第一節　殺蟲劑的主要類型與作用機理

一、殺蟲劑的主要類型

（一）有機氯類殺蟲劑

有機氯類殺蟲劑是一類含氯原子的有機合成殺蟲劑，滴滴涕和六六六是這類殺蟲劑的杰出代表。具有廣譜、高效、價廉、急性毒性小等特點，于1940～1970年，在全世界廣泛應用，在防治衛生害蟲和農業害蟲方面發揮過重大作用。

大多數有機氯殺蟲劑具有高度的化學穩定性，半衰期長達數年，在自然界極難分解。大量廣泛應用后，造成在農產品、食品和環境中殘留量過高。有機氯農藥的脂溶性強，并能通過生物鏈富集，容易在人體內蓄積，對人畜產生慢性毒性，尤其是殘留藥劑進入人奶或牛奶中，對嬰兒的健康有潛在危害性，以及對鳥類等動物有慢性毒害等問題，引起人們極大關注。自1970年以來，滴滴涕、六六六、艾氏劑、狄氏劑等主要有機氯殺蟲劑品種相繼被禁用。我國也于1983年禁止使用滴滴涕和六六六，目前禁用的還有二溴氯丙烷、三氯殺螨醇、毒殺芬、硫丹等。僅有少數品種，如甲氧滴滴涕、三氯殺蟲酯等尚在應用，在瘧疾流行區可用于室內滯留噴灑，防治瘧疾媒介——蚊蟲。

（二）有機磷類殺蟲劑

有機磷就是含磷的有機化合物。有機磷殺蟲劑的廣泛應用是在第二次世界大戰以后。1944年Schrader合成了對硫磷，由于其殺蟲活性高，殺蟲譜極廣，引起世界各國的重視，促進了有機磷殺蟲劑的迅速發展，相繼合成了內吸磷、氯硫磷、敵百蟲、倍硫磷、苯硫磷、馬拉硫磷、毒死蜱、殺蚜磷、二嗪磷、敵敵畏、樂果、殺螟硫磷等，這些都是農業上常用的殺蟲劑。

1.化學結構分類

根據化學結構，有機磷殺蟲劑可分為以下四類。

（1）磷酸酯（phosphate）　通式：

例如敵敵畏、久效磷等。

在磷酸酯三個取代基中一般有一個酸性基團，或稱為親核性基團，例如敵敵畏中的二氯乙烯基和久效磷中的1-甲基-2-甲胺基甲酰乙烯基。這是一般具有生物活性的有機磷化合物的特點。

（2）硫代、二硫代和三硫代磷酸酯　磷酸酯分子中的氧原子被硫原子置換，即稱為硫代磷酸酯，根據置換的硫原子數又可分為一、二、三硫代磷酸酯。

通式：

（3）膦酸酯、硫代膦酸酯

① 膦酸酯（phosphonate）　磷酸中的一個羥基被有機基團置換即在分子中形成了P—C鍵，稱為膦酸，它的酯叫膦酸酯。

通式：

例如敵百蟲。

② 硫代膦酸酯（phosphonothioate）　通式：

例如苯硫膦（EPN）。

（4）磷酰胺、硫代磷酰胺　磷酸分子中羥基（—OH）被氨基（—NH2）取代，稱為磷酰胺，磷酰胺分子中剩下的氧原子也可能被硫原子替換，而成為硫代磷酰胺。

① 磷酰胺（phosphoramidate）　通式：

例如甲胺磷。

② 硫代磷酰胺（thiophosphoryl amide）　通式：

例如乙酰甲胺磷、水胺硫磷等。

2.有機磷殺蟲劑應用概況

至今，有機磷殺蟲劑已發展成人工合成農藥中品種最多、產量最大的一類。據統計，全世界已有300～400種有機磷原藥，其中大量生產并廣泛使用的基本品種約100種，加工品種可達10000余種。這類殺蟲劑具有品種多、藥效高、用途廣等優點，因此在目前使用的殺蟲劑中占有極其重要的地位。

大多數殺蟲效果高的有機磷農藥在人、畜體內能夠轉化成無毒的磷酸化合物，這樣的殺蟲劑有馬拉硫磷、殺螟硫磷、滅蚜硫磷、敵百蟲、乙酰甲胺磷、雙硫磷等。但有不少品種對哺乳動物急性毒性較高，它們對哺乳動物的作用機理與對害蟲的沒有本質上的差別。對植物來說，有機磷殺蟲劑在一般使用濃度下不致引起對植物的藥害，只有個別藥劑對某些作物會產生藥害，例如高粱對敵百蟲、敵敵畏很敏感，在較低濃度下，也會引發嚴重藥害。

有機磷殺蟲劑的持效期一般較短。品種之間差異甚大，有的施藥后數小時至2～3天完全分解失效，如辛硫磷、敵敵畏等。有的品種因植物的內吸作用可維持較長時間的藥效，有的藥效甚至能達1～2個月以上，如甲拌磷。

有機磷類殺蟲劑種類繁多、毒性特殊、使用歷史悠久和使用范圍廣泛，在給人類生產和生活帶來利益的同時，也直接或間接地、短期或長期地對人類自身造成威脅，對生命造成危害，引起了社會各界的普遍關注。

（三）氨基甲酸酯類殺蟲劑

氨基甲酸酯類殺蟲劑是以毒扁豆堿為模板的仿生合成殺蟲劑，是在研究毒扁豆堿生物活性與化學結構關系的基礎上發展起來的。分子結構接近天然產物，在自然界易被分解，殘留量低。在土壤中，由于微生物的影響，氨基甲酸酯類會迅速分解，最終生成NO2、N2、H2O等簡單化合物。

氨基甲酸酯類殺蟲劑的結構上引入含N—S鍵的衍生物，并由此開發出一系列的由N—S鍵引出的不同的氨基甲酸酯類化合物的衍生物。現已有5種類型的衍生物，即：芳基和烷基硫基類衍生物、二烷基氨基硫基類衍生物、N，N’-硫雙氨基類型、N-磷酰氨硫基類型、N-氨基酸酯硫基類型。

主要品種有：茚蟲威（indoxacarb）、異丙威（isoprocarb）、涕滅威（aldicarb）、滅多威（methomyl）、克百威（carbofuran）、硫雙威（thiodicarb）等。由于環境毒性問題，其中克百威（carbofuran）和涕滅威（aldicarb）在我國蔬菜、果樹、茶葉、中草藥材上已被禁用，克百威（carbofuran）在甘蔗作物上也被禁用。

（四）擬除蟲菊酯類殺蟲劑

擬除蟲菊酯殺蟲劑是在天然除蟲菊酯化學結構上衍生發展起來的。除蟲菊素（pyrethrin）是菊科植物如白花除蟲菊（Tanacetum cinerariifolium）和紅花除蟲菊（T. coccineum）等花中的殺蟲有效成分（圖2-1）。除蟲菊花中含有除蟲菊素Ⅰ和Ⅱ、瓜葉除蟲菊素（cinerin）Ⅰ和Ⅱ、茉莉除蟲菊素（jasmolin）Ⅰ和Ⅱ六種殺蟲有效成分（表2-1），總稱為天然除蟲菊素，以除蟲菊素Ⅰ和Ⅱ含量最高，殺蟲活性最強。

天然除蟲菊酯（素）是一類比較理想的殺蟲劑：殺蟲毒力高，殺蟲譜廣，對人畜十分安全。從環境安全性來評價，它不污染環境，沒有慢性毒性等不良效應，也不會發生累積中毒。它的唯一不足就是持效性太差，在光照下會很快氧化。因此，天然除蟲菊酯不能在田間使用，只能用于室內防治衛生害蟲。

第一個人工合成的擬除蟲菊酯是烯丙菊酯（allethrin），它以除蟲菊酯Ⅰ為原型，用烯丙基代替環戊烯醇側鏈的戊二烯基（即在醇環側鏈除去一個雙鍵），使光穩定性有些改善（圖2-2）。

由烯丙菊酯衍生的擬除蟲菊酯殺蟲劑稱為第一代擬除蟲菊酯，它主要代表品種有：芐菊酯（dimethrin）、芐呋菊酯（resmethrin）、胺菊酯（tetramethrin）、苯醚菊酯（phenothrin）、苯醚氰菊酯（cyphenothrin）。

