Luận văn Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến đặc điểm sinh khí của một số loại thức ăn thô dùng cho bò
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
BÙI THỊ THU HIỀN
ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG
CHẾ PHẨM SINH HỌC ĐẾN ĐẶC ĐIỂM SINH KHÍ
CỦA MỘT SỐ LOẠI THỨC ĂN THÔ DÙNG CHO BÒ
Ngành:
Mã số:
Chăn nuôi
60.62.01.05
Người hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Kim Cương
PGS. TS. Bùi Quang Tuấn
NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả thu được là do bản thân trực tiếp theo
dõi, thu thập với một thái độ hoàn toàn khách quan trung thực. Các tài liệu đã trích dẫn
của các tác giả đều được liệt kê đầy đủ, không sao chép bất cứ tài liệu nào mà không có
trích dẫn.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2016
Tác giả luận văn
Bùi Thị Thu Hiền
i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và hướng
dẫn tận tình của các thầy cô giáo khoa Chăn Nuôi, Học viện Nông nghiệp Việt Nam
cũng như các đồng nghiệp và người thân.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Phạm Kim Cương, bộ môn Dinh
dưỡng và thức ăn chăn nuôi, Viện chăn nuôi; PGS.TS Bùi Quang Tuấn trưởng bộ môn
dinh dưỡng thức ăn, khoa Chăn Nuôi, Học Viện Nông nghiệp Việt Nam, đã luôn tạo
điều kiện giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện luận văn.
Bên cạnh đó, tôi cũng gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc tới các bạn bè, đồng
nghiệp, các thầy cô giáo đang công tác tại khoa Chăn nuôi – Học viện Nông Nghiệp Việt
Nam, Trung tâm Bảo tồn vật nuôi - Viện Chăn nuôi đã luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi,
sẵn lòng giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài này.
Cuối cùng cho phép tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới những người thân trong
gia đình, những người đã mang lại cho tôi sự tự tin ngày hôm nay.
Hà Nội, ngày
tháng
năm 2016
Tác giả luận văn
Bùi Thị Thu Hiền
ii
MỤC LỤC
Lời cam đoan .....................................................................................................................i
Lời cảm ơn........................................................................................................................ii
Mục lục ...........................................................................................................................iii
Danh mục chữ viết tắt....................................................................................................... v
Danh mục bảng ................................................................................................................vi
Danh mục hình................................................................................................................vii
Trích yếu luận văn .........................................................................................................viii
Thesis abstract................................................................................................................... x
Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1
1.1
Đặt vấn đề........................................................................................................... 1
Mục tiêu của đề tài.............................................................................................. 2
1.2.
Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 3
2.1. Đặc điểm của nguồn nguyên liệu thức ăn giàu xơ cho gia súc nhai lại.............. 3
2.1.1. Cellulose............................................................................................................. 5
2.1.2. Hemicellulose ..................................................................................................... 5
2.1.3. Lignin.................................................................................................................. 7
2.1.4. Đặc điểm của bông sợi. .................................................................................... 10
2.2.
Tiêu hóa xơ của gia súc nhai lại ....................................................................... 11
2.2.1. Sơ lược chức năng cơ quan tiêu hóa gia súc nhai lại........................................ 11
2.2.2. Quá trình tiêu hóa thành tế bào thực vật của vi sinh vật dạ cỏ......................... 12
2.3.
Các chế phẩm sinh học dùng cho gia súc nhai lại ............................................ 15
2.3.1. Chế phẩm enzyme ............................................................................................ 15
2.3.2. Chế phẩm sinh học bổ sung trực tiếp cho vi khuẩn.......................................... 16
2.5.
Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước............................................ 18
2.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 18
2.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................... 19
Phần 3. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu ....................................... 21
3.1.
Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 21
3.1.1. Chế phẩm sinh học ........................................................................................... 21
3.1.2. Thức ăn thô....................................................................................................... 21
iii
3.1.3. Gia súc thí nghiệm............................................................................................ 21
3.2.
