第三章 杀虫剂及杀虫剂毒理.doc

第三章 杀虫剂及杀虫剂毒理本章内容主要讲解杀虫剂毒杀机理及各种常用杀虫剂的性质特点，作用方式，在生物体内（昆虫、植物）代谢，防治对象及使用方法。杀虫剂毒理（Insect Toxicology）,主要研究各种杀虫剂对昆虫的毒杀机制和昆虫对杀虫剂反应的学科。它包括药剂对昆虫的穿透与分布,生物转化与排除,对靶标部位的作用,以及选择毒性与抗药性的关系等内容。第一节 杀虫剂的穿透与在昆虫体内的分布一杀虫剂进入昆虫体内的途径:杀虫剂进入昆虫体内的途径,也就是杀虫剂的作用方式(Mode of action of insecticide):指杀虫剂侵入昆虫体内的方式及达到作用部位的途径和方法。杀虫剂的杀虫作用，除本身毒剂外，首先必须以一定的方式侵入虫体，进入虫体内到达作用部位，然后才能在靶标部位（Target）起作用。因此了解杀虫剂的作用方式对科学使用农药，提高防治效果与经济效益，减少农药对环境的污染都有重要的理论意义和实用价值。杀虫剂作用方式就是指杀虫剂进入虫体内途径，主要有：1通过昆虫体壁进入：药剂与昆虫表皮或跗节接触后，能够穿透体壁进入体内而达到作用部位,使昆虫中毒死亡。这种作用方式，称为触杀作用（Action of contact poisoning）。具有触杀作用的药剂，称为触杀剂。如常用的辛硫磷、对硫磷、溴氰菊酯、甲氰菊酯（灭扫利）。影响触杀作用的因素主要是昆虫表皮的构造与触杀剂的理化性质：（1）昆虫的体壁构造：我们学习过普通昆虫学，可知，昆虫体壁由表皮层、真表皮和底膜。表皮层来源于皮细胞分泌的非细胞质物质，硬化以后成为昆虫的外骨骼，这是节肢动物的重要特征，因而表皮层又可分为三层：（由外向内）（昆虫体壁构造图示）表皮层外表皮上表皮内表皮护蜡层：主要成分类脂和鞣化蛋白蜡层：含C25C34个碳原子的碳氢化合物（蜡质）角质精层：类脂、鞣化蛋白几丁质和蛋白质几丁质和蛋白质 由此可见，昆虫上表皮中所含蜡质、类脂及鞣化蛋白质都是非极性化合物（疏水性物质）与水，没有亲和性。脂溶性强，水溶性弱，不易被水所湿润。任何一种杀虫剂在穿透昆虫体壁时，首先必须在昆虫体壁上湿润展布。否则，药剂就会聚集呈水珠状，从昆虫体壁上滚落下来而流失。还有一些昆虫如蚧螨类害虫，体壁上由于覆盖了较厚死亡蜡质药剂，更不易湿润。（2）杀虫剂的理化性质：药剂与昆虫体壁的亲和性，主要取绝于农药加工中所采用的乳化剂、湿展剂及溶剂的作用。乳化剂和湿展剂的表面活性作用，可使药剂很容易在昆虫体壁上湿润与展布，溶剂的作用可溶解昆虫上表皮中的蜡质类脂及鞣华蛋白质，并携带药剂穿过上表皮。昆虫体壁的外表皮、内表皮都是由几丁质和蛋白质组成的，为亲水性物质，可允许极性化合物通过。（动画）任何一种触杀剂在穿透体壁时都要有这样一个过程：药剂必须首先在昆虫体壁上湿润展布，药剂具有的脂溶性药溶解上表皮的蜡质及类脂，并携带药剂穿过上表皮。药剂具有的水溶性可通过外表皮、内表皮和底膜，最后达到作用部位，才能发挥良好的触杀作用。因此，具有触杀作用的杀虫剂必须要有水溶性和脂溶性。除此之外，由于昆虫体壁构造的差异，使得昆虫体躯硬化程度不一致。因此，杀虫剂对昆虫体壁的穿透速率不同，昆虫的中毒速度也不同。下列部位药剂容易穿透且昆虫容易中毒：节间膜、触角、足等薄膜处，药剂易通过。昆虫的感觉部位，药剂易侵入。药剂入侵的部位离脑和体神经愈近，中毒愈快。幼虫不同的龄期药剂进入速度不同，幼龄幼虫体壁及刚脱过皮的幼虫，药剂易于入侵。幼虫脱皮前，新旧表皮之间有脱皮液（含有各种酶类），药剂不易通过。因而，杀虫剂作毒力测定时，要选择刚脱过皮的34龄幼虫。2通过昆虫口器进入：药剂随食物经昆虫口器进入消化道中被中肠吸收，通过循环系统到达作用部位所引起昆虫中毒致死的作用方式，称胃毒作用（Action of stomach poisoning）。有胃毒作用的药剂称胃毒剂，如有机磷的敌百虫，菊酯类农药等。胃毒剂的胃毒作用应具备以下两个条件：（1）昆虫嗜食而不引起呕吐或腹泻：因昆虫呕吐，腹泻是一种自我解毒方式，可降低胃毒作用的效果，如有一种夜盗蛾幼虫取食含有砷酸钠的毒饵后，由于中肠肌肉收缩而停止取食。将已吞食的毒饵呕吐出来，同时刺激消化道内分泌液增多。在消化道的毒饵成水泻状排出体外，菊酯内农药对多数昆虫有呕吐现象。夜蛾科的幼虫对无机杀虫剂也有呕吐现象。（2）药剂随食物进入消化道可被溶解吸收：这本身与药剂的分子量在消化液中的溶解度、解离度等性质有关。昆虫体内消化液的酸碱度也是决定药剂能否被吸收的重要因素。如：巴黎绿、氟化钠、氟硅酸在鳞翅目的一些幼虫消化道内，吸收量较少，是因为这些幼虫体内消化液的PH=9.29.7。解离度大，不易透入。蝗虫体内，消化液PH为6.8，吸收较多，胃毒作用强。除此，昆虫体内还有很多消化酶可分解胃毒剂使其无毒，如夜蛾类幼虫的脂肪酸可分解菊酯类农药，而有机磷药剂则可抑制消化酶而增加胃毒作用效果。理想的胃毒剂应该是分子量小、溶解度大、解离度小。