Luận văn Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung tanin từ phụ phẩm chè xanh đến sinh trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn và mức độ phát thải khí mêtan từ dạ cỏ của bò thịt

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN VĂN THÀNH

ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG TANIN TỪ PHỤ PHẨM

CHÈ XANH ĐẾN SINH TRƯỞNG, HIỆU QUẢ SỬ DỤNG

THỨC ĂN VÀ MỨC ĐỘ PHÁT THẢI KHÍ MÊTAN

TỪ DẠ CỎ CỦA BÒ THỊT

Chuyên ngành:

Chăn nuôi

Mã số:

60.62.01.05

Người hướ

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên

cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo

vệ lấy bất kỳ học vị nào.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám

ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Thành

i

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được

sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè,

đồng nghiệp và gia đình.

Nhân dịp hoàn thành luận văn, cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn

sâu sắc TS. Chu Mạnh Thắng – Viện Chăn nuôi và PGS.TS Mai Thị Thơm - Học viện

Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều

kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ

môn Chăn nuôi Chuyên khoa, Khoa Chăn nuôi - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận

tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn. Đặc biệt tôi

muốn gửi lời cảm ơn đến TS. Trần Hiệp - bộ môn Chăn nuôi chuyên khoa đã giúp đỡ tôi

trong quá trình phân tích, xử lý số liệu thực hiện đề tài.

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn tới Viện chăn nuôi, đơn vị chủ trì đề tài Độc lập cấp

Nhà nước (Mã số ĐTĐL.2012-G/04) đã tạo điều kiện về kinh phí để triển khai đề tài.

Tôi xin chân thành cảm ơn đến ông Nguyễn Văn Sơn - chủ trang trại chăn nuôi bò

thịt tại thôn Đông Chi, xã Lệ Chi, huyện Gia Lâm, Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho

tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều

kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận văn

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2016

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Thành

ii

MỤC LỤC

Lời cam đoan .....................................................................................................................i

Lời cảm ơn........................................................................................................................ii

Mục lục ...........................................................................................................................iii

Danh mục các từ viết tắt ................................................................................................... v

Danh mục bảng ................................................................................................................vi

Danh mục biểu đồ...........................................................................................................vii

Trích yếu luận văn .........................................................................................................viii

Thesis abstract..................................................................................................................ix

Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1

1.1.

1.2.

1.3.

Tính cấp thiết của đề tài...................................................................................... 1

Mục tiêu của đề tài.............................................................................................. 2

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn............................................................................ 2

Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 3

2.1. Đặc điểm tiêu hóa của gia súc nhai lại ............................................................... 3

2.1.1. Đặc điểm của dạ dày kép.................................................................................... 3

2.1.2. Hệ sinh thái dạ cỏ ............................................................................................... 4

2.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng tới tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần ở GSNL ..................... 9

2.2.

2.3.

2.4.

Cơ chế sản sinh mêtan từ dạ cỏ ở gia súc nhai lại............................................ 10

Các yếu tố ảnh hưởng đến sản sinh khí ch₄trong môi trường dạ cỏ ................ 12

Nguyên tắc và định hướng giảm thiểu khí mêtan trong dạ cỏ.......................... 14

2.4.1. Giảm thiểu CH₄từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua dinh dưỡng .............. 15

2.4.2. Giảm thiểu khí mêtan từ chăn nuôi gia súc nhai lại thông qua nâng cao

sức khỏe, khả năng sinh sản và quản lý............................................................ 18

2.4.3. Sử dụng kháng sinh và kiểm soát sinh học....................................................... 18

2.4.4. Nâng cao năng suất........................................................................................... 20

2.5.

Ảnh hưởng của tanin đến thu nhận thức ăn, tiêu hóa và sự lên men

thức ăn trong dạ cỏ ........................................................................................... 20

2.6.

2.7.

Một số đặc điểm và tính chất của chè xanh...................................................... 23

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về phát thải khí mêtan

trong chăn nuôi ................................................................................................. 27

2.7.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................... 27

2.7.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước..................................................................... 28

Phần 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.......................................................... 30

3.1.

3.2.

Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 30

Địa điểm và thời gian nghiên cứu..................................................................... 30

iii

3.3.

Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 30

3.3.1. Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung tanin đến thu nhận, tiêu hóa của bò.......... 30

3.3.2. Đánh giá ảnh hưởng của bổ sung tanin đến khả năng tăng khối lượng

của bò................................................................................................................ 30

3.3.3. Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung tanin đến sự phát thải mêtan từ

dạ cỏ.................................................................................................................. 30

3.4.

Phương pháp nghiên cứu .................................................................................. 31

3.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ......................................................................... 31

3.4.2. Phương pháp lấy mẫu và xác định thành phần hóa học và giá trị dinh

dưỡng của các loại thức ăn được sử dụng ........................................................ 32

3.4.3. Phương pháp xác định lượng mêtan thải ra...................................................... 34

3.4.4. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 35

Phần 4. Kết quả và thảo luận....................................................................................... 36

4.1.

4.2.

4.3.

4.4.

4.5.

4.6.

4.7.

