《农药生物化学》PPT课件.ppt

2023/7/10,农药生物化学 河北农业大学植保学院刘颖超,总论 农药代谢原理,代谢：可用以概括与维持生命有关的化学反应的总和。,代谢,蛋白代谢,脂肪代谢,酶介代谢,农药代谢：指作为外源化合物的农药进入生物体后，通过多种酶对这些外源化合物所产生的化学作用。这类作用亦称生物转化。代谢产物：代谢引起化合物分子结构的变化，这种变化的产物即代谢产物。比原化合物具有较小的毒性。其次，代谢产物更具极性，更易溶于水。从而导致容易从体内排出。,代谢产物的特点,比原化合物具有较小的毒性。代谢产物更具极性，更易溶于水。代谢反应分类,初级代谢反应：大多数农药难溶于水，它们的氧化或水解可以引起极性基团的插入或显露，这些反应称为初级代谢反应。,次级代谢反应：初级代谢反应产物可能与生物体的内源物质发生结合作用形成更易排出的分子，这一过程称为次级代谢反应。,代谢对农药的影响,代谢对农药的选择活性具有重要意义。农药的代谢程度是它们在土壤、植物和动物体内产生持效的决定因素之一。代谢作用往往与害物抗性的增加有关。在抗性较大的种群中，具有失活作用的酶的效力和水平都较高。,水解酶：广泛分布于动物和植物的各种组织中以及细胞的不同部分。水解酶不需要任何辅酶，但有时需要阳离子使之活化。水解酶可以根据它作用对象的待征来命名。,初级代谢反应中的酶,水解酶,磷酸酯酶：对RO一P键起作用,羧酸酯酶：对RCOOR起作用,酰胺酶：对RCONHR起作用,酯酶,A类酯酶：可以水解有机磷酸酯,C类磷酸酯酶：既不被磷酸酯所抑制。也不会降解磷酸酯，但它们可以优先地与醋酸酯起作用。,B类酯酶：可以被有机磷酸酯所抑制,1.酯酶,1.1酯酶的分类,1.2酯酶的作用,环氧水解酶：在代谢外源化合物中起着重要作用的水解酶。这种酶存在于肝微粒体或其它细胞中，它可以将环氧化物水解成二醇。,2.环氧水解酶,氧化酶：微粒体单氧化酶也称为微粒体氧化酶或多功能氧化酶(mfo)，主要存在于微粒体组分，特别是肝微粒体组分中。,3.氧化酶,特征：具有间接的还原能力；微粒体电子传输系统的最终电子载体是一种称为细胞色素P450的血红蛋白。,单氧化酶系在农药代谢中的重要反应,C一H键中插入氧,烷烃的羟基化：,芳烃的羟基化：,O或N去烷基反应,单氧化酶系在农药代谢中的重要反应,O去烷基反应：,N去烷基反应：,单氧化酶系在农药代谢中的重要反应,环氧化反应：,硫被氧取代：,单氧化酶系在农药代谢中的重要反应,氧与硫或氮原子配位,亚砜和砜的形成,氮氧化合物的形成,4.谷胱甘肽S转移酶,谷胱甘肽(GSH)：是含有甘氨酸、半胱氨酸和谷氨酸的三肽。它常常与侵人生物体内的外源化合物形成结合物。,谷胱甘肽S环氧转移酶,谷胱甘肽S芳基转移酶,4.谷胱甘肽S转移酶,4.谷胱甘肽S转移酶,谷胱甘肽S烷基转移酶,第一章杀虫剂的生物化学,第一节 有机磷的作用机制,1.胆碱酯酶的功能,第一节 有机磷的作用机制,胆碱酯酶属于能被有机磷酸酯抑制的酯酶。与其它酯酶的区别在于，它水解胆碱酯胜过其它羧酸酯。胆碱酯酶又可分为两类，即乙酰胆碱酯酶（AchE）和胆碱酯酶（BuchE）。AchE对其天然底物乙酰胆碱的水解最为迅速，它存在于哺乳动物的红细胞及神经组织中。对昆虫来说，胆碱酯酶主要分布于昆虫的中枢神经系统，特别是神经膜中。,2.乙酰胆碱酯酶的作用机制,A：酰基X：胆碱EHAX：酶一底物络合物EA：酰化酯酶,3.磷酸酯与AchE的反应,酶活性的抑制,第一步反应依靠抑制剂与酶活性区之间的亲合力,第二步反应依靠抑制剂的磷酰化能力抑制能力正确的表达方法是用速度常数Ki，但更常用的是抑制中浓度I50，即经一定时间培养后，使酶活性被抑制50时所需抑制剂的摩尔浓度。,3.磷酸酯与AchE的反应,酶活性的恢复,催化中心的活性K3（min1）：是指每分钟从磷酰化酶上水解下来磷酸基的数目。磷酸化AchE水解速度比正常底物乙酰化酶低107109倍，也低于氨基甲酰化酶。二异丙基磷酰化酶根本不能自发复活，二甲基磷酰化酶比二乙基磷酰化酶易于复活。,3.磷酸酯与AchE的反应,一些好的复活剂如肟、羟肟酸等，在其分子中，若在与亲核中心适当距离处引人阳离子中心，就会使复活活性更强。所以，用于有机磷中毒治疗的解毒剂，如解磷定（2PAM）、4PAM、双复磷等均具有这类结构。,磷酰化酶的老化：受抑制的胆碱酯酶经存放后，会逐渐变得不易复活，这个现象称为磷酸化酶的老化作用。,3.磷酸酯与AchE的反应,老化速度在很大程度上受磷上烷氧基的影响。