第四章杀虫药剂毒理机制

1、第四章杀虫药剂毒理机制2开发新的药剂开发新的药剂合理使用药剂合理使用药剂提高防治效果提高防治效果减少环境污染减少环境污染减少非靶标生物的风险减少非靶标生物的风险杀虫药剂合理轮用杀虫药剂合理轮用杀虫药剂合理混用杀虫药剂合理混用加工正确的剂型加工正确的剂型3l一一. 与神经毒剂有关的昆虫神经生理与神经毒剂有关的昆虫神经生理l二二. 作用于钠离子通道的杀虫药剂作用于钠离子通道的杀虫药剂l三三. 作用于氯离子通道的杀虫药剂作用于氯离子通道的杀虫药剂l四四. 作用于乙酰胆碱酯酶的杀虫药剂作用于乙酰胆碱酯酶的杀虫药剂l五五. 与乙酰胆碱受体结合的药剂与乙酰胆碱受体结合的药剂l六六. 作用于章鱼胺受体的杀虫

2、药剂作用于章鱼胺受体的杀虫药剂l七七. 呼吸生理与呼吸毒剂呼吸生理与呼吸毒剂l八八. 昆虫生长调节剂昆虫生长调节剂l九九. Bt毒素的作用机制毒素的作用机制4神经生理学的生命过程是神经毒剂的作用基础5l1. 昆虫的神经系统昆虫的神经系统l2. 轴突传导轴突传导静止电位静止电位动作电位动作电位动作电位的传播动作电位的传播l3. 突触传导突触传导神经传递介质神经传递介质乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体6中枢神经系统外周神经系统交感神经系统脑腹神经索感觉神经纤维运动神经纤维78神经细胞轴状突树状突细胞体9轴状突轴状突树状突树状突神经细胞体神经细胞体突触突触突触突触10l1轴突传导信号

3、沿轴状突传导l2突触传导信号在神经细胞间传导l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。2.轴突传导1213- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -神经膜神经膜+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +膜内膜内膜外膜外Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+CCCCCCCCCCCCCCK+14u 由于细胞膜对Na+几乎没有通透性，而对K+有较大通透性，易达到平衡。u 同样，膜内外的电荷平衡中，对有机阴离子的通透性很小，因此

4、阴离子的转移主要决定于Cl-。u 因此，静息电位主要是K+或Cl-的平衡电位。u 昆虫神经的跨膜电位一般为-70mV左右。15n动作电位 action potentialn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。n动作电位具有明显的阈值，是一个全或无的反应。16n极化 polarizationn去极化 depolarizationn超极化 ultra-polarization1718动作电位的产生5090 mVNa+平衡电位平衡电位阈限电位阈限电

5、位膜电位膜电位K+平衡电位平衡电位上升阶段上升阶段去极化去极化下降阶段下降阶段恢复极化恢复极化正相正相超极超极化化负后电位负后电位4060 mV神经膜神经膜Na+K+outsideInsideK+K+19Na+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朝着一个方向移动，就形成动作电位的传导。+ + + + - - - - - + + + + + + + + - - - - - + + + + - - - - - - - - - - - - 传导方向传导方向不应区不应区激活区激活区膜外膜

6、外膜内膜内20l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。l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。l前膜与后膜之间的间隙称为突触间隙synaptic cleft，一般为1020nm，有的达2050nm。l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。2122突触间隙2050nmCa2+23乙酰胆碱 (Acetylcholine,ACh) L-谷氨酸盐 (L-glutamate)-氨基丁酸 (-aminobutyric acid,GABA)章鱼胺(Octopamine, OA)24l以乙

7、酰胆碱(ACh) 作为信号传递介质的突触称为乙酰胆碱激性突触25T T T T T T T T T T T T TTT K+ Na+ Ca2+ 突触前膜突触前膜 突触后膜突触后膜 T T T T T T Acetylcholine(T) Acetyl-CoA+CholineAcetate + Choline 胆碱乙酰化酶AChE26l功能：水解胆碱激性突触传递中的乙酰胆碱27乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体(AChR) 28 29在昆虫的神经细胞膜上有许多由通道蛋白形成的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（跨膜小孔，称为离子通道（ion channel）n n具有高度的选

