杀虫剂种类及作用机制

杀虫药剂的分类—按作用机制分：
一、作用于神经系统的药剂--神经毒剂
•
胆碱酯酶抑制剂：有机磷酸酯 氨基甲酸酯
• 乙酰胆碱受体抑制剂：烟草碱 巴丹类
• 轴突部位传导抑制剂：有机氯，除虫菊及拟除虫菊酯
• 章鱼胺等突触传导抑制剂：甲脒类（杀虫脒）
二、作用于呼吸系统的药剂
•
-SH基酶的抑制剂：无机砷
•
线粒体电子传递抑制剂：鱼藤酮，氢氰酸，硫磺（杀
随血淋巴循环送到虫体 各个组织器官
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决定杀虫药剂在虫体各组织分布量的因素
1.穿透率（Rate of penetration) 2.生物转化率（Rate of biotransformation) 3.排泄率（Rate of excretion)
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杀虫药剂进入昆虫体内后的假想曲线
P
D 速 率
真正起作用的药
4 结构新颖、高效低毒杀虫剂的开发
•氯化烟碱类杀虫剂：吡虫啉、啶虫脒等 •吡啶类杀虫剂：吡蚜酮 •吡咯类杀虫剂：溴虫腈 •苯甲酰基脲类：除虫脲、氟啶脲 •多元大环内脂类：阿维菌素、多杀菌素等 •如双酰肼类：虫酰肼、甲氧虫酰肼、呋喃虫酰肼等
第一节 杀虫剂发展历史与现状
5 基因工程杀虫剂的开发
•杀虫蛋白：Bt毒素
时间
量，且须≥对昆
虫的致死剂量 32
杀虫药剂进入昆虫体内后的假想曲线
P 速 率
A D
真正起作用的药
时间
量，且须≥对昆
虫的致死剂量
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硫代型有机磷药剂的活化
S RO
PX RO
硫代型有机磷
O RO
PX RO
氧化型有机磷
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小结
一种药剂要获得最好的毒性应该是能 迅速穿透体壁，很容易地从表皮区分布 到淋巴区，然后从血淋巴到神经组织， 最好不分布到脂肪、肠、马氏管等组织 或器官，因为这些部位经常具有解毒作 用。
农药学 杀虫剂篇
昆虫学系 梁沛
植保楼241，Tel: 62731306 liangcau@cau.edu.cn
什么是杀虫剂 (insecticide)？
第一节 杀虫剂发展历史与现状
1 早期的天然杀虫剂
Year 1000 BC 100 BC 900 1669 1725 1763 1800’s 1848 1858
静止电位更负; ④负后电位阶段, K+向内流入，实际上比静止电位更正。
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动作电位
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动作电位的幅度在一定范围内随刺激强度增强而增大
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动作电位的传导
Na+通道打开，Na+流入膜内，使该部位的膜去极化 ，同时产生一个局部电流。该电流又流到膜的下一部 位，使新的位点去极化，产生一个动作电位。这种沿 轴突的去极化作用的移动，就形成动作电位的传导。
动作电位具有明显的阈值，是一个全或无的反应。
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几个概念
极化 polarization 去极化 depolarization 超极化 ultra-polarization
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动作电位的产生
outside
神经膜
Inside
Na+平衡电位
40－60 mV
Na+
K+
K+
K+
阈限电位-20mV 膜电位
熏蒸剂
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3.2 杀虫药剂对昆虫表皮的穿透
1) 影响杀虫药剂到达靶标的因素 2) 昆虫表皮的构造 3) 表皮构造对药剂穿透的影响 4) 杀虫药剂的性质药剂对穿透性的影响 5) 溶剂和助剂对药剂穿透的影响
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1）影响杀虫药剂达到靶标的因素
杀虫药剂
活化 排泄 次级代谢
酶底物竞争作用
靶标
体壁 脂肪不活化储藏 解毒代谢 初级代谢 内部阻隔层
具有高度的选择性和亲水性，只允许适当大小、 适当电荷的离子通过
大多数离子通道在大部分时间是关闭的，只有 在特殊的刺激下，打开的机率才急剧增加，这种现 象称为门控（gating），其基础是通道蛋白的构象 变化。
K+平衡电位
－50－－90 mV
上升阶段 下降阶段 去极化 恢复极化
正相 负后电位 超极化
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动作电位产生的四个阶段
①钠离子通道的活化引起动作电位的上升阶段(去极化); ②钾离子通道的活化和钠离子通道的失活引起动作电位的下
降阶段（恢复极化） ③正相(超极化)阶段, K+向膜外不断流出使膜电位实际上比
第三节 杀虫药剂进入虫体的 途径及其穿透性
3.1 杀虫药剂侵入虫体的途径 3.2 杀虫药剂对昆虫表皮的穿透 3.3 杀虫药剂对卵壳的穿透 3.4 杀虫药剂对消化道的穿透 3.5 杀虫药剂在虫体中的分布