二乙基磷酰AchE老化缓慢，但甲基、仲烷基及苄基脂的老化速度快得多。,3.磷酸酯与AchE的反应,第二节有机磷杀虫剂的代谢,有机磷的生物转化,氧化,水解,基团转化,还原,结合,激活代谢,解毒代谢,激活代谢反应 氧化脱硫 PS PO,动物体内，P=S酯转化成PO酯依赖于微粒体多功能氧化酶(mfo)的作用。在植物中，过氧化物酶可能参与其转化。,1.激活代谢反应,对硫磷,马拉硫磷,1.激活代谢反应,地虫磷,这种氧化产物的形成，需要有辅酶(NADPH)及分子氧与微粒体共存，反应受一氧化碳、增效醚等抑制，表明这类反应受多功能氧化酶系的催化。,硫醚的氧化,1.激活代谢反应,双硫磷在蚊幼虫体内的代谢,1.激活代谢反应,甲拌磷在植物体内的代谢,抗胆碱酯酶活性一般依下列顺序递增：硫醚亚砜砜，所以这类氧化作用有一定激活作用，但不如氧化脱硫的激活作用大。,酰胺基的氧化,百治磷的代谢过程,1.激活代谢反应,RNMe2,1.激活代谢反应,烃类的羟基化,芳基中的烷基侧链在mfo酶系作用下氧化为醇类，产物还可以发生进一步的转化。,1.激活代谢反应,R邻CH3C6H4O,TOCP：磷酸三邻甲苯酯,水杨醇环状磷酸酯,1.激活代谢反应,图213 二嗪农毒性代谢物的生成,非氧化激活反应,1.激活代谢反应,1.激活代谢反应,丰索磷在植物中酶作用下会发生PS重排为PS的反应，从而造成激活。,磷胺在大鼠体内转化为N双去乙基羟基衍生物。,2.解毒代谢反应,有机磷杀虫剂的解毒代谢主要由于磷酸酯键的断裂，在分子中产生磷酸负离子，失去磷酰化能力。有两种不同形式的磷酸酯键，一个是由酸性基团与磷生成的酐键，另一个是烷基酯键。,酐键的断裂 哺乳动物肝微粒体既催化对硫磷的氧化脱硫，又催化其芳酯基的氧化脱芳基。,酐键的断裂,水解反应,磷酰基化合物能被酯酶A(也称芳基酯酶或磷酸三酯酶)所水解，这类酶广泛分布于哺乳动物组织中，尤其是血浆、肝和肾中。,酐键的断裂,酐键的断裂,谷胱甘肽S芳基转移反应 有些酶能促进谷胱甘肽(GSH)对磷酸酯中酐键的断裂作用，这种酶称为谷胱甘肽S转移酶。,烷基酯键断裂,氧化脱烷基反应,谷胱甘肽S烷基转移反应,甲基直接转移到GSH上，这种酶称为GSHS烷基转移酶，硫(酮)代磷酸酯或磷酸酯都能作为它的底物。,烷基酯键断裂,在哺乳动物肝脏的可溶性组分中GSHS转移酶的活性最高，而昆虫中肠及脂肪体的活性较低。虽然这种酶也能使乙基及其它烷基发生转移，但哺乳动物转换酶对二甲酯类杀虫剂具有高度的专一性，这与二甲基酯杀虫剂的毒性总是低于二乙酯至少是部分相关的。因此，GSH的强烈脱甲基作用，在有机磷二甲基酯类杀虫剂的解毒代谢中具有重要地位。然而，在抗性昆虫中，这类转移酶对二乙酯类杀虫剂似乎更有专一性，从而导致抗性家蝇对二乙氧基杀虫剂比二甲氧基杀虫剂有更大的抗药性。,羧酸酯的水解,非磷官能基的生物转化,羧酸酯酶也称为脂族酯酶或酯酶B，它们广泛分布于哺乳动物的肝、肾、血清、肺、脾及肠中，而在感性昆虫中，羧酸酯酶活性很低。,羧酰氨基的水解,非磷官能基的生物转化,在脊椎动物中，参与羧酰胺代谢的酰胺酶主要分布于肝脏中的微粒体组分，羊肝是酰胺酶的最好来源。在乐果类似物中，N丙基乐果是最好的底物，氧乐果不被酰胺酶水解，但能抑制这种酶。只有硫(酮)类似物能作为这种酶的底物。,还原反应,非磷官能基的生物转化,还原酶需要辅酶的参与才能进行反应。还原反应容易在瘤胃液中及微生物中发生，因此，氨基对硫磷在反刍动物中是一个主要的代谢产物。虽然对硫磷的降解作用主要来自氧化系统，但对对硫磷及对氧磷起解毒作用的硝基还原酶已在家蝇腹部及脊椎动物肝中发现其存在。,结合作用,葡糖苷酸的形成,经初级代谢生成的酚、醇、羧酸、胺、硫醇等，在脊推动物中可以在葡糖醛酸转移酶作用下，形成葡糖苷酸结合物。,在大鼠中由DDV代谢为二氯乙基葡糖苷酸157，在大鼠和狗中，毒虫畏代谢为1(2，4二氯苯基)乙基葡糖苷酸158，在小牛中伐灭磷代谢为甲基及二甲基胺基磺酰苯基葡糖苷酸159。在母牛中对硫磷代谢为对氨基苯基葡糖苷酸160。,DDVP,二氯乙基葡糖苷酸,毒虫畏,1(2，4二氯苯基)乙基葡糖苷酸,伐灭磷,甲基及二甲基胺基磺酰苯基葡糖苷酸,对硫磷,对氨基苯基葡糖苷酸,葡糖苷的形成,结合作用,硫酸酯的形成,硫酸酯的结合作用是酚、醇的重要代谢过程。,结合作用,甲基化作用,甲基化是外源物质代谢的次要过程。当有机磷杀虫剂中含有PSC酯键时，有可能产生S甲基化代谢物。,结合作用,杀扑磷,噻二唑酮亚砜衍生物,噻二唑酮砜衍生物,谷胱甘肽结合作用,第三节氨基甲酸酯类杀虫剂,1.