课件：第三章杀虫剂作用机理.ppt

第三章 杀虫剂和杀螨剂,第一节 杀虫剂毒理学基础 第二节 杀虫剂常见品种介绍 第三节 杀螨剂,第一节 杀虫剂毒理学基础,（一）杀虫剂进入昆虫体内的途径 1 途径：口腔、体壁、气门 2 影响进入的途径,一、杀虫剂的穿透与在昆虫体内的分布,口腔,药剂因素,昆虫感化器,触角,下颚须,下唇须,口器 内壁,体壁进入,药剂性质,表皮性质,气门进入,药剂性质,气门开闭,矿物油,温度 二氧化碳,（二）杀虫剂的穿透 1 杀虫剂穿透体壁,护腊层：类脂及鞣化蛋白 上表皮 腊层：蜡质（防水） 角质精层：鞣化脂蛋、类脂 外表皮（硬）鞣化蛋白、几丁质、脂类 内表皮 （厚）几丁质、蛋白质 真皮细胞（膜结构）：单层细胞 底膜：中性粘多糖（血细胞分泌） 表皮孔道有利穿透 药剂：一定的脂溶性和一定的水溶性,油相 （较强的脂溶性,水相 一定的水溶性,A 表皮结构,昆虫体壁结构示意图,油/水分配系数：一种溶质在油相及水相中溶解度的比值。值越小，亲水性越强。,1）上表皮具有不透水的蜡层，如用惰性粉或砂磨去表皮蜡质后可引起水分迅速丧失。 2）昆虫上表皮代表油相，原表皮代表水相。 3）昆虫接触到药剂后，药剂溶解于上表皮的蜡层，再按照药剂中油/水分配系数进入原表皮（外表皮+内表皮）。,亲水性强而易溶于水中的药剂，因不能溶于表皮的蜡层，不能穿透表皮。 脂溶性强的药剂因为溶解于蜡质，易穿透上表皮，但能否穿透原表皮，取决于是否有水溶性 昆虫表皮的孔道和上表皮丝有助于药剂渗入。,触杀作用小,A 药剂从表皮穿透，经皮细胞进入血腔，随血液循环到达神经系统。部分药剂通过气管系统，由微气管进入神经系统。,B Gerolt(1983)， 侧向传导理论：狄氏剂及一些化合物从表皮进入昆虫体内，完全是从侧面沿表皮的蜡层进入气管系统，由微气管到达神经系统,B 杀虫剂穿透表皮的机制,2 杀虫剂穿透昆虫的消化道胃毒作用,中肠来源于内胚层-消化、吸收的主要场所,消化道,前后肠来源于外胚层-表皮类似,杀虫剂穿透昆虫中肠肠壁细胞受到细胞质膜选择透性的影响。,质膜：双分子类脂层，厚30-50nm。表面有细小、充满水的空洞，直径4nm。,a水溶性化合物可从水孔进入膜内；亲脂性化合物简单的扩散通过。 B一些亲水性化合物不能靠扩散进入，可以靠膜上镶嵌的蛋白质做导体，暂时性结合，转移进入。 C 多数外来化合物，通过质膜靠被动的扩散作用。 D 质膜内外溶液的pH可影响解离程度和穿透力。,消化道酶：MFO （活化，降解） 实验表明：各种杀虫剂都可穿透昆虫肠壁，穿透速率因药剂种类不同而不同。 穿透速率受油/水分配系数的影响，亲脂性强的化合物易被肠壁吸收。 由肠组织进入血浆时，需要一定的水溶性才能较快扩散至血浆中。,3 药剂从血液到达作用部位-神经系统,昆虫的血-脑屏障（胶质细胞和胶质细胞附近区域）,4 昆虫体内排泄杀虫剂的过程 马氏管 后肠 脂肪体 围心细胞,（三）杀虫剂在昆虫体内的分布,1 药剂在各种酶系作用下代谢成小分子、水溶性轭合物，被马氏管吸收通过后肠，到达直肠，排除体外。 2 昆虫体内的脂肪体有类似哺乳动物肝的功能，它能贮存脂肪、蛋白质及碳水化合物等营养物质，也能贮存代谢外来化合物。 3 昆虫血腔中的围心细胞有肾细胞之称，具有代谢废物和组织碎片的功能。,杀虫剂,表皮,脂肪体,血淋巴,神经系统,其他器官,消化道,保留,转运,中毒代谢,三、杀虫剂对昆虫的作用机制,（一）昆虫神经构造 1 神经元：轴突、树突、端从 2 突触：神经元连接的形式,反射弧,神经活动最基本的过程是反射弧，即感受器受到外界刺激后，引起感觉神经原的兴奋，将冲动经过联系神经原传导中枢神经(或不经中枢神经)，再由联系神经原把冲动传导到运动神经原，运动神经原使相应的反应器官(足、翅等)作出相应的反应活动(跳跃、飞行、爬行等)。