第一節(jié)殺蟲藥劑的穿透與轉運

第一節(jié)殺蟲藥劑的穿透與轉運第1頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

在田間條件下農藥的穿透更多地受到生物行為學與生理學的影響?！稗r藥穿透生物學”即研究農藥的穿透與傳導與生物行為學或生理學關系的理論。比如殺蟲劑在田間條件下究竟以何種模式進入昆蟲體內；為什么向下傳導的農藥主要出現在除草劑中？毒力為什么與藥效并不總是呈正相關？農藥穿透生物學第2頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

近年來研究殺蟲劑對昆蟲表皮的穿透與分布又受到了重視，主要是由于兩方面的原因：①在研究害蟲抗藥性機理的工作中，科學家們發(fā)現有許多害蟲對殺蟲劑抗性的增強與昆蟲表皮對殺蟲劑的穿透性降低有關，并在家蠅中找到抗穿透的“Pen”基因。②隨著昆蟲生長發(fā)育抑制劑—苯甲酰基苯基脲類（BenzoylphenlUreas）的發(fā)展，昆蟲表皮生理以及表皮穿透等問題也得到進一步的研究。

第3頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一二、殺蟲劑進入昆蟲體內的途徑作用部位１.胃毒作用２.內吸作用３.觸殺作用４.熏蒸作用

拒食作用微氣管嘔吐殺蟲劑口器食道消化道(中腸)內吸殺蟲劑植物吸收殺蟲劑體壁（節(jié)間膜、觸角、足、翅）殺蟲劑氣門氣管血腔血液循環(huán)貯存在組織中(脂溶性)代謝

后腸馬氏管排出刺吸式咀嚼式第4頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一三、膜滲透的一般原理被動轉運(passivetransport)主動轉運(activetransport)胞吐(exocytosis)、胞納(endocytosis)

第5頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

1.被動轉運（passivetransport）

順著濃度差（concentrationgradient）或電位差（potentialgradient,二者合稱電化學梯度）產生的凈流動叫被動轉運。

(1)單純擴散（simplediffusion）：物質的分子或離子順著電化學梯度通過細胞膜的方式稱為單純擴散。

(2)易化擴散（facilitated

diffusion）：一些不溶于脂質或溶解度很小的物質，在膜結構中的一些特殊蛋白質的“幫助”下從膜的高濃度一側擴散到低濃度一側的物質轉運方式稱為易化擴散。

第6頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一①以載體為中介的易化擴散（carrier

mediated

diffusion）：葡萄糖、氨基酸②由通道中介的易化擴散（channelmediateddiffusion）：如Na＋、K＋和Ca2+等離子通道（ionchannel）(2)協(xié)助擴散（facilitated

diffusion）第7頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第8頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一2.主動轉運（activetransport）

細胞膜通過本身的耗能過程，逆電-化學梯度將物質分子或離子從膜的低濃度一側向高濃度一側轉運的過程。離子泵：其中由ATP直接供能的稱為原發(fā)性主動轉運(primaryactivetransport)；而由ATP間接供能的稱為繼發(fā)性主動轉運。

(1)原發(fā)性主動轉運(primaryactivetransport)

鈉-鉀泵或稱鈉泵(sodiumpump),將細胞內的Na＋逆著濃度差移出細胞外，同時將細胞外的K＋逆濃度差攝入細胞內，以保持細胞內高K＋和細胞外高Na＋的不均勻離子分布。

第10頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（2）繼發(fā)性主動轉運(secondaryactivetransport)

繼發(fā)性主動轉運或協(xié)同轉運是指利用鈉-鉀泵的高勢能貯備所進行的逆濃度梯度的主動轉運過程，通?？煞Q為協(xié)同轉運或聯合轉運。其驅動力并不直接來自ATP分解，而是來自另一物質原發(fā)性主動轉運所形成的離子濃度而進行的逆差轉運。例如在小腸和腎小管中的葡萄糖和氨基酸的逆濃度梯度轉運即屬于協(xié)同轉運。

第11頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

腎小管上皮細胞對GS的轉運基側膜鈉泵活動↓Na+濃度勢能差↓管腔膜Na+、GS同向轉運體↓GS再易化擴散入血腔第12頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

基本步驟：

1.細胞基底側膜上鈉泵活動→細胞內[Na+]↓，低于腸腔內容物，形成細胞管腔膜兩側的Na+濃度梯度（細胞內低于腸腔內容物(食糜)；

2.腸腔內的Na+和葡萄糖與管腔膜上的轉運體結合,順Na+的濃度梯度將Na+和葡萄糖同時移入細胞內。

3.細胞內葡萄糖濃度↑,經基底膜上葡萄糖載體蛋白順葡萄糖濃度梯度移出細胞而進入組織液(被吸收)。第13頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一3.胞吐（Exocytosis）與胞納(endocytosis)式轉運