Thành phần hóa học của các loại thức ăn thí nghiệm....................................... 36

Lượng thu nhận thức ăn của bò thí nghiệm...................................................... 37

Tỷ lệ tiêu hóa các chất dinh dưỡng của khẩu phần........................................... 39

Lượng các chất dinh dưỡng tiêu hóa ................................................................ 40

Khả năng tăng khối lượng và hiệu quả chuyển hóa thức ăn............................. 42

Mức độ phát thải khí mêtan.............................................................................. 44

Cường độ phát thải khí mêtan theo lượng dinh dưỡng thu nhận và

khả năng tăng trọng .......................................................................................... 46

4.8.

4.9.

Cường độ phát thải khí mêtan theo lượng chất dinh dưỡng tiêu hóa ............... 48

Ước lượng lượng năng lượng mất đi qua phát thải khí mêtan.......................... 49

Phần 5. Kết luận và kiến nghị...................................................................................... 51

5.1.

5.2.

Kết luận............................................................................................................. 51

Kiến nghị .......................................................................................................... 52

Tài liệu tham khảo........................................................................................................ 53

iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

Xơ không tan trong môi trường axit

Tro thô

ADF

Ash

ATP

AXBBH

CF

Chất mang năng lượng

Axit béo bay hơi

Xơ thô

CHC

CRBD

CTs

Chất hữu cơ

Mô hình khối ngẫu nhiên hoàn toàn

Tanin ngưng tụ

Vật chất khô

DM

ĐC

Đối chứng

GE

Năng lượng thô

Gia súc nhai lại

Giá trị dinh dưỡng

Khoa học kỹ thuật

Khối lượng

GSNL

GTDD

KHKT

KL

KP

Khẩu phần

LĐC

LTN

ME

Lô đối chứng

Lô thí nghiệm

Năng lượng trao đổi

Số trung bình

Mean

NDF

OM

Xơ không tan trong môi trường trung tính

Chất hữu cơ

SD

Độ lệch chuẩn

TN

Thí nghiệm

VCK

VFAs

VK

Vật chất khô

Axit béo bay hơi

Vi khuẩn

VSV

BW

Vi sinh vật

Khối lượng cơ thể

v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Thành phần đặc trưng của các chất khí trong dạ cỏ ................................. 10

Bảng 2.2. Dạng catechin hàm lượng .......................................................................... 24

Bảng 2.3. Hàm lượng và thành phần catechin trong búp chè..................................... 24

Bảng 2.4. Hàm lượng tanin ở các loại lá chè ............................................................ 25

Bảng 3.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm .............................................................................. 32

Bảng 4.2. Lượng thức ăn và các chất dinh dưỡng thu nhận....................................... 38

Bảng 4.3. Tỷ lệ tiêu hóa các chất dinh dưỡng của khẩu phần.................................... 39

Bảng 4.4. Lượng các chất dinh dưỡng tiêu hoá.......................................................... 41

Bảng 4.5. Sự thay đổi khối lượng bò.......................................................................... 42

Bảng 4.6. Mức độ phát thải khí mêtan ....................................................................... 44

Bảng 4.7. Cường độ phát thải khí mêtan theo lượng chất dinh dưỡng thu nhận ....... 47

Bảng 4.8. Cường độ phát thải khí mêtan theo lượng chất dinh dưỡng tiêu hóa......... 48

Bảng 4.9. Ước lượng lượng năng lượng mất đi qua phát thải khí mêtan................... 49

vi

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 4.1. Ảnh hưởng của tanin đến tăng khối lượng của bò .................................... 43

Biểu đồ 4.2. Lượng protein tiêu hóa và tăng khối lượng của bò thí nghiệm ................. 44

Biểu đồ 4.3. Tổng lượng khí mêtan thải ra từ dạ cỏ bò thịt............................................ 45

Biểu đồ 4.4. Cường độ phát thải khí metan từ dạ cỏ của bò thịt .................................... 47

Biểu đồ 4.5. Ước lượng lượng năng lượng mất đi qua phát thải khí mêtan ................... 50

vii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả: Nguyễn Văn Thành

Tên Luận văn: Đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung tanin từ phụ phẩm chè

xanh đến sinh trưởng, hiệu quả sử dụng thức ăn và mức độ phát thải khí mêtan từ dạ

cỏ của bò thịt.

Ngành: Chăn nuôi

Mã số: 60.62.01.05

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam

Mục đích nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu nhằm xác định được mức bổ sung tanin từ phụ phẩm chè xanh

thích hợp vào khẩu phần ăn cho bò thịt đảm bảo năng suất, hiệu quả chăn nuôi, đồng

thời giảm thiểu mức độ phát thải khí mêtan từ dạ cỏ.

Phương pháp nghiên cứu

Hai mươi tư bò thịt lai (Brahman x Laisind) giai đoạn sinh trưởng có khối lượng

trung bình từ 235-247 kg được bố trí trong thí nghiệm một nhân tố theo mô hình khối

ngẫu nhiên hoàn toàn (CRBD) với 6 lần lặp lại. Khẩu phần thí nghiệm được bổ sung

tanin ở mức 0,0; 0,3, 0,5 và 0,7 % tính theo vật chất khô thu nhận của khẩu phần. Bò thí

nghiệm được chăm sóc và nuôi dưỡng theo điều kiện chăn nuôi truyền thống tại trang

trại ở Lệ Chi - Gia Lâm – Hà Nội.