,1 昆虫神经系统的信息传递类型 一个神经元内。树突 细胞体 轴突 端丛 神经元之间或神经元与肌肉（腺体）,三、杀虫剂对昆虫的作用机制,（二）昆虫神经系统传导神经冲动的机制,轴突传导,突触传导,一神经元端丛,另一神经元树突,（二）昆虫神经系统传导神经冲动的机制,1 （轴突传导）, ,膜电位（外正内负）1,静止状态时，钠离子几乎完全不能通过，完全不能通过。钾离子倾向外流，A-也倾向外流被阻挡在膜内，于是形成以膜为中心的静电场。,产生 动作电位,去极化状态,受刺激后，刺激部位通道蛋白质结构改变 涌入膜内,离子状态：外负内正,产生 动作电位,产生 动作电位,去极化,复极化,超极化,产生 动作电位,钠离子通透性增加是膜电位上升的主要原因,-,+ + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - -,动作电位传导,a,- + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - -,b,+ - + + + + + + + + + + + + + - + - - - - - - - - - - - - -,c,动作电位的传导,联系神经元,运动神经元,突触,2 突触的传导,突触的传导,突触的结构,突触的分类：依结构和功能不同，可分为电 突触和化学突触。,神经元轴突末端膨大为突触体，与下一神经元的细胞体或树突中间存在一间隙。间隙之前和之后的膜，分别成为突触前膜、突触后膜。 前膜：突触小泡，小泡中含有神经递质。 间隙：宽10-50nm，有电子密度高的物质（糖基物质）把前、 后膜连接起来。 后膜：有专门的神经递质受体部位及有关的酶系。,突触传递的特点： 单向传递； 有突触延搁-所需时间较轴突上长，这个延搁为0.5-2ms; 最易受环境影响，最易疲劳； 需要化学介质（乙酰胆碱、去甲肾上腺素、多巴胺、-氨基丁酸、谷氨酸盐。）,递质与受体 结合后引起 后膜去极化 形成突触后 电位，产生,冲动,乙酰胆碱 受体,新的动作电位,乙酰胆碱酯酶,乙酸+胆碱, 突触的兴奋传递过程,撞击时，小泡中神经递质释放，扩散至间隙,冲动到达前膜时，改变了膜上离子的通透性，导致细胞外液的钙离子向内流动，与突触前膜撞击。,（三）离子通道-生物细胞膜上都有通道蛋白组成的跨膜充水小孔。,1.离子通道的类型 电压门控离子通道：因膜电位变化而打开或关闭。如钠离子、钾离子通道。 配体门（化学门）控通道：因配体与膜受体结合后打开的通道。如乙酰胆碱受体通道、GABA通道。,2.配体门控离子通道 乙酰胆碱受体（AchR): AchR是在突触部位接受由前膜释放的神经递质Ach后被激活，引起后膜离子通透性的改变，造成离子通道（钠离子）的开放，膜去极化，产生动作电位，使兴奋继续传导。,AchR的种类： 烟碱样受体（N型） 蕈毒碱样受体（M型） 蕈毒酮样受体,烟碱样受体（N型）,分布 脊椎动物的神经-肌肉接头部位及植物神经节内，在中枢神经系统内，在小脑和脊髓的Renshaw细胞中发现。 在昆虫中，全部在中枢神经系统内。,特点 被占领的反应为骨骼肌收缩，植物神经节兴奋。 激动剂：烟碱（小剂量）、碳酰胆碱 拮抗剂：-环蛇毒素、简箭毒素、五羟季胺等,烟碱样受体（N型）,蕈毒碱样受体（M型）,分布 哺乳动物的平滑肌和各种腺体内，在中枢神经系统主要存在于打扰皮质和纹状体内。,蕈毒碱样受体（M型）,特点： 被占领后表现出来的反应是血管舒张、肠胃收缩、瞳孔缩小、汗腺兴奋。 激动剂：蕈毒碱、毛果芸香碱。 拮抗剂：阿托品、东莨菪碱。,蕈毒酮样受体,特点： 蕈毒酮与该受体有很强的亲和性。, -氨基丁酸受体 昆虫运动神经元的末梢和肌纤维形成的突触有两种类型。 兴奋性突触：递质是谷氨酸盐 抑制性突触：递质是-氨基丁酸 改变钾离子、氯离子通透性，使膜电位变得更负。