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3.1 杀虫药剂侵入虫体的途径
1) 由口进入，通过消化道：胃毒剂、内吸剂 2) 由体壁进入：触杀剂 3) 由气门经气管进入：液体触杀剂、油剂、
上表皮为脂溶性，内表皮有一定亲水性。 一般药剂的区分系数大，其穿透力就大。
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但也有相反的报道：
表2.3 点滴处理美洲大蠊后区分系数与药剂穿透力的关系
杀虫药剂 DDT 狄氏剂 对硫磷 乐果
区分系数
316 64 4.06 0.34
穿透半时(min)
1584 320 55 27
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3) 杀虫药剂的性质对穿透的影响 (4) 药剂的表面张力
转基因杀虫植物
•杀虫基因：小分子RNA
杀虫药剂的发展方向
杀生 高毒 广谱
控制 低毒/无毒 高选择性
第二节 杀虫剂的分类
依据：
✓进入虫体的方式 ✓作用机制 ✓化学结构
杀虫药剂的分类—依据进入虫体的方式
✓ 胃毒剂 Stomach poisons ✓ 触杀剂 Contact poisons ✓ 熏蒸剂 Fumigant poisons
Schrader G.合成了对硫磷 出现氨基甲酸酯类杀虫剂
第一个甲脒类杀虫剂杀虫脒 （ dichlormeform）由 Schering, A.G合成， 拟除虫菊酯类杀虫剂迅速发展。
第一节 杀虫剂发展历史与现状
1970’s-今
3 高毒杀虫剂的低毒化改造
•不对称型 磷酸酯及杂环有机磷的开发：丙硫磷、丙溴磷、毒死蜱、嘧啶氧磷等 •克百威 丁硫克百威、丙硫克百威； •灭多威 硫双灭多威
昆虫中肠的pH一般为6～8左右 鳞翅目幼虫中肠一般pH值为9～10.5
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杀虫药剂穿透运转的三种学说
1）药剂
表皮
血淋巴
靶标
2）药剂 表皮 沿蜡层扩散 气管系统
3）药剂 表皮 几丁质片层横向扩散
神经末梢
神经系统
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3.5 杀虫药剂在虫体中的分布
杀虫药剂
表皮 消化道
血淋巴
药剂＋血浆中 的蛋白质
到达靶标部位 与蛋白结合贮存
螨）
•
三羧酸循环抑制剂：氟乙酰胺
杀虫药剂的分类—按作用机制分：
三、调控昆虫生长发育的药剂
•
保幼激素类似物、蜕皮激素类似物、几丁质合成抑制
剂
四、行为控制剂
• 性外激素；报警外激素；引诱剂；驱避剂
Байду номын сангаас
五、核酸合成抑制剂
• 化学不育剂
杀虫药剂的分类—按结构分：
1. 有机氯类杀虫剂 2. 有机磷类杀虫剂 3. 氨基甲酸酯类杀虫剂 4. 拟除虫菊酯类杀虫剂 5. 沙蚕毒素类杀虫剂 6. 新烟碱类杀虫剂 7. 吡咯、吡唑和吡啶类杀虫剂 8. 苯甲酰基脲类和嗪类杀虫剂
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2.轴突传导
静息电位 resting potential
• 定义：指神经膜在静止时，由于膜的选择通透 性和离子分布的不均匀，形成的膜外为正膜内 为负的跨膜电位差。
静息电位的形成
1. 胞外液中，高[Na+] ，低[K+]，[Cl-]等； 2. 胞内液中，低[Na+] ，高[K+]，[Cl-]和有机阴离子等； 3. Na+不能自由进出，K+可自由进出，因而由内向外扩散，
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3.3 杀虫药剂对卵壳的穿透
卵壳
外卵壳
蛋白质、脂肪
药剂
卵孔
内卵壳
蛋白质
不进入 卵内
石硫合剂 油剂
卵黄膜
几丁质、蜡质层
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3.4 杀虫药剂对消化道的穿透
✓ 肠的构造：前、中、后肠 ✓ 药剂能否穿透消化道进入循环系统，主要取决
于药剂是否能溶解于消化液中，也就是说，药 剂与消化液的酸碱性是否一致。
第一节 杀虫剂发展历史与现状
2 杀虫剂系统科学的研究
Year 1867
1887 1939 1940-50 1944 1950’s 1963
1970’s
Pesticide
巴黎绿（一种不纯的亚砷酸铜），在美国用于马铃薯甲虫的 防治，1900年成为第一个立法的杀虫剂 氢氰酸被用于昆虫标本馆熏蒸除害
Paul Müller 发现了DDT的杀虫活性(1874年由Zeidler合成) 有机氯杀虫药剂快速发展和应用，如艾氏剂、狄氏剂等
Pesticide 希腊人燃烧硫磺以除室内跳蚤 罗马人用黎芦控制田鼠 中国人用砷化物防治园林害虫 西方人开始用硫磺和蜂蜜的混合物诱杀蚂蚁 在南美鱼藤酮rotenone被用作鱼毒剂 从烟草中粗提的烟碱nicotine被用于防治害虫 除虫菊素pyrethrin首先在亚洲应用 鱼藤酮开始作为杀虫剂使用 除虫菊在美国被首次用来防治害虫
使膜内相对留下较多阴离子，导致膜内外出现电位差。 4. 当离子浓度与电场强度形成动态平衡时， K+停止扩散。
此时膜内外的电位差称为静息电位。
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动作电位及其在轴突上的传导
动作电位 action potential