Kết quả chính và kết luận

Qua kết quả nghiên cứu cho thấy lượng vật chất khô thu nhận, năng lượng trao

đổi (ME) thu nhận và protein thô (CP) thu nhận đã được cải thiện khi bổ sung tanin vào

khẩu phần nuôi bò, tuy nhiên tỷ lệ tiêu hóa khẩu phần có xu hướng giảm khi tăng mức

bổ sung lên 0,7% tanin. Việc bổ sung tanin vào khẩu phần ăn làm tăng khối lượng cơ

thể. Bên cạnh đó, bổ sung tanin vào khẩu phần ở mức 0,3; 0,5 và 0,7% đã làm giảm

tổng phát thải khí mêtan (l/ ngày) tương ứng là 6,87%, 13,97% và 7,34% và cường độ

phát thải khí mêtan (l/kgVCK) tương ứng giảm 13,06%, 20,35% và 4,97%. Việc bổ

sung tanin vào khẩu phần thí nghiệm đã làm giảm năng lượng mất đi qua phát thải khí

mêtan từ dạ cỏ của bò là 15,2%; 23,2% và 12,5% tương ứng ở các mức bổ sung 0,3%,

0,5% và 0,7% tanin từ phụ phẩm chè xanh so với lô đối chứng. Dựa trên cơ sở nghiên

cứu này có thể kết luận rằng sử dụng mức bổ sung tanin 0,5% là có hiệu quả nhất.

viii

THESIS ABSTRACT

Master candidate: Nguyen Van Thanh

Thesis title: Assessing the effect of tannin from green tea (Camellia sinensis)

supplementation levels on the productivity, feed efficency and rumen methane emission

in beef cattle.

Major: Animal Science

Code: 60.62.01.05

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)

Research Objectives

The experiment is conducted to determine the effect of tannin from green tea

(Camellia sinensis) supplementation levels suited to diet for beef cattle ensure

productivity and efficiency of livestock production, while minimizing methane emissions

levels from the rumen.

Materials and Methods

Twenty four, crossbred growing beef cattle with initial body weight of 235-247 kg

were randomly assigned according to a Completely Randomized Block Design. The

dietary treatments were tannin supplementation at 0.0; 0.3, 0.5 and 0.7% on dry matter

basis intake. All animals were fed with traditional diets in Le Chi - Gia Lam – Ha Noi.

Main findings and conclusions

It was found that dry matter, metabolism energy (ME) and crude protein (CP)

intake were increased with the levels of tannin supplementation and slightly reduced of

digestibility at level of 0.7%. The tannin supplementation also increasd of daily weight

gain of growing cattle. Moreover, differences levels of tannin tended to decrease total

methane emission (l/day) by 6.87%, 13.97%, 7.34%, respectively, with enhancing levels

of tannin supplementation and lower 13.06%, 20.35%, 4.97%, respectively when

compared with the control. When compared with the control, the lower of 15.2%; 23.2%

and 12.5% of energy lose from methane production were observed in the groups fed

0.3%, 0.5% và 0.7% tannin from green tea, respectively. This suggests that the use of

0.5% tannin from Camellia sinensis could improve the growth rate of cattle while

decreased enteric methane production and energy loss.

ix

PHẦN 1. MỞ ĐẦU

1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Năm 2011 Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã ban hành QĐ số

3119 ngày 16/12/2011 về việc phê duyệt Đề án giảm phát thải khí nhà kính trong

nông nghiệp, nông thôn đến năm 2020. Một trong những mục tiêu của đề án là

giảm phát thải khí nhà kính 20% đến năm 2020. Vấn đề này càng trở lên nóng

hơn khi Hội nghị về chống biến đổi khí hậu được tổ chức tại Pari Pháp vào tháng

12/2015 với sự tham dự của hơn 200 quốc gia bàn về các giải pháp giảm khí phát

thải và thích ứng biến đổi khí hậu. Việt Nam là một trong những quốc gia chịu

ảnh hưởng nhiều nhất do tác động của biến đổi khí hậu, cụ thể các vấn đề hạn

hán, xâm nhập mặn tại các tỉnh miền Trung và đồng bằng sông Cửu Long trong

thời gian qua đang là những vấn đề bức xúc, được xã hội quan tâm. Với địa hình

đa dạng, đường bờ biển dài và các đồng bằng sông rộng lớn, hoạt động nông

nghiệp Việt Nam đang chịu ảnh hưởng lớn từ những thay đổi của khí hậu đi cùng

các thiên tai như bão, lụt, hạn hán. Từ năm 1994 đến 2015, theo thống kê Việt

Nam đứng thứ 7 trên toàn cầu với trung bình mỗi năm có 392 người chết và thiệt

hại hơn 1% GDP do các thảm họa liên quan đến biến đổi khí hậu.