在菊酯類化合物化學結構改造中引入苯氧基芐醇基團，而合成了甲氰菊酯。這個化合物的光穩定性更強，對一些昆蟲，特別是對螨類和粉虱等都有較好的效果，缺點是對卵無效且口服毒性較高。之后合成的氯菊酯（permethrin）（圖2-3），解決了天然除蟲菊素和第一代擬除蟲菊酯分子中的兩個光不穩定中心，是真正實現了光穩定性的農用擬除蟲菊酯殺蟲劑。在結構中引入氰基相繼合成了氯氰菊酯和溴氰菊酯。將有機氯殺蟲劑DDT的有效結構嵌入菊酸中，開發出分子結構中不具環丙烷的氰戊菊酯，從而打破了菊酯類殺蟲劑必須具有“三碳環”結構的傳統觀點，光穩定的第二代農用擬除蟲菊酯殺蟲劑得到了空前的發展。在結構中導入氟原子開發成功的菊酯類殺蟲、殺螨劑有聯苯菊酯、氟氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和七氟菊酯等。

主要品種：氯氰菊酯（cypermethrin）、高效氯氰菊酯（beta-cypermethrin）、溴氰菊酯（deltamethrin）、氟氯氰菊酯（cyfluthrin）、氯氟氰菊酯（cyhalothrin）、氰戊菊酯（fenvalerate）、S-氰戊菊酯（esfenvalerate）、醚菊酯（etofenprox）等。

（五）沙蠶毒素類殺蟲劑

沙蠶毒素（nereis-toxin，NTX）是生活在海灘泥沙中的一種環節蠕蟲沙蠶（lumbriconereis heteropoda）分泌的毒素，沙蠶毒素對許多昆蟲有毒殺作用，特別對水稻螟蟲具有特殊的毒殺效果。由此，人們開始合成了NTX，第一個NTX類殺蟲劑——殺螟丹，也是人類歷史上第一次成功利用動物毒素進行仿生合成的殺蟲劑。

沙蠶毒素殺蟲劑殺蟲譜廣，可用于防治水稻、蔬菜、甘蔗、果樹、茶樹等多種作物上的多種食葉害蟲、鉆蛀性害蟲，對蚜蟲、葉蟬、飛虱、薊馬、螨類等有良好的防治效果，屬低毒低殘留殺蟲劑。多數品種對人畜、鳥類、魚類及水生動物的毒性均在低毒和中等毒范圍內，使用安全。對環境影響小，施用后在自然界容易分解，不存在殘留毒性。但對家蠶、蜜蜂毒性較高。

某些作物如大白菜、甘藍等十字花科蔬菜的幼苗對殺螟丹、殺蟲雙敏感，在夏季高溫或作物生長較弱時更敏感；豆類、棉花等對殺蟲環、殺蟲雙特別敏感，易產生藥害。在使用時要引起注意。

主要品種：殺螟丹（cartap）、殺蟲雙（thiosultap-disodium）、殺蟲單（thiosultap-monosodium）、殺蟲環（thiocyclam-hydrogen oxalate）、殺蟲磺（bensultap）。

（六）氯化煙酰類殺蟲劑

氯化煙酰殺蟲劑（chloronicotinyl insecticides）指硝基亞甲基、硝基胍及其開鏈類似物，是煙堿的衍生物。1984年，日本特殊農藥制造公司合成了硝基胍NTN33893（Ⅲ）作為殺蟲劑，命名為吡蟲啉（imidacloprid）。吡蟲啉是第一個作用于煙堿型乙酰膽堿受體的氯化煙酰類化合物，隨后相繼合成了烯啶蟲胺（nitenpyram）和啶蟲脒（acetamiprid）。氯化煙酰類對蚜蟲類和白粉虱等有卓越的生物活性，由于氯化煙酰類殺蟲劑具有良好的內吸性，它可以用來防治刺吸式口器害蟲如蚜蟲、白粉虱、葉蟬、飛虱以及一些咀嚼式口器害蟲如馬鈴薯甲蟲等。由于許多作物的病毒病是由一些刺吸式口器害蟲傳播的，所以使用吡蟲啉、啶蟲脒和噻蟲嗪還有助于防治一些作物的病毒病。

主要品種有：吡蟲啉（imidacloprid）、啶蟲脒（acetamiprid）、噻蟲嗪（thiamethoxam）、烯啶蟲胺（nitenpyram）。

（七）吡咯（吡唑）類殺蟲劑

吡咯類殺蟲劑是在從土壤鏈霉菌Streptomyces fumanus的代謝產物中分離出的二吡咯霉素的基礎上發展起來的。二吡咯霉素對昆蟲和蜱螨目的蜘蛛表現中等程度的生物活性，但對哺乳動物的毒性卻非常高。為了促使這類化合物成為新的類型的殺蟲劑，化學家對其化學結構進行改造。以二吡咯霉素為先導化合物，成功開發出了氟蟲腈、蟲螨腈、丁烯氟蟲腈，其中丁烯氟蟲腈是中國研制產品。這類殺蟲劑為廣譜性殺蟲、殺螨劑。作用機理研究表明蟲螨腈作用于細胞內線粒體膜，是一個優良的氧化磷酸化解偶聯劑，它干擾膜內外的質子濃度，使其透過線粒體膜受阻，從而阻礙ATP產生，導致細胞呼吸中斷，最終機體死亡。

主要品種有：蟲螨腈（chlorfenapyr）、氟蟲腈（fipronil）、乙蟲腈（ethiprole）、唑蟲酰胺（tolfenpyrad）、丁烯氟蟲腈（butene-fipronil）。

（八）吡啶類殺蟲劑

通常將吡啶及其衍生的殺蟲劑統稱為吡啶類殺蟲劑。吡啶具有芳香性，這與苯環結構有相似的地方，但吡啶環上有氮原子，表現為二者在疏水性和內吸性上存在差異，吡啶類化合物具有更高的生物活性和較低毒性。含吡啶環的殺蟲劑類型繁多，生物活性也多種多樣。此類殺蟲劑不僅高效、低毒，而且對人及有益生物有卓越的環境相容性。

吡蚜酮（pymetrozine）是一類全新的殺蟲劑，對刺吸式口器害蟲表現出優異的防治效果，對高等動物低毒，對鳥類、魚和非靶標生物安全，在昆蟲間具有高度的選擇性。它具有獨特的作用方式，即為“口針穿透阻塞”，對昆蟲沒有直接毒性，當刺吸式口器害蟲接觸到該化合物，即立刻停止取食，最終使其饑餓致死。

從毒理學角度來看，吡蚜酮在正常使用下，在安全性方面不會發生任何問題。實際上，該化合物對哺乳動物毒性極低，對大多數的非靶標生物如節肢動物、鳥類和魚非常安全。吡蚜酮在環境中可迅速降解。具有類似作用方式的殺蟲劑還有氟啶蟲酰胺（flonicamid）。

（九）雙酰胺類殺蟲劑

“雙酰胺”是這類化合物的重要結構特征，作用于魚尼丁受體是它們的主要作用方式。然而，由于化學結構上的變化，這類產品并不完全拘囿于魚尼丁受體作用劑。氟苯蟲酰胺、氯蟲苯甲酰胺、溴氰蟲酰胺、四氯蟲酰胺皆為魚尼丁受體作用劑；而環溴蟲酰胺作用于魚尼丁受體變構體；溴蟲氟苯雙酰胺的作用機理則明顯不同，它是γ-氨基丁酸（GABA）門控氯離子通道別構調節劑。由于具有不同的作用靶標，雙酰胺類殺蟲劑呈現了不同的防治譜和抗性治理領域。

主要品種：氟苯蟲酰胺（flubendiamide）、氯蟲苯甲酰胺（chloantraniliprole）、溴氰蟲酰胺（cyantrannilprole）、四氯蟲酰胺（tetrachlorantraniliprole）、環溴蟲酰胺（cyclaniliprole）等。

（十）苯甲酰脲類和嗪類殺蟲劑

苯甲酰脲類化合物和嗪類化合物的作用靶標為昆蟲體壁幾丁質合成酶，抑制昆蟲幾丁質合成，屬于昆蟲生長調節劑。這兩類殺蟲劑殺蟲力強，對哺乳動物毒性低，對天敵昆蟲影響少以及對環境無污染，是一類“環境友好農藥”。

苯甲酰脲類殺蟲劑分為七大類，即：苯甲酰基取代苯基脲類、苯甲酰基吡啶氧基苯基脲類、苯甲酰基烷（烯）氧基苯基脲類、苯甲酰基氧基苯基脲類、苯甲酰基取代氨基苯脲類、苯甲酰基雜環基脲類、苯甲酰基苯基脲類類似物和硫脲或異硫脲衍生物。