某些大分子物質或物質團塊的轉運，可通過膜的結構與功能變化如變形和破裂等，使之進出細胞。兩者均需消耗能量，所以也屬主動轉運。

（1）胞吐：也叫出胞，是指某些大分子物質團塊從細胞內排出的過程。如腺體細胞中分泌物的排出，神經軸突末梢釋放遞質等。

第15頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一Exocytosis

包含大分子物質的小囊泡從細胞內部移至細胞表面，與質膜融合將物質排出細胞之外。第16頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（2）胞納（吞噬作用）是指細胞外較大的固體顆粒物質如細菌、病毒、異物、血漿中脂蛋白及大分子營養(yǎng)物質等進入細胞的過程，也叫入胞。

液體或極小的顆粒物質

細菌Phagocytosis第17頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一四、通過體壁的穿透1.表皮性質與穿透

表皮層中起阻隔作用的主要是蠟質層。（1）表皮上具附屬毛（2）上表皮的蠟質層厚度（3）外表皮的骨化程度；半翅目、鞘翅目

(4)表皮在體軀的不同部位的厚度不同第18頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

護臘層：類脂及鞣化蛋白臘層：蠟質（防水）

多元酚層

:脂蛋白和多元酚角質精層：鞣化脂蛋白、類脂外表皮:(硬)鞣化蛋白、幾丁質內表皮:(厚)幾丁質、蛋白質真皮細胞（膜結構）：單層細胞底膜：中性粘多糖（血細胞分泌）表皮孔道：有利穿透體壁上的外長物:毛、刺、鱗片

原表皮表皮油相上表皮昆蟲體壁的一般結構

水相油/水分配系數？第19頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一頭部與胸部的表皮比腹部容易透入:在頭部中，觸角及口器是兩個易穿透的部位.也有例外如蝴蝶：翅；足交易透入；表皮上的特殊構造：孔道、皮腺管、化感器、節(jié)間膜也決定了藥劑的穿透；

實際上跗節(jié)是殺蟲劑進入的一個重要通道。殺蟲劑究竟以何種模式進入昆蟲取決于藥劑的作用方式和昆蟲的取食行為學習性。四、通過體壁的穿透第20頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一殺蟲藥劑的理化性質與穿透（1）藥劑的穿透與其親脂性有關，如脂肪酸和煙堿；（2）藥劑的穿透與其解離程度或離子化程度成反比，如煙堿和亞砷酸鈉；（3）表面張力與穿透性也有一定的關系；（4）皮細胞膜或底膜、微氣管膜對殺蟲劑轉運的影響四、通過體壁的穿透第21頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

殺蟲劑施于昆蟲時，一般首先與昆蟲表皮的護蠟層接觸，由于上表皮是親脂性的，對極性化合物有較強的抵抗作用，故在許多情況下，觸殺效果好的殺蟲劑大部分是在非極性化合物中被發(fā)現。Olson和O`Brien（1963）發(fā)現在親脂性與表皮的穿透速率之間存在著反相關。他們認為殺蟲劑使上表皮的蠟質變成飽和，而要穿透進入蟲體，殺蟲劑還必須分布進入極性較大的內表皮，當極性較大的殺蟲劑點滴進入上表皮蠟層后，其穿透速率較快。藥劑油水分配系數對穿透的影響第22頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一表1-1殺蟲劑點滴美洲蜚蠊時分配系數與吸收間的關系殺蟲劑分配系數（橄欖油-水）穿透中時間（分鐘）DDT3161584狄氏劑64320對氧磷4.0655樂果0.3427第23頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

張宗炳（1962）用各種脂肪酸對蚊子幼蟲的穿透；Treherne(1956、1957)用各種化合物對對兔子皮膚和蝗蟲體壁的穿透證明化合物的穿透速率與油水分配系數成正相關。導致這些實驗結果的原因有2個方面的原因：化合物和生物材料的差異；研究方法的差異。藥劑油水分配系數對穿透的影響第24頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

實際上藥劑穿透速率與親脂性呈現較復雜的關系。C.F.威爾金遜認為殺蟲劑的穿透方程可以用下述方程描述。就是說在K和p兩者之間是真正的拋物線關系，對于穿透速率最適宜時都有一個p值。因此在最值的任何一邊上的p值，在K和p兩者之間，有一個明顯的直線關系，而所作圖的斜率可以是正的或負的。藥劑油水分配系數對穿透的影響第25頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一藥劑油水分配系數與穿透率的關系第26頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