Động vật nhai lại (bò thịt, bò sữa, dê, cừu) đóng góp chính vào việc tạo ra

CH₄do khí này là sản phẩm tạo ra trong quá trình lên men của vi sinh vật trong

dạ cỏ để phân giải thức ăn cho gia súc nhai lại. Trong hoạt động chăn nuôi gia

súc ăn cỏ, Moss et al. (2000) cho rằng khoảng 30% khí CH₄phát thải ra môi

trường từ hoạt động vi sinh vật dạ cỏ. Roos (2001) cũng cho rằng mức độ phát

thải từ quá trình lên men dạ cỏ chiếm 28% tính theo tổng lượng khí CH₄thải ra

bầu khí quyển. Hàng năm chăn nuôi gia súc nhai lại ước tính sản sinh ra khoảng

86 triệu tấn CH₄/năm (Steinfeld et al., 2006).

Để giảm CH₄ở dạ cỏ cần tìm cách giảm sự tạo ra hydro, ngăn chặn và hạn

chế sự hoạt động của nhóm vi khuẩn sinh CH₄, đưa hydro vào các sản phẩm trao

đổi chất khác hoặc hạn chế sự hoạt động của nhóm protozoa (O’Mara et al.,

2008). Giảm thiểu mêtan phải đi liền với con đường trao đổi chất tiêu thụ hydro

để tránh hiệu quả tiêu cực khi có quá nhiều hydro trong dạ cỏ (Martin et al.,

2008). Một trong những hướng nghiên cứu đang được quan tâm hiện nay là bổ

1

sung các chất chiết có nguồn gốc thực vật (dầu, saponin, tanin...), vừa có tác

dụng giảm thiểu lượng khí phát thải trong dạ cỏ, vừa đảm bảo sức khỏe cho con

vật và con người.

Cây chè (Camellia sinensis) là một loại cây công nghiệp được trồng phổ

biến ở Việt Nam. Thân và lá cây chè không những có hàm lượng protein thô cao

(24% tính theo VCK) mà còn giàu các hợp chất thực vật thứ cấp như tanin (17,6%

tính theo VCK) (Ramdani et a.,. 2013). Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng tanin là

hợp chất của thực vật có tác dụng ức chế hoạt động của các nhóm vi khuẩn sinh

khí mêtan, ức chế hoạt động của protozoa và do đó có tác dụng giảm thiểu sự phát

thải khí mêtan từ gia súc nhai lại (Huang et al., 2010; Mao et al., 2010, Puchala et

al., 2012). Tác giả Jayanegara et al. (2012) đã phân tích một cách có hệ thống 15

thí nghiệm in vitro và 15 thí nghiệm in vivo đánh giá ảnh hưởng của các mức tanin

(chủ yếu ở mức 0 – 2,3%), các nguồn và các cách bổ sung tanin khác nhau vào

khẩu phần đến lượng phát thải khí mêtan từ gia súc nhai lại và chỉ ra rằng mức bổ

sung tanin luôn tỷ lệ nghịch với cường độ phát thải khí mêtan. Bột phụ phẩm chè

xanh là vụn của lá chè xanh thừa ra trong quá trình sao chè. Ở Việt Nam, bột phụ

phẩm chè xanh khá phổ biến, có thể tận thu ở Thái Nguyên, Mộc Châu, Phú Thọ....

Hiện nay, nghiên cứu về việc sử dụng phụ phẩm chè xanh bổ sung vào khẩu

phần ăn của bò còn hạn chế. Nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá ảnh

hưởng của việc bổ sung tanin từ phụ phẩm chè xanh đến khả năng sản xuất và

phát thải khí mêtan từ dạ cỏ của bò thịt.

1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Xác định được mức bổ sung tanin từ phụ phẩm chè xanh thích hợp vào

khẩu phần ăn cho bò thịt đảm bảo năng suất, hiệu quả chăn nuôi, đồng thời giảm

thiểu mức độ phát thải khí mêtan từ dạ cỏ.

1.3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

1.3.1. Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở khoa học góp phần cho phát triển

chăn nuôi bò theo hướng bền vững, thân thiện với môi trường.

1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở khuyến cáo các giải pháp giảm

phát thải khí nhà kính trong chăn nuôi bò.

2

PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. ĐẶC ĐIỂM TIÊU HÓA CỦA GIA SÚC NHAI LẠI

2.1.1. Đặc điểm của dạ dày kép

Hệ tiêu hóa của gia súc nhai lại được đặc trưng bởi hệ dạ dày kép gồm 4

túi: 3 túi trước (dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách) còn túi thứ 4 gọi là dạ múi khế.

Dạ cỏ

Dạ tổ ong

Dạ lá sách

Dạ múi khế

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo dạ dày kép của bò

- Dạ cỏ là túi lớn nhất, chiếm hầu hết nửa trái xoang bụng, từ cơ hoành

đến xoang chậu. Dạ cỏ chiếm tới 85%–92% dung tích dạ dày, 75% dung tích

đường tiêu hóa, có tác dụng tích trữ, nhào trộn và lên men phân giải thức ăn.

