第一节　杀虫剂的主要类型与作用机理

一、杀虫剂的主要类型

（一）有机氯类杀虫剂

有机氯类杀虫剂是一类含氯原子的有机合成杀虫剂，滴滴涕和六六六是这类杀虫剂的杰出代表。具有广谱、高效、价廉、急性毒性小等特点，于1940～1970年，在全世界广泛应用，在防治卫生害虫和农业害虫方面发挥过重大作用。

大多数有机氯杀虫剂具有高度的化学稳定性，半衰期长达数年，在自然界极难分解。大量广泛应用后，造成在农产品、食品和环境中残留量过高。有机氯农药的脂溶性强，并能通过生物链富集，容易在人体内蓄积，对人畜产生慢性毒性，尤其是残留药剂进入人奶或牛奶中，对婴儿的健康有潜在危害性，以及对鸟类等动物有慢性毒害等问题，引起人们极大关注。自1970年以来，滴滴涕、六六六、艾氏剂、狄氏剂等主要有机氯杀虫剂品种相继被禁用。我国也于1983年禁止使用滴滴涕和六六六，目前禁用的还有二溴氯丙烷、三氯杀螨醇、毒杀芬、硫丹等。仅有少数品种，如甲氧滴滴涕、三氯杀虫酯等尚在应用，在疟疾流行区可用于室内滞留喷洒，防治疟疾媒介——蚊虫。

（二）有机磷类杀虫剂

有机磷就是含磷的有机化合物。有机磷杀虫剂的广泛应用是在第二次世界大战以后。1944年Schrader合成了对硫磷，由于其杀虫活性高，杀虫谱极广，引起世界各国的重视，促进了有机磷杀虫剂的迅速发展，相继合成了内吸磷、氯硫磷、敌百虫、倍硫磷、苯硫磷、马拉硫磷、毒死蜱、杀蚜磷、二嗪磷、敌敌畏、乐果、杀螟硫磷等，这些都是农业上常用的杀虫剂。

1.化学结构分类

根据化学结构，有机磷杀虫剂可分为以下四类。

（1）磷酸酯（phosphate）　通式：

例如敌敌畏、久效磷等。

在磷酸酯三个取代基中一般有一个酸性基团，或称为亲核性基团，例如敌敌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。这是一般具有生物活性的有机磷化合物的特点。

（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换，即称为硫代磷酸酯，根据置换的硫原子数又可分为一、二、三硫代磷酸酯。

通式：

（3）膦酸酯、硫代膦酸酯

① 膦酸酯（phosphonate）　磷酸中的一个羟基被有机基团置换即在分子中形成了P—C键，称为膦酸，它的酯叫膦酸酯。

通式：

例如敌百虫。

② 硫代膦酸酯（phosphonothioate）　通式：

例如苯硫膦（EPN）。

（4）磷酰胺、硫代磷酰胺　磷酸分子中羟基（—OH）被氨基（—NH2）取代，称为磷酰胺，磷酰胺分子中剩下的氧原子也可能被硫原子替换，而成为硫代磷酰胺。

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.有机磷杀虫剂应用概况

至今，有机磷杀虫剂已发展成人工合成农药中品种最多、产量最大的一类。据统计，全世界已有300～400种有机磷原药，其中大量生产并广泛使用的基本品种约100种，加工品种可达10000余种。这类杀虫剂具有品种多、药效高、用途广等优点，因此在目前使用的杀虫剂中占有极其重要的地位。

大多数杀虫效果高的有机磷农药在人、畜体内能够转化成无毒的磷酸化合物，这样的杀虫剂有马拉硫磷、杀螟硫磷、灭蚜硫磷、敌百虫、乙酰甲胺磷、双硫磷等。但有不少品种对哺乳动物急性毒性较高，它们对哺乳动物的作用机理与对害虫的没有本质上的差别。对植物来说，有机磷杀虫剂在一般使用浓度下不致引起对植物的药害，只有个别药剂对某些作物会产生药害，例如高粱对敌百虫、敌敌畏很敏感，在较低浓度下，也会引发严重药害。

有机磷杀虫剂的持效期一般较短。品种之间差异甚大，有的施药后数小时至2～3天完全分解失效，如辛硫磷、敌敌畏等。有的品种因植物的内吸作用可维持较长时间的药效，有的药效甚至能达1～2个月以上，如甲拌磷。

有机磷类杀虫剂种类繁多、毒性特殊、使用历史悠久和使用范围广泛，在给人类生产和生活带来利益的同时，也直接或间接地、短期或长期地对人类自身造成威胁，对生命造成危害，引起了社会各界的普遍关注。

（三）氨基甲酸酯类杀虫剂

氨基甲酸酯类杀虫剂是以毒扁豆碱为模板的仿生合成杀虫剂，是在研究毒扁豆碱生物活性与化学结构关系的基础上发展起来的。分子结构接近天然产物，在自然界易被分解，残留量低。在土壤中，由于微生物的影响，氨基甲酸酯类会迅速分解，最终生成NO2、N2、H2O等简单化合物。

氨基甲酸酯类杀虫剂的结构上引入含N—S键的衍生物，并由此开发出一系列的由N—S键引出的不同的氨基甲酸酯类化合物的衍生物。现已有5种类型的衍生物，即：芳基和烷基硫基类衍生物、二烷基氨基硫基类衍生物、N，N’-硫双氨基类型、N-磷酰氨硫基类型、N-氨基酸酯硫基类型。

主要品种有：茚虫威（indoxacarb）、异丙威（isoprocarb）、涕灭威（aldicarb）、灭多威（methomyl）、克百威（carbofuran）、硫双威（thiodicarb）等。由于环境毒性问题，其中克百威（carbofuran）和涕灭威（aldicarb）在我国蔬菜、果树、茶叶、中草药材上已被禁用，克百威（carbofuran）在甘蔗作物上也被禁用。

