تولیدات آبزی‏پروری از یک میلیون تن در سال ۱۹۵۳ به بیش از ۲۰۰ میلیون تن در سال افزایش خواهد یافت که نقش آبزی‏پروری را به همراه حفاظت از محیط زیست و کسب درآمد بیشتر برای تولیدکنندگان پیچیده کرده است (Wijkstrom, 2003). هزینه‏ های غذا در حال افزایش است و افزایش آن در آینده به چند دلیل دور از انتظار نیست. افزایش تقاضا برای سرمایه گذاری‏های نوین موجب افزایش تقاضا شده و این رقابت ها باعث شده تا قیمت‏ها افزایش یابد. علاوه بر آن ملاحظات اقتصادی و زیست‏محیطی همراه با گسترش تولیدات نوین بخش قابل توجهی از تولید کنندگان غذا را از چرخه تولید خارج نموده و همین کاهش تولید غذا موجب افزایش قیمت‏ها گردیده است. افزایش قیمت سوخت و دیگر فاکتورها نیز موجب افزایش هزینه‏ های تولید شده، به طوری که درآمد آبزی‏پروران در طول دهه گذشته کاهش یافته و تعداد زیادی از مزارع نیز به دلیل عدم توان رقابت تعطیل شده‏اند (Crab et al, 2012). بنابراین کاهش هزینه تولید با افزایش سرانه مصرف ماهی در ایران و آگاهی مردم از مزایای مصرف آبزیان ضروری به نظر می‏رسد (Hajizadeh, 2003).

‏ استفاده از افزودنی‏ها، آنزیم‏ها، اسیدهای آلی و روش‏های جدید فرآوری اجزای جیره غذایی از جمله راهکارهای مناسب برای کاهش هزینه‏ های تولید می‎باشد. تهیه چنین جیره‏هایی گرچه ممکن است که هزینه تولید را به ازای هر کیلو خوراک افزایش دهد، میزان مصرف جیره حاوی مواد متراکم مغذی در سطح کلان بسیار کمتر از جیره‏های بی‏کیفیت خواهد بود. با این استراتژی از یک سو ماهی بیشتری با بهره گرفتن از حجم کمتر خوراک تولید می‏شود (کاهش FCR) و از سوی دیگر میزان دفع خوراک و رهاسازی ضایعات متابولیکی کاهش می‏یابد تا سلامت زیست‏بوم‏های آبی تامین گردد.(Cho et al, 1991) بعلاوه ماهیان تغذیه شده با این گونه جیره‏ها از سطح مناسبی از پروتئین و اسیدهای چرب ضروری جهت تامین نیازها و تضمین سلامت انسان برخوردار خواهند بود (Yokoyama et al., 2009).
منیزیم موجود در مکمل معدنی یکی از اجزای مهم افزودنیی است که اثرات ناشی از کمبود آن به صورت دقیق طی سال‏های اخیر در گونه‏های مختلف موزد مطالعه قرار گرفته است. علایمی همچون رشد ضعیف، کاهش اشتها، آهکی شدن کلیه و عضله و تجمع مایعات برون سلولی عضله را می‏توان از دلایل عدم تعدل منیزیم در جیره غذایی دانست.
آزمایش‏های متعددی به منظور بررسی دسترسی منیزیم و منگنز موجود در رژیم غذایی برای تعیین حداقل میزان مورد نیاز برای رشد طبیعی و همچنین اثرات ناشی از مصرف بیش از حد آن در گونه‏های مختلف و از جمله قزل‏آلای رنگین‏کمان انجام گرفته است. Satoh و همکاران (۱۹۹۱) نشان دادند که رشد با افزایش سطوح منگنز و منیزیم به ترتیب به بیش از ۱۵ و ۵/۰ میلی‏گرم در هر کیلوگرم جیره غذایی به طور موثری بهبود یافت. همچنین این محققان مشخص کردند که غلظت منگنز متناسب با سطح منیزیم در رژیم غذایی بوده و مقدار آن در ستون فقرات قزل‏آلای رنگین‏کمانی که با یک رژیم غذایی بدون منگنز تغذیه شده بودند در کمترین سطح قرار دارد. این یافته‏ها نشان می‏دهند که قابلیت جذب منگنز از آرد ماهی بسیار کم بوده و توسط یک ماده خاص در آن منع می‏گردد.
