Chương 1 TÓNG QUAN 1. Hoạt động tiêu hóa ở dạ cỏ Dạ cỏ được coi như là “một thùng lên men lớn”. Tiêu hóa ở dạ cỏ chiếm một vị trí rất quan trọng trong quá trình tiêu hóa của gia súc nhai lại với khoảng 50% vật chất khô của khẩu phần được tiêu hóa ở đạ cỏ. Quá trình biến đổi và phân giải thức ăn là nhờ vào các enzyme từ hệ vi sinh vat sống cộng sinh bên trong da cỏ.
Hệ vi sinh vật yếm khí giúp lên men thức ăn ở dạ cỏ, đặc biệt là thành phần chất xơ có trong thức ăn, biến chất xơ thành các acid béo bay hơi và cung cấp năng lượng cho cơ thê (Kay, 1983). Hiện nay người ta đã xác định được quần thể vi sinh vật dạ cỏ gồm ba loại chính đó là vi khuẩn, protozoa và nam. Hoạt động tiêu hóa vách tế bao thức ăn được thực hiện bởi sự kết hop của cả ba nhóm vi sinh vật trên, trong đó vi khuẩn và nắm đóng vai trò chính (trên 80%) và số còn lại là do protozoa đảm nhận (Wang và cs, 2002). Thức ăn sờ Vi khuẩn bám thô ăn vào ° vao biéu mé da co, : a: ` co Thức ăn bán Đến tá tràng tiêu hóa Cac hạt tinh bột được tiêu hóa bởi Sinh khí metan nguyên sinh đv voi nguyên sinh dv Nguyên sinh dv dạ co : Ậ ⁄ 4 7 n F Vi khuan tự do So J a Nam bam vào hạt thức ăn pr va Hat thức ăn = Nese’ Vi khuẩn bám vào 4 hạt thức ăn Hình 1.
Sơ đồ về dạ cỏ và các thành phần dạ cỏ (Birbal Singh va cs, 2019) Bén canh kha nang tiéu hoa chat xơ, các vi sinh vat da cỏ còn giúp thú có thể sử dụng các loại nitơ có nguồn gốc từ các chất vô cơ (Non protein nitrogen — NPN) cũng như đảm bảo nhu cầu về các vitamin nhóm B và vitamin K. Mặc khác, các vi sinh vật da cỏ cũng góp phan làm giảm một số độc tố trong thức ăn, giúp thức ăn ít độc hơn (Kay, 1983). Vi khuẩn chiếm số lượng lớn nhất trong hệ vi sinh vật dạ cỏ giúp tiêu hóa xo. Tổng số vi khuẩn có trong dạ cỏ khoảng 10° - 101! tế bao/ml dich 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 được ăn vào của thú (Lê Văn Thọ và cs, 1992). Trong da cỏ, vi khuẩn ở thể tự do chiếm khoảng 25 - 30%, số còn lại bám vào các mẫu thức ăn, trú ngụ ở các nếp gấp biéu mô và bám vào protozoa. Sự phân loại vi khuẩn dạ cỏ có thé được tiến hành dựa vào co chất ma vi khuẩn sử dung hay sản pham lên men cuối cùng của chúng. Phần lớn vi khuẩn dạ cỏ thuộc 4 phyla: Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria và Spirochaetes (Firkins vad cs, 2006).
Krause va Russell (1996) kết luận rằng sự da dạng về loài của vi khuẩn da cỏ cao hơn nhiều so với dự kiến là 22 loài. Động vật nguyên sinh (Protozoa), xuất hiện trong da 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 da cỏ protozoa có số lượng khoảng 10° - 105 tế bào/g chất chứa da cỏ, ít hơn vi khuẩn, nhưng đo có kích thước lớn hơn nên có thể tương đương về tổng sinh khối. Có hơn 100 loài protozoa trong dạ cỏ đã được xác định. Mỗi loài gia súc có số loài protozoa khá đặc thù. Protozoa trong dạ cỏ là các loại ciliate thuộc hai họ khác nhau.