（四）拟除虫菊酯类杀虫剂

拟除虫菊酯杀虫剂是在天然除虫菊酯化学结构上衍生发展起来的。除虫菊素（pyrethrin）是菊科植物如白花除虫菊（Tanacetum cinerariifolium）和红花除虫菊（T. coccineum）等花中的杀虫有效成分（图2-1）。除虫菊花中含有除虫菊素Ⅰ和Ⅱ、瓜叶除虫菊素（cinerin）Ⅰ和Ⅱ、茉莉除虫菊素（jasmolin）Ⅰ和Ⅱ六种杀虫有效成分（表2-1），总称为天然除虫菊素，以除虫菊素Ⅰ和Ⅱ含量最高，杀虫活性最强。

天然除虫菊酯（素）是一类比较理想的杀虫剂：杀虫毒力高，杀虫谱广，对人畜十分安全。从环境安全性来评价，它不污染环境，没有慢性毒性等不良效应，也不会发生累积中毒。它的唯一不足就是持效性太差，在光照下会很快氧化。因此，天然除虫菊酯不能在田间使用，只能用于室内防治卫生害虫。

第一个人工合成的拟除虫菊酯是烯丙菊酯（allethrin），它以除虫菊酯Ⅰ为原型，用烯丙基代替环戊烯醇侧链的戊二烯基（即在醇环侧链除去一个双键），使光稳定性有些改善（图2-2）。

由烯丙菊酯衍生的拟除虫菊酯杀虫剂称为第一代拟除虫菊酯，它主要代表品种有：苄菊酯（dimethrin）、苄呋菊酯（resmethrin）、胺菊酯（tetramethrin）、苯醚菊酯（phenothrin）、苯醚氰菊酯（cyphenothrin）。

在菊酯类化合物化学结构改造中引入苯氧基苄醇基团，而合成了甲氰菊酯。这个化合物的光稳定性更强，对一些昆虫，特别是对螨类和粉虱等都有较好的效果，缺点是对卵无效且口服毒性较高。之后合成的氯菊酯（permethrin）（图2-3），解决了天然除虫菊素和第一代拟除虫菊酯分子中的两个光不稳定中心，是真正实现了光稳定性的农用拟除虫菊酯杀虫剂。在结构中引入氰基相继合成了氯氰菊酯和溴氰菊酯。将有机氯杀虫剂DDT的有效结构嵌入菊酸中，开发出分子结构中不具环丙烷的氰戊菊酯，从而打破了菊酯类杀虫剂必须具有“三碳环”结构的传统观点，光稳定的第二代农用拟除虫菊酯杀虫剂得到了空前的发展。在结构中导入氟原子开发成功的菊酯类杀虫、杀螨剂有联苯菊酯、氟氯氰菊酯、氯氟氰菊酯和七氟菊酯等。

主要品种：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）沙蚕毒素类杀虫剂

沙蚕毒素（nereis-toxin，NTX）是生活在海滩泥沙中的一种环节蠕虫沙蚕（lumbriconereis heteropoda）分泌的毒素，沙蚕毒素对许多昆虫有毒杀作用，特别对水稻螟虫具有特殊的毒杀效果。由此，人们开始合成了NTX，第一个NTX类杀虫剂——杀螟丹，也是人类历史上第一次成功利用动物毒素进行仿生合成的杀虫剂。

沙蚕毒素杀虫剂杀虫谱广，可用于防治水稻、蔬菜、甘蔗、果树、茶树等多种作物上的多种食叶害虫、钻蛀性害虫，对蚜虫、叶蝉、飞虱、蓟马、螨类等有良好的防治效果，属低毒低残留杀虫剂。多数品种对人畜、鸟类、鱼类及水生动物的毒性均在低毒和中等毒范围内，使用安全。对环境影响小，施用后在自然界容易分解，不存在残留毒性。但对家蚕、蜜蜂毒性较高。

某些作物如大白菜、甘蓝等十字花科蔬菜的幼苗对杀螟丹、杀虫双敏感，在夏季高温或作物生长较弱时更敏感；豆类、棉花等对杀虫环、杀虫双特别敏感，易产生药害。在使用时要引起注意。

主要品种：杀螟丹（cartap）、杀虫双（thiosultap-disodium）、杀虫单（thiosultap-monosodium）、杀虫环（thiocyclam-hydrogen oxalate）、杀虫磺（bensultap）。

（六）氯化烟酰类杀虫剂

氯化烟酰杀虫剂（chloronicotinyl insecticides）指硝基亚甲基、硝基胍及其开链类似物，是烟碱的衍生物。1984年，日本特殊农药制造公司合成了硝基胍NTN33893（Ⅲ）作为杀虫剂，命名为吡虫啉（imidacloprid）。吡虫啉是第一个作用于烟碱型乙酰胆碱受体的氯化烟酰类化合物，随后相继合成了烯啶虫胺（nitenpyram）和啶虫脒（acetamiprid）。氯化烟酰类对蚜虫类和白粉虱等有卓越的生物活性，由于氯化烟酰类杀虫剂具有良好的内吸性，它可以用来防治刺吸式口器害虫如蚜虫、白粉虱、叶蝉、飞虱以及一些咀嚼式口器害虫如马铃薯甲虫等。由于许多作物的病毒病是由一些刺吸式口器害虫传播的，所以使用吡虫啉、啶虫脒和噻虫嗪还有助于防治一些作物的病毒病。

主要品种有：吡虫啉（imidacloprid）、啶虫脒（acetamiprid）、噻虫嗪（thiamethoxam）、烯啶虫胺（nitenpyram）。

（七）吡咯（吡唑）类杀虫剂

吡咯类杀虫剂是在从土壤链霉菌Streptomyces fumanus的代谢产物中分离出的二吡咯霉素的基础上发展起来的。二吡咯霉素对昆虫和蜱螨目的蜘蛛表现中等程度的生物活性，但对哺乳动物的毒性却非常高。为了促使这类化合物成为新的类型的杀虫剂，化学家对其化学结构进行改造。以二吡咯霉素为先导化合物，成功开发出了氟虫腈、虫螨腈、丁烯氟虫腈，其中丁烯氟虫腈是中国研制产品。这类杀虫剂为广谱性杀虫、杀螨剂。作用机理研究表明虫螨腈作用于细胞内线粒体膜，是一个优良的氧化磷酸化解偶联剂，它干扰膜内外的质子浓度，使其透过线粒体膜受阻，从而阻碍ATP产生，导致细胞呼吸中断，最终机体死亡。