استفاده از ذرات نانو در صنعت آبزی‏پروری در مراحل بسیار ابتدایی قرار داشته و مطالعات بسیار کمی پیرامون استفاده از آنها در صنعت پرورش آبزیان وجود دارد. ترکیبات غیرمحلول یا روغنی به راحتی در مقیاس نانو حل شده و شاید این نوع تغییرات خصوصیات سبب توجه بیشتر به کاربرد نانوتکنولوزی در صنایع غذایی یا آبزی‏پروری گردد، چرا که قابلیت انحلال بالای نانوذرات موجب کاهش ورود مواد حل نشده از طریق مدفوع به محیط زیست آبی و جلوگیری از آلودگی محیط‏های محیطی گردد.
ه- مرور ادبیات و سوابق مربوطه (بیان مختصر پیشینه تحقیقات انجام شده در داخل و خارج کشور پیرامون موضوع تحقیق و نتایج آنها و مرور ادبیات و چارچوب نظری تحقیق):
ماهیان در شرایط پرورشی با غذاهای فرموله‏ای تغذیه میگردند که اغلب شامل تمام مواد مورد نیاز برای رشد ماهی هستند. اگرچه ترکیبات غذایی بسیار زیادی به عنوان غذای مصنوعی شناسایی شدهاند، ناتوانی این مواد در تامین مقدار مناسب و تعادل بین اجزای غذایی باعث گردیده که همچنان تحقیقات در این زمینه ادامه یابد. علاوه بر این تفاوت در نوع گونه آبزیان دلیلی برای تفاوت‏ها بین ماهیان پرورشی در استخرهای مختلف است (Eshagh, 1967). بنابراین گسترش علم نانو در جهان و استفاده از نانوذرات در صنایع مختلف به خصوص آبزی‏پروری، اهمیت بررسی پیرامون میزان بهینه این نانوذرات را در جیره غذایی دوچندان میکند. در ادامه به تحقیقات مختلفی میپردازیم که در زمینه تاثیر منیزیم بر ماهیان مختلف انجام شده است:
Wang و همکاران (۲۰۰۵) به منظور تعیین منیزیم مورد نیاز در رژیم غذایی کپورعلفخوار جوان (Ctenopharyngodon idella) به ترتیب مقادیر ۰، ۱۵۰، ۳۰۰، ۶۰۰، ۱۲۰۰ و ۲۴۰۰ میلی‏گرم سولفات منیزیم را به رژیم غذایی این ماهی اضافه کردند که این رژیم غذایی با سه تکرار برای کپور علفخوار نوجوان (با وزن اولیه ۱۳/۰±۶۹/۷ گرم) در سیستم پرورشی مدار بسته برای ۷۶ روز مورد استفاده قرار گرفت. مقدار مالون دی آلدئید در ماهی تغذیه شده با رژیم غذایی حاوی ۳۰۰ میلی‏گرم منیزیم در هر کیلوگرم ماهی نسبت به تیمار حاوی صفر و ۱۵۰ میلی‏گرم منیزیم در هر کیلوگرم ماهی خیلی بیشتر بود. افزایش منیزیم به بیش از ۳۰۰ میلی‏گرم در هر کیلوگرم از رژیم غذایی موجب افزایش غلظت منیزیم در مهره‏ها و تمام بدن شد. تجزیه و تحلیل مرحله دوم رگرسیون (مدل) چندجمله‏ای که توسط اندازه‏گیری منیزیم از ستون فقرات و همچنین کل بدن نشان داد که غلضت منیزیم کافی برای کپور علفخوار ۵/۷۱۳ و ۷/۶۲۷ میلی‏گرم در کیلوگرم از رژیم غذایی است.