氨基甲酸酯类杀虫剂的作用机制,EH：胆碱酯酶XCR：氨基甲酸酯EHXCR（K1）：酶抑制剂络合物ECR：氨基甲酰化酶X：离去基团,1.氨基甲酸酯类杀虫剂的作用机制,正常情况下，在神经突触内，AchE也按照上述方式破坏传递介质乙酰胆碱，这一系列反应从左到右进行极为迅速。但是，一旦发生中毒，氨基甲酸酯分子进入突触，它就和乙酰胆碱争夺酶上的活性部位。争夺得胜，杀虫剂和酶结合，使酶被抑制。由于杀虫剂与酶在上述系列反应中的K2反应、特别是K3反应比乙酰胆碱与酶的相应反应速度低千倍以上，因此，酶被抑制得越多则可供破坏神经传递介质的酶就越少，中毒就越严重。,1.氨基甲酸酯类杀虫剂的作用机制,氨基甲酰化常数K2代表由酶抑制剂络合物生成氨基甲酰化酶的速度,代表一个化合物抑制AchE的总能力的双分子反应速度常数可定义为,若两个杀虫剂的K2值相同，那么对酶亲合力大的(Ka值小)应有更高的Ki值，也最易使酶氨基甲酰化。,氨基甲酸酯杀虫剂与AchE的全部反应的最后一步是脱氨基甲酰作用，它使酶复活，以速度常数K3表示。,1.氨基甲酸酯类杀虫剂的作用机制,酰化酶的脱酰化复活酶的速度大体顺序为：,因此，乙酰化酶的复活半衰期只有0.1ms左右，氨基甲酰化酶为几分钟到数小时，而磷酰化酶为几小时到几十天，甚至永不复活。这就是氨基甲酸酯杀虫剂与磷酸酯杀虫剂在作用机制上的重要差别所在。当然它们在作用机制上相类似的方面是主要的。,1.氨基甲酸酯类杀虫剂的作用机制,综上所述，氨基甲酸酯与AchE的反应分为三步，即酶抑制剂络合物的形成(Ka)，酶的氨基甲酰化(K2)及酶的复活作用(K3)。这些反应发生在AchE的一个独特的活性中心上，此中心由酯动部位及阴离子部位组成，两部分相距约0.5nm,1.氨基甲酸酯类杀虫剂的作用机制,2.结构与活性的关系,2.1 芳基氨基甲酸酯类杀虫剂,在芳基氨基甲酸酯中，如果将平面构型的苯环换成椅式构型的环己基则由于环芳香性的消失，也就丧失了杀虫活性。,氮原子上的取代效应,芳基N甲基及N，N二甲基氨基甲酸酯,2 结构与活性的关系,在苯基氨基甲酸酯中，N烷基取代的活性顺序为CH3C2H5C6H5CH2C6H5，这种活性顺序刚好与这些基团的给电子难易顺序一致。,2 结构与活性的关系,氮原子上引入酰基，通常可以降低对哺乳动物的毒性，大多数情况下不会引起杀虫活性明显下降。,2 结构与活性的关系,苯环上的取代效应苯基N甲基氨基甲酸酯中，芳核上取代基的性质、位置及多少均会影响其杀虫活性及对胆碱酯酶抑制活性。烷基取代,2 结构与活性的关系,烷基加大时，间位取代最富活性，一般活性的大小顺序是：间位邻位对位,2 结构与活性的关系,烷氧基、烷硫基取代,烷氧基苯基N甲基氨基甲酸酯中，通常是具有支链的烷氧基或环烷氧基比直链烷氧基的活性高。,2 结构与活性的关系,烷硫基与烷氧基取代对抗AchE活性所起的作用是相似的。邻位取代往往具有抗昆虫胆碱酯酶的最高活性，而且也是烷基位有侧链时以及碳链加长时活性增高。,2 结构与活性的关系,卤素、硝基取代,卤素的取代，按如下顺序使抗胆碱酯酶活性增加：FClBrI，而且也是间位取代活性最高,2 结构与活性的关系,氨基取代及电荷效应,在一取代胺基苯基N甲基氨基甲酸酯中，环上邻位取代是活性最高的结构。,2 结构与活性的关系,2.2 肟基氨基甲酸酯类杀虫剂,与苯基氨基甲酸酯相类似，肟基氨基甲酸酯中，氮原子上的取代效应，除N甲基氨基甲酸酯外，其它N烷基、N，N二烷基以及N未取代的化合物的杀虫活性均不突出，甚至有些是无杀虫活性的。,2 结构与活性的关系,2 结构与活性的关系,2 结构与活性的关系,图7-5 系统界面,3 代谢,3.1 主要代谢反应,水解作用 氨基甲酸酯是一类含酯键的杀虫剂，易于被生物体中的酯酶所分解，产生与化学水解相类似的产物，即酚(或肟、或烯醇)以及甲基或二甲基氨基甲酸。后者在生物体内很不稳定，瞬即分解为二氧化碳及甲胺或二甲胺。,氧化作用,结合作用代谢过程的结合作用可以使内源及外源物质转变为水溶性成分，从而易于排泄出去或贮存起来。在动物体内可通过粪尿排出，在植物体内将结合物作为最终产物贮存于各组织中。,3 代谢,3.2代谢实例呋喃丹的代谢 通常，呋喃丹以氧化代谢为主，至少在哺乳动物肝微粒体酶(mfo)作用下是如此。而在体内紧接氧化作用之后，结合作用和水解作用会很快发生。,图7-7 发电机信号时域分析界面,3 代谢,3 代谢,涕灭威的代谢,涕灭威在大鼠中的初级代谢主要是发生氧化作用，生成涕灭威亚砜；亚砜中的小部分会进一步氧化得到砜。