主要品種：除蟲脲（diflubenzuron）、氟啶脲（chlorfluazuron）、氟鈴脲（hexaflumuron）、氟蟲脲（flufenoxuron）、丁醚脲（diafenthiuron）、噻嗪酮（buprofezin）、滅蠅胺（cyromazine）、虱螨脲（lufenuron）。

（十一）保幼激素與蛻皮激素類殺蟲劑

昆蟲腦激素、保幼激素和蛻皮激素等，對昆蟲的生長、變態和滯育等主要生理現象具有重要的調控作用，保幼激素與蛻皮激素類殺蟲劑是在對上述激素研究的基礎上發展起來的，人們往往將這些化合物及幾丁質合成抑制劑稱為昆蟲生長調節劑（insect growth regulator）。這些殺蟲劑并不快速殺死昆蟲，而是通過干擾昆蟲的生長發育來減輕害蟲對農作物的危害。

保幼激素（juvenile hormone，JH）是由昆蟲咽側體分泌，控制昆蟲生長發育、變態及滯育的重要內源激素之一。已發現四種天然保幼激素，合成了數以千計的保幼激素類似物，有些人工合成品的生物活性竟比昆蟲內源保幼激素高1000倍以上。

蛻皮激素（ecdysone或molting hormone）是由昆蟲前胸腺分泌的一類昆蟲內源激素，它和保幼激素共同控制昆蟲的生長與變態。1988年人工合成了非甾族化合物的蛻皮激素抑食肼和蟲酰肼。抑食肼和蟲酰肼在化學結構上與天然昆蟲蛻皮激素相去甚遠，但它們卻具有與天然蛻皮激素相同的生理效應。

人工合成的保幼激素類似物烯蟲酯，對蚊、蠅的幼蟲有較強的殺滅作用。烯蟲乙酯對鱗翅目、半翅目和某些鞘翅目、同翅目害蟲有效。合成的烯蟲炔酯化合物對蚜蟲和小粉蚧有效。其后合成了吡丙醚、苯氧威和苯蟲醚等保幼激素類殺蟲劑。

主要品種：

（1）保幼激素類似物　烯蟲酯（methoprene）、吡丙醚（pyriproxyfen）。

（2）蛻皮激素類似物　抑食肼（RH-5849）、蟲酰肼（tebufenozide）。

（十二）阿維菌素類殺蟲殺螨劑

阿維菌素是十六元大環內酯類化合物，是從土樣中的灰色鏈霉菌Streptomyces avermitilis MA-4680（NRRL 8165）的發酵液中分離得到的。分離出8個結構十分相近的化合物，總稱作阿維菌素類殺蟲劑（avermectin）。

口服阿維菌素B1a，可以防治綿羊、貓、狗或馬體內線蟲和節肢動物寄生蟲。該藥易為植物葉子吸收，用0.02μg/mL濃度的阿維菌素就能很有效地防治螨類、毛蟲。

天然阿維菌素類殺蟲劑中含有8個組分，主要有4種即Ala、A2a、B1a和B2a，其總含量≥80%；對應的4個比例較小的同系物是Alb、A2b、B1b和B2b，其總含量≤20%。用于防治害蟲的阿維菌素類殺蟲劑，以阿維菌素B1a+阿維菌素B1b為主要殺蟲成分，其中B1a不低于80%。自從1991年“害極滅”進入我國農藥市場以后，阿維菌素類農藥在我國的害蟲防治體系中占有較重要地位。阿維菌素類殺蟲劑在我國目前有10余家企業生產，目前市售的阿維菌素類系列農藥有阿維菌素、依維菌素和甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽。

阿維菌素對葉螨和許多種類的昆蟲有非常強的觸殺活性，已廣泛用于防治大多數農作物和園藝作物的害蟲和害螨。依維菌素（ivermectin）是在阿維菌素結構基礎上改造成功的產物，已用于防治家畜寄生蟲。半合成的阿維菌素——埃瑪菌素（emamectin，MK-244）（4″-外-甲氨基-4″-脫氧阿維菌素B1），已制成了埃瑪菌素的鹽酸鹽，在我國登記防治棉鈴蟲。

主要品種有：阿維菌素（abamectin）、埃瑪菌素（emamectin）。

（十三）多殺菌素殺蟲劑

多殺菌素是放線菌多刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）發酵生產中產生的次生代產物，是含spinosyn A基本組成成分和spinosyn D的混合物。由美國陶氏益農公司開發并已商品化，因其低毒，低殘留，對昆蟲天敵安全，自然分解快，而獲得美國“總統綠色化學品挑戰獎”。

多殺菌素主要有胃毒作用，還具有觸殺活性，施用后當天即見效，可有效防治各種鱗翅目害蟲，對一些啃食大量樹葉的鞘翅目、直翅目害蟲也有效。

主要品種有：多殺菌素（spinosad）。

（十四）專用殺螨劑

殺螨劑是指用于防治危害植物的螨類的化學藥劑，一般是指只殺螨不殺蟲或以殺螨為主的藥劑。生產上用來控制螨類的農藥有兩類：一類是專性殺螨劑，即通常所說的殺螨劑，指只殺螨不殺蟲或以殺螨為主的農藥；一類是兼性殺螨劑，指以防治害蟲或病菌為主，兼有殺螨活性的農藥。

螨類屬于節肢動物門，蛛形綱，蜱螨目，個體較小。在一個群體中可以存在所有生長階段的螨，包括卵、若螨、幼螨、成螨。螨類繁殖迅速，越冬場所變化大。這對殺螨劑提出了很高的要求，即殺螨活性強，既殺成螨，又要對卵、若螨、幼螨具有良好的殺傷作用；持效期長，可以防治整個生長期間的螨；對作物安全，對高等動物安全，不傷害天敵，不造成環境污染。

目前常用殺螨劑主要品種有：嘧螨酯（fluacrypyrim）、螺甲螨酯（spiromesifen）、噻螨酮（hexythiazox）、炔螨特（propargite）。

二、殺蟲劑的作用機理

（一）神經毒劑的作用機理

當前大多數的殺蟲藥劑是神經毒劑，它們主要干擾破壞昆蟲神經的生理、生化過程，引起昆蟲神經傳導功能的紊亂并致其中毒死亡。該類殺蟲劑主要有：有機磷與氨基甲酸酯類、擬除蟲菊酯類、甲脒類、阿維菌素、多殺菌素、沙蠶毒素類和新煙堿類殺蟲劑等。

1.有機磷與氨基甲酸酯類殺蟲劑

有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑從1939年到現在已開發具使用價值的殺蟲劑約有200種，能成為商品的有50～60種。使用有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑后，昆蟲的中毒癥狀表現為異常興奮、痙攣、麻痹、死亡四個階段。有機磷與氨基甲酸酯類殺蟲劑是典型的神經毒劑，它們的作用靶標為乙酰膽堿酯酶。

（1）乙酰膽堿酯酶及其功能　神經沖動在神經細胞間的傳導，是由突觸間隙的神經傳遞介質實現的。已知的神經傳遞介質有乙酰膽堿、去甲腎上腺素、一些生物胺和氨基酸如γ-氨基丁酸（GABA）等。

在脊椎動物的神經系統中，乙酰膽堿作為傳遞介質，作用于膽堿突觸，包括中樞神經系統突觸、運動神經的神經肌肉接頭、感覺神經末梢突觸、交感神經及副交感神經各神經突觸，以及所有神經節后副交感神經末梢和汗腺、血管、腎上腺髓質等處交感神經末梢。在昆蟲體內，中樞神經系統為腹神經索，乙酰膽堿也是其突觸中的傳遞介質。