3.3.
3.4.
Địa điểm và thời gian nghiên cứu..................................................................... 21
Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 21
Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 22
3.4.1. Phân tích thành phần hóa học........................................................................... 22
3.4.2. Thí nghiệm in vitro gas production .................................................................. 22
3.5.
Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 27
Phần 4. Kết quả thảo luận............................................................................................ 28
4.1.
4.2.
Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm....................................... 28
Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của bông ................................................ 29
4.2.1. Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của bông ..................................... 29
4.2.2. Động thái sinh khí khi lên men in vitro bông................................................... 33
4.3.
Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của rơm.................................................. 36
4.3.1. Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của rơm ....................................... 36
4.3.2. Động thái sinh khí in vitro của rơm.................................................................. 39
4.4.
Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của cỏ khô pangola................................ 40
4.4.1. Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của cỏ khô Pangola..................... 40
4.4.2. Động thái sinh khí in vitro của cỏ khô Pangola................................................ 42
4.5.
Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của cỏ voi .............................................. 43
4.5.1. Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của cỏ voi.................................... 43
4.5.2. Động thái sinh khí in vitro của cỏ voi .............................................................. 45
4.6.
Tốc độ và động thái sinh khí in vitro của thân cây ngô.................................... 46
4.6.1. Lượng khí sinh ra trong thí nghiệm in vitro của thân cây ngô ......................... 46
4.6.2. Động thái sinh khí in vitro của thân cây ngô.................................................... 48
Phần 5. Kết luận và kiến nghị...................................................................................... 50
5.1.
5.2.
Kết luận............................................................................................................. 50
Kiến nghị .......................................................................................................... 50
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................... 50
iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
ADF
Nghĩa tiếng Việt
Xơ không tan trong môi trường axit
Cộng sự
Cs
Bs
Bổ sung
NDF
Xơ không tan trong môi trường trung tính
Vật chất khô
VCK
v
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Các vi sinh vật dạ cỏ và hoạt tính enzyme của chúng liên quan tới
phân giải thành tế bào thực vật trong dạ cỏ .............................................. 13
Bảng 2.2. Các hoạt tính enzyme chủ yếu cần thiết cho quá trình thủy phân các
polymer thành tế bào thực vật hiện diện trong dạ cỏ.................................. 15
Bảng 4.1. Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm................................. 28
Bảng 4.2. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm A đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro bông ................................................................................. 30
Bảng 4.3. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm C đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro bông ................................................................................. 32
Bảng 4.4a. Động thái sinh khí của bông gòn khi bổ sung chế phẩm A ........................ 34
Bảng 4.4b. Động thái sinh khí của bông gòn khi bổ sung chế phẩm C ........................ 35
Bảng 4.5. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên
men in vitro rơm ........................................................................................ 37
Bảng 4.6. Động thái sinh khí của rơm khi bổ sung chế phẩm ở các mức
khác nhau .................................................................................................... 39
Bảng 4.7. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên
men in vitro cỏ khô Pangola ...................................................................... 41
Bảng 4.8 Động thái sinh khí của cỏ khô khi bổ sung chế phẩm ở các mức
khác nhau....................................................................................................................42
Bảng 4.9. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên
men in vitro cỏ voi .................................................................................... 44
Bảng 4.10. Động thái sinh khí của cỏ voi khi bổ sung chế phẩm ở các mức
khác nhau...................................................................................................................45
Bảng 4.11. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi lên
men in vitro thân cây ngô ......................................................................... 47
Bảng 4.12. Động thái sinh khí của thân cây ngô khi bổ sung chế phẩm ở
các mức khác nhau................................................................................... 48
vi
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Cấu trúc thành tế bào thực vật ....................................................................... 3
Hình 2.2. Thành phần chủ yếu của lignocellulose......................................................... 4
Hình 2.3. Công thức hóa học của cellulose.................................................................... 5
Hình 2.4. O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng..................................... 7
Hình 2.5. Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm...................................... 7
Hình 2.6. Các đơn vị cơ bản của lignin.......................................................................... 8
Hình 2.7. Cấu trúc lignin trong gỗ mềm với các nhóm chức chính............................... 9
Hình 2.8. Hình thái cây bông sợi ................................................................................. 10
Hình 4.1. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm A đến lượng khí sinh ra
khi lên men in vitro bông............................................................................. 31
Hình 4.2. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm C đến lượng khí sinh ra
khi lên men in vitro bông............................................................................. 33
Hình 4.3. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro rơm..................................................................................... 38
Hình 4.4. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro cỏ khô Pangola .................................................................. 43
Hình 4.5. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro cỏ voi ................................................................................. 44
Hình 4.6. Ảnh hưởng các mức bổ sung chế phẩm đến lượng khí sinh ra khi
lên men in vitro thân cây ngô....................................................................... 47
vii
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Bùi Thị Thu Hiền
Tên Luận văn: “Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến đặc điểm
sinh khí của một số loại thức ăn thô dùng cho bò”.