亚砜和砜发生水解得到相应的肟，进一步还原生成腈。肟与腈的水解最终生成酸及结合物。在众多的代谢产物中，已鉴定过的主要是亚砜、亚砜水解产物以及亚砜腈的水解产物。,3 代谢,3 代谢,4.1.1 氧化代谢,氧化代谢是除虫菊素、及烯丙菊酯初级代谢的主要途径。这些氧化作用大都由于微粒体氧化酶的存在而发生，对除虫菊素I和烯丙菊酯来说，酸组分的氧化部位主要是异丁烯侧链上的反式甲基，首先生成羟甲基衍生物，进一步的氧化可能是非微粒体mfo所为，产生醛，再转化为羧酸。,4.1 代谢,第四节 拟除虫菊酯类杀虫剂,在胺菊酯及苄菊酯中，酸组分的侧链甲基也能被氧化，但是这些由伯醇形成的酯，水解易于发生，醇组分的氧化代谢往往发生在水解之后。,二氯苯醚菊酯125的氧化代谢与水解代谢似乎同时发生，在其代谢物中，有羟化代谢物、羟化物与葡萄糖的结合物、水解代谢物二氯菊酸和间苯氧基苄醇、水解后的结合物、羟化后的水解产物以及水解后的羟化产物等。,4.1.2 水解代谢,羧酸酯酶对除虫菊酯类杀虫剂能催化水解，使之解毒。,4.1.3 结合作用,4.1 代谢,4.1 代谢,4.2 作用机制,第一节 杀菌剂的作用机制,杀菌剂对病原菌的作用,在能量代谢中抑制能量生成能量生成抑制剂,在物质代谢中抑制生物合成 生物合成抑制剂。,第三章 杀菌剂,1.1 能量生成抑制剂,巯基：(一SH)抑制剂,糖的酵解和脂肪酸氧化抑制剂,三羧酸循环抑制剂,电子传递和氧化磷酸化抑制剂,巯基(一SH)抑制剂,巯基(一SH)是许多脱氢酶活性部位不可缺少的活性基团。一般说来，一SH因与重金属、砷化物和其它杀菌剂作用而抑制了酶的活性。,重金属化合物 水难溶的顺序：Hg2+Ag+Cu2+Ph2+Cd2+Ni2+Co2+Zn2+Fe2+,第一节 杀菌剂的作用机制,有机汞制剂(RHgX，X为阴离子),铜制剂（如8羟基喹啉铜等）,第一节 杀菌剂的作用机制,第一节 杀菌剂的作用机制,有机锡制剂(R2SnX2，X为阴离子),R3SnX是抑制氧化磷酸化,R2SnX2则是一SH抑制剂，其作用部位是抑制丙酸和酮戊二酸的氧化,第一节 杀菌剂的作用机制,有机砷制剂,菌体内受有机砷化合物作用的部位：a丙酮酸代谢；b酮戊二酸代谢；c.琥珀酸氧化脱氢酶；d脂肪酸氧化等。,第一节 杀菌剂的作用机制,二硫代氨基甲酸类杀菌,第一节 杀菌剂的作用机制,a二甲基二硫代氨基甲酸盐；b双(二甲基氨基甲酰)二硫物，即福美双；c.乙撑二硫代氨基甲酸盐；d.N甲基二硫代氨基甲酸盐。,第一节 杀菌剂的作用机制,a类化合物能与铜离子（Cu2+）以1：1，1：2结合成稳定的螯合物,第一节 杀菌剂的作用机制,1：1的络合物是阳离子，它以原状态与酶的一SH反应。1：2的络合物一旦分解为阳离子和阴离子后，阳离子按1：1的方式与一SH反应。,第一节 杀菌剂的作用机制,b类化合物(福美双)与一SH的作用，本身被还原而将一SH氧化成一SS一：,第一节 杀菌剂的作用机制,c、d类化合物一般是先分解成异氰酸甲酯，后者再与一SH发生作用：,如果遇到含铜(Cu)的辅酶，也有下列反应：,醌类化合物醌类化合物也是菌体内的一SH抑制剂，它与低分子的含一SH化合物反应后，醌被还原而将一SH氧化成一SS一键：,第一节 杀菌剂的作用机制,如果醌和一S H化合物在等当量且无氧存在下反应时，则在一CC上引起加成反应；,第一节 杀菌剂的作用机制,三氯甲基、三氯甲硫基化合物,第一节 杀菌剂的作用机制,第一节 杀菌剂的作用机制,卤素取代化合物：,第一节 杀菌剂的作用机制,芳基腈化合物,第一节 杀菌剂的作用机制,糖酵解和脂肪酸氧化抑制剂,第一节 杀菌剂的作用机制,糖酵解受阻 杀菌剂如克菌丹等作用于糖酵解过程中的丙酮酸脱氢酶中的辅酶焦磷酸硫胺素，阻碍了酵解的最后一个阶段的反应：,脂肪酸氧化受阻,第一节 杀菌剂的作用机制,三羧酸循环抑制剂 三羧酸循环乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合成柠檬酸的过程受到阻碍,第一节 杀菌剂的作用机制,抑制药剂有：二硫代氨基甲酸类，如福美锌、福美双、代森锌；醌类，如二氯萘醌；酚类；三氯甲基和三氯甲硫基类，如克菌丹、灭菌丹等。,柠檬酸异构化生成异柠檬酸过程受阻,第一节 杀菌剂的作用机制,该反应是由(顺)乌头酸酶催化，经脱水，然后又加水从而改变分子内OH和H的位置，生成异柠檬酸。由于(顺)乌头酸酶受到杀菌剂的抑制而使上述反应受到阻碍。(顺)乌头酸酶是含铁的非铁卟啉蛋白，所以与Fe2生成络合物的药剂都能对其起抑制作用。