Shearer و Asargad (1991) ماهیان قزل‏آلای رنگین‏کمان (Oncorhynchus mykiss) با وزن اولیه ۸۴/۰ گرم را که در سطوح مختلف منیزیم در آب ۴/۱ تا ۱۰۰۰ میلی‏گرم در گرم پرورش داده می‏شدند را با جیره‏های حاوی سطوح مختلف منیزیم (۷۸ تا ۷۲۵ میلی‏گرم در گرم درون آبی حاوی ۴/۱ تا ۱۰۰۰ میلی‏گرم در لیتر منیزیم تغذیه نمودند. نتایج این پژوهش نشان داد که جذب منیزیم از آب در ماهی با کمبود منیزیم به طور خطی با منیزیم آب ارتباط دارد. به نظر می‏رسد که نیاز ماهی به منیزیم را می‎توان هم از رژیم غذایی و هم از آب برطرف کرد. ، غلظت منتقله از آب تحت شرایط این آزمایش برابر ۴۶ میلی‏گرم در لیتر محاسبه شد که برای رفع احتیاجات ماهیان از منیزیم در یک رژیم غذایی عاری از منیزیم کافی است.
Knox و همکاران (۱۹۸۱) اثرات کمبود منیزیم روی قزل‏آلای رنگین‏کمان را به صورت دقیق در سال‏های اخیر مورد بررسی قرار داده و علائمی همچون رشد ضعیف، کاهش اشتها، آهکی شدن کلیه و عضلات همراه با تجمع مایعات برون سلولی عضله را گزارش نمودند
Dabrowska و همکاران (۱۹۹۰) بچه ماهی کپور معمولی را به مدت ۹ هفته با رژیم نیمه خالص سطوح مختلف ۰۸/۰، ۶/۰، ۹/۱، ۲ و ۳ میلی‏گرم منیزیم در کیلوگرم غذا و ۱۵ تا ۴۴ درصد پروتئین تغذیه نمودند. نتایج این تحقیق نشان داد که سطح حداقل منیزیم ۰۶/۰ میلی‏گرم در کیلوگرم  جهت بالا بردن محتوای منیزیم استخوان و پلاسما و برای کاهش غلضت کلسیم کل بدن (علامت هایپرمکسینوزیس) مورد نیاز است. افزایش بیشتر منیزیم رژیم غذایی تا میزان ۲/۳ گرم در کیلوگرم میزان رشد ماهی را به طور غیرمعنی‏دار افزایش می‏دهد، اما میزان رسوب منیزیم رژیم غذایی به حدود ۴/۷ و ۷/۱۰ درصد در ماهی تغذیه شده با میزان کم و بالای پروتئین به ترتیب کاهش می‏یابد.
Brucka-jastrzebska و همکاران (۲۰۰۸) آزمایش هایی را در زمینه میزان مواد معدنی ۹۰ گونه ماهی آب شیرین از جمله کپورمعمولی، قزل آلای رنگین کمان،ماهی خاویاری سیبری در سن ۶ الی ۷ ماهگی انجام دادند. نمونه‏های خون، کبد، کلیه، آبشش‏ها، پوست و عضلات از هر ماهی جمع‏آوری و در معرض تست‏های شیمیایی منیزیم، کلسیم، روی، مس و آهن همراه با طیف‏سنجی قلیلیی انتشاری دوگانه پلاسما-اتمیک در دستگاه JY-24 JOBIN قرار گرفتند. نتایج این مطالعه نشان داد که محل پرورش از لحاظ آماری تاثیر قابل‏ملاحظه‌ای بر میزان (سطوح) عناصر مورد بررسی بین سه گونه ماهی آزمایشی دارد. محتوای منیزیم در کلیه و پوست بطور قابل ملاحظه‎ای در ماهی کپور نسبت به ماهی خاویاری بالاتر بود. ترتیب مشابهی در مورد محتوای کلسیم پوست و محتوای روی در کلیه کپورمعمولی، قزل‎آلای رنگین‎کمان و ماهی خاویاری سیبری مشاهده شد.سطوح کبدی و کلیوی آهن و مس بطور چشمگیری در ماهی کپور نسبت به ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان پایین‏تر بود. ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان از بین این سه گونه ماهی بالاترین سطح پوستی کلسیم و منیزیم و بالاترین سطح خونی آهن را داشت. نتایج نشان این پژوهش نشان داد که محل و شرایط پرورش اثرات چشمگیری روی سطح مواد معدنی مورد نیاز کم‏مقدار و پرمقدار در ماهی آب شیرین دارد.