藥劑不管是直接穿透體壁還是通過側向轉運經過微氣管膜進入靶標均需一個半透膜的轉運過程，因此殺蟲劑分子的空間結構、油水分配系數、電負性等參數會綜合性地影響其通過體壁的穿透過程。第27頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

3.輔助劑對穿透的影響——溶劑

四、通過體壁的穿透增加脂溶性及穿透臘質的能力；減低表面張力，增加接觸面；溶解及破壞上表皮臘質層，使不具脂溶性的物質也能透過。故一般加入溶劑毒力均有所提高。

如魚藤水懸浮劑比魚藤乳油對瓜蝽象的毒力要小一半。

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在某些情況下油劑可以改變表皮的性質，因而改變了殺蟲劑的穿透性。（1）使殺蟲劑增加附著在昆蟲體上的機會；（2）破壞上表皮蠟質層或攜帶殺蟲劑穿透表皮；（3）分裂體壁內部脂質-蛋白質有機體。油的沸點越低，黏度越小，穿透力越大，因此輕油大于重油大于潤滑油，礦物油大于植物油和動物油。所以，平常用的油劑都用煤油、柴油等。3.輔助劑對穿透的影響

——油攜帶劑第29頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

一般也能間接地增加藥劑的穿透。濕潤劑可很好地黏著在昆蟲表皮上，增加了穿透的面積和機會，同時還能溶解上表皮的蠟質層和破壞表皮的幾丁-蛋白質層。最有效的去污劑和濕潤劑應具備：（1）足夠的脂溶性，以便使殺蟲劑穿透上表皮的蠟質層；（2）具有一定的水溶性，從而使殺蟲劑能穿透內表皮；3.輔助劑對穿透的影響——去污劑和濕潤劑第30頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一4不具脂溶性物質的穿透

砷素劑、氟素劑等礦物質農藥，其穿透可能是由于表皮的吸收作用，但僅是推測而已。此外水溶性化合物如何穿透昆蟲體壁也是值得深入探討的問題。

四、通過體壁的穿透第31頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

卵殼的結構與一般昆蟲表皮的構造不同，故很多觸殺劑對卵無效。外卵殼：蛋白質和脂肪組成內卵殼：蛋白質組成，可分為很多小層。卵黃膜：構造與昆蟲表皮很相似胚胎：卵孔：1-70個，是受精時精子進入的通道。有保護物覆蓋藥劑不易透過。小孔：有/無與外界進行氣體交換。五、卵殼的穿透卵殼卵的構造第32頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一第33頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

殺卵劑的作用并不完全決定于對卵殼的穿透，不能穿透的也可殺卵。一般殺卵劑的作用包括：（1）一些藥劑使昆蟲的卵殼變厚，使胚胎在其中不能出來而死亡如石硫合劑的殺卵作用；（2）在卵殼外或內將胚胎包圍使其不能呼吸而窒息死亡如油劑的作用；（3）藥劑穿透卵殼對胚胎起毒殺作用如滅幼脲等。（4）影響核酸代謝表現為不育作用，多通過作用于成蟲的生殖系統(tǒng)起作用，如噻嗪酮等。五、卵殼的穿透第34頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

被動擴散主動運輸通過水孔通過水孔的穿透實際上是親水化合物、小分子量化合物被動擴散。（一）穿透消化道六、通過消化道的穿透第35頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一影響穿透速率因素：

①藥劑種類；②藥劑油／水分配系數；③消化道生理特性：pH決定殺蟲劑的解離性。如堿性砷酸鈣在中腸容易解離故無法穿透中腸；④消化道酶：活化（增毒），降解（減毒）

進入腸壁（油相）進入血腔（水相）（二）穿透消化道六、通過消化道的穿透第36頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一藥物解離度對穿透消化道的影響： 生物膜允許分子型化合物擴散通過，如果離子化部分不能通過水孔，那么其穿過消化道膜將取決于胃液的pH值。藥物的解離特性以pKa表示：即藥物在50％解離時的溶液pH值。每種化合物的pKa值是一定的。第37頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