,第一节 杀菌剂的作用机制,酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酸的过程受阻,第一节 杀菌剂的作用机制,抑制药剂有克菌丹、砷化物、叶枯散等。,第一节 杀菌剂的作用机制,琥珀酸脱氢生成延胡索酸及苹果酸脱氢生成草酰乙酸过程受阻,第一节 杀菌剂的作用机制,抑制药剂有萎锈灵、硫磺、5氧吩嗪、异氰酸甲酯和异氰酸丁酯(后者为杀菌剂苯菌灵的降解产物之一)等。药剂对酶活性抑制的机制：硫磺(S)在菌体内发生氧化作用，本身被还原为H2S，后者有钝化酶中重金属的活性作用；5氧吩嗪（防治水稻白叶枯病的杀细菌剂）进入菌体细胞后，放出新生态的氧，可夺取氢(如TPP中的活泼氢)，因而使脱氢酶活性受到抑制；萎锈灵对脱氢酶系中的非血红素的铁硫蛋白发生作用，使琥珀酸脱氢酶的活性受到抑制；异氰酸酯(甲酯和丁酯)是与酶中的SH发生作用而抑制酶的活性。,第一节 杀菌剂的作用机制,氧化磷酸化抑制剂,第一节 杀菌剂的作用机制,TCA循环和氧化磷酸化,电子传递系统受阻 还原型辅酶通过电子传递再氧化，这一过程由若干电子载体组成的电子传递链(也称呼吸链)完成，能够阻断呼吸链中某一部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。分类：(i)鱼藤酮、敌克松、十三吗啉、杀粉蝶菌素、安密妥()抗菌素A、硫磺、十三吗琳()氰化物、叠氮化物、H2S、CO等(iv)萎锈灵、8羟基喹啉等,第一节 杀菌剂的作用机制,解偶联作用 解偶联：使氧(电子传递)和磷酸化脱节，或者说使电子传递和ATP形成这两个过程分离，失掉它们之间的密切联系，结果电子传递所产生的自由能都变为热能而得不到储存。解偶联剂及其解偶联机制 a.2,4二硝基酚,第一节 杀菌剂的作用机制,b.吩嗪(5氧吩嗪),第一节 杀菌剂的作用机制,c.离子载体1.2生物合成抑制剂 杀菌剂对菌体生物合成的抑制，就是抑制菌体生长和维持生命所需要的新细胞物质产生的过程。其中包括在细胞质中进行的低分子量的化合物如氨基酸、嘌呤、嘧啶和维生素等的合成，在核糖体上进行的大分子化合物如蛋白质的合成，在细胞核中进行的核酸DNA和部分RNA的合成；此外，还包括对菌体的细胞壁和细胞膜组分的干扰和破坏作用。细胞壁组分合成抑制剂,第一节 杀菌剂的作用机制,抑制的药剂有稻瘟净、异稻瘟净、灰黄霉素、甲基托布津、克瘟散、多氧霉素D、青霉素等。,第一节 杀菌剂的作用机制,细胞膜组分合成抑制剂 物理性破坏：指膜的亚单位连接点的疏水键被杀菌剂击断而使膜上出现裂缝，或者是杀菌剂分子中的饱和烃基侧链溶解膜上的脂质部分，使成孔隙，于是杀菌剂分子就可以从不饱和脂肪酸之间挤进去，使其分裂开来；膜结构中的金属桥，由于金属和一些杀菌剂，如N甲基二硫代氨基甲酸钠螯合而遭破坏。另外，膜上金属桥也可被与膜亲和力大的离子改变其正常结构。化学性抑制：指与膜性能有关的酶的活性及膜脂中的固醇类和甾醇的生物合成受到抑制，有关甾醇合成抑制将在后面详细叙述。,第一节 杀菌剂的作用机制,有机磷类化合物除了对细胞壁组分几丁质合成抑制外，还能抑制细胞膜上糖脂的形成。细胞膜如果没有糖脂的存在，它就无法运输乙酰氨基葡萄糖以供几丁质合成。许多有机磷化合物是乙酰胆碱酯酶的抑制剂，这在有机磷杀虫剂中是最为多见的。含铜、汞等重金属化合物中的金属离子可以与许多成分反应，甚至直接沉淀蛋白质。其中有一个重要作用目标就是酶中的一SH，首先是细胞膜上与三磷酸腺苷水解酶有关的一SH。与一SH反应的机制可见前述“巯基抑制剂”部分。此外，细胞膜组分中有关的羧基(一COOH)、氨基(一NH2)、羟基(一OH)等也会与某些杀菌剂反应，从而影响酶的活性。,第一节 杀菌剂的作用机制,甾醇生物合成抑制剂甾醇的功能、分子结构及其生物合成途径,第一节 杀菌剂的作用机制,麦角甾醇生物合成抑制机制 在EBI中，大部分都是抑制C14上的脱甲基化反应，故也称之为脱甲基化反应抑制剂(Demethylation Inhibitor，DMI)。其次是87异构化反应抑制剂。此外还发现了第三个作用点，即抑制1415的还原反应。,第一节 杀菌剂的作用机制,第一节 杀菌剂的作用机制,第一节 杀菌剂的作用机制,第一节 杀菌剂的作用机制,抑制麦角甾醇生物合成的杀菌剂根据EBI的作用部位，目前已经研究清楚的有两类：第一类是C14脱甲基化反应抑制剂(即DMI)，其中有：哌嗪类的嗪胺灵，吡啶类的敌灭啶，嘧啶类的嘧菌醇、氯苯嘧菌醇、氟苯嘧菌醇；唑类的灭菌特、抑霉唑、乙环唑、丙环唑、三唑酮、三唑醇、双苯三唑醇、氟唑醇、烯唑醇、烯效唑、苄氯三唑醇、多效唑、抑菌腈、氟唑醇、氟美唑、N十二烷基咪唑等。