Igino و همکاران (۱۹۸۰) نیاز کپور معمولی و قزل‏آلای رنگین‏کمان به منیزیم و مس را مورد بررسی قرار داده و دریافتند که نمونه‏های قزل‏آلای ۷۵ گرمی تغذیه شده با جیره حاوی میلی‏گرم منیزیم در هر کیلوگرم جیره دارای نرخ رشد کمتری نسبت به ماهیان تغذیه شده با جیره حاوی ۱۳ میلی‏گرم منیزیم در هر کیلوگرم جیره بودند. همچنین نشانه‏های کمبود منیزیم شامل رشد نامتعادل دمی و کوتاهی بدن نیز در گروه اول مشاهده گردید که به علت کاهش منیزیم در مهره‏های این گروه از ماهیان در اثر کمبود منیزیم جیره می‏باشد. ماهیان گروه اول بعد از ۱۲ هفته غذادهی دارای افزایش وزنی معادل ۴ برابر بودند، در حالی که افزایش وزن در ماهیان گروه دوم در حدود ۹ برابربود.
و – جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیق:
مطالعات بسیار زیادی پیرامون استفاده از منیزیم در مقادیر مختلف و یا منابع مختلف نمکهای غیرآلی منیزیم، در جیره ماهیان مختلف صورت گرفته است، اما با توجه به نوپا بودن صنعت نانوتکنولوژی و نوظهور بودن استفاده از نانو ذرات در آبزی‏پروری، بررسی اثرات و میزان بهینه نانو ذره منیزیم بر فاکتورهای رشد، فاکتورهای خونی، فعالیت آنزیمی و میزان مواد معدنی در خون و بافت ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان ضروری به نظر میرسد. امید است که این تحقیق بتواند مسیر جدیدی را در زمینه استفاده از مکملهای غذایی در صنعت تغذیه آبزیان ارائه دهد.
ز- اهداف مشخص تحقیق (شامل اهداف آرمانی، کلی، اهداف ویژه و کاربردی):
دستیابی به میزان و ترکیب مناسب منیزیم در جیره غذایی ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان
بررسی اثر مقادیر و اشکال مختلف منیزیم در بهبود شاخصهای رشد و بقاء ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان
بررسی اثر نانو منیزیم بر فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز، گلوتانین پروکسیداز، مالون دی‏آلدئید، گلوتاتیون پراکسیداز، گلوتاتیون ردوکتاز، گلوتاتیون S-ترانسفراز (Özdem and Sadan 1994; Aslan, 1995) (Mc.Kenzie et al., 2002).
بررسی اثر نانو منیزیم بر فاکتورهای خونی و فعالیت لیزوزیمی
ح – در صورت داشتن هدف کاربردی، نام بهره‏وران (سازمان‏ها، صنایع و یا گروه ذینفعان) ذکر شود (به عبارت دیگر محل اجرای مطالعه موردی):
مراکز تکثیر و پرورش قزل‏آلای رنگین‏کمان
کارخانه های تولید غذای آبزیان
سازمان شیلات ایران
مراکز و موسسات تحقیقاتی مرتبط با آبزیپروری
ط- سؤالات تحقیق:
کدامیک از مقادیر نانو منیزیم باعث افزایش رشد و بقاء ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان میشود؟
آیا نانو ذره منیزیم از کارایی بیشتری در مقایسه با سایر ترکیبات روی در جیره غذایی قزل‏آلای رنگین‏کمان برخوردار است؟
آیا نانو ذره منیزیم بر میزان فعالیت آنزیم سوپر اکسید دیسموتاز، گلوتانین پروکسیداز، مالون دی آلدئید، لیزوزیم، گلوتاتیون پراکسیداز، گلوتاتیون ردوکتاز، گلوتاتیون S-ترانسفراز تاثیرگذار است؟
آیا استفاده از نانو ذره منیزیم بر میزان روی در پلاسما،کبد، عضله ها و استخوان موثر خواهد بود؟
آیا کاربرد نانو ذره منیزیم می‏تواند فاکتورهای خونی قزل آلای‏رنگین‏کمان را تحت تاثیر قرار دهد؟
ی- فرضیه ‏های تحقیق:
فرضیه H0: نانو منیزیم باعث افزایش رشد و بقاء ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان نمیشود.