结果是使突触后膜更不易因其他因素的作用而去极化，即不易兴奋。,2019/8/23,41,可编辑,章鱼胺受体 昆虫体内苯胺、章鱼胺为神经递质。,（四）递质分解酶系,1 乙酰胆碱酯酶（AChE） 生物学 功能： AChE-AC+Ch 种类：2 a AChE:真胆碱酯酶（专一性胆碱酯酶） 红血球胆碱酯酶,特点 乙酰胆碱是最好底物。 有过量底物时才产生抑制作用 10-2.5mol/L。 受抑制达到一定程度会引起动物死亡。,b 丁酰胆碱酯酶（假/非专一性胆碱酯酶） 血浆胆碱酯酶 特点： 丁酰胆碱是最好底物 不表现过量底物的抑制作用（低浓度抑制，低于10-4mol/L） 受抑制时不会引起动物死亡,2 乙酰胆碱酯酶水解过程 EAX E.AX EA E（E代 表酶， AX代表底物）,Kd=k-1/k+1,k2,k3,第一步：形成酶与底物的复合体（米氏络合物）。络合物的稳定性可以用解离常数（kd）表示，kd=k-1/k+1,kd越小，说明E和Ax的亲和力越大，络合物越稳定。 第二步：乙酰化反应生成乙酰化酶。用K2表示速率常数，K2越大，乙酰化反应越迅速。 第三步：乙酰化酶水解成乙酸，酶复活。K3越大，说明酶的复活越迅速。,全部反应从开始到酶恢复需要2-3ms,（五）各类神经毒剂的作用机制,1 有机磷酸酯类杀虫剂的作用机制 a有机磷杀虫剂的作用机制在于其抑制了AchE的活性，使得乙酰胆碱不能及时分解而积累，不断和受体结合，造成后膜上钠离子通道长时间开放，突出后膜长期兴奋，从而影响了神经兴奋的正常传导。,E+PX=PX.E PE P+E,b作用步骤 1 形成可逆性复合体 2 酰化反应 3 酶的复活 4 酶的老化：磷酰化酶在恢复过程中转化为另外一种结构，羟胺类药物不能使酶恢复活性。,X,C磷酰化反应的两个特点 利用磷原子的亲电性（局部带正电荷）攻击酶活性中心的丝氨酸羟基。-可增加磷原子正电荷的因素都可使磷酰化反应加速； 亲电反应与X集团的离去是同时进行的。P-X键极性越强，键就越容易断裂。,对AchE的抑制实质是生成磷酰化酶。 K2 、K3是决定抑制速率的2个常数。要想有强大的毒力，就要K2足够大，K3足够小。 分子中有吸电子集团造成磷原子的局部正电荷。 生成的磷酰化酶比较稳定，被抑制的AchE难恢复。 进入虫体的有机磷杀虫剂在到达作用部位以前也要足够稳定，不易水解。,d治疗药物(有机磷中毒） 阿托品：抵抗过量乙酰胆碱 解磷定：恢复酶的功能 2-PAM-I 氯磷定：恢复酶的功能 2-PAM-CL,2 氨基甲酸酯杀虫剂作用机理 a 一般认为是由于氨基甲酸酯类杀虫剂抑制了虫体内乙酰胆碱酯酶。对这种抑制作用倾向于认为氨基甲酸酯对AchE的抑制，既是因为复合物的形成也是因为氨基甲酰化酶的生成。但抑制AchE，使昆虫中毒的主要原因是形成了稳定的复合物，生成的氨基甲酰化酶因不稳定，仅是次要原因。,b kd一般比较小，即复合物E.AX很稳定。 K2很小，即氨基甲酰化反应很慢。 K3 较大，氨基甲酰化酶恢复仅几个小时（有机磷需几天甚至几个月。）,c 大多数氨基甲酸酯类杀虫剂和常用的有机磷杀虫剂混用一般不表现增效作用，甚至降低有机磷的效果。因为氨基甲酸酯类和AchE的Kd小，亲和力大，它抢先和AchE形成稳定的复合物，使有机磷失去攻击的靶子而不能发挥作用。,d 氨基甲酸酯类农药中毒治疗： 阿托品,3 DDT的作用机制 a 作用于昆虫神经系统的轴突部位，影响钠离子通道而使昆虫正常的神经传导受到干扰或破坏。 b钙离子-ATP酶学说？该酶位于神经膜外表。以ATP分解产生能量调节外部钙离子浓度。DDT抑制该酶活性，导致钙离子浓度降低。,4 拟除虫菊酯类杀虫剂的作用机制,作用机制复杂，很多还不清楚。