（3）含有杀虫剂的食物对昆虫无忌避，无拒食作用：昆虫的感化器对化学药剂很敏感，但感化性依化学物质种类不同而有差异：一般昆虫对无机物感觉能力差，对有机合成的脒类杀虫剂，鳞翅目幼虫有拒食作用。昆虫对有机合成的杀虫剂反应差别较大，对有些有机合成药物感化性很弱。昆虫的味觉作用很强，药剂若在食物中含量过高，会立即产生拒食作用。因此，在杀虫剂胃毒作用测定中和配制毒饵诱杀昆虫时，药剂浓度不宜过高。有一个值得思考的问题：为什么具有触杀作用的药剂也可通过昆虫消化道的前后肠而发生胃毒作用？从昆虫的胚胎学可知：昆虫的消化道的前、后肠和体壁来源相同，都是由胚胎发育前端的外胚层发育而来。前、后肠是体壁内陷而形成的，所以这就是具有触杀作用的药剂也可通过昆虫消化道的前后肠而呈胃毒作用。真正的胃毒剂应该是进入消化道后通过中肠（中肠是昆虫在真正的胃，它是由内胚层发育而来），对于杀虫剂的胃毒作用方式没有严格的划分，只能是以凡是能通过口器，进入消化道中，通过前、中、后肠致死昆虫的都称为胃毒剂。把药剂能否通过中肠也就忽略了。在昆虫的消化道中，前后肠有利于水分吸收，中肠肠壁较柔软，容易蠕动有利于食物消化吸收，有利于亲水性物质穿透肠壁。从研究乐果及乐果类似物发现，药剂穿过中肠的能力与药剂本身的急性呈正相关，即药剂亲水性越强，对中肠穿透能力越强。3.通过呼吸道进入：杀虫剂气化所产生的有毒气体，通过昆虫的呼吸系统进入体内，使昆虫中毒致死的作用方式称胃毒作用(action of fumigant poisoning)。具有熏蒸作用的杀虫剂称熏蒸剂。如溴甲烷、氯化苦、磷化铝、硫酰氟等等。该途径只对粮仓害虫，部分卫生害虫而言。田间仅用于茂密的森林及作物中，烟剂也可通过呼吸道进入虫体内。昆虫的气管也是由体壁内陷形成的，因此气管的内壁与表皮构造相同。气门是体壁内陷时的开口，可挥发的药剂通过气门、气管、支气管、微气管，最后达到血液而挥发毒效。杀虫剂通过呼吸道进入体内是一条捷径，该途径最短、最快。熏蒸剂药在密闭条件下使用，药剂才能迅速气化，以便能够在较短时间内使用气体，达到杀虫的有效浓度。熏蒸剂是以气体状态起作用的。因此，他同昆虫的接触效率，防治效率均高于喷雾法。因气体分子在空间有很强的运动能力，可自行扩散到空间的任何一个角落，田间使用熏蒸剂必须选择晴天。高温下用药剂有利于药剂气化，可取得良好的效果，但残效期会相应的缩短。影响熏蒸作用的因素主要有：（1）昆虫对药剂没有忌避作用：如梨园蚧对氰氢酸的抗药性就是关闭气门，蝗虫遇到氰氢酸所产生的自卫反应就是关闭气门。（2）为了提高熏蒸效果，可在药剂中加入促进昆虫气门开放的化学物质。因昆虫气门的开办结构是由化学刺激神经冲动控制气门肌实现的，加入乙酸乙酯促进气门开放，熏蒸效果剧增，增加CO2浓度，可提高昆虫呼吸频率，提高熏蒸效果。因此，一般使用熏蒸剂防粮仓害虫时，常在药剂中混入CO2气体。除以上三个主要途径外，杀虫剂还有以下作用方式：4.内吸作用：杀虫剂被植物根、茎、叶吸收后，可在植物体内运转或转化成为毒性更大的物质。昆虫取食带毒的茎叶而发生的中毒作用称为内吸作用。具有内吸作用的药剂称为内吸剂，如氧乐果、久效磷等。这主要指用于防治刺吸式口器所使用的内吸剂，有时把该作用方式归为胃毒作用中。理想的内吸剂主要具备以下过程：植物吸收药剂药剂在植物体内转移（或转化为毒性更大的物质）经过一个作用时期后代谢为无毒化合物。（动画）植物的根、茎、叶均有吸收作用，因而内吸作用发生的途径很多。根通过土壤处理、根区施药根等茎杆包扎、茎杆涂抹茎杆注射茎杆叶片主要通过喷雾法 进入植物体内的内吸性药剂，主要是向定性传导，即随蒸腾液流向上传导，故内吸性药剂根施比叶施效果好，另外，叶部处理的药剂向下传导的量较少，内吸剂也要做到均匀喷布。有些杀虫剂在植物叶片上仅能定量渗入到组织内，而不能在体内输导，这种方式不是内吸剂，而是内渗作用。5.药剂的杀卵作用（ovicidal action）药剂与虫卵接触后，进入卵内阻止卵（胚胎）的正常发育，降低卵的卵化率或直接作用于卵壳使幼虫或虫胚中毒死亡，这种作用方式成杀卵作用。有杀卵作用的药剂称杀卵剂。有些害虫如果树食心虫、棉铃虫、梨星毛虫等钻柱型、卷叶型等隐蔽害虫。若在卵期内不及时防治就会给以后的防治带来困难，因此可使用杀卵剂宜在害虫成虫产卵前后使用，阻阻止卵发育或杀死虫卵。昆虫的卵对杀虫剂或外界恶劣环境有较强的抵制力。主要是虫卵外有一层保护层，许多有效的杀虫剂很少有杀卵作用，就是因为不能穿透卵壳。昆虫卵壳的构造与表皮不同，它是由卵母细胞分泌出来的（即卵巢管中的卵母细胞）卵壳分为两层：抗性外卵层：由蛋白质与脂肪组成软内卵壳：由蛋白质组成，这一层有许多小孔，称卵孔。卵壳构造复杂。由S键和H键（sH）交叉联结形成的蛋白质构造。杀卵剂应具备如下作用方可起到杀卵作用：使卵壳硬化与钙化，胚胎干死：如石灰硫磺合剂具有该作用。包围卵壳，阻碍胚胎呼吸，积累有毒代谢物质，使卵窒息致死，如一些油剂对蚊卵、叶螨卵和苹果小卷蛾卵的作用。