主要品种有：虫螨腈（chlorfenapyr）、氟虫腈（fipronil）、乙虫腈（ethiprole）、唑虫酰胺（tolfenpyrad）、丁烯氟虫腈（butene-fipronil）。

（八）吡啶类杀虫剂

通常将吡啶及其衍生的杀虫剂统称为吡啶类杀虫剂。吡啶具有芳香性，这与苯环结构有相似的地方，但吡啶环上有氮原子，表现为二者在疏水性和内吸性上存在差异，吡啶类化合物具有更高的生物活性和较低毒性。含吡啶环的杀虫剂类型繁多，生物活性也多种多样。此类杀虫剂不仅高效、低毒，而且对人及有益生物有卓越的环境相容性。

吡蚜酮（pymetrozine）是一类全新的杀虫剂，对刺吸式口器害虫表现出优异的防治效果，对高等动物低毒，对鸟类、鱼和非靶标生物安全，在昆虫间具有高度的选择性。它具有独特的作用方式，即为“口针穿透阻塞”，对昆虫没有直接毒性，当刺吸式口器害虫接触到该化合物，即立刻停止取食，最终使其饥饿致死。

从毒理学角度来看，吡蚜酮在正常使用下，在安全性方面不会发生任何问题。实际上，该化合物对哺乳动物毒性极低，对大多数的非靶标生物如节肢动物、鸟类和鱼非常安全。吡蚜酮在环境中可迅速降解。具有类似作用方式的杀虫剂还有氟啶虫酰胺（flonicamid）。

（九）双酰胺类杀虫剂

“双酰胺”是这类化合物的重要结构特征，作用于鱼尼丁受体是它们的主要作用方式。然而，由于化学结构上的变化，这类产品并不完全拘囿于鱼尼丁受体作用剂。氟苯虫酰胺、氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺皆为鱼尼丁受体作用剂；而环溴虫酰胺作用于鱼尼丁受体变构体；溴虫氟苯双酰胺的作用机理则明显不同，它是γ-氨基丁酸（GABA）门控氯离子通道别构调节剂。由于具有不同的作用靶标，双酰胺类杀虫剂呈现了不同的防治谱和抗性治理领域。

主要品种：氟苯虫酰胺（flubendiamide）、氯虫苯甲酰胺（chloantraniliprole）、溴氰虫酰胺（cyantrannilprole）、四氯虫酰胺（tetrachlorantraniliprole）、环溴虫酰胺（cyclaniliprole）等。

（十）苯甲酰脲类和嗪类杀虫剂

苯甲酰脲类化合物和嗪类化合物的作用靶标为昆虫体壁几丁质合成酶，抑制昆虫几丁质合成，属于昆虫生长调节剂。这两类杀虫剂杀虫力强，对哺乳动物毒性低，对天敌昆虫影响少以及对环境无污染，是一类“环境友好农药”。

苯甲酰脲类杀虫剂分为七大类，即：苯甲酰基取代苯基脲类、苯甲酰基吡啶氧基苯基脲类、苯甲酰基烷（烯）氧基苯基脲类、苯甲酰基氧基苯基脲类、苯甲酰基取代氨基苯脲类、苯甲酰基杂环基脲类、苯甲酰基苯基脲类类似物和硫脲或异硫脲衍生物。

主要品种：除虫脲（diflubenzuron）、氟啶脲（chlorfluazuron）、氟铃脲（hexaflumuron）、氟虫脲（flufenoxuron）、丁醚脲（diafenthiuron）、噻嗪酮（buprofezin）、灭蝇胺（cyromazine）、虱螨脲（lufenuron）。

（十一）保幼激素与蜕皮激素类杀虫剂

昆虫脑激素、保幼激素和蜕皮激素等，对昆虫的生长、变态和滞育等主要生理现象具有重要的调控作用，保幼激素与蜕皮激素类杀虫剂是在对上述激素研究的基础上发展起来的，人们往往将这些化合物及几丁质合成抑制剂称为昆虫生长调节剂（insect growth regulator）。这些杀虫剂并不快速杀死昆虫，而是通过干扰昆虫的生长发育来减轻害虫对农作物的危害。

保幼激素（juvenile hormone，JH）是由昆虫咽侧体分泌，控制昆虫生长发育、变态及滞育的重要内源激素之一。已发现四种天然保幼激素，合成了数以千计的保幼激素类似物，有些人工合成品的生物活性竟比昆虫内源保幼激素高1000倍以上。

蜕皮激素（ecdysone或molting hormone）是由昆虫前胸腺分泌的一类昆虫内源激素，它和保幼激素共同控制昆虫的生长与变态。1988年人工合成了非甾族化合物的蜕皮激素抑食肼和虫酰肼。抑食肼和虫酰肼在化学结构上与天然昆虫蜕皮激素相去甚远，但它们却具有与天然蜕皮激素相同的生理效应。

人工合成的保幼激素类似物烯虫酯，对蚊、蝇的幼虫有较强的杀灭作用。烯虫乙酯对鳞翅目、半翅目和某些鞘翅目、同翅目害虫有效。合成的烯虫炔酯化合物对蚜虫和小粉蚧有效。其后合成了吡丙醚、苯氧威和苯虫醚等保幼激素类杀虫剂。

主要品种：

（1）保幼激素类似物　烯虫酯（methoprene）、吡丙醚（pyriproxyfen）。

（2）蜕皮激素类似物　抑食肼（RH-5849）、虫酰肼（tebufenozide）。

（十二）阿维菌素类杀虫杀螨剂

阿维菌素是十六元大环内酯类化合物，是从土样中的灰色链霉菌Streptomyces avermitilis MA-4680（NRRL 8165）的发酵液中分离得到的。分离出8个结构十分相近的化合物，总称作阿维菌素类杀虫剂（avermectin）。