Cammon（1981）等人按分子中有无CN基将除虫菊酯分为2类： 第一类：天然除虫菊酯、胺菊酯、丙烯菊酯、二氯苯醚菊酯等，它们与DDT相似，主要作用于神经膜，改变膜的通透性，延迟钠离子通道的关闭，负后电位延长并加强，导致产生重复后放，中毒症状表现为高度兴奋及不协调运动。,第二类：包括溴氰菊酯、氯氰菊酯、杀灭菊酯。这类虽然也影响神经膜上钠离子通道，但并不引起重复后放，反而阻断兴奋的传导，中毒昆虫不表现为高度兴奋，而是很快就产生痉挛并进入麻痹状态。Ramadand等（1988）认为主要作用于抑制性突触，即作用于GABA受体，从而改变氯离子的通透性，引起氯离子内流，造成神经膜极化，产生抑制效应。,5 林丹、硫丹及环戊二烯类杀虫剂作用机制 作用于GABA受体，或是氨基丁酸门控氯离子通道，是氯离子通道的激活剂,6 沙蚕毒素类,该类杀虫剂在生物体内可以转化为沙蚕毒素。沙蚕毒素的作用机理主要是作用于突触后膜乙酰胆碱受体，沙蚕毒素和乙酰胆碱竞争性的占领乙酰胆碱受体，使乙酰胆碱失去作用的对象，阻断神经冲动的传导；另外沙蚕毒素可作用于突触前膜，影响突触前膜钙离子的通透性，从而抑制乙酰胆碱的释放。二者的作用均是抑制神经冲动在突触的传递，致使昆虫活动减缓、呆滞、麻痹、死亡。,7甲脒类杀虫剂作用机理（双甲脒、单甲脒等甲脒类）,主要表现在2个方面，一是对轴突膜局部的麻醉作用，一是对章鱼胺受体的激活作用。 高剂量下，杀虫脒作用于轴突膜，主要是阻塞了钠离子通道，也一定程度上阻塞了钾离子通道，从而不产生动作电位，没有兴奋在轴突上传导，这即是局部麻醉。,甲脒类是章鱼胺受体的激活剂，与章鱼胺受体结合，引起与受体耦连的腺甘酸环化酶活化，从而使ATP转化为环化腺甘酸（cAMP），cAMP又活化蛋白激酶。蛋白激酶使多种活性蛋白磷酸化，从而产生各种生理生化效应，干扰了昆虫神经兴奋的正常传导，引起一系列行为的改变，如增加活动性，不断发抖，从植株上跌落等。,8阿维菌素的作用机制： 微生物代谢产物阿维菌素及其人工改造的类似物依维菌素是近年来开发的超高效杀虫杀螨杀线剂。现有的研究结果表明它们作用于GABA受体，或是氨基丁酸门控氯离子通道，是氯离子通道的激活剂。,（六）呼吸毒剂的作用原理,1 昆虫呼吸包括外部和内部两个过程： 外部： 气体交换 （窒息死亡） 内部： 细胞内呼吸（干扰能量代谢）,碳水化合物 脂肪 蛋白质,乙酰辅酶A,三羧酸循环,电子转移,氧化磷酸化,细胞内昆虫 呼吸代谢过程,2 各类药剂作用点,砷素剂 抑制含-SH基酶 氟乙酸等 抑制三羧酸循环,鱼藤酮 线粒体呼吸作用抑制剂，作用于电子传递体系。（切断NADH脱氢酶与辅酶Q间呼吸链） 氢氰酸 是呼吸链细胞色素C氧化酶抑制剂。,磷化氢的作用机制： 导致昆虫体内产生氧自由基，引起集体细胞氧化-还原平衡的改变，脂类及其他组织成分的过氧化，活性蛋白失活。 其它 二硝基酚类杀螨剂：是氧化磷酸化的解偶联剂,（七）昆虫消化毒剂的作用机制,昆虫的消化系统是昆虫对食物进行消化、吸收的主要场所。对消化系统的破坏，必将导致昆虫营养不良，生长发育受阻乃至死亡。我们把主要作用于昆虫消化系统，即主要以消化系统为初始靶标的杀虫剂称为昆虫消化毒剂。消化毒剂对昆虫主要有两类靶标：一是破坏中肠，可称之为中肠组织破坏剂；二是影响消化酶系，可成为消化抑制剂。,1 Bt内毒素： 细菌杀虫剂苏云金杆菌的主要杀虫活性成分是在芽孢形成其产生的伴孢晶体毒素，它有许多称之为“杀虫晶体蛋白”或“内毒素”的亚单位组成。,2.二氢沉香呋喃类化合物 从杀虫植物苦皮藤中分离出苦皮藤素、等二氢沉香呋喃类化合物，很可能是消化毒剂。,第二节 杀虫剂的选择性机制,杀虫剂的选择性：指同一种杀虫剂对不同生物表现不同的毒力或毒性。如在害虫与脊椎动物之间，害虫与天敌之间，害虫与益虫（传粉昆虫等）之间都存在毒力（毒性）的差异。,一、生理选择,生理选择：指