通过呼吸孔、授精孔进入卵壳内，有些杀卵剂如苯甲酚、二硝苯酚可通过呼吸孔、授精孔或穿透卵壳保护层进入卵内使卵内蜡质溶化，渗透入卵黄膜，使卵中毒，胚胎发育停止而致死。药剂对初孵幼虫有毒：当卵壳喷布药剂后，初孵化若虫爬过卵壳接触药剂而死亡，如久效磷防棉铃虫卵，主要是杀死初卵幼虫。药剂进入卵内，只要穿透卵黄膜，才能发挥杀卵作用，如将二十八星瓢虫卵、蜚蠊、蝗虫卵浸入石油，油内透入卵壳。但不能穿透卵黄膜，因而杀卵作用不够强。因此在研究杀虫剂的杀卵作用时，首先应考虑如何破坏或进入卵壳的保护层，再穿透卵黄膜，使卵中毒死亡。（略讲或根据情况不讲）一些特异性农药的杀虫作用，主要具有以下作用方式：驱避作用（Repellent action）:药剂本身无杀虫能力，但可驱散或使害虫驱避远离施药区，达到不危害作物的目的。拒食作用（Antifeedants effect）:害虫取食拒食剂后，其正常的生理机能被破坏，消除食欲，拒食而死。不育作用（Sterilzing action）:害虫拒食不育剂后，睾丸、卵巢退化、抑制精子，卵子的产生或杀死所产生的精子、卵子，或者是破坏精子、卵子中的遗传物质。害虫所产生卵不能孵化。可分为雄性不育，雌性不育或两性不育。引诱作用（attracting）:这种化合物与杀虫剂混合使用，药剂能将害虫引诱一处，以便集中防治，分食物引诱、性引诱或产卵引诱三种。激素干扰作用（Hormonal interference）杀虫剂可干扰害虫本身体内激素的消长，改变其正常的生理过程，使其不能完成整个生活史，从而达到消灭害虫的目的。二、杀虫剂在昆虫体内的转移与分布杀虫剂穿透体壁或生物膜后，即刻进入血淋巴中，然后很容易被运送到虫体的组织中。在任何时间内，杀虫剂在各组织中含量的总体水平有渗透向平衡。生物的转化排泄的速率决定，且含量多少与药剂的靶标有关。杀虫剂一进入虫体就面临着被解毒，敏感品系由于缺乏对杀虫剂的解毒机制或解毒机制不健全而中毒死亡。抗性品系对药剂耐受能力强，主要是由于虫体解毒速率接近杀虫剂的穿透速率，进入虫体的杀虫剂迅速被代谢解毒或贮存。杀虫剂在昆虫体内的分布动态是比较复杂的，受到多种因素的影响，如杀虫剂的理化性质，昆虫本身存在的生理生化特点等。杀虫剂在昆虫体内的穿透、分布、代谢和靶标作用，均与杀虫剂的分子结构有关。同时也与杀虫剂在昆虫的疏水部位和水溶液之间的分配有关。假定淋巴液是所有杀虫剂重要的输送相，为了获得最理想的毒力一个化合物必须很容易地从体壁分配到雪淋巴液中，再从血淋巴液分配到神经组织。理想的杀虫剂应该在血淋巴液和其它组织（消化道、脂肪体）之间的分配应达到平衡。杀虫剂在昆虫体内分布平衡示意图何首林等(1983)研究了3H-738(3H-JHA-738)在家蚕组织器官内的分布动态和比例，发现进入家蚕体内的3H-JHA-738主要分布在脂肪体、体壁及性器官内，而其他组织中分布较少，如血淋巴中仅占34，但脂肪体内却可高达60左右。侯能俊等(1986)用14C氰戊菊酯处理棉铃虫幼虫，却发现14C氰戊菊酯在虫体内部器官组织中的分布以消化道、马氏管内最高，而脂肪体、体壁等组织内较少。陈文奎(1987)用14C敌百虫处理不同季节的荔枝蝽，测得的14C敌百虫在荔枝蝽体内组织器官的分布，主要以头部、前胸背板等处最高，而脂肪体、消化道内的分布相对较少。杀虫剂在昆虫体内传导与分布的研究方法，一般用放射性标记杀虫剂的方法来标记。一般是在药剂点滴到虫体一定时间内，把致死的昆虫匀浆，并分析各组织中杀虫剂含量。研究杀虫剂对昆虫穿透与分布，对研究害虫抗药性和昆虫生长发育抑制剂有很重要的意义。第二节 杀虫剂的作用机制（杀虫剂对靶标部位的作用）杀虫剂在昆虫体内的动力学过程，包括药剂进入生物体内的渗透与分布，在器官和组织中的积累及生化反应，影响昆虫的正常生理活性，甚至导致昆虫致死的过程，不同药剂作用机制不同。杀虫剂经体壁、呼吸道的穿透和呼吸系统进入体内的药剂最终进入到血淋中（体液淋巴），通过血液循环达到神经部位其作用，能够在神经部位其作用，或抑制昆虫神经系统信息传导的药剂都称为神经毒剂。大多数的杀虫剂都是神经毒剂。一、神经毒剂的作用机制：（一）神经系统的概念：1昆虫神经系统的组成：动物最原始的神经系统是网状的（如扎螅），第二阶段是梯状的（如滴虫），最后发展为现在的链状神经系统。包括脑和一连串的神经节，即集中又分散并交织成网状，昆虫就是链状的神经系统。主要有三部分：（1）中枢神经系统：包括脑和各体节（腹、胸部）的腹神经索，它是协调中心。（2）交感神经系统：由脑向消化道分出的侧支，调节昆虫的内脏和分泌器官，受中枢神经系统的控制，但控制不完全，有时还有一定的自主性，其功能：控制食道的蠕动。气门关闭和生殖器官的活动。（3）周缘神经系统：由腹神经索的神经节和脑向身体的各个部委发出的大量神经纤维，分别作用于感觉器官、反应器、肌肉上。可感觉外界环境的信息向内传导或中枢神经系统的信息向外传递。