口服阿维菌素B1a，可以防治绵羊、猫、狗或马体内线虫和节肢动物寄生虫。该药易为植物叶子吸收，用0.02μg/mL浓度的阿维菌素就能很有效地防治螨类、毛虫。

天然阿维菌素类杀虫剂中含有8个组分，主要有4种即Ala、A2a、B1a和B2a，其总含量≥80%；对应的4个比例较小的同系物是Alb、A2b、B1b和B2b，其总含量≤20%。用于防治害虫的阿维菌素类杀虫剂，以阿维菌素B1a+阿维菌素B1b为主要杀虫成分，其中B1a不低于80%。自从1991年“害极灭”进入我国农药市场以后，阿维菌素类农药在我国的害虫防治体系中占有较重要地位。阿维菌素类杀虫剂在我国目前有10余家企业生产，目前市售的阿维菌素类系列农药有阿维菌素、依维菌素和甲氨基阿维菌素苯甲酸盐。

阿维菌素对叶螨和许多种类的昆虫有非常强的触杀活性，已广泛用于防治大多数农作物和园艺作物的害虫和害螨。依维菌素（ivermectin）是在阿维菌素结构基础上改造成功的产物，已用于防治家畜寄生虫。半合成的阿维菌素——埃玛菌素（emamectin，MK-244）（4″-外-甲氨基-4″-脱氧阿维菌素B1），已制成了埃玛菌素的盐酸盐，在我国登记防治棉铃虫。

主要品种有：阿维菌素（abamectin）、埃玛菌素（emamectin）。

（十三）多杀菌素杀虫剂

多杀菌素是放线菌多刺糖多孢菌（Saccharopolyspora spinosa）发酵生产中产生的次生代产物，是含spinosyn A基本组成成分和spinosyn D的混合物。由美国陶氏益农公司开发并已商品化，因其低毒，低残留，对昆虫天敌安全，自然分解快，而获得美国“总统绿色化学品挑战奖”。

多杀菌素主要有胃毒作用，还具有触杀活性，施用后当天即见效，可有效防治各种鳞翅目害虫，对一些啃食大量树叶的鞘翅目、直翅目害虫也有效。

主要品种有：多杀菌素（spinosad）。

（十四）专用杀螨剂

杀螨剂是指用于防治危害植物的螨类的化学药剂，一般是指只杀螨不杀虫或以杀螨为主的药剂。生产上用来控制螨类的农药有两类：一类是专性杀螨剂，即通常所说的杀螨剂，指只杀螨不杀虫或以杀螨为主的农药；一类是兼性杀螨剂，指以防治害虫或病菌为主，兼有杀螨活性的农药。

螨类属于节肢动物门，蛛形纲，蜱螨目，个体较小。在一个群体中可以存在所有生长阶段的螨，包括卵、若螨、幼螨、成螨。螨类繁殖迅速，越冬场所变化大。这对杀螨剂提出了很高的要求，即杀螨活性强，既杀成螨，又要对卵、若螨、幼螨具有良好的杀伤作用；持效期长，可以防治整个生长期间的螨；对作物安全，对高等动物安全，不伤害天敌，不造成环境污染。

目前常用杀螨剂主要品种有：嘧螨酯（fluacrypyrim）、螺甲螨酯（spiromesifen）、噻螨酮（hexythiazox）、炔螨特（propargite）。

二、杀虫剂的作用机理

（一）神经毒剂的作用机理

当前大多数的杀虫药剂是神经毒剂，它们主要干扰破坏昆虫神经的生理、生化过程，引起昆虫神经传导功能的紊乱并致其中毒死亡。该类杀虫剂主要有：有机磷与氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类、甲脒类、阿维菌素、多杀菌素、沙蚕毒素类和新烟碱类杀虫剂等。

1.有机磷与氨基甲酸酯类杀虫剂

有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂从1939年到现在已开发具使用价值的杀虫剂约有200种，能成为商品的有50～60种。使用有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂后，昆虫的中毒症状表现为异常兴奋、痉挛、麻痹、死亡四个阶段。有机磷与氨基甲酸酯类杀虫剂是典型的神经毒剂，它们的作用靶标为乙酰胆碱酯酶。

（1）乙酰胆碱酯酶及其功能　神经冲动在神经细胞间的传导，是由突触间隙的神经传递介质实现的。已知的神经传递介质有乙酰胆碱、去甲肾上腺素、一些生物胺和氨基酸如γ-氨基丁酸（GABA）等。

在脊椎动物的神经系统中，乙酰胆碱作为传递介质，作用于胆碱突触，包括中枢神经系统突触、运动神经的神经肌肉接头、感觉神经末梢突触、交感神经及副交感神经各神经突触，以及所有神经节后副交感神经末梢和汗腺、血管、肾上腺髓质等处交感神经末梢。在昆虫体内，中枢神经系统为腹神经索，乙酰胆碱也是其突触中的传递介质。