乙酰膽堿酯酶（AChE）是一個水解酶，底物是乙酰膽堿。

水解作用的反應式如下：

CH3COOCH2CH2N（CH3）3+ H2OCH3COOH + HOCH2CH2N+（CH3）3

乙酰膽堿酯酶有三類作用部位，即催化部位、結合部位和空間異構部位。

① 催化部位。又稱酯動部位，是催化分解乙酰膽堿發生乙酰化、有機磷發生磷酰化的部位。

② 結合部位。在催化部位四周的許多氨基酸殘基都可能作為結合部位。因此結合部位有以下四個。（a）陰離子部位，它是天冬氨酸、谷氨酸羥基。乙酰膽堿的N+（CH3）3基團就與陰離子部位上的負電荷結合。有一種家蠅突變型，它與乙酰膽堿的結合在陰離子部位是正常的，但與有機磷酸酯和氨基甲酸酯結合以后其親和力卻降低了，兩者相差500倍，說明它們結合到另外一些部位上。（b）疏水部位，這個部位是抑制劑的親脂性基團（如甲烷、乙烷及丙烷基團）與酶結合的部位，可以減少K值，增加親和力。疏水基部位已在丁酰膽堿酯酶中證實。在乙酰膽堿酯酶上也可能有這個部位，已經發現許多芳基甲基氨基甲酸酯中，苯環上增加一個甲烷取代基對乙酰膽堿的抑制能力增加3倍。（c）電荷轉移復合體（CTC）部位，在酶與抑制劑結合時，如果一方是易失去電子的電子供體，而另一方是強親電性的電子受體，就很容易結合。這種結合可以在吸收光譜中出現一個新的吸收峰，證明酶與抑制劑通過電荷的轉移形成了復合體。在苯基氨基甲酸酯中，芳基氨基甲酸酯是作為電子的供體，因此，在苯環上加C或NH3時（對苯環提供電子），就具有形成CTC的能力，如加N就不能使其形成CTC。試驗證明這種取代基主要對乙酰膽堿酯酶的親和力產生影響，而對氨基甲酰化無影響，拒電性基團使親和力增加（Kd值減少），認為是與酶的某些部位結合形成了電荷轉移復合體。（d）靛結合部位，當乙酰膽堿酯酶被一些試劑處理后，活性變化很大，對乙酰膽堿失去了活性，對1-酯酸萘酯、苯乙酸酯，甚至甲萘威、毒扁豆堿等也失去活性，唯獨對靛乙酸卻增加了活性。

③ 空間異構部位。它是遠離酶的活性部位，這個部位與某種離子或者某種化合物上取代基團結合時，酶的結構產生了立體變形，從而改變了其他作用部位的反應。

乙酰膽堿受體（AChR）是指在神經膜突觸間隙中，接受神經傳遞介質（如乙酰膽堿）的細胞膜上的某種成分。在后膜上乙酰膽堿受體與乙酰膽堿結合就是激活過程。這個激活包括受體本身發生某些改變，而這些改變又間接影響突觸后膜的三維結構的改變。膜的改變主要是各種離子通透的改變。乙酰膽堿受體是一種酸性糖蛋白，并含有與乙酰膽堿相似的氨基酸的含量，它位于突觸后膜內的一端并伸出膜外，為接受乙酰膽堿的部位。

乙酰膽堿與受體結合后可通過兩種方式造成膜通透性改變：一是直接改變了膜上三維結構，使膜上的離子通道可開放或關閉，于是離子就可以進入或被阻止進入；二是間接通過環核苷酸的磷酸化作用，使受體引起核苷酸環化酶活性增加，從而產生了更多的環核苷酸（如環鳥苷酸與離子導體起磷酸化作用，使離子通道體改變，從而通透性改變）使離子進出或進出被阻。這種直接和間接效應在脊椎動物頸上神經等進行試驗表明都存在。

乙酰膽堿至少有煙堿型及毒蕈堿型的兩種受體。由突觸膜上釋放出乙酰膽堿，它可與毒蕈堿型的或煙堿型的受體結合，還可通過聯系神經元與多巴胺受體結合。第一個結合可直接影響膜電位改變，在突觸后膜產生一個快興奮性突觸后電位，可以被阿托品阻斷。第二個結合可使鳥苷酸環化酶活化，產生環鳥苷酸，通過磷酸化作用，在突觸后膜產生一個慢興奮性突觸后電位。

（2）有機磷殺蟲劑對乙酰膽堿酯酶的抑制作用　有機磷殺蟲劑大多是一些磷酸酯或磷酰胺。一般對蟲、螨均有較高的防治效果。大多數有機磷殺蟲劑具有多種作用方式，殺蟲范圍廣，能同時防治并發的多種害蟲。有機磷殺蟲劑的殺蟲性能和對人、畜、家禽、魚類等的毒害，是由于抑制體內神經中的“乙酰膽堿酯酶”或“膽堿酯酶”的活性而破壞了正常的神經沖動傳導，引起了一系列急性中毒癥狀（如異常興奮、痙攣、麻痹、死亡）。

① 酶活性抑制。有機磷化合物在結構上與天然底物乙酰膽堿有些類似。雖然磷化合物大都沒有正電荷基團與正常的酶的陰離子部位結合，但磷酸酯基仍然可以被吸附在酯動部位，分子的其余部分則排列在由多種氨基酸側鏈基團組成的整個活性區內，相互之間產生親和力，發生一系列與乙酰膽堿類似的變化，生成磷酰化酶。乙酰化酶是不穩定的，水解很快，半衰期約0.1ms，而磷酰化酶則十分穩定，兩者的穩定性相差107倍以上。

有機磷殺蟲劑與AChE的反應式如下：

式中，PX為有機磷殺蟲劑；X為側鏈部分，例如對氧磷的；E為AChE；K2為磷酰化反應速率常數；K3為脫磷酰基水解速率常數或稱酶致活常數。

反應開始時有機磷酸酯先與酶形成復合體（PX·E），X分離后形成磷酰化酶（PE），再經過脫磷酰基使AChE恢復。其中以K3步驟最慢。

② 形成可逆性復合體。依靠抑制劑與酶活性區之間的親和力形成抑制劑絡合物。

③ 磷酰化反應。有機磷酸酯與AChE的反應是利用P原子的親電性攻擊酶的絲氨酸上的羥基。例如對氧磷與AChE的反應：

各種磷酸酯殺蟲劑與AChE反應時都是形成O，O-二乙基磷酸酰化酶，同時分離X基團（如對硝基酚）。

磷酸化反應實質上是有機磷酸酯與AChE中的親核基OH－之間的親電反應。如果能加強P原子的親電性可以提高對AChE的抑制能力。

酰化反應的另一個特點是P原子的親電性反應與X基團（PX）的分離是同時進行的。X基團分離后磷酰化酶才能形成。P原子的親電性愈強，X基團的分離能力愈大。X基團的分離是酯鍵的堿性水解作用，所以取代基在改善P原子親電性時，P—X鍵也就更容易水解，有時候嚴重影響有機磷化合物的穩定性。

④ 酶活性的恢復。酶經磷酰化后，雖然水解作用極為緩慢，但仍然能自發地放出磷酸并使酶復活，這一反應稱為自發復活作用或脫磷酸酰化作用。反應可用下式表示：

EP + H2OEH + P—OH

自發復活速度與抑制劑的離去基團無關，而取決于磷原子上殘留的取代基以及酶的來源。磷酰化AChE水解速度是正常底物乙酰化酶水解速度的10－9～10－7，也低于氨基甲酰化酶。如果不用致活試劑，磷酰化酶恢復很慢。在高等動物中被抑制的AChE可以用化學藥物使酶迅速恢復，有些化合物已經作為高等動物有機磷酸酯中毒的治療藥物，這些藥物都是親核性試劑，它們的作用都是攻擊磷酰化酶中磷原子而取代它們。

在一些情況下可以通過催化劑使K3反應的速度加快，這些催化劑有很大的價值，它們全是親核試劑。其作用主要是攻擊P原子把它的催化部分取代下來。如同抑制劑的抑制過程：E+PX=EPX，親核試劑作用是A+EP=EA+P，EA是很不穩定的，很快裂解，恢復酶的活性。最早發現的有恢復磷酸化酶活性的化合物是羥胺，但其對磷酸化酶抑制作用不強。

羥胺（NH2OH）是一個弱的AChE復活劑，只能使酶的活性恢復比自然恢復增加10%。一些好的復活劑如肟、羥肟酸等，在其分子中，若在與親核中心適當距離處引入陽離子中心，就會使復活活性增強。所以，用于有機磷中毒治療的解毒劑，如解磷定（2-PAM）、4-PAM、雙復磷等具有這類結構。

⑤ 磷酰化酶的老化。所謂老化是指磷酰化酶在恢復過程中轉變為另一種結構，以至于羥胺類的藥物不能使酶恢復活性。通常認為，老化現象是二烷基磷酰酶的脫烷基反應造成的。在脫去烷基之后，磷酰化酶變得更穩定了，磷酸負離子能抵抗肟類復活劑的親核進攻。

磷酰化酶的老化速率與磷酰基上的烷基有關。二乙基磷酰化酶老化緩慢，與乙基相比，甲基、仲烷基及芐基酯的老化速度要快得多。老化反應速度可能主要取決于非酶的化學力，發生烷基磷酸酯基C—O鍵的斷裂。因此，酶如果受烷基化能力高的磷酸酯的抑制，老化現象易于發生。