Ngành: Chăn Nuôi
Mã số: 60.62.01.05
Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm sinh học bổ sung vào khẩu phần đến đặc
điểm sinh khí khi lên men thức ăn trong điều kiện in vitro gas production.
Phương pháp nghiên cứu
a/ Đề tài có hai nội dung chính.
- Nội dung 1: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc
điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production trên bông.
- Nội dung 2: Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc
điểm sinh khí khi lên men in vitro gas production một số loại thức ăn thô (cỏ voi 45
ngày, thân cây ngô tươi sau thu bắp, rơm lúa khô và cỏ khô Pangola).
b/ Nguyên vật liệu
- 2 bò đực Lai Sind mổ lỗ dò có gắn canula.
- Chế phẩm sinh học A và C (dạng bột do Viện Chăn nuôi và Viện Vi sinh vật
phối hợp nghiên cứu và sản xuất).
- Mẫu thử nghiệm: Bông, cỏ voi 45 ngày tuổi, thân cây ngô tươi sau thu bắp, cỏ
khô Pangola, rơm lúa khô được nghiền qua mắt sàng 1mm.
- Hóa chất và các dụng cụ làm thí nghiệm in vitro gas production.
c/ Phương pháp nghiên cứu.
Sử dụng phương pháp in vitro gas production để tiến hành thí nghiệm theo thủ
tục của Menke và Steingass (1988).
Phương pháp tiến hành đối với nội dung 1: Tiến hành qui trình thí nghiệm sinh
khí in vitro gas production trên bông. Cân mẫu bông 200mg, đưa vào mỗi xilanh. Để ủ
mẫu trong tủ ấm 390C qua đêm. Sáng hôm sau bổ sung vào mẫu chế phẩm A và C theo
tỷ lệ 1‰; 3‰; 5‰; 7‰; 9‰; 11‰; 13‰; 15‰ và 17‰ (theo chất khô). Sau đó pha
dung dịch đệm và bơm 30ml hỗn hợp dịch dạ cỏ và dung dịch đệm cho vào xilanh đã có
mẫu và chế phẩm. Đưa xilanh vào tủ ấm 390C và đọc thể tích khí sinh ra tại các thời điểm
viii
Phương pháp tiến hành đối với nội dung 2: Từ kết quả thu được sẽ tìm ra 3 mức
bổ sung chế phẩm A và 3 mức bổ sung chế phẩm C phù hợp cho thí nghiệm tiếp theo để
đánh giá hiệu quả của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến tốc độ và đặc điểm sinh khí
khi lên men in vitro gas production thức ăn thô (cỏ voi 45 ngày tuổi, thân cây ngô tươi
sau thu bắp, cỏ khô Pangola, rơm lúa khô).
Kết quả chính và kết luận
Bổ sung enzyme vào bông đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc điểm sinh khí khi lên
men in vitro gas production. Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger vào bông ở mức
11‰ đạt tiềm năng sinh khí cao nhất (26,2 ml). Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus
niger, các chủng thuộc giống Lactobacillus spp, Bacillus spp và Saccharomyces vào
bông ở mức 13‰ đạt tiềm năng sinh khí cao nhất (23 ml) so với các mức còn lại.
Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus (chế phẩm A) vào thức ăn thô khô (rơm, cỏ
khô pangola), thức ăn thô xanh (cỏ voi, thân cây ngô) đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc
điểm sinh khí khi lên men in vitro của chúng. Bổ sung ở mức 11‰ đạt được hiệu quả
cao nhất với tiềm năng sinh khí lần lượt là 29,6ml; 32,9 ml; 38,9 ml; 39,3 ml, cao hơn
hẳn so với mức bổ còn lại và đối chứng (23,5 ml; 25,7 ml; 32,8 ml; 34 ml) với P<0,05.
Bổ sung enzyme từ nấm Aspergillus niger, các chủng thuộc giống Lactobacillus
spp. Bacillus spp và Saccharomyces (chế phẩm C) vào thức ăn thô khô (rơm, cỏ khô
pangola), thức ăn thô xanh (cỏ voi, thân cây ngô) đã ảnh hưởng đến tốc độ và đặc điểm
sinh khí khi lên men in vitro của chúng. Bổ sung ở mức 13‰ đạt được hiệu quả cao
nhất với tiềm năng sinh khí lần lượt là 29,3 ml; 24,4 ml; 30 ml; 30,1 ml; cao hơn hẳn so
với mức bổ sung còn lại và đối chứng với P<0,05.
ix
THESIS ABSTRACT
Master candidate: Bùi Thị Thu Hiền
Thesis title: “EFFECTS OF PROBIOTICS SUPPLEMENT ON GAS
PRODUCTION OF SEVERAL ROUGHAGE AS COW FEEDS”.
Major: Animal science
Code: 60.62.01.05
Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives: Assessing the effect of probiotics supplements on the rate
and characteristics of in vitro gas production of roughage.
Materials and Methods
a / Two main contents
- Contents 1: The effect of probiotics supplements on the rate and
characteristics of in vitro gas production of cotton.
- Contents 2: The effect of probiotics production supplements on the rate and
characteristics of in vitro gas production of several roughages (elephant grass 45 days,
maize stalk, dried rice straw and Pangola hay).
b / Materials
- 2 fistulated lai Sind bulls.
- Probiotics products named: A and C (produced by the Institute of Animal
Husbandry and Institute of Microbiology and Biotechnology).
- Feed Sample: Cotton, elephant grass at 45 days old, maize stalk, Pangola hay
and dried rice straw that crushed through a sieve 1mm.
- Chemicals and laboratory equipment for in vitro gas production.
c / Methods
The procedure of in vitro gas production according to Menke and Steingass, 1988.
- Procedure for the content 1: Approximately 200mg dry weight of cotton was
weighed into triple glass syringes (Häberle Labortechnik, Germany) of 100 ml. The
syringes were pre-warmed at 39°C overnight in incubator. The next morning added to
the sample probiotics products of A and C at the rate of 1 ‰; 3 ‰; 5 ‰; 7 ‰; 9 ‰; 11
‰; 13 ‰; 15 ‰ and 17 ‰ (on dry matter basic). Then injection of 30 ml rumen fluid
buffer mixture consisting of 10 ml rumen liquor and 20 ml digestion medium into each
syringe followed by incubation in an incubator at 39°C. Readings of gas production
were recorded before incubation (0) and after 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 and 96 h of
x
incubation. Total gas values were corrected for blank incubation. Cumulative gas
production data were fitted to the model of Ørskov and McDonald (1979).
- Procedure for the content 2: results obtained from content 1, used of 3 levels
probiotics products A and C that suitable preparations for the next experiments to
determine the effects of probiotics supplements on the rate and characteristics of in vitro
gas production of elephant grass 45 days, maize stalk, dried rice straw and Pangola hay.