乙酰胆碱酯酶（AChE）是一个水解酶，底物是乙酰胆碱。

水解作用的反应式如下：

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

乙酰胆碱酯酶有三类作用部位，即催化部位、结合部位和空间异构部位。

① 催化部位。又称酯动部位，是催化分解乙酰胆碱发生乙酰化、有机磷发生磷酰化的部位。

② 结合部位。在催化部位四周的许多氨基酸残基都可能作为结合部位。因此结合部位有以下四个。（a）阴离子部位，它是天冬氨酸、谷氨酸羟基。乙酰胆碱的N+（CH3）3基团就与阴离子部位上的负电荷结合。有一种家蝇突变型，它与乙酰胆碱的结合在阴离子部位是正常的，但与有机磷酸酯和氨基甲酸酯结合以后其亲和力却降低了，两者相差500倍，说明它们结合到另外一些部位上。（b）疏水部位，这个部位是抑制剂的亲脂性基团（如甲烷、乙烷及丙烷基团）与酶结合的部位，可以减少K值，增加亲和力。疏水基部位已在丁酰胆碱酯酶中证实。在乙酰胆碱酯酶上也可能有这个部位，已经发现许多芳基甲基氨基甲酸酯中，苯环上增加一个甲烷取代基对乙酰胆碱的抑制能力增加3倍。（c）电荷转移复合体（CTC）部位，在酶与抑制剂结合时，如果一方是易失去电子的电子供体，而另一方是强亲电性的电子受体，就很容易结合。这种结合可以在吸收光谱中出现一个新的吸收峰，证明酶与抑制剂通过电荷的转移形成了复合体。在苯基氨基甲酸酯中，芳基氨基甲酸酯是作为电子的供体，因此，在苯环上加C或NH3时（对苯环提供电子），就具有形成CTC的能力，如加N就不能使其形成CTC。试验证明这种取代基主要对乙酰胆碱酯酶的亲和力产生影响，而对氨基甲酰化无影响，拒电性基团使亲和力增加（Kd值减少），认为是与酶的某些部位结合形成了电荷转移复合体。（d）靛结合部位，当乙酰胆碱酯酶被一些试剂处理后，活性变化很大，对乙酰胆碱失去了活性，对1-酯酸萘酯、苯乙酸酯，甚至甲萘威、毒扁豆碱等也失去活性，唯独对靛乙酸却增加了活性。

③ 空间异构部位。它是远离酶的活性部位，这个部位与某种离子或者某种化合物上取代基团结合时，酶的结构产生了立体变形，从而改变了其他作用部位的反应。

乙酰胆碱受体（AChR）是指在神经膜突触间隙中，接受神经传递介质（如乙酰胆碱）的细胞膜上的某种成分。在后膜上乙酰胆碱受体与乙酰胆碱结合就是激活过程。这个激活包括受体本身发生某些改变，而这些改变又间接影响突触后膜的三维结构的改变。膜的改变主要是各种离子通透的改变。乙酰胆碱受体是一种酸性糖蛋白，并含有与乙酰胆碱相似的氨基酸的含量，它位于突触后膜内的一端并伸出膜外，为接受乙酰胆碱的部位。

乙酰胆碱与受体结合后可通过两种方式造成膜通透性改变：一是直接改变了膜上三维结构，使膜上的离子通道可开放或关闭，于是离子就可以进入或被阻止进入；二是间接通过环核苷酸的磷酸化作用，使受体引起核苷酸环化酶活性增加，从而产生了更多的环核苷酸（如环鸟苷酸与离子导体起磷酸化作用，使离子通道体改变，从而通透性改变）使离子进出或进出被阻。这种直接和间接效应在脊椎动物颈上神经等进行试验表明都存在。

乙酰胆碱至少有烟碱型及毒蕈碱型的两种受体。由突触膜上释放出乙酰胆碱，它可与毒蕈碱型的或烟碱型的受体结合，还可通过联系神经元与多巴胺受体结合。第一个结合可直接影响膜电位改变，在突触后膜产生一个快兴奋性突触后电位，可以被阿托品阻断。第二个结合可使鸟苷酸环化酶活化，产生环鸟苷酸，通过磷酸化作用，在突触后膜产生一个慢兴奋性突触后电位。

（2）有机磷杀虫剂对乙酰胆碱酯酶的抑制作用　有机磷杀虫剂大多是一些磷酸酯或磷酰胺。一般对虫、螨均有较高的防治效果。大多数有机磷杀虫剂具有多种作用方式，杀虫范围广，能同时防治并发的多种害虫。有机磷杀虫剂的杀虫性能和对人、畜、家禽、鱼类等的毒害，是由于抑制体内神经中的“乙酰胆碱酯酶”或“胆碱酯酶”的活性而破坏了正常的神经冲动传导，引起了一系列急性中毒症状（如异常兴奋、痉挛、麻痹、死亡）。

① 酶活性抑制。有机磷化合物在结构上与天然底物乙酰胆碱有些类似。虽然磷化合物大都没有正电荷基团与正常的酶的阴离子部位结合，但磷酸酯基仍然可以被吸附在酯动部位，分子的其余部分则排列在由多种氨基酸侧链基团组成的整个活性区内，相互之间产生亲和力，发生一系列与乙酰胆碱类似的变化，生成磷酰化酶。乙酰化酶是不稳定的，水解很快，半衰期约0.1ms，而磷酰化酶则十分稳定，两者的稳定性相差107倍以上。

有机磷杀虫剂与AChE的反应式如下：

式中，PX为有机磷杀虫剂；X为侧链部分，例如对氧磷的；E为AChE；K2为磷酰化反应速率常数；K3为脱磷酰基水解速率常数或称酶致活常数。

反应开始时有机磷酸酯先与酶形成复合体（PX·E），X分离后形成磷酰化酶（PE），再经过脱磷酰基使AChE恢复。其中以K3步骤最慢。

② 形成可逆性复合体。依靠抑制剂与酶活性区之间的亲和力形成抑制剂络合物。

③ 磷酰化反应。有机磷酸酯与AChE的反应是利用P原子的亲电性攻击酶的丝氨酸上的羟基。例如对氧磷与AChE的反应：

各种磷酸酯杀虫剂与AChE反应时都是形成O，O-二乙基磷酸酰化酶，同时分离X基团（如对硝基酚）。

磷酸化反应实质上是有机磷酸酯与AChE中的亲核基OH－之间的亲电反应。如果能加强P原子的亲电性可以提高对AChE的抑制能力。

酰化反应的另一个特点是P原子的亲电性反应与X基团（PX）的分离是同时进行的。X基团分离后磷酰化酶才能形成。P原子的亲电性愈强，X基团的分离能力愈大。X基团的分离是酯键的碱性水解作用，所以取代基在改善P原子亲电性时，P—X键也就更容易水解，有时候严重影响有机磷化合物的稳定性。