8、择性和亲水性，只允许适当大小、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适当电荷的离子通过n n大多数离子通道在大部分时间是关闭的，只有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（象称为门控（gating），其基础是通道蛋白的构象），其基础是通道蛋白的构象变化。变化。离子通道离子通道Ion channel30离子通道的种类离子通道的种类对膜电位特别敏感的电压门控离子通道对膜电位特别敏感的电压门控离子通道钠离子通道钠离子通道 Sodium channel钾离子通道钾离子通道 Pota

9、ssium channel钙离子通道钙离子通道 Calcium channel由配体与膜受体结合后打开的通道，称由配体与膜受体结合后打开的通道，称为配体门控离子通道为配体门控离子通道 GABA受体受体 GABA receptors L-谷氨酸盐受体谷氨酸盐受体 GluCls 乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体 nAChRs313233341. -氨基丁酸受体氨基丁酸受体(GABAR)l位于细胞膜上的糖蛋白。位于细胞膜上的糖蛋白。l脊椎动物中的脊椎动物中的GABA受体三种亚型：受体三种亚型：GABAAGABABGABACl昆虫体内的昆虫体内的GABA受体类似于受体类似于GABAA，分布于中枢，分布于中枢经

10、系统和外周的神经肌肉联结处经系统和外周的神经肌肉联结处353637谷氨酸脱羧酶 骨胳肌 38GABA受体最基本的药理性质是对神经递质受体最基本的药理性质是对神经递质GABA的反应。突触前膜释放的的反应。突触前膜释放的GABA结合于受结合于受体位点，诱导受体构象发生变化，使大量带正电体位点，诱导受体构象发生变化，使大量带正电的氨基酸残基暴露在通道口，并改变通道的构型的氨基酸残基暴露在通道口，并改变通道的构型，使之开放，氯离子顺电化学梯度迅速进入膜内，使之开放，氯离子顺电化学梯度迅速进入膜内。氯离子的进入使细胞膜瞬间超极化，从而抑制。氯离子的进入使细胞膜瞬间超极化，从而抑制兴奋性动作电位兴奋性动作

11、电位。GABA的药理特性的药理特性39uuGABA受体上同时存在多种配体的结受体上同时存在多种配体的结合位点，任何配体的结合都可能导致受合位点，任何配体的结合都可能导致受体构象的变化，从而改变受体与体构象的变化，从而改变受体与GABA或受体与其它配体的亲和力，影响氯离或受体与其它配体的亲和力，影响氯离子通道的功能。子通道的功能。40u目前已经明确在目前已经明确在GABA受体上至少存在受体上至少存在5种不同类型药剂的种不同类型药剂的结合位点：结合位点：1） GABA及其抑制剂荷包牡丹碱位点；及其抑制剂荷包牡丹碱位点；2）苯并二氮杂卓位点；）苯并二氮杂卓位点；3）巴比妥酸盐（）巴比妥酸盐（barb

12、iturates）位点；）位点；4）苦毒宁（）苦毒宁（picrotoxin, PTX） 和和TBPS（ t-bicyclophosphorothionate ）位点；）位点；5）氟虫腈）氟虫腈(Fipronil)位点。位点。GABA受体上的结合位点受体上的结合位点41Picrotoxine42荷包牡丹碱结合于荷包牡丹碱结合于GABA识别位点，竞争性的识别位点，竞争性的抑制抑制GABA诱导的氯离子流；诱导的氯离子流；苯并二氮杂卓位点、巴比妥酸盐结合于变构部苯并二氮杂卓位点、巴比妥酸盐结合于变构部位，增加受体与位，增加受体与GABA的亲和力，延长氯离子通道的亲和力，延长氯离子通道开放时间或开放频率

13、；开放时间或开放频率；苦毒宁，苦毒宁，TBPS与受体的结合，非竞争性的抑制与受体的结合，非竞争性的抑制氯离子电流。氯离子电流。配体结合效应配体结合效应43l神经系统神经系统:有机磷、氨基甲酸酯、菊酯、有机磷、氨基甲酸酯、菊酯、烟碱、甲脒类等药剂烟碱、甲脒类等药剂l呼吸系统呼吸系统:氟制剂、砷制剂等氟制剂、砷制剂等l激素调控激素调控:控制行为和生长发育的药剂，控制行为和生长发育的药剂，如性外激素、报警激素、早熟素等如性外激素、报警激素、早熟素等l表皮形成：表皮形成：几丁质合成抑制剂等几丁质合成抑制剂等444546 一一. 与神经毒剂有关的昆虫神经生理与神经毒剂有关的昆虫神经生理 二二. 作用于钠

