 Nấm (Fungi) là loại nấm trong dạ cỏ thuộc loại yếm khí, số lượng khoảng 103 /ml dung dịch dạ cả, nhưng chúng có khả năng xâm nhập và tiêu hoá thành phần cấu trúc thực vật bắt đầu từ bên trong. Chúng mọc chồi và 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 mảnh thức ăn trong quá trình nhai lại. Do đó, tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để tiêu hoá xơ (Nguyễn Xuân Trạch, 2003) [22].
Mặt khác, nấm cũng tiết ra các loại men tiêu hoá xơ, các loại men này có khả năng hoà tan dễ hơn men của vi khuẩn. Chính vì thế, nấm có khả năng tấn công các tiểu phần thức ăn cứng hơn và lên men chúng nhanh hơn so với vi khuẩn.