④ 酶活性的恢复。酶经磷酰化后，虽然水解作用极为缓慢，但仍然能自发地放出磷酸并使酶复活，这一反应称为自发复活作用或脱磷酸酰化作用。反应可用下式表示：

EP + H2OEH + P—OH

自发复活速度与抑制剂的离去基团无关，而取决于磷原子上残留的取代基以及酶的来源。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。如果不用致活试剂，磷酰化酶恢复很慢。在高等动物中被抑制的AChE可以用化学药物使酶迅速恢复，有些化合物已经作为高等动物有机磷酸酯中毒的治疗药物，这些药物都是亲核性试剂，它们的作用都是攻击磷酰化酶中磷原子而取代它们。

在一些情况下可以通过催化剂使K3反应的速度加快，这些催化剂有很大的价值，它们全是亲核试剂。其作用主要是攻击P原子把它的催化部分取代下来。如同抑制剂的抑制过程：E+PX=EPX，亲核试剂作用是A+EP=EA+P，EA是很不稳定的，很快裂解，恢复酶的活性。最早发现的有恢复磷酸化酶活性的化合物是羟胺，但其对磷酸化酶抑制作用不强。

羟胺（NH2OH）是一个弱的AChE复活剂，只能使酶的活性恢复比自然恢复增加10%。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入阳离子中心，就会使复活活性增强。所以，用于有机磷中毒治疗的解毒剂，如解磷定（2-PAM）、4-PAM、双复磷等具有这类结构。

⑤ 磷酰化酶的老化。所谓老化是指磷酰化酶在恢复过程中转变为另一种结构，以至于羟胺类的药物不能使酶恢复活性。通常认为，老化现象是二烷基磷酰酶的脱烷基反应造成的。在脱去烷基之后，磷酰化酶变得更稳定了，磷酸负离子能抵抗肟类复活剂的亲核进攻。

磷酰化酶的老化速率与磷酰基上的烷基有关。二乙基磷酰化酶老化缓慢，与乙基相比，甲基、仲烷基及苄基酯的老化速度要快得多。老化反应速度可能主要取决于非酶的化学力，发生烷基磷酸酯基C—O键的断裂。因此，酶如果受烷基化能力高的磷酸酯的抑制，老化现象易于发生。

（3）氨基甲酸酯类杀虫剂对乙酰胆碱酯酶的抑制作用　氨基甲酸酯类杀虫剂是一类与毒扁豆碱结构类似的杀虫剂。此类杀虫剂常用品种有：甲萘威、仲丁威、杀螟丹、克百威、抗蚜威、速灭威、混灭威、异丙威、残杀威、灭多威、丙硫威、丁硫威、唑蚜威、硫双威等。

使用氨基甲酸酯类杀虫剂与有机磷杀虫剂后，昆虫表现为相同的的中毒症状。它们的作用机制都是抑制AChE的活性，使得ACh不能及时分解而积累，不断和AChR结合，造成后膜上Na+通道长时间开放，突触后膜长期兴奋，从而影响了神经兴奋的正常传导。不同的是有机磷杀虫剂对AChE的抑制依赖其大的K2和小的K3，该反应是不可逆性抑制。氨基酸酯类杀虫剂对AChE的抑制主要依赖于其小的Kd值（Kd=K－1/K1），即依赖于和AChE形成比较稳定的复合物，反应是可逆性抑制。也就是说，氨基甲酸酯类杀虫剂（CX）与AChE通过疏水作用结合成稳定的复合体是抑制AChE的主要原因，氨基甲酰化反应是次要原因。

2.拟除虫菊酯类杀虫剂

拟除虫菊酯类杀虫剂是根据天然除虫菊素化学结构而仿生合成的杀虫剂。由于它杀虫活性高、击倒作用强、对高等动物低毒及在环境中易生物降解的特点，已经发展成为20世纪70年代以来有机化学合成农药中一类极为重要的杀虫剂。

一般认为，天然除虫菊酯和拟除虫菊酯杀虫剂与DDT一样属于神经轴突部位传导抑制剂，而对于突触没有作用。

使用拟除虫菊酯后，害虫的中毒症状期有兴奋期与抑制期。在兴奋期，受刺激的昆虫极为不安而乱动，在抑制期的昆虫活动逐渐减少，行动不协调，进入麻痹以至死亡。例如，用氰戊菊酯处理突背蔗龟甲成虫表现症状极为明显。但对鳞翅目幼虫，往往兴奋期极短，迅速击倒进入麻痹。除此之外，还具有驱避、影响生长发育较为复杂的中毒症状。

拟除虫菊酯类杀虫剂的作用机制：用电生理方法以烯丙菊酯处理美洲蜚蠊的神经索巨大神经轴突，发现负后电位延长，并阻碍神经轴传导，当用0.3μmol/L浓度时，也同样使负后电位延长，但无阻碍传导。用拟除虫菊酯处理多种昆虫神经的多个部位（如蜚蠊尾须、家蝇的运动神经元，吸血椿象的中枢神经系统，沙漠飞蝗的周围神经系统等），结果都测定出有重复后放现象。

根据对感觉神经元的反应和处理蜚蠊的作用可把拟除虫菊酯分为Ⅰ和Ⅱ型，Ⅰ型化合物对感觉神经元在体外可产生重复放电，而Ⅱ型化合物（含氰基拟除虫菊酯）不会产生重复放电，可能对突触产生作用，在突触中，它的传递物质或许是谷氨酸或GABA。

拟除虫菊酯的一个有趣的特点是它们在低温条件下对昆虫毒性更高，在15℃的LD50毒力大于32℃的LD50的10倍，烯丙菊酯对昆虫的作用方式是影响它的轴突传导，在低温条件下，作用更为突出。

拟除虫菊酯的作用机制可能与ATP酶的抑制有一定的关系，相当高浓度的烯丙菊酯对红细胞膜及鼠脑微粒体的Na+-K+-ATP酶有抑制作用。较高浓度的拟除虫菊酯对美洲蜚蠊的Na+-K+-ATP酶也有抑制作用。这些作用机制一部分是间接的影响作用，Na+-K+-ATP酶与传递Na+及K+离子的功能有间接的关系。推测这不是神经传导受影响的主要原因，而可能是物理作用。拟除虫菊酯虽不抑制胆碱酯酶，但对美洲蜚蠊脑部的乙酰胆碱有显著增加作用，这可能与突触传导有关。

