《Journal of Hazardous Materials》：Cadmium-induced visual impairment in a rice field predator
Pardosa pseudoannulata May Involve Inositol Phosphate Metabolism
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摘要镉（Cd）对稻田蜘蛛的毒性作用已被广泛研究。然而，尚未有关于从幼蛛到亚成体发育阶段稻田蜘蛛视觉系统毒性及其潜在机制的系统性报道。本研究旨在调查 Cd 对捕食性蜘蛛 Pardosa pseudoannulata 眼发育的影响。Cd 暴露降低了三龄和七龄幼蛛中褪黑素、多巴胺和
摘要
镉（Cd）对稻田蜘蛛的毒性作用已被广泛研究。然而，尚未有关于从幼蛛到亚成体发育阶段稻田蜘蛛视觉系统毒性及其潜在机制的系统性报道。本研究旨在调查 Cd 对捕食性蜘蛛 Pardosa pseudoannulata 眼发育的影响。Cd 暴露降低了三龄和七龄幼蛛中褪黑素、多巴胺和乙酰胆碱酯酶的水平，伴随着三龄时丙二醛的显著升高，表明存在氧化应激。超微结构分析揭示了蜘蛛眼的损伤，包括玻璃体细胞核中异染色质异常、感光细胞核膜溶解以及高尔基体、内质网和线粒地的解聚。在自然光、白光和黑暗条件下的捕食实验表明，Cd 导致捕食能力受损，并伴有依赖于光的行为变化。转录组分析鉴定了角质层蛋白和视觉相关基因的表达改变。蛋白质组分析鉴定了 53 种定位于高尔基体和内质网的差异表达蛋白。值得注意的是，许多差异表达基因和蛋白富集在肌醇磷酸代谢通路中。这些发现为 Cd 诱导的蛛形纲动物分子和结构反应提供了初步见解。
引言
镉（Cd）是一种无处不在的重金属，由于其环境持久性和不可代谢性，在生物体内积累并通过食物网生物放大，最终对人类健康构成威胁 [5], [63]。Cd 污染稻田土壤中的水稻生产已成为主要的公众关注问题 [25], [26], [61]。因此，评估 Cd 胁迫对稻田生态系统的影响已成为生态毒理学研究的关键焦点 [33], [56]。
蜘蛛作为稻飞虱等主要水稻害虫的天敌，代表了稻田生态系统中重金属污染研究的可靠模型 [58]。根据狩猎策略，蜘蛛大致分为两类：狩猎者和结网者 [4]。狩猎蜘蛛，包括狼蛛科（Lycosidae）、跳蛛科（Salticidae）和蟹蛛科（Thomisidae），依赖其高度发达的视觉系统进行捕食、配偶识别和躲避天敌等基本行为 [22]。Pardosa pseudoannulata（蛛形纲，狼蛛科）是一种栖息于稻田的常见捕食性蜘蛛，在维持农田生态系统稳定性中起着重要作用 [60]。其视觉系统由八只眼睛组成，包括一对主前中眼（AM）和三对次级眼：前侧眼（AL）、后中眼（PM）和后侧眼（PL）（图 1）。值得注意的是，PL 和 PM 呈梯形排列，这是运动检测和全景视觉的典型配置。虽然蜘蛛也利用机械感受器和化学感受器来感知环境，但视觉在狩猎成功中起着不可或缺的作用 [8]。鉴于狩猎蜘蛛对视觉的依赖，损害视觉功能的环境压力源，如 Cd 暴露，可能会直接影响它们在稻田中的生态表现。
关于环境 Cd 暴露如何损害视觉功能的研究主要集中于哺乳动物，表明 Cd 通过氧化应激、炎症通路激活和细胞凋亡破坏眼部组织中的细胞功能 [13], [19], [20]。除哺乳动物模型外，昆虫中的新证据表明重金属也会损害视觉功能。例如，最近的一项研究表明，暴露于亚致死浓度的重金属纳米颗粒会破坏黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的视觉 [18]，而铅污染被发现会影响蝴蝶的视觉，包括相对眼大小的性别特异性改变 [44]。然而，关于蜘蛛视觉系统的知识仍然有限，特别是关于重金属胁迫的影响。因为由视觉介导的行为，如猎物检测和捕获，是蜘蛛作为水稻生态系统中天敌的生态功能所必需的，视觉损害可能会削弱其生物防治能力。此外，蜘蛛眼的发育过程在很大程度上尚未得到探索。在此，我们调查了环境 Cd 暴露是否会导致 P. pseudoannulata 视觉系统受损，并寻求阐明潜在的机制。