（3）氨基甲酸酯類殺蟲劑對乙酰膽堿酯酶的抑制作用　氨基甲酸酯類殺蟲劑是一類與毒扁豆堿結構類似的殺蟲劑。此類殺蟲劑常用品種有：甲萘威、仲丁威、殺螟丹、克百威、抗蚜威、速滅威、混滅威、異丙威、殘殺威、滅多威、丙硫威、丁硫威、唑蚜威、硫雙威等。

使用氨基甲酸酯類殺蟲劑與有機磷殺蟲劑后，昆蟲表現為相同的的中毒癥狀。它們的作用機制都是抑制AChE的活性，使得ACh不能及時分解而積累，不斷和AChR結合，造成后膜上Na+通道長時間開放，突觸后膜長期興奮，從而影響了神經興奮的正常傳導。不同的是有機磷殺蟲劑對AChE的抑制依賴其大的K2和小的K3，該反應是不可逆性抑制。氨基酸酯類殺蟲劑對AChE的抑制主要依賴于其小的Kd值（Kd=K－1/K1），即依賴于和AChE形成比較穩定的復合物，反應是可逆性抑制。也就是說，氨基甲酸酯類殺蟲劑（CX）與AChE通過疏水作用結合成穩定的復合體是抑制AChE的主要原因，氨基甲酰化反應是次要原因。

2.擬除蟲菊酯類殺蟲劑

擬除蟲菊酯類殺蟲劑是根據天然除蟲菊素化學結構而仿生合成的殺蟲劑。由于它殺蟲活性高、擊倒作用強、對高等動物低毒及在環境中易生物降解的特點，已經發展成為20世紀70年代以來有機化學合成農藥中一類極為重要的殺蟲劑。

一般認為，天然除蟲菊酯和擬除蟲菊酯殺蟲劑與DDT一樣屬于神經軸突部位傳導抑制劑，而對于突觸沒有作用。

使用擬除蟲菊酯后，害蟲的中毒癥狀期有興奮期與抑制期。在興奮期，受刺激的昆蟲極為不安而亂動，在抑制期的昆蟲活動逐漸減少，行動不協調，進入麻痹以至死亡。例如，用氰戊菊酯處理突背蔗龜甲成蟲表現癥狀極為明顯。但對鱗翅目幼蟲，往往興奮期極短，迅速擊倒進入麻痹。除此之外，還具有驅避、影響生長發育較為復雜的中毒癥狀。

擬除蟲菊酯類殺蟲劑的作用機制：用電生理方法以烯丙菊酯處理美洲蜚蠊的神經索巨大神經軸突，發現負后電位延長，并阻礙神經軸傳導，當用0.3μmol/L濃度時，也同樣使負后電位延長，但無阻礙傳導。用擬除蟲菊酯處理多種昆蟲神經的多個部位（如蜚蠊尾須、家蠅的運動神經元，吸血椿象的中樞神經系統，沙漠飛蝗的周圍神經系統等），結果都測定出有重復后放現象。

根據對感覺神經元的反應和處理蜚蠊的作用可把擬除蟲菊酯分為Ⅰ和Ⅱ型，Ⅰ型化合物對感覺神經元在體外可產生重復放電，而Ⅱ型化合物（含氰基擬除蟲菊酯）不會產生重復放電，可能對突觸產生作用，在突觸中，它的傳遞物質或許是谷氨酸或GABA。

擬除蟲菊酯的一個有趣的特點是它們在低溫條件下對昆蟲毒性更高，在15℃的LD50毒力大于32℃的LD50的10倍，烯丙菊酯對昆蟲的作用方式是影響它的軸突傳導，在低溫條件下，作用更為突出。

擬除蟲菊酯的作用機制可能與ATP酶的抑制有一定的關系，相當高濃度的烯丙菊酯對紅細胞膜及鼠腦微粒體的Na+-K+-ATP酶有抑制作用。較高濃度的擬除蟲菊酯對美洲蜚蠊的Na+-K+-ATP酶也有抑制作用。這些作用機制一部分是間接的影響作用，Na+-K+-ATP酶與傳遞Na+及K+離子的功能有間接的關系。推測這不是神經傳導受影響的主要原因，而可能是物理作用。擬除蟲菊酯雖不抑制膽堿酯酶，但對美洲蜚蠊腦部的乙酰膽堿有顯著增加作用，這可能與突觸傳導有關。

用擬除蟲菊酯處理昆蟲后，發現中毒死亡的昆蟲有失水現象，大量的水滴附在體表上，這是對表皮分泌活動的影響，具體過程還不明確。

綜合上述的幾個生理效應與擬除蟲菊酯處理后昆蟲最后造成的死亡都有一定的關系，但都不是它的主要毒殺機制，因為這些效應在很多其他神經毒劑的中毒征象中也同樣存在。

除蟲菊素像有機磷、氨基甲酸酯等殺蟲劑一樣，都屬于神經毒劑。除蟲菊素與DDT的毒理機制十分類似，但除蟲菊素擊倒作用更為突出。除蟲菊素不但對周圍神經系統有作用，對中樞神經系統，甚至對感覺器官也有作用，而DDT只對周圍神經系統有作用。除蟲菊素的毒理作用比DDT復雜，因為它同時具有驅避、擊倒和毒殺3種不同作用。由于除蟲菊素的作用比DDT快得多，因此，除蟲菊素的中毒癥狀一般只分為興奮期、麻痹期和死亡期三個階段。在興奮期，昆蟲到處爬動、運動失調、翻身或從植物上掉下，到抑制期后，活動逐漸減少，然后進入麻痹期，最后死亡。在前兩個時期中，神經活動各有其特征性變化。據有關資料報道，興奮期長短與藥劑濃度有關，濃度越高，興奮期越短，抑制速度越快，而低濃度藥劑可延長興奮期的持續時間。一般認為，除蟲菊素對周圍神經系統、中樞神經系統及其他器官組織（主要是肌肉）同時起作用。由于藥劑通常是通過表皮接觸進入，因此，先受到影響的是感覺器官及感覺神經元。鈉離子通道是神經細胞上的一個重要結構，細胞膜外的鈉離子只有通過鈉離子通道才能進入細胞內。在平時鈉離子通道是關閉的，當一個刺激給予一個沖動或給予軸突傳導一個信息時，刺激部位上膜的通透性改變，鈉離子通道打開，大量鈉離子進入細胞內。鈉離子通道通過允許鈉離子進入細胞內而達到傳遞神經沖動的作用。由于除蟲菊素作用于鈉離子通道，引起神經細胞的重復開放，最終導致害蟲麻痹、死亡。

此外，除蟲菊素對突觸體上ATP酶的活性也有影響。據相關研究，除蟲菊素對ATP酶活性的影響程度與除蟲菊素的濃度有關，濃度越高，ATP酶活性下降越大。

3.甲脒類殺蟲劑

甲脒類殺蟲劑是殺蟲劑中很有效的一類，生產上曾經使用的殺蟲脒，目前仍廣泛使用的為雙甲脒（amitraz）。

殺蟲脒的作用機制很特殊，它具有神經毒劑典型的中毒癥狀，如興奮、麻痹、死亡，另外還具有驅避和拒食作用，如經殺蟲脒處理的稻莖三化螟初孵幼蟲不鉆蛀入莖，結果饑餓而死，三化螟成蟲在接觸了殺蟲脒藥液后，則表現興奮、亂飛亂舞。棉鈴蟲雌蛾取食稀釋的殺蟲脒蜜糖溶液后，變為過度興奮，交配后不能分開，交配率降低了40%。對牛蜱，殺蟲脒引起它們從寄主身體上脫落下來。對于螨類和鱗翅目幼蟲，引起驅避行為如逃散或吐絲脫落等情況。這種拒食可能作用于神經系統，而驅避行為是作用于感覺器官。直接注射殺蟲脒于蜚蠊體內，使其不接觸到化學感官，所用劑量較低，不引起興奮，但可出現拒食現象，一般認為興奮與昏迷可能是由于單胺氧化酶受抑制，拒食作用可能與神經胺及神經胺激性突觸傳導有關。這兩者之間又是有聯系的，因為單胺氧化酶可以分解某些單胺型的神經胺。

對殺蟲脒的殺蟲作用曾提出過10多種可能的機制，直到近年才有了比較明確的認識，即該殺蟲劑的作用機制一是對軸突膜局部的麻痹作用，二是對章魚胺受體的激活作用。殺蟲脒代謝成去甲殺蟲脒占領章魚胺受體，引起突觸后膜興奮，干擾了神經興奮的正常傳導，引起一系列昆蟲行為的改變，如增強活動性，不斷發抖，致使昆蟲從植株上跌落而無法取食。