用拟除虫菊酯处理昆虫后，发现中毒死亡的昆虫有失水现象，大量的水滴附在体表上，这是对表皮分泌活动的影响，具体过程还不明确。

综合上述的几个生理效应与拟除虫菊酯处理后昆虫最后造成的死亡都有一定的关系，但都不是它的主要毒杀机制，因为这些效应在很多其他神经毒剂的中毒征象中也同样存在。

除虫菊素像有机磷、氨基甲酸酯等杀虫剂一样，都属于神经毒剂。除虫菊素与DDT的毒理机制十分类似，但除虫菊素击倒作用更为突出。除虫菊素不但对周围神经系统有作用，对中枢神经系统，甚至对感觉器官也有作用，而DDT只对周围神经系统有作用。除虫菊素的毒理作用比DDT复杂，因为它同时具有驱避、击倒和毒杀3种不同作用。由于除虫菊素的作用比DDT快得多，因此，除虫菊素的中毒症状一般只分为兴奋期、麻痹期和死亡期三个阶段。在兴奋期，昆虫到处爬动、运动失调、翻身或从植物上掉下，到抑制期后，活动逐渐减少，然后进入麻痹期，最后死亡。在前两个时期中，神经活动各有其特征性变化。据有关资料报道，兴奋期长短与药剂浓度有关，浓度越高，兴奋期越短，抑制速度越快，而低浓度药剂可延长兴奋期的持续时间。一般认为，除虫菊素对周围神经系统、中枢神经系统及其他器官组织（主要是肌肉）同时起作用。由于药剂通常是通过表皮接触进入，因此，先受到影响的是感觉器官及感觉神经元。钠离子通道是神经细胞上的一个重要结构，细胞膜外的钠离子只有通过钠离子通道才能进入细胞内。在平时钠离子通道是关闭的，当一个刺激给予一个冲动或给予轴突传导一个信息时，刺激部位上膜的通透性改变，钠离子通道打开，大量钠离子进入细胞内。钠离子通道通过允许钠离子进入细胞内而达到传递神经冲动的作用。由于除虫菊素作用于钠离子通道，引起神经细胞的重复开放，最终导致害虫麻痹、死亡。

此外，除虫菊素对突触体上ATP酶的活性也有影响。据相关研究，除虫菊素对ATP酶活性的影响程度与除虫菊素的浓度有关，浓度越高，ATP酶活性下降越大。

3.甲脒类杀虫剂

甲脒类杀虫剂是杀虫剂中很有效的一类，生产上曾经使用的杀虫脒，目前仍广泛使用的为双甲脒（amitraz）。

杀虫脒的作用机制很特殊，它具有神经毒剂典型的中毒症状，如兴奋、麻痹、死亡，另外还具有驱避和拒食作用，如经杀虫脒处理的稻茎三化螟初孵幼虫不钻蛀入茎，结果饥饿而死，三化螟成虫在接触了杀虫脒药液后，则表现兴奋、乱飞乱舞。棉铃虫雌蛾取食稀释的杀虫脒蜜糖溶液后，变为过度兴奋，交配后不能分开，交配率降低了40%。对牛蜱，杀虫脒引起它们从寄主身体上脱落下来。对于螨类和鳞翅目幼虫，引起驱避行为如逃散或吐丝脱落等情况。这种拒食可能作用于神经系统，而驱避行为是作用于感觉器官。直接注射杀虫脒于蜚蠊体内，使其不接触到化学感官，所用剂量较低，不引起兴奋，但可出现拒食现象，一般认为兴奋与昏迷可能是由于单胺氧化酶受抑制，拒食作用可能与神经胺及神经胺激性突触传导有关。这两者之间又是有联系的，因为单胺氧化酶可以分解某些单胺型的神经胺。

对杀虫脒的杀虫作用曾提出过10多种可能的机制，直到近年才有了比较明确的认识，即该杀虫剂的作用机制一是对轴突膜局部的麻痹作用，二是对章鱼胺受体的激活作用。杀虫脒代谢成去甲杀虫脒占领章鱼胺受体，引起突触后膜兴奋，干扰了神经兴奋的正常传导，引起一系列昆虫行为的改变，如增强活动性，不断发抖，致使昆虫从植株上跌落而无法取食。

由于杀虫脒的慢性毒性及致癌作用，现已被禁用。

4.阿维菌素杀虫剂

阿维菌素（avermectin）是从土壤微生物中分离出来的具有杀螨、杀虫和杀体内寄生虫的有效药剂，其中最有活性作用的是阿维菌素B1a。阿维菌素B1a对寄生性线虫的神经生理研究表明，该化合物可抑制突触传导，可能是一种GABA拮抗剂，或可以刺激GABA释放，对神经系统的作用表现为致使线虫昏迷麻痹，最终死亡。

γ-氨基丁酸（GABA）是来源于非蛋白质的重要氨基酸，在脑组织中以游离状态存在，但它在脑中的功能尚不完全明白，GABA是一种抑制性突触的神经传递物质，GABA可使后突触细胞刺激降低。因而寻找对GABA具抑制性或拮抗性或刺激性的物质就可以影响突触传递。GABA拮抗剂荷包牡丹碱，可抑制蜚蠊神经肌肉传递，而苯并二氮杂类似物也具有同样性质且具有显著的杀虫杀螨活性。

阿维菌素是一种神经毒剂，其机理是作用于昆虫神经元突触或神经肌肉突触的GABAA受体，干扰昆虫体内神经末梢的信息传递，即激发神经末梢放出神经传递抑制剂GABA，促使GABA门控的氯离子通道延长开放，对氯离子通道具有激活作用，大量氯离子涌入造成神经膜电位超级化，致使神经膜处于抑制状态，从而阻断神经末梢与肌肉的联系，使昆虫麻痹、拒食、死亡。因其作用机制独特，所以与常用的药剂无交互抗性。据报道，除GABA受体控制的氯化物通道外，阿维菌素还能影响其他配位体控制的氯化物通道，如阿维菌素可以诱导无GABA神经支配的蝗虫肌纤维的膜传导的不可逆增加。