14、离子通道的杀虫药剂作用于钠离子通道的杀虫药剂 三三. 作用于氯离子通道的杀虫药剂作用于氯离子通道的杀虫药剂 四四. 作用于乙酰胆碱酯酶的杀虫药剂作用于乙酰胆碱酯酶的杀虫药剂 五五. 与乙酰胆碱受体结合的药剂与乙酰胆碱受体结合的药剂 六六. 作用于章鱼胺受体的杀虫药剂作用于章鱼胺受体的杀虫药剂 七七. 呼吸生理与呼吸毒剂呼吸生理与呼吸毒剂 八八. 昆虫生长调节剂昆虫生长调节剂 九九. Bt毒素的作用机制毒素的作用机制47兴奋兴奋Hyperexcitation痉挛痉挛convulsion麻痹麻痹paralysis死亡死亡death48l(一一). DDT的毒理机制的毒理机制1） DDT的中毒症状的

15、中毒症状2） DDT对神经系统的影响对神经系统的影响3） DDT引起重复后放的电生理原因引起重复后放的电生理原因49l重复后放重复后放兴奋期兴奋期l不规则后放不规则后放痉挛、麻痹痉挛、麻痹l后放变弱后放变弱麻痹麻痹l传导停止传导停止死亡死亡1）DDT的中毒症状的中毒症状50上升阶段上升阶段振幅下降振幅下降ENaEKEmt0下降阶段下降阶段正相正相负后电位延长，振负后电位延长，振幅增加，超过阈值幅增加，超过阈值t第二个动作电位第二个动作电位51l主要影响钠离子通道的正常功能主要影响钠离子通道的正常功能：l a. 刺激刺激 Na+门打开门打开 Na+通透增加通透增加l b. Na+门关闭延迟，维持

16、开放状态达几秒钟门关闭延迟，维持开放状态达几秒钟l c. K+活化受到抑制，活化受到抑制，K+流出减慢流出减慢2）DDT对神经系统的影响对神经系统的影响52l受体学说受体学说 (Mullins, 1954) DDT影响影响Na+通道的机制通道的机制4nm脂肪蛋白粒最大间隙为 DDT5354l( (二二).). 拟除虫菊酯的毒理机制拟除虫菊酯的毒理机制l1 1. . I I和和IIII型型拟除虫菊酯拟除虫菊酯l2. 2. 拟除虫菊酯的关键作用机制拟除虫菊酯的关键作用机制l3. DDT3. DDT和拟除虫菊酯引起重复后放的比和拟除虫菊酯引起重复后放的比较较l4. DDT4. DDT和拟除虫菊酯的共

17、性和拟除虫菊酯的共性l5. 5. 神经毒素问题神经毒素问题2. DDT和拟除虫菊酯的毒理机制和拟除虫菊酯的毒理机制55pNarahashi（1980）根据昆虫的中毒症状及对神经系统的作用，将拟除虫菊酯杀虫剂分为两类：pI型：包括。结构中不含-氰基。作用于多种类型的神经元，产生广泛的重复放电现象。中毒昆虫出现高度兴奋，导致击倒效应。56I 型菊酯57lII型，包括溴氰菊酯、氯氰菊酯、杀灭菊酯及其它含有-氰基的拟除虫菊酯。其作用完全不同于I型，它们不产生重复放电，而是使轴突及运动神经原更易去极化。中毒症状也不同于I型，不表现高度兴奋及不协调运动，昆虫接触药剂后很快产生痉挛，然后进入麻痹状态，最后中

18、毒死亡。 58II 型菊酯59生物测定：生物测定： 中毒症状出现快中毒症状出现快出现慢出现慢中毒后高度兴奋并出现击倒现象中毒后高度兴奋并出现击倒现象很快产生痉挛，然后进入麻痹很快产生痉挛，然后进入麻痹 low kill with high recovery high kill with low recovery具有负温度系数具有负温度系数 与温度关系不大与温度关系不大电生理学：电生理学： 引起重复后放引起重复后放 无重复后放无重复后放交互抗性交互抗性:与与DDT具有交互抗性具有交互抗性与与DDT具具无无交互抗性交互抗性家蝇家蝇super-kdr抗性：抗性：100 fold 200 foldI型