弱酸性藥物：

HAH＋

＋

A－

Ka=H＋A－/HA pKa=pH-logA－/HA

pH-pKa=logA－/HA 10pH-pKa=A－/HA

當pH=pKa時，HA＝A－在pH值低的環(huán)境中解離度小。易透過膜。

第38頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一弱堿性藥物：

BH＋

H＋

＋

B

Ka=H＋B/BH

pKa=pH-logB/BH＋=pH+logBH＋

/BpKa-pH=logBH＋

/B 10pKa

-pH=BH＋

/B=解離型/非解離型

當pH=pKa時，B＝BH＋在pH值高的環(huán)境中解離度小。易透過膜。

第39頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一神經系統(tǒng)是殺蟲藥劑的主要靶標。1高等動物血腦屏障（bioodbrainbarrier,BBB）存在于血液與腦細胞外空隙之間，圍繞腦細胞的某些毛細血管內表皮細胞內；在血液與脊髓之間，處于脈絡叢中。三個屏障都允許脂溶性物質的通過，但穿透率不同。七、對神經膜的穿透第40頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

可能在膠質細胞和膠質細胞附近區(qū)域。類似生物膜的結構，非離子部分可以穿過，電解質的離子部分被阻擋在血-腦屏障的外面。殺蟲劑的電離常數及溶液的pH等因素也影響穿過血-腦屏障。如果能控制處理溶液的pH，減低電離度，可以增加殺蟲劑對血-腦屏障的穿透，從而增加對昆蟲的毒力。

2昆蟲的血腦屏障

七、對神經膜的穿透第41頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

昆蟲的血腦屏障和哺乳動物的在性質上是一致的，都是阻隔大分子及極性分子的進入，差別在于昆蟲的血腦屏障層對某些化合物的隔離作用更為有效；另一個重要差別在于哺乳動物的血腦屏障并不能保護其周圍神經系統(tǒng)。如胺吸磷（離子化合物），由于昆蟲的膽堿能突觸全部集中在中樞神經系統(tǒng)，胺吸磷不能越過屏障，因此，對昆蟲的毒力很低。在哺乳動物中，外周神經系統(tǒng)有膽堿能突觸，但沒有膜屏障保護，所以胺吸磷對哺乳動物毒性很大。第42頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一Fick擴散定律:

該定律表明，擴散是一個一級反應。即在任何時間的穿透速率與該時間在體表上殺蟲藥劑的量成正比.

-dc/dt=KC

﹡C：在體表上殺蟲藥劑的殘留量，K是穿透的速率常數。

八、穿透動力學第43頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一由上式可進一步推出：

用穿透的劑量對數與穿透時間作圖可得到一條直線。C0是藥劑的應用劑量，e是自然對數第44頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一DDT對大鼠皮膚的穿透，樂果、和對硫磷穿透進入美洲蜚蠊的情況，完全符合這種規(guī)律。第45頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

但殺蟲劑的穿透并不僅僅是以這種簡單的方式進行的，在許多情況下，還存在著穿透的雙相型或更復雜的形式。比如，擬除蟲菊酯穿透進入辣根猿葉甲(Phaedoncockledriae)，666異構體進入美洲蜚蠊，馬拉硫磷和狄氏劑進入鼠體（圖1-3），所獲得的穿透曲線形式明顯地取決于代謝因素，它影響了殺蟲劑在體壁內層的消失速率。因此，殺蟲劑從體壁外層向內層的轉移是很快的，而到達內層后則擴散速率逐漸趨于穩(wěn)定。

第46頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

a.除蟲菊酯進入辣根猿葉甲；(b)666異構體進入美洲蜚蠊；

(c)馬拉硫磷和（d）狄氏劑穿透雌大鼠表皮第47頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一

一般認為主要通過血淋巴轉運，但也有學者認為通過血淋巴轉運是次要的。1通過血淋巴的轉運一般認為，殺蟲劑與血漿蛋白結合，并被帶到其他器官，主要是清蛋白。九、殺蟲劑通過不同途徑的轉運第48頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一2通過昆蟲表皮中的側向轉運Greolt認為血淋巴在殺蟲劑的轉運過程中是次要的，而主要是在表皮中進行側向運轉，即沿表皮的臘層進入氣管系統(tǒng)，然后由微氣管到達作用部位。（1）血淋巴中所含有的殺蟲劑所能產生的殺蟲效果很小。Spiller（1955）和Colhoun（1960）用聯體昆蟲進行了實驗，結果表明處理昆蟲的血液對另一頭相聯的昆蟲無毒性。九、殺蟲劑通過不同途徑的轉運第49頁，共56頁，2023年，2月20日，星期一（2）放射性自顯影實驗：Greolt用14C-狄氏劑處理沙漠蝗幼蟲腹部表皮的放射性自顯影圖譜顯示，狄氏劑在整個蝗蟲表皮展布開來，而處理家蠅幼蟲，則顯示藥劑積累在氣管系統(tǒng)。九、殺蟲劑通過不同途徑的轉運2通過昆蟲表皮中的側向轉運第