由于殺蟲脒的慢性毒性及致癌作用，現已被禁用。

4.阿維菌素殺蟲劑

阿維菌素（avermectin）是從土壤微生物中分離出來的具有殺螨、殺蟲和殺體內寄生蟲的有效藥劑，其中最有活性作用的是阿維菌素B1a。阿維菌素B1a對寄生性線蟲的神經生理研究表明，該化合物可抑制突觸傳導，可能是一種GABA拮抗劑，或可以刺激GABA釋放，對神經系統的作用表現為致使線蟲昏迷麻痹，最終死亡。

γ-氨基丁酸（GABA）是來源于非蛋白質的重要氨基酸，在腦組織中以游離狀態存在，但它在腦中的功能尚不完全明白，GABA是一種抑制性突觸的神經傳遞物質，GABA可使后突觸細胞刺激降低。因而尋找對GABA具抑制性或拮抗性或刺激性的物質就可以影響突觸傳遞。GABA拮抗劑荷包牡丹堿，可抑制蜚蠊神經肌肉傳遞，而苯并二氮雜類似物也具有同樣性質且具有顯著的殺蟲殺螨活性。

阿維菌素是一種神經毒劑，其機理是作用于昆蟲神經元突觸或神經肌肉突觸的GABAA受體，干擾昆蟲體內神經末梢的信息傳遞，即激發神經末梢放出神經傳遞抑制劑GABA，促使GABA門控的氯離子通道延長開放，對氯離子通道具有激活作用，大量氯離子涌入造成神經膜電位超級化，致使神經膜處于抑制狀態，從而阻斷神經末梢與肌肉的聯系，使昆蟲麻痹、拒食、死亡。因其作用機制獨特，所以與常用的藥劑無交互抗性。據報道，除GABA受體控制的氯化物通道外，阿維菌素還能影響其他配位體控制的氯化物通道，如阿維菌素可以誘導無GABA神經支配的蝗蟲肌纖維的膜傳導的不可逆增加。

5.多殺菌素殺蟲劑

多殺菌素具有全新的作用機理，它并不作用于乙酰膽堿酯酶（AChE）和Na+通道，不同于傳統的有機磷和擬除蟲菊酯類殺蟲劑。多殺菌素作用于煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR），雖然吡蟲啉等煙堿類殺蟲劑也作用于nAChR，但是兩者還是有差異的，多殺菌素在nAChR上的作用位點并不是吡蟲啉在nAChR上的作用位點。另外，也有研究表明多殺菌素作用于GABA受體，但是同樣發現多殺菌素在GABA受體上的作用位點與已知的阿維菌素在GABA受體上的作用位點不同。

6.沙蠶毒素類殺蟲劑

沙蠶毒素（nereistoxin， NTX）是在沙蠶體內發現的具有殺蟲活性的化合物，而人工合成的殺螟丹及其類似物都必須在昆蟲體內發生代謝，轉化為沙蠶毒素才能起殺蟲作用。對蜚蠊的第六腹神經節，蛙的腹肌、腿肌，大鼠膈肌的試驗證明，沙蠶毒素影響膽堿激性突觸的傳導，但它又不抑制膽堿酯酶，它使突觸前膜上的神經傳遞物質減少，也同時使突觸后膜對乙酰膽堿的敏感性降低。因此認為它的主要作用靶標是乙酰膽堿受體，它起的作用就是抑制了突觸后膜的膜滲透性（Na+，K+）的改變。但是，究竟它是對受體起作用還是直接對離子導體起作用，研究人員有不同的看法。比較一致的說法是，沙蠶毒素與二硫蘇糖醇的結構相似，二硫蘇糖醇是乙酰膽堿受體的有效抑制劑。在昆蟲體內NTX降解為1，4-二硫蘇糖醇（DTT）的類似物，從二硫鍵轉化而來的巰基進攻乙酰膽堿受體（AChR）并與之結合，作用于神經節的后膜部分，從而阻斷了正常的突觸傳遞。但是，沙蠶毒素有一點與煙堿完全不同，它不但對煙堿型的受體有作用，對于毒蕈堿型的受體也有作用，表現為：

（1）對突觸傳導的抑制　沙蠶毒素類殺蟲劑在昆蟲體內轉化為沙蠶毒素后，再作用于神經系統的突觸體。放射自顯影研究顯示，殺螟丹集中于神經節部位。神經電生理實驗表明，沙蠶毒素是作用于神經傳導的膽堿能突觸部位。

沙蠶毒素作用于神經系統的突觸部位，使得神經沖動受阻于突觸部位。在低濃度時，沙蠶毒素類殺蟲劑就能夠表現出明顯神經阻斷作用。2×10－8～1×10－6mol/L的NTX就能引起蜚鐮末端腹神經節突觸傳導的部分阻斷。

（2）在煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）上的結合位點　沙蠶毒素類殺蟲劑對突觸傳導的阻斷作用是通過與突觸后膜乙酰膽堿受體結合實現的。以果蠅和蜚鐮為材料的研究結果顯示，NTX能夠抑制α-金環蛇毒素與nAChR結合。

（3）沙蠶毒素類殺蟲劑與nAChR之間的生物化學反應　沙蠶毒素類殺蟲劑與受體結合后，發生氧化還原反應，受體被還原而導致功能受阻。

（4）對受體通道電流的影響　NTX與nAChR結合，影響了受體正常的神經功能，抑制了通道電流的產生，使突觸后膜不能去極化，導致神經傳導中斷。研究人員采用單通道膜片鉗技術記錄了殺螟丹對鼠PC12細胞煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）的影響，用殺螟丹單劑處理時，沒有引起通道的開放。10pmol/L ACh就能誘導單通道電流。當殺螟丹與乙酰膽堿同時作用時，單通道的開放時間縮短，間隔增加，表現出殺螟丹的劑量效應。單通道開放的動態變化，說明殺螟丹是nAChR開放通道的阻斷劑。

（5）其他的作用機理　沙蠶毒素類殺蟲劑的主要作用機理是作用于nAChR，一方面競爭激動劑結合位點，破壞正常神經興奮的傳導；另一方面結合在受體通道上的阻斷劑位點，降低受體通道的離子通透性。此外，沙蠶毒素類殺蟲劑還可能存在其他的作用機理。

7.新煙堿類殺蟲劑

煙堿類殺蟲劑包括nitroguanidines、硝基亞甲基類（nitromethylenes）、氯化煙酰類（chloronicotinyls），現在被普遍稱為新煙堿類（neonicotinoids）。它們以天然源煙堿化合物為模板合成，作用機理與煙堿相似，作用于昆蟲的中樞神經系統，對突觸后膜煙堿型乙酰膽堿受體產生不可逆抑制。煙堿類殺蟲劑對哺乳動物毒性低，對非靶標昆蟲相對低毒，而對多數害蟲高效。這類殺蟲劑的一個重要特點是：由于它們有相對大的水溶性和相對小的分配系數，因而具有優良的內吸性和長的持效期，對刺吸昆蟲如煙粉虱特別有效。目前用于防治煙粉虱的煙堿類殺蟲劑主要有吡蟲啉、啶蟲脒、噻蟲嗪等。

吡蟲啉是用于防治煙粉虱的第一個煙堿類殺蟲劑。啶蟲脒屬于第二代煙堿類殺蟲劑，具有觸殺、胃毒作用及較強的滲透作用，有很好的葉片傳導活性并通過木質部向頂分布。殺蟲譜比其他煙堿類殺蟲劑廣，對人、畜低毒，對傳粉昆蟲安全。

（二）昆蟲呼吸作用抑制劑及其作用機理

昆蟲的呼吸作用包括氣管系統與外界環境的氣體交換和細胞內呼吸兩個過程。前一過程是指蟲體通過氣管系統吸入氧并將其輸送到各類組織中去，同時排出新陳代謝的二氧化碳和水；后一過程是指蟲體內的細胞和呼吸組織利用吸入的氧，氧化分解體內的能源物質，產生高能化合物ATP及熱量的能量代謝過程。

殺蟲劑對昆蟲呼吸作用的影響也分為兩個方面，即物理和化學的。物理作用主要指油乳劑類的殺蟲劑（如石油乳劑）阻塞昆蟲的外部呼吸系統，使昆蟲“窒息”而死亡。化學作用為殺蟲劑干擾昆蟲的能量代謝過程（細胞內呼吸）而使昆蟲死亡。