19、菊酯型菊酯II型菊酯型菊酯6061OUTSIDEIIIIIIVIINSIDENH2COOH1 2 3 4 561 2 3 4 561 2 3 4 561 2 3 4 56Musca WT KSWPTLNLLISIMGRTMGALGNLTFVLCIIMusca skdr KSWPTLNLLISITGRTMGALGNLTFVLCIIRat brain1 KSWPTLNMLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIRat brain2 KSWPTLNMLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIRat brain3 KSWPTLNMLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIRat type6 KS

20、WPTLNMLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIRat pn1 KSWPTLNMLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIRat nan KSWPTLNTLIKIIGHSVGALGNLTVVLTIVRat pn3 KSWPTLNTLIKIIGNSVGALGNLTFILAIIRat pn4 KSWPTLNMLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIRat muscle1 KSWPTLNMLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIRat muscle2 KSWPTLNTLIKIIGNSVGALGNLTLVLAIIMechanisms of cross resistance betwe

21、en DDT and PyrsPresence of M918 correlates with sensitivity kdr L1014F (leucine to phenylalanine)super-kdr L1014F and M918T (methionine to threonine)62钠通道上的药剂结合位点及其生理功能63高浓度拟除虫菊酯直接作用于肌肉对GABA受体的作用（Type II)对乙酰胆碱受体作用抑制钠钾离子ATP酶64lDDT菊酯菊酯l重复后放时间重复后放时间较短较短较长较长l频率频率低低高高l肌肉收缩间隔肌肉收缩间隔大大小小l连串动作电位时间连串动作电位时间短短长

22、长l肌肉收缩阻断时间肌肉收缩阻断时间大于大于40min约约10min65影响神经膜对钠离子的通透性影响神经膜对钠离子的通透性其毒性具有负温度系数其毒性具有负温度系数(Type I)抑制各种抑制各种ATP酶酶Kdr (knock down resistance)基因引起基因引起DDT和拟除虫菊酯和拟除虫菊酯的的交互抗性交互抗性l66CH2COOHNH2OHCH2CH2NH2OH酪氨酸DDT或溴氰菊酯诱导酪氨酸脱羧酶CHCH2NH2OHOHCH2COOHOHOH对羟基扁桃酸（无毒）章鱼胺（章鱼胺受体）cAMP增加酪胺-羟基化酶酪胺单胺氧化酶杀虫脒类药剂6768u噁二嗪类(oxadiazine)杀虫

23、剂是美国杜邦 (DuPont)公司上世纪末开发的新型钠通道阻断型杀虫剂。代表品种是茚虫威Indoxacarb。u茚虫威具有结构新，作用机理独特，用量低的特点，对几乎所有鳞翅目害虫都有效，而对人类、环境、作物和非靶标生物安全。3. 噁二嗪类杀虫剂噁二嗪类杀虫剂的毒理机制的毒理机制ONNNOCO2CH3CO2CH3ClOCF3茚虫威69ONNNOCO2CH3CO2CH3ClOCF3ONNNOCO2CH3CO2CH3ClOCF3HDCJWIndoxacarb70茚虫威的其他作用机制7172 一一. 与神经毒剂有关的昆虫神经生理与神经毒剂有关的昆虫神经生理 二二. 作用于钠离子通道的杀虫药剂作用于钠离子通道的杀虫药剂 三三. 作用于氯离子通道的杀虫药剂作用于氯离子通道的杀虫药剂 四四. 作用于乙酰胆碱酯酶的杀虫药剂作用于乙酰胆碱酯酶的杀虫药剂 五五. 与乙酰胆碱受体结合的药剂与乙酰胆碱受体结合的药剂 六六. 作用于章鱼胺受体的杀虫药剂作用于章鱼胺受体的杀虫药剂 七七. 呼吸生理与呼吸毒剂呼吸生理与呼吸毒剂 八八. 昆虫生长调节剂昆虫生长调节剂 九九. Bt毒素的作用机制毒素