一定强度的刺激可使神经细胞膜对Na+的通透性发 生改变并在瞬间达到最大值，在电位差和离子浓度 的作用下，Na+迅速进入膜内，产生一个向内的电 流，使该区域的神经细胞膜电位上升，即产生一个 动作电位。
输出信息的神经元的轴突形成突触前膜，接受信息的 树突形成后膜。
前膜与后膜之间的间隙称为突触间隙synaptic cleft ，一般为10－20nm，有的达20－50nm。
前膜以囊泡形式释放神经递质，递质通过间隙与后膜 上的受体结合，使后膜上也产生一个动作电位，完成 突触传导。
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突触
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(5) 药剂与昆虫表皮的亲和力
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4)溶剂和助剂对药剂穿透的影响
(1) 溶剂 甲苯、二甲苯、乙苯、丙酮等
(2) 助剂 乳化剂：非离子乳化剂、阴离子乳化剂 渗透剂：促进药剂进入昆虫内部。 润湿剂：降低液－固表面张力，增加药液对固 体表面的接触 矿物油作为杀虫剂的应用：
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溶剂和助剂对穿透的影响
1. 增加脂溶性 2. 降低表面张力 3. 扰乱蜡层分子的排列 4. 破坏表皮内蛋白质
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第四节 与神经毒剂有关的 昆虫神经生理
现在使用的大多数药剂属神经毒 剂
神经生理学的生命过程是神经毒 剂作用的基础
1.昆虫的神经系统
中枢神经系统 外周神经系统
脑
腹神经索 感觉神经纤维 运动神经纤维
交感神经系统
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神经细胞和突触
树状突 神经细胞体
轴状突
突触 突触
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神经冲动的传导方式
• 1 轴突传导－信号沿轴状突传导 • 2 突触传导－信号在神经细胞间传导
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乙酰胆碱受体(AChR)
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乙酰胆碱受体(AChR)
乙酰胆碱与乙酰胆碱受体结合，使受体激活 ，导致其构象发生改变， Na+离子通道打开， Na+进入膜内，引起突触后膜去极化，在突触后 神经元上产生动作电位。
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离子通道 Ion channel
在昆虫的神经细胞膜上有许多由通道蛋白形成的 跨膜小孔，称为离子通道（ion channel）
Ca2+
Ca2+
突触间隙 20－50nm
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昆虫神经传递介质
✓乙酰胆碱 (Acetylcholine, ACh)--乙酰胆碱受体 ✓L-谷氨酸盐 (L-glutamate)--谷氨酸受体 ✓-氨基丁酸 (-aminobutyric acid, GABA)--GABA受体 ✓章鱼胺(Octopamine, OA)—章鱼胺受体
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护蜡层
蜡层
昆
角质精层
虫
表
皮
的
构
造
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3) 杀虫药剂的性质对穿透的影响
（1）脂溶性
穿
一定范围内与穿透性成正比。透
性
（2）药剂的解离度
一般与穿透性成反比。如硫酸 烟碱的触杀毒性不如烟碱，但二
者的注射毒性相似。
药剂的脂溶性
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（3）药剂的区分系数
区分系数 Partition coefficient 即药剂在正辛醇与水中的分配系数。
膜外 + + + + - - - - - + + + + + + + + 膜内 - - - - - + + + + - - - - - - - - - - - -
激活区 （不应区）
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3.突触传导 synaptic transmission
突触synapse：一个神经元与另一个神经元或肌细胞 之间传递信息的连接点。
2)表皮构造对药剂穿透的影响 昆虫表皮的附属物：刺、毛多，可减少药剂
与表皮的接触机会，如灯蛾、毒蛾等的幼虫
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2)表皮构造对药剂穿透的影响
昆虫上表皮分泌的蜡层
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2)表皮构造对药剂穿透的影响
昆虫上表皮的性质 耐水、强酸，不耐强碱 昆虫外表皮的骨化程度 昆虫表皮的厚度
昆虫不同部位表皮的厚度不同，药剂的穿透能力就 不同。 气门＝胸足、腹足＞节间膜＞臀足＞一般表皮