1.砷素殺蟲劑

砷素殺蟲劑包括砷的亞砷酸和五價砷酸化合物，如亞砷酸、亞砷酸鈉及砷酸鉛、砷酸鈣等。這類殺蟲劑在歷史上起過作用，目前已很少使用。砷素殺蟲劑的作用機制主要是抑制能量代謝中含—SH基的酶，例如亞砷酸是丙酮酸去氫酶系及α-酮戊二酸去氫酶系的抑制劑，作用機制是與硫辛酸的兩個—SH基結合而形成復合體，從而使丙酮酸去氫酶系或α-酮戊二酸去氫酶系失去作用。

2.氟乙酸、氟乙酸鈉和氟乙酰胺

氟乙酸是三羧酸循環的抑制劑。氟乙酸鈉和氟乙酰胺在動物體內代謝產生氟乙酸，氟乙酸與乙酰輔酶A結合形成氟乙酸乙酰輔酶A，進一步與草酰乙酸形成氟檸檬酸。氟檸檬酸是烏頭酸酶的抑制劑。烏頭酸酶受抑制，則三羧酸循環被阻斷。氟乙酸及其系列化合物對高等動物劇毒，曾被用作殺鼠劑和殺蟲劑，現已被禁用。

3.魚藤酮和殺粉蝶素A

魚藤酮是豆科植物魚藤根中含有的殺蟲活性成分。殺粉蝶素A是由茂原鏈霉素產生的有殺蟲作用的抗生素。魚藤酮作為無公害植物源殺蟲劑是主要的植物殺蟲劑之一，目前仍受到高度重視。它是一種線粒體呼吸作用抑制劑，作用于電子傳遞體系，影響ATP產生，具體作用位點為切斷NADH去氫酶與輔酶Q之間的呼吸鏈。

殺粉蝶素A的化學結構與輔酶Q相似，也是呼吸鏈的抑制劑。

4.番荔枝內酯

番荔枝內酯（annonaceous acetogenin，ACG）是從番荔枝科植物中分離提純的末端含Y-內酯環并且具有生物活性的天然產物。番荔枝科植物分布于熱帶、亞熱帶地區，有130個屬，2300多個種。就目前所知，ACG只發現于番荔枝科植物中。自從1982年Jolad從紫玉盤屬植物中分離出首個ACG化合物uvaricin以后，經過二十年的研究，已經從40多個屬150余種植物中獲得近400個ACG化合物，而且隨著研究的深入，還將分離出更多新的ACG化合物。線粒體是細胞中產生能量的主要場所，ACG強烈的生物活性來自于它對細胞線粒體呼吸鏈的抑制作用，通過抑制線粒體中NADH-泛醌（ubiquinone，UQ）氧化還原酶和癌細胞質膜NADH氧化酶，其中以抑制NADH-UQ氧化還原酶為主，使氧化磷酸化反應中合成ATP所需要的質子動力勢不能形成，從而達到抑制細胞能量代謝活動的目的。

ACG作為商業殺蟲劑的應用要廣泛些，傳統殺蟲劑大多干擾害蟲的神經系統或其他生理過程，多次使用后容易產生抗藥性，ACG由于它與眾不同的作用機理，使其對產生抗藥性的害蟲有強烈的致死作用，因此ACG是非常有前途的殺蟲劑。盡管魚藤酮具有相同的殺蟲作用機制，但它作為殺蟲劑不太理想，因為它在環境中降解太快而不能持續殺蟲，同時由于它的副作用較大，限制了它作為商業殺蟲劑的使用范圍。大多數ACG都有強烈的殺蟲作用，它們來源于植物，較穩定，而且對環境的危害很小。實際使用中，ACG的殺蟲效果與其抑制線粒體復合物的構效關系是一致的，也是鄰雙四氫呋喃（THF）型。ACG的殺蟲效果明顯。

5.氫氰酸及其系列化合物

氰化鈉、氰化鉀及氰化鈣與水及無機酸反應產生氫氰酸，是一種氣體熏蒸殺蟲劑，它作用于呼吸鏈的電子傳遞系統，是細胞色素c氧化酶的抑制劑。

磷化氫是目前世界上公認的用于儲糧保護的主要熏蒸劑之一，它在包括我國在內的廣大發展中國家應用尤為廣泛。它不僅對蟲、鼠、螨、線蟲等都有明顯毒殺作用，而且基本無殘留，不影響谷物品質和種子活力，價格低廉，使用方便。隨著人們生活水平的提高，對環保意識的增強，一些對儲糧具有有害殘留或對環保能造成危害的有效熏蒸劑已經被禁止使用，這使磷化氫在儲糧保護工作中的地位和作用更加重要了，國內外專家一致認為在當今世界上還沒有任何其他熏蒸劑能完全取代磷化氫。目前嚴重的是，由于長期不合理使用磷化氫，一些主要儲糧害蟲已分別對磷化氫產生了抗性，因而磷化氫的有效使用正面臨危機。

不同研究一致證明赤擬谷盜、雜擬谷盜、谷蠹吸收的磷化氫大部分存在于細胞液中。如赤擬谷盜吸收的氘標記98%磷化氫積累于胞液中，這與破碎線粒體更易被磷化氫抑制和磷化氫體外能顯著抑制細胞色素氧化酶，但體內對此酶幾乎沒有抑制作用的現象是一致的。研究認為這是線粒體膜對磷化氫的通透性較低的緣故。

體外實驗研究表明：磷化氫能抑制大鼠線粒體呼吸，是鼠肝及昆蟲“活躍”狀態（狀態Ⅲ，解偶聯態、離子泵狀態）下線粒體呼吸作用的有力抑制劑，而對狀態Ⅲ抑制程度最為嚴重。體外實驗動力學研究表明磷化氫是牛心細胞色素氧化酶的非競爭性抑制劑，因此磷化氫對細胞色素氧化酶的抑制作用一直被認為是磷化氫使昆蟲致死的主要原因。體外實驗表明磷化氫對谷蠹、鋸谷盜、銹赤扁谷盜的細胞色素氧化酶活力有明顯抑制作用，但體內實驗表明磷化氫對這些昆蟲的細胞色素氧化酶活力幾乎沒有任何抑制作用。用磷化氫致死劑量處理玉米象也只能抑制其體內細胞色素氧化酶活力的50%。這些結果暗示細胞色素氧化酶作為體內磷化氫對昆蟲的直接生化損傷部位是值得懷疑的。

體外實驗研究發現，磷化氫對昆蟲細胞色素c氧化酶、細胞色素c在可見光區和末端區的吸收光譜與過硫酸鈉對它們誘導的還原光譜相似；磷化氫使它們圓二色性光譜發生的巨大變化也表明，磷化氫使細胞色素c氧化酶，細胞色素c中血紅素Fe的價態發生了變化，且兩種情況下細胞色素氧化酶對磷化氫的反應要比細胞色素c敏感得多。從而有力證明細胞色素氧化酶是磷化氫作用的主要靶標部位。

有報道氫氰酸能抑制昆蟲呼吸傳遞鏈中的細胞色素氧化酶，阻斷電子由NADH脫氫酶向氧氣的傳遞，使氧氣不能被還原，導致線粒體產生O－，O－可被超氧化物歧化酶（SOD）歧化成過氧化氫，從線粒體釋放出來。

由上述知，磷化氫的作用機制之一是由于磷化氫抑制了昆蟲線粒體在呼吸過程中產生O－，O－又被SOD歧化為過氧化氫，當昆蟲對磷化氫吸收較少時，過氧化氫可及時被過氧化氫酶和過氧化物酶所消除，不會對昆蟲造成不可逆毒害，但如果昆蟲對磷化氫吸收量較多，產生的過氧化氫不能被過氧化氫酶和過氧化物酶及時地完全消除，過氧化氫就在昆蟲體內積累，達到一定程度時便對昆蟲產生細胞毒性而引起細胞死亡。磷化氫能使谷象、谷蠹體內SOD活力增加，使過氧化氫酶、過氧化物酶活力降低的研究結果是對上述機制的有力支持，這一機制可以解釋昆蟲在磷化氫暴露后要經過一段時間才能死亡的現象以及磷化氫作用必須有氧氣參與才能取得殺蟲效果的現象。