Main findings and conclusions
Supplement of probiotics to cotton has affected to the rate and characteristics of
the cumulative gas during in vitro fermentation. Additional enzyme from the fungus
Aspergillus niger on cotton at the level of 11 ‰ achieve the highest potential gas (26.2
ml) while additional enzyme from the fungus Aspergillus niger, Lactobacillus spp,
Bacillus spp and Saccharomyces to cotton at level of 13 ‰ to achieve the highest
potential gas (23 ml) at P<0.05 cooperated to others level.
Supplement enzymes from Aspergillus (product A) to dried forage (straw,
Pangola hay) and forage (elephant grass, maize trunk) has affected to the rate and
characteristics cumulative gas when fermented in vitro gas production. Additional at the
level of 11 ‰ achieve the highest efficiency potential for gas of 29,6 ml; 32.9 ml; 38.9
ml; 39.3 ml respectively that much higher than the rest level of supplementation and
also compared to control (23.5 ml; 25.7 ml; 32.8 ml; 34 ml) (P <0.05).
Supplement enzyme from the fungus Aspergillus niger, Lactobacillus spp, Bacillus
spp and Saccharomyces (product C) to dried forage (straw, Pangola hay) and forage
(elephant grass, corn stalks) has affected to the rate and characteristics cumulative gas when
fermented in vitro gas production. Additional at the level of 13 ‰ achieve the highest
efficiency potential for gas of 29.3 ml; 24.4 ml; 30 ml; 30.1 ml respectively that much
higher than the rest level of supplementation and also compared to control (P <0.05).
xi
PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Có rất nhiều công trình nghiên cứu cho thấy vai trò tích cực của enzyme đến
khả năng tiêu hóa, đặc biệt là tiêu hóa chất xơ. Trong đó nấm đóng vai trò quan
trọng, chúng sinh các loại enzyme cellulase, xylanase phân huỷ các cấu trúc polyme
vững chắc của thành tế bào thực vật (Forsberg and Cheng, 1992; Wubah et al, 1993;
Trinci et al, 1994). Thức ăn cho gia súc nhai lại thường có hàm lượng Cellulose cao
hơn rất nhiều so với thức ăn cho lợn và gà. Đặc biệt hầu hết các thức ăn này có
nguồn gốc thực vật như cây thức ăn, các loại phụ phẩm trồng trọt (rơm, thân cây ngô
sau thu bắp, ngọn lá mía …) và phụ phẩm chế biến công - nông nghiệp (bã sắn, cám
gạo, cám mỳ…). Hàm lượng dinh dưỡng của nguyên liệu giàu Cellulose này thường
thấp do hàm lượng lignin trong đó khá cao (5-15%). Đây là thành phần mà vi sinh
vật dạ cỏ không thể phân giải được và vì thế lignin được coi là một trong những
nhân tố chính gây cản trở quá trình tiêu hóa thức ăn thô của vi sinh vật dạ cỏ. Lignin
trong cấu trúc xơ của thực vật không những không bị vi sinh vật phân giải mà nó
còn tạo mối liên kết chặt chẽ với Cellulose và hemicellulose của vách tế bào thực
vật, làm hạn chế quá trình phân giải các thành phần xơ này của các vi sinh vật dạ cỏ
(Arora and Sharma, 2009). Tuy nhiên hiện nay các nghiên cứu trong nước mới chỉ
tập trung vào việc nghiên cứu các sản phẩm enzyme thích hợp dùng trong thức ăn
cho lợn và gà, mà chưa có những nghiên cứu chuyên sâu vào việc sử dụng sản phẩm
enzyme trong thức ăn cho loài nhai lại. Chính vì thế việc nghiên cứu sử dụng các
chế phẩm sinh học có khả năng giúp nâng cao tỷ lệ tiêu hóa các phụ phẩm giàu xơ
làm thức ăn cho gia súc nhai lại đang là một yêu cầu cấp thiết góp phần nâng cao
hiệu quả sử dụng thức ăn, giảm giá thành sản phẩm và làm tăng hiệu quả kinh tế cho
người chăn nuôi.