Họ Isotrichidae, thường gọi là Holotrich, gồm những protozoa có cơ thể rỗng được phủ bởi các tiêm mao (cilia); chúng gồm các bộ /soíricha và Dasyfricha. Ho kia là Ophryoscolecidae, hay Oligotrich, gồm nhiều loài khác nhau về kích thức, hình thái và diện mạo; chúng gồm các bộ Entodinium, Diplodinium, Epidinium va Ophryoscolex.Giup tiêu hoá tinh bột và đường, tuy có một vai loại protozoa có khả năng phân giải cellulose 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. Ngoài ta, chúng còn có thé phá vỡ màng tế bào thực vật. Tác dụng này được thông qua tác động cơ học và làm tăng diện tích tiếp xúc của thức ăn, do đó mà thức ăn dé dàng chịu tác động của vi khuẩn.
Bên cạnh đó, chúng còn giúp vật chủ tích luỹ polysaccharite. Protozoa có khả năng nuốt tinh bột ngay sau khi ăn. Polysaccharite này có thé 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 cho vi sinh vật da cỏ khi không được cung cấp thức ăn.
Protozoa không có khả năng sử dụng NH: như vi khuân. Tuy nhiên protozoa đã tiêu hóa một lượng lớn vi khuẩn và nấm (10? - 10‘ tế bào vi khuân/giờ), nên đôi khi người ta cho rằng protozoa có ảnh hưởng ngược lên sự tiêu hoá (Ho và cs; Jouany và cs, 1999). Tuy nhiên, Jouany va cs (1999) đã chứng minh khi loại bỏ protozoa không đem lại hiệu quả về mặt tiêu hoá thậm chí còn có ảnh hưởng ngược lên sự trao đổi đạm và năng lượng, đặc biệt đối với khẩu phần tốt (Jouany và cs, 1999). Nam cũng giữ vai trò quan trọng trong hoạt động tiêu hoá vách tế bao, chúng là tác nhân đầu tiên xâm nhập và phá vỡ các cấu trúc lignin - cellulose bền vững của vách tế bào, sau đó là sự xâm nhập của các vi khuẩn bám lên các sợi xơ.
nam có khả năng đóng góp khoảng 20% tiêu hoá của hệ vi sinh vật da cỏ, nhiều khi người ta còn quan sát thay nam có thé đóng góp lên đến 68% tiêu hoá của hệ vi sinh vat da cỏ (Akin và cs, 1983). Nam thuộc loại vi sinh vật yếm khí bắt buộc với chu kỳ sống có hai pha là pha bao tử (zoospore) và pha thực vật (sporangium). Những loài nắm được phân lap từ dạ cỏ cừu gồm: Neocallimastix frontalis, Piramonas communis và Sphaeromonas communis. Quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa N.
Toàn bộ quá trình chuyển hoá các hợp chất chứa N ở gia súc nhai lại có thể tóm tắt trong hình 1.2 Dietary intake (CPI) T Saliva Protein N NPN Ì —_ —-.ìÍ i = da 1a sach Ne SI Et urea 3 Ammonia ————=—.« y 1 + Go NHạ 1 Microbes — + — —j— Pp —F — — — — — — Ÿ ö — UDP— MCP : ° Ir—— _= —— = —.—=-== : 1 ECP H 1 ns hax N ian “1 TU ——k Urea —E— ° Dạ múi khé va SG | | Ammonia <_t NHạ TC fF Ậ Hm: nciete Sess a _L> Products: ruôt non S«-irUrea + ammonia Urea —}— T Moot ¡ Amino acids (PLS) '———————+(oPts+ 2 ly “— ——————*#*————-— == Conceptus H a —=-i——--—— i. ——— — + -/{—-—, =cp Ỹ toy ¥ R 1 d 1 Protein Ỷ i s Ạ ` epticdes e Ruột gà |j i 1 Amino acids 1 c. 1 — ¡ Urea 1 Ammonia eee - 1 1 NHạ 1 ——(+ Microbes on ne ae h Phân Nước tiêu Hình 1. Quá trình tiêu hóa protein ở loài nhai lại (Lean L., 2011) Theo Vũ Duy Giang va cs (2008) Các hợp chat chứa ni to (N) trong thức ăn của gia súc nhai lại bao gồm protein thực và nito phi protein (NPN), được tinh chung dưới dạng protein thô (N x 6,25).