Thức ăn sau khi được nuốt xuống dạ cỏ, phần lớn được lên men bởi hệ vi sinh vật

cộng sinh nơi đây. Chất chứa trung bình trong dạ cỏ có khoảng 850–930g

nước/kg nhưng tồn tại ở hai tầng: tầng lỏng ở phía dưới chứa nhiều tiểu phần

thức ăn mịn, lơ lửng trong đó và tầng trên khô hơn chứa nhiều thức ăn kích thước

lớn. Ngoài chức năng lên men dạ cỏ còn có vai trò hấp thu. Các axit béo bay hơi

(AXBBH) sinh ra từ quá trình lên men vi sinh vật được hấp thu qua vách dạ cỏ

(cũng như dạ tổ ong và dạ lá sách) vào máu và trở thành nguồn năng lượng cho

vật chủ. Sinh khối vi sinh vật cùng với những tiểu phần thức ăn có kích thước bé

(<1mm) sẽ đi xuống dạ múi khế và ruột để được tiêu hóa tiếp bởi men của đường

tiêu hóa.

3

- Dạ tổ ong là phần kéo dài của dạ cỏ có niêm mạc được cấu tạo trông

giống như tổ ong và có chức năng chính là đẩy các thức ăn rắn và các thức ăn

chưa được nghiền nhỏ trở lại dạ cỏ, đồng thời đẩy các thức ăn dạng nước vào dạ

lá sách. Dạ tổ ong cũng giúp cho việc đẩy các miếng thức ăn ợ qua thực quản lên

miệng để nhai lại. Sự lên men trong dạ tổ ong tương tự như dạ cỏ.

- Dạ lá sách có niêm mạc gấp nếp nhiều lần (tăng diện tích tiếp xúc), có

nhiệm vụ chính là nghiền nát các tiểu phần thức ăn, hấp thu nước cùng các ion

Na+, K+…, hấp thu các axit béo bay hơi trong dưỡng chất đi qua.

- Dạ múi khế có hệ thống tuyến phát triển mạnh và có chức năng tương tự

như dạ dày của gia súc dạ dày đơn, tức là tiêu hóa thức ăn bằng dịch vị (chứa

HCl và men pepsin).

- Rãnh thực quản là phần kéo dài của thực quản gồm có đáy và hai mép

khi khép lại sẽ tạo thành một cái ống để dẫn thức ăn lỏng. Đối với gia súc non bú

sữa thì dạ cỏ và dạ tổ ong kém phát triển, sữa sau khi xuống qua thực quản được

dẫn trực tiếp xuống dạ lá sách và dạ múi khế qua rãnh thực quản này. Ở bò

trưởng thành dạ cỏ và dạ tổ ong phát triển còn rãnh thực quản không hoạt động.

Trong điều kiện nuôi dưỡng bình thường cả thức ăn và nước uống đều được đổ

vào tiền đình dạ cỏ.

2.1.2. Hệ sinh thái dạ cỏ

 Môi trường sinh thái dạ cỏ

Chất chứa dạ cỏ là một hỗn hợp gồm thức ăn ăn vào, vi sinh vật dạ cỏ, các

sản phẩm trao đổi trung gian, nước bọt và các chất chế tiết vào qua vách dạ cỏ.

Đây là một hệ sinh thái rất phức hợp trong đó liên tục có sự tương tác giữa thức

ăn, hệ vi sinh vật và vật chủ. Dạ cỏ có môi trường thuận lợi cho vi sinh vật

(VSV) yếm khí sống và phát triển. Đáp lại, VSV dạ cỏ đóng góp vai trò rất quan

trọng vào quá trình tiêu hoá thức ăn của vật chủ, đặc biệt là nhờ chúng có các

enzyme phân giải liên kết β-glucosid của xơ trong vách tế bào thực vật của thức

ăn và có khả năng tổng hợp đại phân tử protein từ ammonia (NH₃).

Ngoài dinh dưỡng môi trường dạ cỏ có những đặc điểm thiết yếu cho sự

lên men của vi sinh vật cộng sinh như sau: độ ẩm cao (85-90%), pH trong

khoảng 6,4-7,0; nhiệt độ khá ổn định (38–42^oC), áp suất thẩm thấu ổn định và là

môi trường yếm khí (nồng độ ôxy <1%).

4

Có một số cơ chế để đảm bảo duy trì ổn định các điều kiện của môi trường

lên men liên tục này. Nước bọt đổ vào dạ cỏ liên tục giúp duy trì độ ẩm của môi

trường lên men. Muối phosphate và carbonat tiết qua nước bọt có tác dụng đệm

đồng thời với sự hấp thu nhanh chóng axit béo bay hơi và ammonia qua vách dạ

cỏ làm cho pH dịch dạ cỏ tương đối ổn định. Khí ôxy nuốt vào theo thức ăn

nhanh chóng được sử dụng nên môi trường yếm khí luôn luôn được duy trì. Áp

suất thẩm thấu của dịch dạ cỏ được duy trì tương tự như áp suất thẩm thấu của

máu nhờ có sự trao đổi ion qua vách dạ cỏ. Có sự chế tiết qua vách dạ cỏ những

chất cần thiết cho vi sinh vật phát triển và hấp thu vào máu những sản phẩm lên

men sinh ra trong dạ cỏ (axit béo bay hơi). Các chất khí (chủ yếu là CO₂và CH₄)

là phụ phẩm trao đổi cuối cùng của quá trình lên men dạ cỏ cũng được thải ra

ngoài thông qua quá trình ợ hơi. Thời gian thức ăn tồn lưu trong dạ cỏ kéo dài tạo