Xuất phát từ những lý do trên đề tài nghiên cứu này đã được tiến hành
nhằm xác định “Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến khả năng
tiêu hóa của một số loại thức ăn thô dùng cho gia súc nhai lại”.
1
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1. Mục Tiêu chung
Đánh giá ảnh hưởng của chế phẩm sinh học bổ sung vào khẩu phần đến tốc
độ và đặc điểm sinh khí khi lên men thức ăn trong điều kiện in vitro gas production.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
Xác định liều lượng bổ sung enzyme thích hợp vào khẩu phần thức ăn
cho bò.
2
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA NGUỒN NGUYÊN LIỆU THỨC ĂN GIÀU XƠ CHO
GIA SÚC NHAI LẠI
Trong tự nhiên, các lớp của thành tế bào thực vật được minh họa bằng mô
hình của gỗ (Hình 2.1). Ở giữa các tế bào có một hợp chất đóng vai trò như keo
dán gắn kết các tế bào lại với nhau, đó là lớp gian bào. Lớp này cấu tạo từ các
chất keo, có bản chất pectin và không có tác động về quang học. Bên trong là
thành tế bào sơ cấp.
Hình 2.1. Cấu trúc thành tế bào thực vật
Thành tế bào sơ cấp có thể được chia thành mặt bên trong và mặt bên ngoài.
Sự sắp xếp của các vi sợi trong thành tế bào sơ cấp phân tán tăng dần từ mặt
trong ra mặt ngoài. Tiếp đến là thành tế bào thứ cấp gồm 3 lớp: lớp ngoài (S1),
lớp giữa (S2) và lớp trong (S3). Sự phân chia thành tế bào thứ cấp thành ba lớp S
chủ yếu là do sự định hướng khác nhau của các vi sợi trong ba lớp đó. Điển hình
các vi sợi định hướng xoắn trong vách tế bào. Lớp ngoài của thành tế bào thứ
cấp, các vi sợi được định hướng trong cấu trúc xoắn chéo có độ nghiêng tạo
thành một góc lớn với trục dọc của tế bào.
Lớp giữa là lớp dày nhất và ở lớp giữa có góc nhỏ và độ nghiêng của sợi
xoắn ốc trong khi vi sợi trong lớp 3 được sắp xếp như ở lớp ngoài, với một góc
rộng với trục dọc của tế bào. Ngoài ra trong một số trường hợp, trên mặt trong
của thành tế bào có lớp sần sùi (W). Chức năng của thành tế bào là chống đỡ cho
3
các cơ quan của cây đặc biệt là các vách dày và cứng. Thành tế bào còn giữ các
chức năng quan trọng chính như hấp
thụ, thoát hơi nước hay vận chuyển và bài
Lignocellulose là thành phần cấu trúc chính của thực vật thân gỗ và các thực
tiết.
vật khác như cỏ, lúa, ngô. Trong tự nhiên, chúng ta có thể tìm thấy lignocellulose
ở thực vật hay các chất thải nông nghiệp, lâm nghiệp và các chất thải rắn trong
thành phố. Thành phần chủ yếu của lignocellulose là cellulose, hemicellulose và
lignin (Hình 2.2). Cellulose và hemicellulose là các đại phân tử cấu tạo từ các
gốc đường khác nhau, trong khi lignin là một polymer dạng vòng được tổng hợp
từ tiền phenylpropanoid. Thành phần cấu tạo và phần trăm của các polymer này
là khác nhau giữa các loài. Hơn nữa, thành phần cấu tạo trong cùng một cây hay
các cây khác nhau là khác nhau dựa vào độ tuổi, giai đoạn sinh trưởng, phát triển
của cây và các điều kiện khác.
Hình 2.2. Thành phần chủ yếu của lignocellulose
4
2.1.1. Cellulose
Cellulose là hợp chất hữu cơ có công thức cấu tạo (C6H10O5)n, và là thành
phần chủ yếu của thành tế bào thực vật, gồm nhiều cellobiose liên kết với nhau,
4-O- (β-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose (Hình 2.3).