高等动物的神经系统与昆虫神经系统的区别：（1）高等动物有负交感神经系统（昆虫无）,交感神经系统和负交感神经系统互相协调又相互控制，二者合称为自主神经系统。（2）运动神经原及神经纤维末梢的化学传递介质不同。昆虫为各胺酸，高等动物为乙酰胆碱。（3）高等动物的中央神经系统较集中，昆虫比较分散。2昆虫的血脑屏障生物膜：中枢神经系统的外围有一层保护组织，外层是神经鞘（围膜）,里层是神经索膜，两层之间为电绝缘，称血脑屏障，具有保护中枢神经系统的作用。生物膜的保护作用和选择性：是可阻止生物进入神经组织，生物膜可阻隔分子量大的、离子状的化合物，可允许分子量适中、分子状态的物质进入神经组织。3神经原：它是神经组织的基本结构单元，包括一个细胞体、及其发出的神经纤维和所有的侧支。（一个细胞体和两个突起：轴突、树状突）（图示）图3-4 昆虫神经原杀虫剂在昆虫体内的分布动态是比较复杂的，受到多种因素的影响，如杀虫剂的理化性质，昆虫本身存在的生理生化特点等。模式构造图 图3-4昆虫神经原分类图3-4昆虫神经原分类 神经原依功能可分为以下三种：（1）感觉神经原：细胞体与感觉器官相连，神经纤维与联系神经原或运动神经原相连（构成突触联系），向内传导外界信息。（2）联系神经原：细胞体在中枢神经内，纤维的主枝和侧枝与感觉神经原和运动神经原相连（突触传导），联络信息。（3）运动神经原：细胞体位于神经结四周边缘，发出的纤维与感觉神经原和联络神经原的纤维相连或直接与感觉器官相连。将中枢神经系统内的信息向外传导。特点传导信息速度快。4突触：两个神经原末梢相连的特殊的结构，其功能是发出传导机能联系，是信息传递的主要渠道。在神经系统内这样的突触部位有无数个。5反射弧：在中枢神经内，最简单的一次传导途径，它包括：感觉器（接受刺激 ）感觉神经原及感觉神经原纤维联系神经原纤维及运动神经原肌肉等反应器上，引起动作反应或反射作用，可用图表示：图3-5昆虫神经反射弧模式构造 内脏肾上腺素交 感脑神经节联系神经运动神经肌肉感觉神经介质：谷氨酸Ach（高等）Ach 因此，昆虫传递信息有两个过程：（1）信息在神经纤维部位的传递：相似于自然界电流的传递，也称“生物电流传递”（2）神经突触间的化学传递。（二）昆虫传递系统传递信息的基本生理机制：1生物电流的传递（轴突部位的传递）昆虫的感觉器官无论接受外界物理和化学的刺激都要在纤维部位转变成生物电流的传递，形成神经冲动，沿着神经纤维传入神经系统。神经纤维上的信息传递（轴突部位的传递），主要依靠神经膜内外Na、K浓度的差异，引起生物电的改变，产生神经冲动。一条完整的神经纤维，在静止时，神经膜内含有大量的有机阴离子，膜外有许多阳离子Na、K。正常时K可以通透，Na不易通透。因而形成了膜内K浓度高，膜外Na浓度高。膜点位为外正内负，称为静止膜电位。（K显示负电位，Na显示正电位）当接受到刺激后，膜的门Pr受到影响，使Na门开放，在神经纤维的某一部位产生兴奋，兴奋部位膜的通透性发生改变，K+大量涌出膜外，Na+进入膜内，使膜外电位下降，膜内电位升高，形成膜的去极化状态，造成膜电位内正外负，产生脉冲形成的动作电位，也称生物电流，这种电流符合“全”、“无”规律（即电流不因导体的长短而减弱）。这一刺激传导大约在1毫秒之间，去极化状态形成后，Na门关闭，Na+不能通过，K+的大量涌出产生积累，形成膜内外的离子浓度差，为调节神经平衡，而又使K+进入膜内，产生缓冲波动，形成了超去极化和负后电位。2突触间的化学介质传导：神经节内或神经与肌肉连接处，并不是直接相通，而是构成突触联系。当生物电流通过轴突传导神经末稍的突触部位时，生物电流的传递要变成化学传递，这种化学介质称为神经递质。突触间的化学介质主要有：除了交感神经系统与内脏的传递介质肾上腺素和运动神经原与肌肉连接的传递介质谷氨酸、氨基丁酸、去肾上腺素、谷酰胺，其余各处突触部位上的介质大多为Ach。下面以Ach为例讲解突触部位Ach传递介质的机制：突触部位是200500宽的一个间隙，间隙前端称突触前膜，间隙后端称为突触后膜，化学介质Ach存在于突触前膜的泡囊中。突触前膜含有大量的Ach泡囊，当膜受到脉冲波的刺激时，膜前端收缩，促使Ach泡囊开始移动，膜外部Ca2+的内流产生的电位差使泡囊破裂，并释放出Ach分子。每个泡囊大约有1000-2000个Ach分子。Ach分子 通过扩散作用向突触后膜移动，后膜上有AchR。当Ach分子作用于AchR后，可引起后膜电位和膜通透性的改变，激发动作电位向神经纤维传导。突触部位的神经动作电位持续时间很短，即可被后膜上的吸附的AchE分解为乙酸和胆碱，消除兴奋作用。乙酸和胆碱在胆碱乙酰化酶的作用下合成Ach，重新回到前膜的泡囊中，等待下一次的神经冲动的传导。简式表示：Ach囊泡接受刺激释放AchAchRAch+Pr+神经膜传递刺激感觉器AC+ChAchATP胆碱乙酰化酶AchE （三）各类神经毒剂对昆虫神经系统的作用机制1.