فرضیه H1: نانو منیزیم باعث افزایش رشد و بقاء ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان میشود.
فرضیه H0: استفاده از نانو ذره منیزیم تاثیری بر محتوای آن در کبد و استخوان ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان ندارد.
فرضیه H1: استفاده از نانو ذره منیزیم تاثیری بر محتوای آن در کبد و استخوان ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان دارد.
فرضیه H0: نانو منیزیم بر روی فاکتورهای خونی ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان اثر ندارد.
فرضیه H1: نانو منیزیم موجب بهبود فاکتورهای خونی موثر بر دفاع غیراختصاصی قزل‏آلای رنگین‏کمان میگردد.
فرضیه H0: نانو منیزیم بر فعالیت آنزیم سوپر اکسید دیسموتاز، گلوتانین پروکسیداز، مالون دی آلدئید، لیزوزیم)گلوتاتیون پراکسیداز، گلوتاتیون ردوکتاز، گلوتاتیون S-ترانسفراز) ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان اثر ندارد.
فرضیه H1: نانو منیزیم موجب افزایش فعالیت آنزیم سوپر اکسید دیسموتاز، گلوتانین پروکسیداز، مالون دی آلدئید، لیزوزیم)گلوتاتیون پراکسیداز، گلوتاتیون ردوکتاز، گلوتاتیون S-ترانسفراز) در ماهی قزل‏آلای رنگین‏کمان میشود.
ک- تعریف واژه‏ ها و اصطلاحات فنی و تخصصی (به صورت مفهومی و عملیاتی):
شاخصهای رشد: فاکتورهایی نظیر نرخ رشد ویژه، میانگین وزن، ضریب چاقی و ضریب تبدیل غذایی و نرخ بازده پروتئین که جهت سنجش رشد بکار رفته و به تفکیک در روش کار تعریف شدهاند.
پارامترهای خونی: عواملی همچون تعداد گلبولهای قرمز، تعداد گلبولهای سفید و میزان هماتوکریت که نشانگر تغییرات فیزیولوژیکی موجودات زنده و قابلیت دفاع در مقابل عوامل خارجی میباشند.
سوپراکسید دیسموتاز: آنزیم سوپراکسید دیسموتاز SOD)) یکی از آنزیم‏های کلیدی دفاع آنتی اکسیدانی بدن در برابر آسیب‏های ناشی از رادیکال‏های آزاد است.این آنزیم، واکنش تبدیل دو رادیکال آنیون سوپراکسید به پراکسید هیدروژن و اکسیژن مولکولی را سرعت می بخشد و لذا باعث جمع آوری رادیکال‏های مضر مذکور می شود.بدین ترتیب جانداران هوازی در برابر آسیب‏های ناشی از استرس اکسیداتیو محافظت می شوند(Fridovich, 1974).آنزیم سوپراکسیددیسموتاز در تمام بافت‏های هوازی وجود دارد و جایگاه سلولی آن داخل سیتوزول و میتوکندری است ( et al., 1988 Sun). در تمامی موجودات زنده هوازی، اهمیت دفاع سلول توسط آنزیم سوپر اکسیددیسموتاز در برابر آسیب‏های اکسایشی گونه‏های فعال اکسیژنی نشان داده شده است.اهمیت این آنزیم به حدی است که گونه‏های جهش یافته E.coli که آنزیم سوپراکسیددیسموتاز را ندارند، به شدت نسبت به آسیب‏های اکسایشی حساس هستند(McCord JM, Fridovich I ,. 1969).