điều kiện cho vi sinh vật công phá. Hơn nữa, trong dạ cỏ các chất chứa luôn luôn

được nhào trộn bởi sự co bóp của vách dạ cỏ, phần thức ăn không lên men

thường xuyên được giải phóng ra khỏi dạ cỏ xuống phần dưới của đường tiêu hóa

và các cơ chất mới được nạp vào thông qua thức ăn, nhờ vậy dòng dinh dưỡng

được liên tục lưu thông. Sự vận chuyển các sản phẩm cuối cùng ra khỏi dạ cỏ và

nạp mới cơ chất có ảnh hưởng lớn đến sự cân bằng sinh thái trong dạ cỏ và nhờ

đó mà dạ cỏ trở thành một môi trường lên men liên tục. Sinh khối VSV được

chuyển xuống phần dưới của đường tiêu hóa cùng với khối dưỡng chấp còn lại

sau lên men làm cho số lượng của chúng được duy trì ở mức khá ổn định.

 Hệ vi sinh vật dạ cỏ

Hệ vi sinh vật cộng sinh trong dạ cỏ và dạ tổ ong rất phức tạp và được gọi

chung là vi sinh vật dạ cỏ. Hệ vi sinh vật dạ cỏ gồm có ba nhóm chính là vi

khuẩn (Bacteria), động vật nguyên sinh (protozoa) và nấm (Fungi); ngoài ra còn

có mycoplasma, các loại virus và các thể thực khuẩn. Mycoplasma, virus và thể

thực khuẩn không đóng vai trò quan trọng trong tiêu hóa thức ăn. Quần thể vi

sinh vật dạ cỏ có sự biến đổi theo thời gian và phụ thuộc vào tính chất của khẩu

phần thức ăn. Hệ vi sinh vật dạ cỏ đều là sinh vật yếm khí và sống chủ yếu bằng

năng lượng sinh ra từ quá trình lên men các chất dinh dưỡng.

- Vi khuẩn (bacteria)

Vi khuẩn xuất hiện trong dạ cỏ loài nhai lại trong lứa tuổi còn non, mặc dù

chúng được nuôi tách biệt hoặc cùng với mẹ chúng. Thông thường vi khuẩn

5

chiếm số lượng lớn nhất trong VSV dạ cỏ và là tác nhân chính trong quá trình

tiêu hóa xơ. Theo công bố của Hungate (1941) những công trình nghiên cứu đầu

tiên về VSV dạ cỏ, đến nay đã có hơn 200 loài vi khuẩn dạ cỏ đã được mô tả.

Tổng số vi khuẩn dạ cỏ thường vào khoảng 10⁹–10¹⁰tế bào/g chất chứa dạ cỏ.

Trong dạ cỏ vi khuẩn ở thể tự do chiếm khoảng 25-30%, còn lại bám vào thức

ăn, biểu mô và protozoa.

Sau đây là các nhóm vi khuẩn dạ cỏ chính :

+ Vi khuẩn phân giải xenluloza. Đây là nhóm vi khuẩn có số lượng rất lớn

trong dạ cỏ của những gia súc sử dụng khẩu phần giàu xenluloza. Những vi

khuẩn quan trọng nhất là: Bacteroides succinogenes, Butyrivibrio fibrisolvens,

Ruminoccocus albus, Cillobacterium cellulosovens.

+ Vi khuẩn phân giải hemixenluloza. Hemixenluloza khác xenluloza là

chứa cả đường pentoza và hexoza và thường cũng chứa axit uronic. Những vi

khuẩn có khả năng thủy phân xenluloza thì cũng có khả năng sử dụng

hemixenluloza. Tuy nhiên không phải tất cả có khả năng sử dụng hemixenluloza

đều có khả năng thủy phân xenluloza. Một số loài sử dụng hemixenluloza như

Butyrivibrio fibrisolvens, Lachnospira multiparus và Bacteroides ruminicola.

+ Vi khuẩn phân giải đường. Hầu hết các vi khuẩn sử dụng được các loại

polysaccharide nói trên thì cũng sử dụng được đường disaccharide và

monosaccharide. Các vi khuẩn thuộc loài Lachnospira multiparus, Selenomonas

ruminantium… đều có khả năng sử dụng tốt các hydratcacbon này.

+ 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. Những loài sử dụng lactic là Veillonella

gazogenes, Veillonella alacalescens, Peptostreptococcus elsdenii, Propioni

bacterium và Selenomonas lactilytica.

+ Vi khuẩn phân giải protein. 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 với

một số vi khuẩn đòi hỏi hay được kích thích bởi axit amin, peptit và isoaxit có

nguồn gốc từ valin, leucine và isoleucine. Như vậy cần phải có một lượng protein

6

được phân giải trong dạ cỏ để đáp ứng nhu cầu VSV dạ cỏ. Trong số những loài

sinh amoniac thì Peptostreptococus và Clostridium có khả năng lớn nhất.