杀虫剂对AchE的抑制作用：（1）AchE的生物学特性：生物体内能够分解Ach的酶有两种：A：AchE:来源于血红球，特点：Ach是AchE最好的底物，它表现底物过量的抑制作用。B：丁酰胆碱酯酶：来源于血球，特点：丁酰胆碱是它最好的底物，它不表现底物过量的抑制作用，也称为血球胆碱酯酶，对抑制剂非常的敏感。高等动物体内的这两种酶都存在，昆虫体内未发现丁酰胆碱酯酶，有机磷化合物对AchE和丁酰胆碱酯酶均有活性，AchE受到抑制时，达到一定程度则引起动物死亡。但丁酰胆碱酯酶受到抑制时不会引起动物死亡，并且在低浓度下也可对丁酰胆碱酯酶有活性。因此，在测定农药时，高等动物中毒程度时，常测有机磷对丁酰胆碱酯酶的活性。（2）AchE的作用（与底物Ach作用步骤）：AchE与底物形成复合物。酶与乙酰基结合，形成乙酰化酶，放出胆碱。水解反应：乙酰化酶被水解，形成乙酸，恢复原初酶状态。整个反应可用公式表示：E+AXEAXEAE + AK2水解K + 1K1 用解离常数Kd=，表示底物和酶的亲和力，Kd越小，亲和力越大。K2：酯酰化反应常数K3：脱酯酰基的水解常数AchE与Ach的作用部位有两个：催化部位（酯动部位）：与底物进行反应的部位，主要是AchE上的丝氨酸（HOCH2CHCNH2COOH）上的-OH与Ach的乙酰基产生反应。结合部位：AchE与Ach在酯动部位上产生反应之前，AchE与Ach先结合形成一个复合体，因而称结合部位，也称阴离子部位。目前研究已知的AchE上的5-6种结合部位。（3）有机磷及氨基甲酸酯类杀虫剂对AchE的抑制作用：有机磷及氨基甲酸酯类与Ach一样，都是AchE的底物，所不同的是Ach是正常的底物，有机磷及氨基甲酸酯类是不正常的底物，AchE分解三者的速度不同，分解Ach最快，氨基甲酸酯类次之，最后是有机磷。甚至有时AchE不但不能分解有机磷及氨基甲酸酯类，反而被有机磷及氨基甲酸酯类抑制其活性而失去作用，使信息传导反阻。有机磷与AchE形成磷酰化酶后，使AchE不能起作用，失去活性，造成突触间大量的Ach积累，使正常的神经传导中断。上述过程也可用下列简式表达：PXEPEK2K3P+E脱去酸性基团XE与有机磷复合体PX+E有机PAchEKd 磷酰反应实际是有机磷与AchE中的亲核基-OH之间的亲电反应。Kd=，AchE与有机磷化合物的解离常数，值越小，表示药剂与AchE的亲和力越强，亲和力越强，毒力越高。因不同的药剂对昆虫有不同的毒力，所以不同的药剂Kd值不同。可以用Kd值来比较有机磷农药毒力的大小：K2：酯酰化反应常数 K3：脱酯酰基的水解常数特点：有机磷抑制AchE后，形成的磷酰化酶较稳定，酶不易复活。磷酰化酶稳定主要取决于有机磷结构式中的P原子的正电性。使得氧的电负性增强，可紧密地吸引AchE上的电子，形成稳定的磷酰化酶。有机磷结构式中造成P原子的正电性的原因：主要取决于双键上的氧或硫与酸性集团上的负性也有关系。如果双键上是氧原子，酸性集团的电负性很强，则可造成P原子的正电性很强。氧和硫均可吸引电子，但氧的吸电子能力（电负性）大于硫，因而这就是氧乐果比乐果、氧化马拉硫磷比马拉硫磷、对氧磷比对硫磷毒力高的原因。酸性集团也成为电子集团。可以使电子云偏向x（酸性集团）。造成P原子的正电性。但有机磷杀虫剂中不要求酸性集团亲电性过强，因酸性集团亲电性过强，易造成酯键断裂，药剂容易分解，毒力下降，药效不稳定。其次，氧的电负性过强，亲电能力强，毒力高，昆虫容易产生抗药性。因此，双键上是氧和酸性集团部位要选择好适应的取代基。氨基甲酸酯类及有机磷相同，对AchE的抑制可用简式表示：KdK3K2 CX +E CXE CE C + E氨基甲酰化酶 特点：氨基甲酸酯类抑制AchE形成氨基甲酰化酶，但是不如磷酰化酶稳定，AchE易复活。据测定使AchE活性恢复50%只需20s, 有机磷形成的磷酰化酶恢复50%需几天。氨基甲酸酯类分子结构式中，要求碳原子的正电性。酸性集团吸引电子的能力也以酯键稳定为宜。（4）酶的复活与老化酶的复活：被抑制的AchE靠水解作用而使酶恢复活性，称酶复活。高等动物农药中毒后，被抑制的AchE可用化学药物使酶复活，有些药物已作为高等动物农药中毒后治疗的药剂，这些药剂都是亲核试剂，主要作用是攻击磷化酶中的P原子，从而取代P原子。酶的老化：磷酰化酶在恢复的过程中，可转变成另一种结构，解毒药物不能使AchE复活，则称为酶老化。因此，高等动物有机磷农药中毒后，抢救要在酶老化之前。酶老化的原因：主要是磷酰化酶的脱烷基反应。解毒药物只认EP，而对脱烷基的EP不起作用，AchE不能复活。解毒药物的反应：E+PX PE+XPE+A(解毒药物) P+EA E(复活)+ A 其中：EA表示酶与解毒药物的复合体，AchE仍处于抑制状态。解毒药物A也PE结合，把P从E上赶出来，但EA中的E仍处于被抑制状态，关键是二者结合后，很快水解，才能恢复AchE的活性。