第二类是对甾醇87异构化或和C14（15）双键还原历程的抑制，其中有吗啉类的克啉菌、吗菌灵和丙菌灵等。,第一节 杀菌剂的作用机制,核酸合成抑制剂 核酸的基本组成和主要功能组成作用：核苷酸是核酸生物合成的前体，同时其衍生物也是许多生物合成的活性中间体。菌体内生物能量代谢中通用的高能化合物是ATP，而核苷酸是ATP的重要组分，同时也是三种重要辅酶(烟酰胺核苷酸、黄素腺酰嘌呤二核苷酸和辅酶A)的组分。功能：DNA是菌体内传递信息的载体，为遗传物质。,第一节 杀菌剂的作用机制,核酸生物合成抑制剂 其一是抑制核苷酸的前体组分结合到核苷酸中去；其二是抑制单核苷酸聚合为核酸的过程。按照抑制剂作用的性质不同来分，可分为三类：第一类，碱基嘌呤和嘧啶类似物，它们可以作为核苷酸代谢拮抗物而抑制核酸前体的合成；第二类，是通过与DNA结合而改变其模板功能；第三类，是与核酸聚合酶结合而影内其活力。,第一节 杀菌剂的作用机制,a.嘌呤和嘧啶类似物,第一节 杀菌剂的作用机制,这些碱基类似物在菌体细胞内至少有两方面的作用：作为代谢桔抗物直接抑制核苷酸生物合成有关的酶类；通过掺入到核酸分子中去，形成所谓的“掺假的核酸”，形成异常的DNA或RNA，从而影响核酸的功能而导致突变。,第一节 杀菌剂的作用机制,致死合成：真菌可能把一种非毒的化合物(如6氮杂尿嘧啶)转变成一种有毒的物质而杀菌，这种作用称为“致死合成”。bDNA模板功能抑制剂某些杀菌剂或其它化合物由于能够与DNA结合，使DNA失去模板功能，从而抑制其复制和转录。第一，烷基化试剂，如二(氯乙基)胺的衍生物、磺酸酯以及乙撑亚胺类衍生物等；第二，抗生素类，如放线菌素D、灰黄霉素、丝裂霉素等，直接与DNA作用，使DNA失去模板功能。第三，某些具有扁平结构的芳香族发色团的染料可以插入DNA相邻碱基之间。,第一节 杀菌剂的作用机制,c.核酸合成酶的抑制核酸是由单核苷酸聚合而成的，这种聚合需有聚合酶的催化。有些杀菌剂能够抑制核苷酸聚合酶的活性，结果导致核酸合成被抑制。例如，抗生素利福霉素(Rifamycin)和利链菌素(Stretolydigin)等均能抑制细菌RNA聚合酶的活性，抑制转录过程中链的延长反应。,第一节 杀菌剂的作用机制,第一节 杀菌剂的作用机制,抑制核酸生物合成的杀菌剂 类型：苯并咪唑类和可转化成苯并咪唑类的杀菌剂；嘧啶类；抗生素类 酰苯胺类衍生物 其它类杀菌剂,第一节 杀菌剂的作用机制,蛋白质合成抑制剂 杀菌剂抑制蛋内质生物合成的作用机制 a.杀菌剂与核糖核蛋白体结合，从而干扰了tRNA与mRNA的正常结合。b.间接影响蛋白质合成 杀菌剂与DNA作用，阻碍DNA双链分开。c.原料的“误认”影响正常蛋白质的合成,第一节 杀菌剂的作用机制,d.蛋白质合成酶的活性受到抑制 抑制蛋白质生物合成的药剂,第一节 杀菌剂的作用机制,第二节 杀菌剂的代谢,1.定义杀菌剂的代谢：杀菌剂受自然环境条件的影响而改变其自身的化学结构，这种变化过程称为杀菌剂的代谢。1.1代谢过程的分类：无酶参与的自然的水解和氧化的纯化学分解反应；发生在有机体(植物、动物、微生物)代谢系统且多为由酶催化的生化反应。包括氧化反应、还原反应、水解作用以及结合物的形成等。,第二节 杀菌剂的代谢,按照代谢过程的不同，杀菌剂可以分为2类：体外和体内的杀菌活性基本相同；在体外不表现杀菌活性，而进入植物体内或施于土壤后被代谢或活化为另一活性物质才显示杀菌或抑菌活性。1.2杀菌剂的代谢产物：最终变成无毒无害物质；仍然保持相当的毒性，或者代谢出新的毒性物质，甚至成为致癌致畸物质，对环境造成污染。,第二节 杀菌剂的代谢,2.苯并咪唑类杀菌剂的代谢2.1苯并咪唑类 苯菌灵(苯来特)和多菌灵,第二节 杀菌剂的代谢,涕必灵和麦穗宁,第二节 杀菌剂的代谢,第二节 杀菌剂的代谢,2.2托布津类,第二节 杀菌剂的代谢,2.3丁烯酰胺类及有关化合物萎锈灵及氧化萎锈灵,第二节 杀菌剂的代谢,灭锈胺,第二节 杀菌剂的代谢,2，5二甲基3呋喃甲酰替苯胺,第二节 杀菌剂的代谢,比锈灵,第二节 杀菌剂的代谢,2.4有机磷酸酯类定菌磷,克瘟散,第二节 杀菌剂的代谢,第二节 杀菌剂的代谢,2.5嘧啶类及有关化合物 甲菌定和乙菌定,第二节 杀菌剂的代谢,丁嘧酯 十三吗啉(克啉菌),第二节 杀菌剂的代谢,嗪胺灵,第二节 杀菌剂的代谢,抑菌嗪酮、卵菌灵和胺丙威,第二节 杀菌剂的代谢,第二节 杀菌剂的代谢,第二节 杀菌剂的代谢,2.6三唑类三唑酮,第二节 杀菌剂的代谢,影响三唑酮离体活性的有：三唑酮转化为三唑醇的程度；三唑醇对映体的定性和定量组成；失活代谢过程；真菌对三唑醇单个对映体的敏感性。