（三）昆蟲發育毒劑的作用機理

昆蟲生長調節劑即發育毒劑是通過抑制昆蟲生理發育，如抑制蛻皮、抑制新表皮形成、抑制取食等導致害蟲死亡的一類藥劑，由于其作用機理不同于以往作用于神經系統的傳統殺蟲劑，且毒性低、污染少、對天敵和有益生物影響小，有助于可持續農業的發展，有利于無公害綠色食品生產，有益于人類健康，因此被譽為“第三代農藥”“二十一世紀的農藥”“非殺生性殺蟲劑”“生物調節劑”和“特異性昆蟲控制劑”。由于它們符合人類保護生態環境的總目標，迎合各國政府和各階層人民所關注的農藥污染的解決途徑這一熱點，因此該類農藥成為全球農藥研究與開發的一個重點領域。

早在1967年，Wiliarm就提出了昆蟲生長調節劑作為第三代殺蟲劑的設想。但由于昆蟲生長調節劑作用緩慢，加之人們環境意識不強，且農藥使用者大都期望蟲子在噴霧后迅速死去等因素，使其未能得到廣泛應用。隨著人們對常規化學農藥對環境影響的不斷認識，和對農藥及其作用機理的進一步理解，使諸如昆蟲生長調節劑等具有特定作用機理、對環境友好的農藥倍受青睞。目前在水稻、蔬菜、果樹、棉花及森林蟲害防治上得到越來越廣泛的應用。如滅幼脲、氟苯脲、苯氧威、烯蟲酯等，還有新型昆蟲生長調節劑——環蟲酰肼，它對鱗翅目幼蟲有優異的防效，主要應用于蔬菜、茶葉、果樹、稻田、觀賞植物。經昆蟲攝取后，幾小時內在抑制昆蟲取食的同時引起昆蟲提前蛻皮導致死亡，它通過調節幼體內激素和蛻皮激素水平，干擾昆蟲的蛻皮過程。

各類昆蟲發育抑制劑對昆蟲的作用機制不同，中毒后的癥狀和行為也各不相同。噴施滅幼脲后，鱗翅目幼蟲不能蛻皮而死亡，成為幼蟲與預蛹之間的畸形個體；有的幼蟲蛹末端舊皮不能蛻落，蛹頭部出現突出物。幼蟲胸足變黑，成蟲羽化不正常，不能飛翔等。

1.幾丁質合成抑制劑

對幾丁質合成抑制劑作用機理的研究也很多，總的來說，這類化合物可使昆蟲表皮的幾丁質合成過程受阻，沉積受抑制，但是其具體的作用機制至今仍不清楚，關于其作用機制的假設很多。

最初認為是抑制幾丁質合成酶，但實驗已證實該類化合物對幾丁質合成酶沒有直接的抑制性，有學者認為苯甲酰基脲通過激活蛋白分解而抑制幾丁質合成酶的酶原聚合，有學者則認為是通過影響蛻皮激素代謝酶的活性影響幾丁質的合成。

還有假說認為苯甲酰基脲影響蟲體內DNA的合成，Deloach等報道除蟲脲造成廄螫蠅成蟲表皮組織細胞的DNA減少。有學者通過實驗證明，滅幼脲除了影響黏蟲的幾丁質沉積外，還改變幾丁質-蛋白復合體的結構，影響氨基酸的含量和比例以及蛋白質和DNA、RNA含量。這些早期的關于作用機制的假說都不能完全解釋該類化合物的作用，因此至今仍難以將其機理闡明。

2.非甾類蛻皮激素類似物

該類藥劑與受體復合物結合后，與蛻皮激素作用類似，激活基因表達，啟動蛻皮行為，然而，蛻皮的完成是由蛻皮激素、保幼激素、羽化激素等激素協調作用的結果。由于雙酰肼類化合物只是模擬一種蛻皮激素作用，使“早熟的”蛻皮開始后卻不能完成。這種中止可能是血淋巴和表皮中的雙酰肼類化合物抑制了羽化激素釋放所致；也可能是大量保幼激素的存在造成的，因為只有在保幼激素極度降低，蛻皮激素大量存在的情況下才能完成變態蛻皮。這類藥劑抑制蛻皮作用可發生在昆蟲自然蛻皮前的任何時間，而苯甲酰基脲類的作用則發生在被處理蟲的自然蛻皮過程中。

3.保幼激素類似物

（1）保幼激素的重要生理效應　保幼激素可使蟲在蛻皮后保持幼蟲形態。在減少或缺少保幼激素時，幼蟲蛻皮化蛹，或蛹羽化為成蟲，這一作用隨昆蟲的發育時期而不同。保幼激素無論如何多，都不能使蛹蛻皮成為成蟲，也不能使成蟲變為蛹。

（2）作用靶標部位　首先是表皮細胞，其次是成體胚芽，也作用于生殖腺、神經系統、脂肪體、中腸。

（3）激素對基因的影響　通過基因調節產生相應的蛋白質酶系來起作用，常表現為染色體上發生膨脹現象，DNA結構改變（激活）→RNA的形成、積聚→染色體膨脹。激素對DNA的作用是間接或直接的，直接作用是解除了DNA的抑制，間接作用是影響了膜的滲透性，改變了Na+及K+的分布，可干擾DNA的活性。如高離子濃度已證明可以使染色體上的DNA與組蛋白脫離，使其失去抑制作用。

一般認為，激素都是活化DNA，但實際上是有矛盾的。這是因為不同的發育階段，不同的基因處于不同的狀態，因此對某些基因的DNA起活化作用的同時，對另一些基因的DNA卻造成了抑制。此學說能很好地解釋目前試驗所得的結果，特別是保幼激素的作用，但是，三個主管調節基因卻沒有被證明，對保幼激素作用的具體機制還不能完全明了。

有關保幼激素類似物的作用機理提出了幾個可能的假說，其一為保幼激素類似物完全模擬了保幼激素，破壞了昆蟲生理的內部平衡。其二為兩者有差異，保幼激素類似物成為正常保幼激素的拮抗劑，或是作用于不正常的作用部位，引起生長發育的改變，如對保幼激素代謝的影響；或是成為保幼激素代謝酶系的競爭性抑制劑或競爭性底物，影響保幼激素的合成，影響神經分泌，影響核酸、蛋白質的合成。

4.抗保幼激素類似物

抗保幼激素類似物主要是抑制保幼激素的形成及釋放，破壞其運轉到靶標部位，刺激其降解代謝及阻止其在靶標部位上起作用，破壞昆蟲的咽側體，使其不能合成保幼激素。

以上幾類藥劑的作用機制主要是從藥劑對昆蟲體內的酶、激素的影響來研究的，比較少從昆蟲微觀的角度去探索。例如使用昆蟲生長調節劑后有的蟲體成為幼蟲與預蛹之間的畸形個體，有的舊皮不能脫落，到底是什么原因造成昆蟲的蛻皮、化蛹、羽化有如此次序？其間有多余的細胞定時消失，這是巧合還是有基因控制？這都需要我們去研究，同時也為我們引出了一個生命中重要的現象——細胞凋亡。

細胞凋亡（apoptosis）又叫作程序性細胞死亡（programmed cell death，PCD），作為一種死亡方式，它是一種生理性、主動性的“自殺”行為，受到基因的調控。它存在于有機體發育的各個階段。一些結構或器官在發育某個階段是必需的，隨著發育的進行不再是需要的，或是個體發生過程中重演了種系發生現象，這些都依賴于細胞凋亡過程。同樣，在昆蟲生長發育過程中細胞凋亡扮演了重要的角色。昆蟲的發育是一種變態發育，很多昆蟲在幼蟲和成蟲期的生活形態完全不同，這就要求某些特定組織、特定細胞在特定的時間和特定的部位死亡，化蛹或羽化時所出現的特定組織的分解均為程序性細胞死亡的結果。由此可見，昆蟲的變態是由多基因控制的、機制復雜的生理現象。細胞凋亡在昆蟲發育過程中具有重要的生物學意義。許多化合物可通過不同途徑誘導不同組織中的細胞死亡而使有機體產生畸形，這啟發我們，殺蟲劑是一類對昆蟲有毒性的化合物，低劑量殺蟲劑可能只是干擾昆蟲細胞產生凋亡，使其不能正常蛻皮，造成畸形。例如，昆蟲桿狀病毒作為一種新型生物殺蟲劑也可誘導細胞凋亡。所以，了解細胞凋亡的有關知識有利于我們從細胞的微觀角度出發，去研究昆蟲生長發育調節劑的作用機制。

（四）肌肉毒劑

氯蟲苯甲酰胺（chlorantraniliprole）殺蟲劑與昆蟲肌肉細胞內的魚尼丁受體結合，導致該受體通道在非正常長時間開放，鈣離子從鈣庫中無限制地釋放到細胞質中，致使害蟲癱瘓死亡。