这类解毒药物主要是2PAM类药物（解磷啶、氯磷啶）2-PAM类药物的特点：与AchE结合力很强，直接攻击磷原子，使磷原子脱离AchE。恢复AchE的活性，本身又可进一步解离。离解度大，水溶性强，对高等动物生物膜，不易透过。主要作用于神经末稍与肌肉突触部位被抑制的AchE，对在中枢神经系统中被抑制的AchE的作用小。主要作用：抑制过量的Ach，消除兴奋作用。作用原理：阿托品进入突触后，于Ach在受体的结合部位上产生竞争。如果阿托品与AchR结合形成复合体时，Ach就不能与AchR结合。但阿托品与AchR结合后，不能激发AchR离子通道的开发，不能引起突触后膜的通透性。因而阿托品是阻止Ach分子对突触后膜激发产生的神经兴奋。同时使AchR离子通道处于关闭状态，从而消除兴奋作用。（5）解毒氨基甲酸酯类中毒后，只能用阿托品解救，但用量不能太多。12/次，2小时一次。有机磷中毒后，可用解磷啶或氯磷啶解救，恢复AchE的活性：0.51g/次,缓慢滴注或日服三次，连服12天。2.占领AchR（烟碱和沙蚕毒素类杀虫剂）烟碱和沙蚕毒素类杀虫剂（还有杀螟丹）的作用机制主要是占领AchR，使正常的Ach不能与AchR结合，造成昆虫神经传导的阻断而致死昆虫的。据有关专家证实，烟碱作用是AchR受体。其机制是：烟碱与乙酰胆碱的结构相似。昆虫毒理学专家研究认为：含有碱性氨基酸的化合物对昆虫均有活性，而烟碱正具有这样的结构。烟碱的结构是3吡啶甲胺酸上带有一个氨基，故烟碱可直接结合在受体上，与AchR抑制剂蕈毒碱样，都具有相同的作用。烟碱对受体有选择作用，只对蕈毒碱体有效，对烟碱样受体无作用。AchR也是一种Pr，其氨基酸含有与本身的AchE的氨基酸含有相似，碱性氨基酸1112克分子%，酸性氨基酸1926克分子%，天门冬氨基酸的含量比各氨基酸含量高。AchR有两种：烟碱受体和蕈毒碱样，在果蝇中还发现了蕈毒铜样的受体，它不但对蕈毒铜敏感，对烟碱样和蕈毒碱样同样敏感。高等动物体内没有蕈毒铜受体，为合成选择农药提供了线索。沙蚕毒素类杀虫剂首先的是阻止了后触后膜的离子通道的通透性。但究竟是占领AchR，还是直接对离子导体产生作用，还有不同的看法。但是一点是共同的：沙蚕毒素类对AchR有选择性。无论是烟碱样受体，还是蕈毒碱样受体同样有作用。因1，4二硫苏糖醇（Dithiothreitol,DDT）是AchR的有效的抑制剂，而沙蚕毒素类杀虫剂正与DDT相似。杀螟丹（杀虫磺，杀虫环）的作用机制有两种解释：在昆虫体内光代谢为沙蚕毒素，再直接对AchR起抑制作用，或是在虫体内代谢为DDT再与AchR起作用，进而影响突触后膜上的离子通道。直接与AchR起作用，进而影响离子通道有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂，除抑制AchE外，还有一个副作用，即对AchR起抑制作用。3.作用于神经轴突的药剂（DDT、菊酯类）神经轴突的通透性主要是Na门的作用，正常条件下Na门受门Pr的控制，DDT主要作用于Na门，使膜失去通透性作用，破环正常传导。昆虫毒理学家研究认为：DDT对Na+通道的影响，其作用的受体不是蛋白质，而是离子导体的三维结构。DDT进入神经轴突膜内后，分子发生形变形成分子楔结构，分子顶点的距离（11.5）与水合Na+的宽度（Na门的宽度14.0）相似。分子楔正好嵌入神经膜三维结构中的空隙受体点上，从而影响Na+的穿透速度，形成不正常的负电为位，阻塞离子通道。据试验证实：当DDT作用于节肢动物时，去掉足，但是仍然在颤抖（足分布比较多得神经纤维），DDT处理肌肉需10000ppm方可作用，但作用于神经器官神经原需0.01ppm就可中毒。DDT和菊酯类在中毒症状和电生理上有共同之处：DDT和菊酯类的中毒现象都是兴奋、痉挛、麻痹，最后死亡；二者均是负温度系数药剂，即在1535范围内，温度较低，对昆虫的毒力较高；DDT和菊酯类是交互抗性药剂；通过电生理试验，都是明显的负后电位，即一次刺激能产生重复放电。电生理研究发现：DDT刺激首先引起一系列的电位波动，即重复放电，相当于中毒症状的兴奋期;随后发生不规则的重复后放相当痉挛期；最后重复后放的减弱和停止相当中毒症状的麻痹期与死亡。菊酯类也有相似的电生理现象。DDT引起这些电生理现象有两种解释：认为DDT进入虫体，与细胞膜上的受体向结合，影响了Na+透入膜内。认为DDT对膜表面的Ca2+-ATP酶有抑制作用，导致Ca2+浓度降低，影响了Na+通过，Na通道受阻引起重复后放，阻断了神经传导，使昆虫死亡。菊酯类和DDT引起的中毒症状和电生理效应极为相似，即推论二者有相同的作用机制，但二者在中毒症状上还略有不同：(1)菊酯类有很强的击倒作用，这证明对昆虫的中枢神经系统可产生麻痹作用，DDT是麻痹中毒，兴奋痉挛麻痹时间长(十几小时后)死亡，证明药剂转移至中枢神经系统速度较慢；(2)DDT无复苏性，菊酯类有复苏性。