+ Vi khuẩn tạo mêtan. Nhóm vi khuẩn này rất khó nuôi cấy trong ống

nghiệm, cho nên thông tin về nhóm VSV này rất hạn chế. Các loài vi khuẩn

thuộc nhóm này gồm Methano baccterium, Methano ruminantium và Methano

forminicum.

+ Vi khuẩn tổng hợp vitamin. Nhiều loại vi khuẩn trong dạ cỏ có khả năng

tổng hợp được các loại vitamin nhóm B và vitamin nhóm K.

- 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 rất nhanh. Trong dạ cỏ

protozoa có số lượng vào khoảng 10⁵–10⁶tế bào/g chất chứa dạ cỏ, ít hơn vi khuẩn

nhưng kích thước lớn hơn nên có thể tương đương về sinh khối. Có hơn 100 loài

protozoa 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 gồm họ

Isotrichidae có cơ thể rỗng được phủ các tiêm mao, và họ Ophryoscolecidae gồm

nhiều loại khác nhau về kích thước, hình thái và diện mạo.

Protozoa có một số tác dụng sau:

+ Tiêu hóa 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 khi gia

súc ăn khẩu phần có nhiều đường và tinh bột thì số lượng protozoa tăng lên.

+ 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, do đó mà thức ăn dễ dàng chịu tác động

của vi khuẩn.

+ Tích lũy polisaccarit. Protozoa có khả năng nuốt tinh bột ngay sau khi

ăn. Polysaccarid 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 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 bản thân VSV dạ cỏ trong

những thời gian xa bữa ăn.

7

+ Bảo tồn mạch nối đôi các axit béo không no. Các axit béo không no

mạch dài (linoleic, linolenic) quan trọng với gia súc được protozoa nuốt và đưa

xuống phần sau của đường tiêu hóa để cung cấp trực tiếp cho vật chủ, nếu không

các axit béo này sẽ bị no hóa bởi vi khuẩn.

Tuy nhiên có vài ý kiến cho rằng protozoa trong dạ cỏ có một số tác hại

nhất định :

+ Protozoa không có khả năng sử dụng NH₃như 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 axit amin

được. Khi mật độ protozoa trong dạ cỏ cao thì một lượng lớn vi khuẩn bị thực

bào bởi protozoa. Mỗi protozoa có thể thực bào 600–700 vi khuẩn trong một giờ

ở mật độ vi khuẩn 10⁹/ml dịch dạ cỏ. Protozoa cũng góp phần làm tăng nồng độ

NH₃trong 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 của vật chủ.

- Nấm (Fungi)

Nấm trong dạ cỏ chỉ được nghiên cứu trong vòng 30 năm nay và vị trí của nó

trong hệ sinh thái dạ cỏ cần được làm sáng tỏ thêm. Chúng thuộc loại vi sinh vật

yếm khí nghiêm ngặt với chu kỳ sống gồm hai pha là pha bào tử và pha thực vật.

Chức năng của nấm 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 phá vỡ các mảnh thức ăn trong quá trình nhai lại, sự

phá vỡ này tạo điều kiện cho Bacteria bám vào cấu trúc tế bào và tiếp tục phân

giải xơ.

+ Mặt khác, bản thân nấm cũng tiết ra các loại enzyme phân giải

carbohydrate. Phức hợp men tiêu hóa xơ của nấm dễ dàng hòa tan hơn của men

vi khuẩn. Chính vì thế 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. Một số loại

carbohydrate không được nấm sử dụng là pectin, axit polugalacturonic,

arabinoza, fructoza và galactoza.

Như vậy sự có mặt của nấm làm tăng tốc độ tiêu hóa xơ. Điều này đặc biệt

có ý nghĩa đối với việc tiêu hóa thức ăn thô xơ bị lignin hóa.

8

2.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng tới tỷ lệ tiêu hóa của khẩu phần ở GSNL

+ Yếu tố thức ăn

Thành phần hóa học của thức ăn có ảnh hưởng rất lớn đến tỷ lệ tiêu hóa

của thức ăn. Thức ăn có hàm lượng xơ càng cao thì tỷ lệ tiêu hóa càng thấp đặc

biệt thức ăn có nhiều lignin vì chất này ngăn cản quá trình tiêu hóa các thành

phần xơ khác của vi sinh vật. Hàm lượng protein trong khẩu phần cũng ảnh

hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa của thức ăn vì chúng có vai trò như chất xúc tác làm

tăng hoạt động của tuyến tiêu hóa, làm tăng tiết dịch vị, làm tăng khả năng hoạt

động của các enzym tiêu hóa, tăng khả năng cung cấp các chất dinh dưỡng cho vi

sinh vật, qua đó làm tăng sự phát triển và hoạt động của vi sinh vật, nhờ đó mà sự

phân giải các chất hữu cơ tăng lên.

Hàm lượng tinh bột hay các loại đường dễ tan trong khẩu phần cũng ảnh

hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa của thức ăn, nhất là các chất xơ. Nếu bổ xung một lượng

thức ăn tinh vừa đủ thì có tác dụng kích thích quá trình phân giải xơ ở dạ cỏ

nhưng nếu vượt quá mức nhất định sẽ làm giảm lượng thức ăn ăn vào và tỷ lệ

tiêu hóa. Kết quả nghiên cứu của Đinh Văn Tuyền (2005) cho thấy khi hàm

lượng rỉ mật trong khẩu phần tăng lên thì tỷ lệ tiêu hóa của NDF giảm đi.