Protein thô của thức ăn một phần được lên men bởi vi sinh vật trong đạ cỏ hay ở ruột già, một phần được tiêu hoá bởi enzyme ở ruột, phần còn lại không được tiêu hoá sẽ được thải ra ngoài qua phân. Trong dạ cỏ, protein thô có thé phân chia thành 3 thành phần gồm: protein hòa tan, protein có thé phân giải và protein không thé phân giải. Protein hòa tan va protein có thé phân giải trong dạ cỏ có khác nhau về động thái phân giải nhưng được xếp vào một nhóm là protein phân giải được ở da cỏ. Sau khi ăn vào NPN nhanh chóng được phân giải thành NH3 còn một phần (nhiều hay ít tuỳ thuộc bản chất thức ăn và khẩu phan) protein có thé phân giải được vi sinh vật thuỷ phân thành peptide va acid amin.
Một số acid amin tiếp tục được lên men sinh ra acid hữu cơ, NH3 và khí carbonic. Cả vi khuẩn, protozoa và nam da cỏ đều tham gia vào quá trình phân giải các hop chat chứa nito, nhưng vi khuẩn đóng vai trò chủ yếu. Khoảng 30-50% loài vi khuân được phân lập từ dạ cỏ là có khả năng phân giải protein và đóng góp hơn 50% hoạt động phân giải protein trong dạ cỏ. Tốc độ phân giải protein bởi vi sinh vật trong da cỏ thay đổi rat lớn và chịu ảnh hưởng bởi cấu trúc của phân tử protein, các liên kết nội phân tử và giữa các phân tử (kể cả với chất xo), lignin trong vách tế bào và các chất kháng dinh dưỡng.
Những yếu tố này phụ thuộc vào nguồn protein cũng như cách chế biến thức ăn. Cấu trúc protein ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận của vi sinh vật, đó chính là yếu tố quan trọng nhất quyết định tốc độ và tỷ lệ phân giải protein trong da cỏ. Tuy nhiên, nhiều yếu tố khác cũng ảnh hưởng đến khả năng phân giải hữu hiệu của protein, trong đó có lượng thức ăn tiêu thụ, tỷ lệ thé/tinh của khâu phan; nguồn, chất lượng và khối lượng carbohydrate và protein trong khâu phan; pH dich da cỏ; tác động phối hợp của các loại thức ăn; tan số cung cấp thức ăn; nguồn bổ sung các vi chất dinh dưỡng cũng như các yếu tố môi trường. Theo Vũ Duy Giảng và cs (2008) quá trình phân giải protein thô trong dạ có sinh ra một hỗn hợp gồm peptide, acid amin, NH3 và các acid hữu cơ, trong đó có cả một số acidmach nhánh sinh ra từ lên men các acid amin mạch nhánh.
NH; sinh ra cùng với các peptide mạch ngắn và acid amin tự do được vi sinh vật dạ cỏ sử dụng dé tổng hợp nên protein của chúng (protozoa không sử dụng được NH3). Một số protein vi sinh vật bị phân giải ngay trong dạ cỏ và nguồn nito của chúng cũng được tái sử dụng bởi vi sinh vật dạ cỏ. Mặc dù NH3 có thể được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp protein tế bao của chúng, vi khuẩn không hạn chế việc phân giải protein để tự cung cấp đủ NH3 cho mình.