根据真菌对三唑酮的代谢和敏感性的相互关系，可把一些真菌分为三种类型：()对三唑酮和三唑醇均敏感；()对这两种化合物均不敏感；()对三唑酮不敏感，但对三唑醇中等敏感。,第二节 杀菌剂的代谢,()对三唑酮和三唑醇均敏感；,使三唑酮高度转化为三唑醇(80)，而且对其中的两种或多种对映体均是敏感的。,()对这两种化合物均不敏感；,主要产物为三唑醇的lR，2S；1R，2R或lS，2S对映体，转化率为10一100因种类不同而异。,第二节 杀菌剂的代谢,()对三唑酮不敏感，但对三唑醇中等敏感。,对三唑酮和三唑醇的1S，2R对映体中等敏感性，对其它三种对映体不敏感。,转化率很低、高敏感；或者转化率高、低敏感。,特点,第二节 杀菌剂的代谢,第二节 杀菌剂的代谢,烯唑醇,2.7 代森类,第二节 杀菌剂的代谢,2.8有机氯类稻瘟酞,第二节 杀菌剂的代谢,地茂散,第二节 杀菌剂的代谢,第三节 杀菌剂的抗性,3.1 抗性的含义,抗性：一切生物都具有适应环境条件变化的特性。抗药性的出现就是微生物(病原菌)对环境中由于使用药物(如杀菌剂)而产生的适应性变化。对某种药剂的敏感性降低而获得适应性的微生物称为“抗性菌”或“耐性菌”。,天然或原发抗药性。抗性菌是原来野生型存在的菌株，一般不会改变。,抗药性的分类,获得抗药性，它是由于环境条件的变化而诱发出来的，也就是由原来的敏感性菌发生某些变异而产生的。,交互抗性,对种杀菌剂产生抗性之后，对其它杀菌剂也产生抗药性，这种现象称为交互抗性。即所谓的单基因多效作用。,负交互抗性,两种药剂中的单独一种药剂对敏感性菌并不显示杀菌效果，而另外一种药剂对表现抗性的菌则显示杀菌效果。这种现象称为“真的负交互抗性”；,负交互抗性的分类,两种药剂都对敏感性菌显示杀菌效果，这种现象称为“假的负交互抗性”。,第三节 杀菌剂的抗性,3.2 抗性的由来,第三节 杀菌剂的抗性,杀菌剂抗药性的产生，是由于微生物细胞遗传性改变的结果。具体地说，抗药性(获得性的)，是由脱氧核糖核酸的改变而产生的。其中又分为染色体遗传基因决定的抗药性和染色体外遗传单位即质粒携带的抗药性。,真菌细胞由于产生了某种变化，从而使杀菌剂不能到达作用点。般有四种情况：由于降低了原生质膜的透性，从而减少了杀菌剂向菌体内的渗透作用；由于增加了真菌对杀菌剂的解毒力，从而增加了杀菌剂的钝化作用；由于作用点对杀菌剂的亲合力降低，从而降低杀菌剂的活化作用；由于真菌代谢作用中的某些变化而抵消抑制作用或者迂绕被堵作用位点。,第三节 杀菌剂的抗性,3.3 获得抗药性的杀菌剂,苯并咪唑及有关化合物,活性物质多菌灵(MBC)与病原菌中的在进行有丝分裂时形成纺锤体的蛋白质亚基结合，抑制了菌体有丝分裂过程。药剂在作用点上的活性部分与菌体纺锤体蛋白质亚基亲合力的减弱是引起抗性的原因。,与苯菌灵有交互抗性的杀菌剂有甲基托布津、多菌灵、麦穗宁、涕必灵等。,第三节 杀菌剂的抗性,丁烯酰胺类,这类杀菌剂如萎锈灵是真菌呼吸抑制剂，其作用点是真菌中的琥珀酸脱氢酶。抗性菌(如玉米黑粉病菌)的琥珀酸脱氢酶或者对热不稳定，或者对药剂的活性降低。还有一种抗性突变菌株，对抗霉素A和萎锈灵具有负交互抗性，对氰化物、叠氮化物也有很高的敏感性，而且和野生型菌一样，都可受到鱼藤酮的抑制。这种突变株被认为是由于与抗霉素A和鱼藤酮作用点之间的有关电子传递系统的某些成分发生了变异，使本来在该位点附近有作用点的萎锈灵失去作用而显示出抗性。,与萎锈灵有交互抗性的杀菌剂有氧化萎锈灵等。,第三节 杀菌剂的抗性,甾醇合成抑制剂类,由于这类杀菌剂尽管化学结构不尽相同但其作用位点相同，因此，比较容易产生交互抗性。例如，嘧菌醇、嗪胺灵、粉菌定、双氯苯啶醇、抑霉唑、三唑酮等都有交互抗性。杀菌剂的化学结构不同而其作用机制相同，因此交互抗药性的产生，一般认为是因菌体内作用点发生变异而引起的。,有机磷类杀菌剂,试验中获得了硫赶磷酸酯类药剂（PTL剂）（如克瘟散、异稻瘟净、乙苯稻瘟净、稻瘟灵等）的抗性菌。并且发现，PTL剂与另类有机磷药剂，即磷酰胺酯类药剂(PA剂)之间有负交互抗性。,第三节 杀菌剂的抗性,取代芳香烃类杀菌剂,五氯硝基苯、四氯硝基苯、地茂散、联苯酚等取代芳烃类药剂相互间被证明有交互抗性。