Nguyên nhân là do các loại đường hay tinh bột lên men nhanh sinh ra các

AXBBH làm cho pH dạ cỏ giảm xuống đột ngột và ức chế sự phát triển của các

vi sinh vật phân giải xơ.

+ Ảnh hưởng của tốc độ lưu chuyển thức ăn trong đường tiêu hóa

Tốc độ lưu chuyển thức ăn trong dạ cỏ có ảnh hưởng rõ rệt tới tỷ lệ tiêu

hóa của thức ăn. Khi tốc độ chuyển dời của thức ăn trong dạ cỏ nhanh thì thời

gian thức ăn lưu lại trong dạ cỏ ngắn và quá trình phân giải thức ăn của vi sinh

vật không triệt để và do đó tỷ lệ tiêu hóa thức ăn giảm. Tốc độ chuyển dời thức

ăn lại phụ thuộc vào một số yếu tố như khối lượng và kích thước của thức ăn ăn

vào. Lượng thức ăn ăn vào tăng lên sẽ làm giảm thời gian lưu lại của thức ăn

trong dạ cỏ, kích thước của thức ăn càng lớn thì thời gian lưu lại trong dạ cỏ càng

lâu hay tốc độ lưu chuyển của thức ăn càng thấp.

+ Yếu tố gia súc

Các yếu tố ảnh hưởng đến tỷ lệ tiêu hóa có liên quan đến gia súc có thể là

giống, loài, tuổi, và cá thể gia súc. Do mỗi giống gia súc có những đặc điểm tiêu

hóa riêng mà nhu cầu dinh dưỡng ở mỗi giống cũng khác nhau, nên tỷ lệ tiêu hóa

9

thức ăn ở các giống gia súc khác nhau là khác nhau. Các gia súc trong cùng một

giống có tuổi khác nhau thường có tốc độ phát triển, giai đoạn phát triển và tốc

độ hoàn thiện bộ máy tiêu hóa khác nhau và do đó khả năng tiêu hóa thức ăn

cũng khác nhau. Ví dụ bê 4 tuần tuổi có thể tiêu hóa được glucoza và lactoza

nhưng không tiêu hóa được mantoza và dextin, bê 9 tuần tuổi tiêu hóa tốt

mantoza nhưng hoạt tính của lactoza lại giảm. Ngoài ra tỷ lệ tiêu hóa còn bị ảnh

hưởng bởi cá thể gia súc. Các cá thể trong cùng một giống có tuổi tương đương

nhau nhưng vẫn cho tỷ lệ tiêu hóa khác nhau vì phản ứng với thức ăn của các cá

thể là khác nhau, tuy nhiên sự chênh lệch này là không đáng kể.

2.2. CƠ CHẾ SẢN SINH MÊTAN TỪ DẠ CỎ Ở GIA SÚC NHAI LẠI

Dạ cỏ của động vật nhai lại (bò thịt, bò sữa, dê, cừu..) đóng góp chính vào

việc tạo ra CH₄, tại đây xảy ra quá trình lên men yếm khí của hệ vi sinh vật dạ cỏ.

Theo Sniffen and Herdt (1991) trong dạ cỏ của gia súc nhai lại những chất khí

tạo thành nằm ở phần trên trong đó CO₂, CH₄chiếm tỷ trọng lớn nhất (Bảng 2.1).

Tỷ lệ các chất khí này phụ thuộc vào sinh thái môi trường dạ cỏ và sự cân bằng

lên men. Bình thường thì tỷ lệ CO₂gấp 2-3 lần CH₄.

Bảng 2.1. Thành phần đặc trưng của các chất khí trong dạ cỏ ( %)

Thành phần

Tỷ lệ (%)

0,2

Hydrogen (H₂)

Oxygen (O₂)

Nitrogen (N)

Mêtan (CH₄)

0,5

7,0

26,8

Carbon dioxide (CO₂)

65,5

Nguồn : Sniffen and Herdt (1991)

Trong điều kiện yếm khí ở dạ cỏ: Phản ứng oxy hóa để lấy năng lượng ở

dạng ATP giải phóng ra hydro. Tích lũy ion hydro trong quá trình trao đổi chất

của vi sinh vật dạ cỏ chỉ có thể tránh đuợc bằng quá trình sinh tổng hợp CH₄bởi

những vi khuẩn sinh CH (rumen methanogens)

Đây là cơ chế

(O’Mara et al., 2008).

4

bình thường của quá trình lên men ở dạ cỏ nhằm tránh được nguy cơ tích lũy quá

nhiều hydro (Martin et al., 2008b). Do hydro tự do sẽ ức chế enzyme khử hydro

(dehydrogenases) và ảnh hưởng đến quá trình lên men (Martin et al., 2008b). Theo

Moss et al. (2000) thì quá trình phân giải các chất hữu cơ (carbohydrate) và sinh khí

CH₄trong dạ cỏ của bò có thể được tóm tắt như sau:

10