以上都是从中毒症状上得到的相似处和不同处，其真正的作用有待于进一步证实。4.刺激突触前膜大量释放Ach分子，引起前膜Ach积累（六六六、环戊二烯、狄氏剂等）研究发现：六六六、环戊二烯、狄氏剂等主要作用于中枢神经系统的前膜部位，最明显的是造成突触间大量的Ach积累，促使突触前膜Ach泡囊过度释放Ach，导致胆碱乙酰化酶来不及合成，而引起过度的兴奋作用。神经膜上存在大量的Ca2+，可加强Ach泡囊释放Ach，而Mg2+可阻止Ach泡囊释放。因此用狄氏剂处理昆虫时，可造成子发活动脉冲数增加，即促进Ach的释放。加入Mg2+可抵消狄氏剂对Ach的释放作用。试验证实，六六六、狄氏剂不是作用于AchR，也不是AchE，而是促进突触前膜上大量释放Ach，导致昆虫过度兴奋而死亡。5.对胆碱乙酰化酶的抑制作用：化学药剂如果可以抑制胆碱乙酰化酶，使乙醇和胆碱不能合成Ach，造成突触间Ac+Ch的过量的积累，而释放了大量的Ach分子的泡囊又不能得到补充，也可破坏正常传导。这类药剂经过多年研究已被发现出来：主要有三类：顺丁烯亚胺、卤代硫乙酸苯酯和内乙酰脲类。这些药剂可作用于突触前膜上，经长期刺激使Ach用尽，而刺激Ach又不能合成出来。此时神经传导完全阻断，当这些化合物被代谢后，昆虫合成Ach的能力又可恢复。因此，这些药剂可使昆虫中毒，抑制率达90%。但是昆虫不死亡，不宜作为杀虫剂使用，可作为其它神经毒剂的增效剂。如作为菊酯类药剂的增效剂，可减少神经毒剂的用量，减少环境的污染，效果较好。二.呼吸毒剂作用机制（Mechanism of respiratory poison）呼吸毒剂与昆虫接触后，由于物理或化学的作用，抑制呼吸链的某一部分，使昆虫呼吸发生屏障而窒息死亡。昆虫的呼吸分两个过程：通过气孔与体外进行气体交换，吸入O2呼出CO2，称为外呼吸过程。进入体内O2经气管，支气管和微气管输送到各种器官和细胞，并在细胞内进行糖、脂肪及蛋白质代谢，转为能量的过程，称为内呼吸过程。细胞呼吸时通过呼吸酶进行的，若呼吸酶系被抑制就会引起呼吸中毒以至死亡。呼吸毒剂作用机制如下：物理作用：重油及柴油等矿物油类杀虫剂，阻塞气孔，切断外呼吸过程，使昆虫不能与体外进行抑制细胞色素氧化酶：HCN、CO和H2S等通过抑制细胞色素C(还原性)的氧化而与酶辅基血红素（亚铁原卟啉）中的铁共价结合成稳定的化合物。细胞色素氧化酶是呼吸链末端的氧化酶，该酶被抑制则终止了电子呼吸链向下流动，使链的每一成分在好氧的情况下依然处于还原状态而不能被氧化，使呼吸中断。抑制电子转移系统：鱼藤酮作用于NAD+和辅酶Q之间一直呼吸链第一部分的电子转移系统。抑制脱氢酶系：如砷素剂（如亚砷酸、亚砷酸钠、砷酸铅、砷酸钙等），以亚砷酸的形式与脱氢酶中的SH基结合，成为不溶性的硫化物，使丙酮酸及酮戊二酸的氧化作用受到阻碍，破坏系统呼吸代谢。抑制三羧酸循环、氧乙酸钠和氟乙酸胺等杀虫剂，在昆虫体内可转变成氟乙酸、它与乙酸CoA结合成氟乙酰辅酶A，再与草酰乙酸形成氟柠檬酸转变成异柠檬酸，须有乌头酸酶参与，否则三羧酸循环被阻断，整个呼吸代谢受到阻碍。第三节有机磷杀虫剂有机磷酸酯类化合物的研究已有140多年的历史，它诞生于30年代，作为杀虫剂使用已有50年历史了。这类中的对硫磷是最早成为世界性的杀虫剂品种，但在目前杀虫剂的使用中，有机磷仍占有相当重要的地位。一、有机磷杀虫剂的特点：1.品种多：已发现有机磷酸酯类中有毒化合物在1000种以上。实验品种500种，以作为商品约有30多种。2.药效高、作用方式多种多样：有内吸作用（氧乐果、久效磷等）熏蒸作用（DDV）、触杀作用（马拉硫磷等多种）、胃毒作用（敌百虫），有的品种兼有杀卵作用（久效磷）、杀螨作用（氧乐果、水胺硫磷），还可以防地下害虫（辛硫磷、甲基乙硫磷），杀虫范围广，药效高于有机磷和氨基甲酸酯类。3.高效低毒、生物体内可降解为五毒体，大多数有机磷品种属高效低毒药剂（如4049），在生物体内可降解为磷酸等低毒化合物。但个别品种毒性较大，如3911，内吸磷属剧毒品种，使用应注意。对植物而言，正常浓度下使用对作物安全，个别品种如敌百虫、敌敌畏对高粱敏感。4.有机磷杀虫剂对环境污染轻，残留低，对高等动无慢性毒性。5.选择毒性强：选择毒性主要是杀虫剂能够在害虫与脊椎动物之间，害虫与天敌之间，害虫与益虫之间的选择性，药剂之杀死害虫而对益虫生物安全。LD50选择毒性（VSR）=VSR:110，有一定程度的选择性。VSR:10100，具有较高的选择性。VSR:1001000，有显著的选择性。VSR1000，对昆虫专一性毒性。有机磷杀虫剂中除内吸磷、3911（甲拌磷）、对硫磷的VSR值在110之间，其余品种的VSR值均可超过10，选择毒性较大，尤其辛硫磷的选择毒性VSR为3696。注意：VSR值是急性毒性的比值，有些杀虫剂存在有慢性毒性，VSR值并不能反映药剂慢性毒性的大小。