,抗生素类,春雷霉素的抗性是该药的作用点发生变异，即菌体内合成蛋白质的核糖体发生变异而引起的。稻瘟散、多氧霉素两种药剂的抗性机制大概是由于药剂渗透到菌体上的量减少的缘故。,第三节 杀菌剂的抗性,3.4 抗药性产生的条件及对策,抗药性产生的条件,是否由一个基因(或少数基因)变异而获得抗药性。,控制基因是否容易变异,解决抗药性的对策,了解杀菌剂的作用方式,加强抗性的监测和预报,采用科学的用药方法,第三节 杀菌剂的抗性,解决抗药性问题的常见方法：（）控制适当的用药剂量和用药次数，以降低抗性菌落形成的“选择压力”。（）交替使用无正交互抗性的药剂，以减少抗药性突变的因素。（）药剂的混用和混配。,第四章除草剂,4.1通论按植物吸收方法分类：土壤处理除草剂,叶面处理除草剂,触杀性除草剂,内吸性或传导性除草剂,根据使用时期分类：,播前(prosowing)除草剂,苗前(pre-emergence)除草剂,苗后(post-emergence)除草剂,根据除草剂的应用范围分类：,灭生性除草剂,选择性除草剂,根据除草剂的作用方式 分类：,光合作用抑制剂,呼吸作用抑制剂,生物合成抑制剂,生长抑制剂,第四章除草剂,4.1.2 除草剂的研究开发过程,第四章除草剂,4.2 除草剂的作用原理,4.2.1 吸收与传导 4.2.2 作用方式,4.2 除草剂的作用原理,光合作用抑制剂,4.2 除草剂的作用原理,4.2 除草剂的作用原理,光合作用抑制剂可分为：白化除草剂；电子传递抑制剂；能量传递抑制剂；与化合物自由基H202的形成有关。,4.2 除草剂的作用原理,4.2 除草剂的作用原理,4.2 除草剂的作用原理,4.2 除草剂的作用原理,通常用抑制50Hill反应所需浓度表示该化学物质抑制光合作用的强度。4.2.2.2 呼吸作用抑制剂 植物的呼吸过程是将以蛋白质、碳水化合物及脂肪等形式存在的化学能转变成另一种化学能的形式，从而作为生物体内生物化学反应的动力。,4.2.2.3 抑制生物合成,类胡萝卜素类胡萝卜素的作用:一方面它们在光合作用中作为光吸收体；另一方面则作为保护性物质，降低三线态叶绿素或单线态氧的激发，后者的能量可能是由三线态叶绿素取得的。,4.2.2.3 抑制生物合成,除草剂的作用：1)脱氢酶抑制剂2)环化抑制剂典型的类胡萝卜素生物合成抑制剂如melflurazon，可使小麦幼苗在暗生长时体内八氢番茄红素含量增加而六氢番茄红素的含量降低。而杀草强则可抑制番茄红素环化成及胡萝卜素。,4.2.2.3 抑制生物合成,4.2.2.3 抑制生物合成,其它具有抑制脱氢酶作用的除草剂：,4.2.2.3 抑制生物合成,4.2.2.3 抑制生物合成,类脂,4.2.2.3 抑制生物合成,芳香氨基酸,1971年开发成功的苗后除草剂草基膦(glyphosate)可抑制芳香氨基酸的合成，其主要作用如下式：,4.2.2.3 抑制生物合成,支链氨基酸支链氨基酸是植物体内蛋白质合成的重要物质，其生物合成受阻，则导致蛋白质合成停止，从而使植物生长严重受害直至死亡。ALS是固定于高等植物叶绿体中的酶，在金属离子Mg2+或Mn2+的活化作用下，ALS与硫胺焦磷酸徐徐形成可逆络合物，催化丙酮酸或丁酮酸缩合，而磺酰脲类除草剂则可截留酶的硫胺焦磷酸。,4.2.2.3 抑制生物合成,4.2.2.3 抑制生物合成,4.2.2.3 抑制生物合成,蛋白质合成 氯代乙酰胺类除草剂,4.2.2.3 抑制生物合成,抑制生长,细胞分裂抑制剂 些除草剂可导致DNA合成受阻而抑制了细胞的分裂。途径：减少微管蛋白RNA而阻止微管蛋白的形成。微管的聚合受Ca2+的影响，因此，Ca2+浓度增加，微管将发生解聚。,抑制生长,细胞分裂抑制剂,细胞伸长抑制剂 一些除草剂除可抑制细胞分裂外，还可以通过抑制细胞伸长及扩展来抑制植物生长，特别是一些防除野燕麦的除草剂，如：,抑制生长,抑制生长,4.2.2.5 生长素型除草剂,这类除草剂造成植物形态畸型如茎加长、次生根及愈伤组织生长但却阻碍叶片的发育，严重地破坏了正常的生理过程。生长的变异是调节代谢的基本功能的变化。,4.2.3 选择性机理,选择性产生的决定因素：化合物的性质；与植物的接触方式；作用的生物化学因素；环境因素如土壤、气候、光、温度等。选择性的类型：位差选择时差选择,选择性产生的条件是所用的除草剂必须在土壤中的移动性极小。,生理的选择：由于植物结构形态上的差异，可造成杂草与作物对茎叶处理除草剂吸收程度的不同而形成的选择性。生物化学性的选择：因