章节片段
蜘蛛
所有携带卵囊的雌性 P. pseudoannulata 采集自中国湖南省长沙市的一个稻田（Cd 浓度 < 0.1 mg/kg）。所有母蛛单独放入干净的空玻璃管中，并用湿棉保持湿润。母蛛分组饲喂无 Cd 和含 Cd 的 Drosophila melanogaster，并饲养在人工气候室中，温度 25 ± 2 °C，光周期 16 h: 8 h (L: D)。从卵囊孵化后，新出现的幼蛛
Cd 改变了生化指标的浓度
在这种 Cd 处理下，P. pseudoannulata 体内的 Cd 含量随年龄增加（图 S1）。MT 合成受神经系统调节，是神经功能的重要指标。在本研究中，Cd 处理组在所有发育阶段的 MT 水平均低于对照组（图 2A）。从二龄到三龄的早期发育阶段，Cd 暴露未引起 MT 水平的显著变化（p > 0.05）。然而，
讨论
通过透射电子显微镜观察到的超微结构眼损伤与 El Kholy 等人的发现一致，他们报告了 Cd 暴露的 D. melanogaster 复眼中核膜溶解 [18]。体外 实验表明 Cd 处理诱导斑马鱼视网膜细胞发生剂量依赖性凋亡，并导致体内眼部的形态损伤 [15]。类似 Cd 诱导的细胞毒性已在人晶状体上皮细胞中得到记录 [47]。重金属对
结论
综上所述，我们的结果表明 Cd 暴露诱导神经毒性，造成主要眼成分的结构损伤，并降低 P. pseudoannulata 头胸部中视觉相关基因的表达，这与视觉系统受损有关。Cd 暴露显著影响了 Pardosa pseudoannulata 的捕食能力。CPR 基因在 Cd 组和对照组之间的不同发育阶段表现出相反的表达模式。蛋白质组分析
环境意义
我们的发现表明镉暴露诱导了 Pardosa pseudoannulata 中与视觉系统受损相关的结构、分子和行为改变，而它是水稻害虫的关键天敌。这些发现表明，Cd 诱导的损害可能会影响该捕食者在水稻生态系统中提供的生物防治服务。因此，在 P. pseudoannulata 中观察到的视觉反应可作为评估亚致死
重要性声明
通过损害水稻害虫关键天敌 Pardosa pseudoannulata 的视觉系统和狩猎能力，镉污染削弱了稻田生态系统中的自然生物控制。本研究为理解稻田蜘蛛 P. pseudoannulata 的眼发育建立了基础框架，为评估蛛形纲动物的视觉毒性提供了发育参考。
CRediT 作者贡献声明
王志： 资金获取，概念化。王娟： 项目管理。吴新怡： 资源，调查。邵青灵： 资源，调查。杨新怡： 写作 – 初稿，可视化，调查。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在竞争利益。王志报告获得了国家自然科学基金的资金支持。王志报告获得了湖南省教育厅的资金支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响报告的工作
致谢
项目得到了国家自然科学基金（批准号 42277280）、中国湖南省教育厅研究基金（编号 21A0048 和 22A0059）以及中国湖南省自然科学基金（编号 2022JJ50168）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本报告中报告的工作。
杨新怡 | 邵青灵 | 吴新怡 | 王娟 | 王志
湖南师范大学生命科学学院，中国湖南省长沙市 410006