VSR值不能完全代表药剂对所有动物的选择毒性，有些药剂的慢性毒性在不同种的动物中也有选择性，如西维因对大鼠、猴无影响，但可引起小鼠的致癌性。苯基溴硫磷对人、鸡油迟发型神经毒性，对其它动物尚未发现。VSR值只能代表选择毒性，在应用中还有一定局限性。6.残效期：有机磷杀虫剂中，因品种不同，残效期长短差别较大，有的品种施药2-3小时后可失效（DDV、辛硫磷），有的内吸品种残效期可达1-2个月（内吸磷、甲拌磷）。因此，可根据作物种类选择适宜品种。如一般食用作物，蔬菜、果树。特种经济作物（烟、茶）可选择残效期短的药剂。在棉、麻及未结果的果树上可选择残效期长的药剂。7.作用机制：抑制生物体内神经组织中的AchE活性，破坏正常的神经冲动传导。二有机磷的化学结构式及化学结构特点：骨架结构是磷酸，大部分品种是磷酸经过有机化处理的衍生物（H3PO4），少数品种是亚磷酸的有机衍生物（H3PO3），个别品种是焦磷酸的有机衍生物（H4P2O7）。常用品种按化学结构可分为以下几类：（一）磷酸酯类（Phosphate）： R R：对称性基团，如烷氧基（-OCH3）烷基和氨基等；R：酸性基团。主要品种是久效磷、敌敌畏、磷胺和对氧磷。特点：该类品种毒力和毒性高，水解快，残效期短，水溶性高，最老的品种是对氧磷（1600），因毒性太高未使用，用硫取代后，毒性降低，水解弱，残效期延长，但毒力也下降。根据双键上的氧和酸性基团上的氧被氧取代的状况，该类又分为：1一硫代磷酸酯类：指双键上的氧或酸性基团上的氧被硫取代，结构通式分为两种： 硫逐式也称为硫酮式，主要品种是从1600改造后的1605。硫赶式也称为硫醇式，主要是内吸磷、杀螟腈、杀螟松、辛硫磷、二嗪哝和喹硫磷。2二硫代磷酸酯类（Phophorodithioate）：指双键上的氧和酸性基团上的氧同时被硫取代，结构通式为： 该类中代表药剂有：乐果、氧乐果、甲拌磷、马拉硫磷，与上两种相比有以下特点：（1）多数品种是高效低毒品种，如马拉硫磷，（2）有典型的内吸作用，如甲拌磷，内吸磷；（3）害虫对这类药剂易产生抗药性，有些品种已淘汰。（二）膦酸酯类（Phosphonate）：是亚磷酸的有机衍生物，特点是P直接与烃基相连(只有一个敌百虫品种)，主要有膦酸酯和硫代膦酸酯类，通式： （三）磷酰胺类和硫代酰胺类：结构特点：酸性基团被-NH2取代，结构通式： 代表品种除此之外还有甲基异柳磷，水胺硫磷和甲胺磷。焦磷酸的有机衍生物（H4P2O7）最早出现的品种是特普（TEPP），在水中不稳定，毒力特高，后改造为S-TEPP（苏化203），毒力仍然很高，主要防水稻害虫，已出现抗药性，淘汰。三有机磷化合物理化性质：1.原药多为油状液体，纯品为固体、无味，但工业品种含有S化合物的异构体，而带有臭味，多数化合物不溶于水或微溶于水，个别的可溶于水，直接以原药加水使用（敌百虫、磷胺）2.蒸汽压：多数品种蒸汽压小，不易挥发，个别品种蒸汽压高，如敌敌畏，可作熏蒸剂使用（20时，蒸汽压为1.210-2mm水柱）3.有机磷化合物原药或乳油贮存期，有一般的稳定性，一年之中可分解5%，有效储存期两年，要求分解率不超过10%。4.属磷酸酯类化合物，在酯键上易水解，尤其在碱性下更易水解，原药本身为中性，但由于所含杂质，造成药剂的微酸性。因此，这类药剂不易与碱性农药混用，这与酸性、中性农药混用。四、常用的重要有机磷杀虫剂(一)磷酸酯及膦酸酯：主要品种是敌百虫、敌敌畏、磷胺和久效磷：化学结构式为： 1.敌百虫（Trichlorphon）和敌敌畏(dichlorvos)敌百虫是1956年前苏联合成的膦酸酯类品种，水溶性较大，原药可直接加水使用，在碱性可转化为毒力高7-10倍的敌敌畏（主要是发生了脱氯反应）。 这个转化过程随着碱性增强，温度升高而加快，若以敌百虫为原料生产敌敌畏，碱性时间不易过长，工业生产一般在20-30，加过量碱，30分钟转变成DDV后，马上冲洗，冲去多余碱，使DDV稳定下来。 DDV纯品为无色液体，微带芳香味，20时的蒸气压为160Pa。能与大多数有机溶剂和气溶胶推进剂混溶。对热稳定，对水特别敏感。在室温下，饱和的敌敌畏水溶液转化成磷酸氢二甲酯和二氯乙醛，在碱性溶液中水解更快。敌百虫是高效低毒品种，在昆虫体内以脱HCL为主，转变成毒力高的敌敌畏，在高等动物体内以解毒反应为主，受MFO攻击，使P-C键断裂，生成二甲基磷酸酯和三氯乙醇，三氯乙醇可与体内葡萄糖醛酸化合成三氯乙醇葡萄糖醛苷，由尿中排除（敌百虫本身也能从尿中排除）。生物活性：敌百虫是广谱性有机磷杀虫剂，具有胃毒和触杀作用。但敌百虫对害虫已产生抗药性，已淘汰。现仅在饲料中应用，可杀死牛、马、猪、羊等家畜肠道寄生虫。防治家畜体表寄生害虫如牛虱、羊虱、猪虱、牛瘤蝇蛆等可80%可溶性粉剂400倍液洗刷。防治牛、马厩内的厩蝇和家蝇，可用80可溶性粉剂1：100制成毒饵诱杀。敌敌畏是一种高效、速效、广谱的有机磷杀虫剂，用途极为广泛，无论农业、牧业、粮仓及一般商品仓库，以及环境