گلوتانین پروکسیداز: این آنزیم دارای وزن مولکولی تقریبی ۱۰۰۰۰۰،و شامل چهار زیر واحد و چهار اتم سلنیوم در پروتئین مول است Gordon Bell et al,. 1984)). بدیهی است این آنزیم برای حفاظت از گلبول‏های در برابر آسیب‏های اکسیداتیو است که هیدروپراکسیدها چربی را کاهش می دهد و منجر به این فرضیه شده که این آنزیم آسیب اکسیداتیو ناشی از پراکسیداسیون لیپیدی محافظت از بافت می شودStephensen et al., 2002)).
مالون دی آلدئید: مالون دی آلدئید محصول نهایی پراکسیداسیون لیپیدها است..شواهد نشان می دهد غلظت MDA مرتبط با فرآیندهای سمی ناشی از رادیکال‏های آزاد است (Talas et al., 2009).
لیزوزیم: لیزوزیم در ماهی ها، یک آنزیم با خواص آنتی بیوتیکی است که توسط لوکوسیت ها منتشر می شود،لیزوزیم در پستانداران دارای طیف وسیع تری از فعالیت ها است (Watts et al., 2001). لیزوزیم اغلب به عنوان شاخص عملکرد سیستم ایمنی غیر اختصاصی استفاده می شود، زیرا لیزوزیم میتواند باعث آسیب رساندن به دیواره سلول باکتری شود(Ellis, 1999). عوامل استرس زا می تواند باعث تغییرات در فعالیت لیزوزیم شود(Caruso et al., 2002).
استرس اکسیداتیو: استرس اکسیداتیو در نتیجه عدم تعادل بین تولید رادیکالهای آزاد و اشکال فعال اکسیژن از یک سو و دفاع آنتی اکسیدانی از سوی دیگر مطرح میشود. واکنشهای شیمیایی هوازی در بدن موجب تولید رادیکالهای آزاد شده که مقدار بیش از حد آنها خطرناک میباشد. موانع فیزیکی از جمله دفاعهایی است که در برابر این استرس وجود دارد. این موانع برای محدود نگهداشتن رادیکالهای آزاد در مکانهای تولید درون سلول است. میتوکندری و غشاء اندوپلاسمی از جمله این موانع می‏باشد.آنزیمهایی مانند سوپر اکسید دسموتاز و کاتالاز (که اشکال واکنشی خطرناک اکسیژن را خنثی میکند) و برخی ترکیبات غذایی همچون ویتامین E،‏C،‏ مس و روی نیز میتوانند رادیکال آزاد را با اهدای الکترون به آنها و قطع واکنشهای زنجیره ای اولیه کنترل کنند.
۵-روش شناسی تحقیق:
الف- شرح کامل روش تحقیق بر حسب هدف، نوع داده ها و نحوه اجراء (شامل مواد، تجهیزات و استانداردهای مورد استفاده در قالب مراحل اجرایی تحقیق به تفکیک):
تذکر: درخصوص تفکیک مراحل اجرایی تحقیق و توضیح آن، از به کار بردن عناوین کلی نظیر، «گردآوری اطلاعات اولیه»، «تهیه نمونه‏های آزمون»، «انجام آزمایش‏ها» و غیره خودداری شده و لازم است در هر مورد توضیحات کامل در رابطه با منابع و مراکز تهیه داده‏ها و ملزومات، نوع فعالیت، مواد، روش‏ها، استانداردها، تجهیزات و مشخصات هر یک ارائه گردد.
نانو ذره منیزیم در این تحقیق به صورت خنثی (Free carrier) از شرکت پیشگامان نانو مواد ایرانیان تهیه میگردند.خصوصیات ترکیب فوق در جدول ۱ ارائه گردیده است. اندازه ذرات از ۲۰ تا ۸۰ نانومتر متغییر بوده و دارای اندازه متوسطی برابر با ۶۹ نانومتر میباشند.