Hình 2.3. Công thức hóa học của cellulose
Celluolose có cấu tạo tương tự carbohydrate phức tạp như tinh bột và
glycogen. Các polysaccharide này đều được cấu tạo từ các đơn phân là glucose.
Cellulose là glucan không phân nhánh, trong đó các gốc glucose kết hợp với
nhau qua liên kết β-1->4-glycoside, đó chính là sự khác biệt giữa cellulose và các
phân tử carbohydrate phức tạp khác. Giống như tinh bột, cellulose được cấu tạo
thành chuỗi dài gồm ít nhất 500 phân tử glucose. Các chuỗi cellulose này sắp xếp
song song tạo thành các vi sợi cellulose có đường kính khoảng 3,5nm. Mỗi chuỗi
có nhiều nhóm OH tự do, vì vậy giữa các sợi ở cạnh nhau kết hợp với nhau nhờ
các liên kết hydro được tạo thành giữa các nhóm OH của chúng. Các vi sợi lại
liên kết với nhau tạo thành vi sợi lớn hay còn gọi là bó mixen có đường kính
20nm, giữa các sợi trong mixen có những khoảng trống lớn. Khi tế bào còn non,
những khoảng này chứa đầy nước, ở tế bào già thì chứa đầy lignin và
hemicellulose.
Cellulose có cấu trúc rất bền và khó bị thủy phân. Người và động vật
không có enzyme phân giải cellulose (cellulase) nên không tiêu hóa được
cellulose, vì vậy cellulose không có giá trị dinh dưỡng. Tuy nhiên, một số nghiên
cứu cho thấy cellulose có thể có vai trò điều hòa hoạt động của hệ thống tiêu
hóa.Vi khuẩn trong dạ cỏ của gia súc, các động vật nhai lại và động vật nguyên
sinh trong ruột của mối sản xuất enzyme phân giải cellulose. Nấm đất cũng có
thể phân hủy cellulose. Vì vậy chúng có thể sử dụng cellulose làm thức ăn.
2.1.2. Hemicellulose
Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp
khoảng 70 đên 200 đơn phân. Hemicellulose chứa cả đường 6 carbon gồm glucose,
mannose và galactose và đường 5 gồm xylose và arabinose. Thành phần cơ bản của
hemicellulose là β-D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β-(1-4).
5
Cấu tạo của hemicellulose khá phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy
nhiên có một vài đặc điểm chung gồm:
- Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β-(1-4).
- Xylose là thành phần quan trọng nhất.
- Nhóm thế phổ biến nhất là acetyl O –liên kết với vị trí 2 hoặc 3.
- Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide
hoặc trisaccharide. Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với
lignin là nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại
ở dạng vô định hình và vì thế dễ bị phân hủy.
Hemicellulose là polysaccharide trong màng tế bào tan trong dung dịch
kiềm và có liên kết chặt chẽ với cellulose, là một trong ba sinh khối tự nhiên
chính. Cùng với cellolose và lignin, hemicellulose tạo nên thành tế bào vững
chắc ở thực vật. Về cấu trúc, hemicellulose có thành phần chính là D-glucose, D-
galactose, D-mannose, D-xylose và L-arabinose liên kết với các thành phần khác
và nằm trong liên kết glycoside. Hemicellulose còn chứa cả axit 4-O-
methylglucuronic, axit D-galacturonic và axit glucuronic. Tromg đó, đường D-
xylose, L-arabinose, D-glucose và D-galactose là phổ biến ở thực vật thân cỏ và
ngũ cốc. Tuy nhiên, khác với hemicellulose thân gỗ, hemicellulose ở thực vật
thân cỏ lại có lượng lớn các dạng liên kết và phân nhánh phụ thuộc vào các loài
và từng loại mô trong cùng một loài cũng như phụ thuộc vào độ tuổi của mô đó.
Tùy theo trong thành phần của hemicellulose có chứa monosaccharide nào
mà nó sẽ co những tên tương ứng như manan, galactan, glucan và xylan. Các
polysaccharide như manan, galactan, glucan hay xylan đều là các chất phổ biến
trong thực vật, chủ yếu ở các thành phần của màng tế bào của các cơ quan khác
nhau như gỗ, rơm rạ, v.v…
Trong các loại hemicellulose, xylan là một polymer chính của thành tế bào
thực vật trong đó có các gốc D-xylopyranose kết hợp với nhau qua liên kết β-1,4-
D-xylopyranose, là nguồn năng lượng dồi dào trên trái đất. Đa số phân tử xylan
chứa nhiều nhóm ở trục chính và chuỗi bên. Các gốc thay thế chủ yếu trên khung
chính của xylan là các gốc acetyl, arabinosyl và glucuronosyl. Các nhóm này có
đặc tính liên kết tương tác cộng hóa trị và không hóa trị với lignin, cellulose và
các polymer khác.
6
Cấu tạo, số lượng và vị trí của xylan ở các loài thực vật khác nhau là khác nhau.
Xylan tồn tại ở dạng O-acetyl-O-methylgucuronoxylan ở cây gỗ cứng, hay arabino-4-
O-methyglucuronoxylan ở cây gỗ mềm, hay thành phần cấu tạo xylan là axit D-
glucuronic, có hoặc không có ete 4-O-methyl và arabinose ở các loài ngũ cốc.
Hình 2.4. O-acetyl-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ cứng
Hình 2.5. Arabino-4-O-methylglucuronoxylan ở cây gỗ mềm
2.1.3. Lignin
Lignin là một phức hợp chât hóa học phổ biến được tìm thấy trong hệ mạch
thực vật, chủ yếu là giữa các tế bào, trong thành phần tế bào thực vật. Lignin là
một trong các polymer hữu cơ phổ biến nhất trên trái đất. Lignin có cấu trúc
7
không gian 3 chiều, phức tạp, vô định hình, chiếm 17% đến 33% của gỗ. Lignin
không phải là carbohydrate nhưng liên kết chặt chẽ với các nhóm này để tạo nên
màng tế bào giúp thực vật cứng chắc và giòn, có chức năng vận chuyển nước
trong cơ thể thực vật (một phần để làm bền thành tế bào và giữ cho cây không bị
đổ, một phần là điều chỉnh dòng chảy của nước), giúp cây phát triển và chống lai
sự tấn công của côn trùng và mầm bệnh. Thực vật càng già, lượng lignin tích tụ
càng lớn. Hơn nữa, lignin đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon khí
quyển trong mô của thực vật thân gỗ lâu năm, là một trong các thành phần bị
phân hủy lâu nhất của thực vật sau khi chết, để rồi đóng góp một phần lớn chất
mùn giúp tăng khả năng quang hợp của thực vật.
Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu
đóng vai trò là chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng
cellulose và hemicellulose (Hình 2.6). Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn.
Lignin là polymer, được cấu thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị
cấu trúc điển hình là: guaiacuy (G), trans-conifery alcohol; syringyl (S), trans-
sinapyl alcohol; p-hydroxyphenyl (H), trans-p-courmary alcohol.
Hình 2.6. Các đơn vị cơ bản của lignin
Cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu
trúc của nó trong gỗ. Ngoài việc phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và
cỏ, lignin có thể được phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicyl-
syringyl lignin.
Gỗ mềm chứa chủ yếu là guaicyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl. Các
nghiên cứu đã chỉ ra rằng guaiacyl lignin hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì
vậy loại nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi enzyme hơn syringyl lignin.
8
Tải về để xem bản đầy đủ
66 trang
04/04/2022
5460
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm sinh học đến đặc điểm sinh khí của một số loại thức ăn thô dùng cho bò", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_van_anh_huong_cua_viec_bo_sung_che_pham_sinh_hoc_den_da.pdf