5.多杀菌素杀虫剂

多杀菌素具有全新的作用机理，它并不作用于乙酰胆碱酯酶（AChE）和Na+通道，不同于传统的有机磷和拟除虫菊酯类杀虫剂。多杀菌素作用于烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR），虽然吡虫啉等烟碱类杀虫剂也作用于nAChR，但是两者还是有差异的，多杀菌素在nAChR上的作用位点并不是吡虫啉在nAChR上的作用位点。另外，也有研究表明多杀菌素作用于GABA受体，但是同样发现多杀菌素在GABA受体上的作用位点与已知的阿维菌素在GABA受体上的作用位点不同。

6.沙蚕毒素类杀虫剂

沙蚕毒素（nereistoxin， NTX）是在沙蚕体内发现的具有杀虫活性的化合物，而人工合成的杀螟丹及其类似物都必须在昆虫体内发生代谢，转化为沙蚕毒素才能起杀虫作用。对蜚蠊的第六腹神经节，蛙的腹肌、腿肌，大鼠膈肌的试验证明，沙蚕毒素影响胆碱激性突触的传导，但它又不抑制胆碱酯酶，它使突触前膜上的神经传递物质减少，也同时使突触后膜对乙酰胆碱的敏感性降低。因此认为它的主要作用靶标是乙酰胆碱受体，它起的作用就是抑制了突触后膜的膜渗透性（Na+，K+）的改变。但是，究竟它是对受体起作用还是直接对离子导体起作用，研究人员有不同的看法。比较一致的说法是，沙蚕毒素与二硫苏糖醇的结构相似，二硫苏糖醇是乙酰胆碱受体的有效抑制剂。在昆虫体内NTX降解为1，4-二硫苏糖醇（DTT）的类似物，从二硫键转化而来的巯基进攻乙酰胆碱受体（AChR）并与之结合，作用于神经节的后膜部分，从而阻断了正常的突触传递。但是，沙蚕毒素有一点与烟碱完全不同，它不但对烟碱型的受体有作用，对于毒蕈碱型的受体也有作用，表现为：

（1）对突触传导的抑制　沙蚕毒素类杀虫剂在昆虫体内转化为沙蚕毒素后，再作用于神经系统的突触体。放射自显影研究显示，杀螟丹集中于神经节部位。神经电生理实验表明，沙蚕毒素是作用于神经传导的胆碱能突触部位。

沙蚕毒素作用于神经系统的突触部位，使得神经冲动受阻于突触部位。在低浓度时，沙蚕毒素类杀虫剂就能够表现出明显神经阻断作用。2×10－8～1×10－6mol/L的NTX就能引起蜚镰末端腹神经节突触传导的部分阻断。

（2）在烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）上的结合位点　沙蚕毒素类杀虫剂对突触传导的阻断作用是通过与突触后膜乙酰胆碱受体结合实现的。以果蝇和蜚镰为材料的研究结果显示，NTX能够抑制α-金环蛇毒素与nAChR结合。

（3）沙蚕毒素类杀虫剂与nAChR之间的生物化学反应　沙蚕毒素类杀虫剂与受体结合后，发生氧化还原反应，受体被还原而导致功能受阻。

（4）对受体通道电流的影响　NTX与nAChR结合，影响了受体正常的神经功能，抑制了通道电流的产生，使突触后膜不能去极化，导致神经传导中断。研究人员采用单通道膜片钳技术记录了杀螟丹对鼠PC12细胞烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）的影响，用杀螟丹单剂处理时，没有引起通道的开放。10pmol/L ACh就能诱导单通道电流。当杀螟丹与乙酰胆碱同时作用时，单通道的开放时间缩短，间隔增加，表现出杀螟丹的剂量效应。单通道开放的动态变化，说明杀螟丹是nAChR开放通道的阻断剂。

（5）其他的作用机理　沙蚕毒素类杀虫剂的主要作用机理是作用于nAChR，一方面竞争激动剂结合位点，破坏正常神经兴奋的传导；另一方面结合在受体通道上的阻断剂位点，降低受体通道的离子通透性。此外，沙蚕毒素类杀虫剂还可能存在其他的作用机理。

7.新烟碱类杀虫剂

烟碱类杀虫剂包括nitroguanidines、硝基亚甲基类（nitromethylenes）、氯化烟酰类（chloronicotinyls），现在被普遍称为新烟碱类（neonicotinoids）。它们以天然源烟碱化合物为模板合成，作用机理与烟碱相似，作用于昆虫的中枢神经系统，对突触后膜烟碱型乙酰胆碱受体产生不可逆抑制。烟碱类杀虫剂对哺乳动物毒性低，对非靶标昆虫相对低毒，而对多数害虫高效。这类杀虫剂的一个重要特点是：由于它们有相对大的水溶性和相对小的分配系数，因而具有优良的内吸性和长的持效期，对刺吸昆虫如烟粉虱特别有效。目前用于防治烟粉虱的烟碱类杀虫剂主要有吡虫啉、啶虫脒、噻虫嗪等。

吡虫啉是用于防治烟粉虱的第一个烟碱类杀虫剂。啶虫脒属于第二代烟碱类杀虫剂，具有触杀、胃毒作用及较强的渗透作用，有很好的叶片传导活性并通过木质部向顶分布。杀虫谱比其他烟碱类杀虫剂广，对人、畜低毒，对传粉昆虫安全。

（二）昆虫呼吸作用抑制剂及其作用机理

昆虫的呼吸作用包括气管系统与外界环境的气体交换和细胞内呼吸两个过程。前一过程是指虫体通过气管系统吸入氧并将其输送到各类组织中去，同时排出新陈代谢的二氧化碳和水；后一过程是指虫体内的细胞和呼吸组织利用吸入的氧，氧化分解体内的能源物质，产生高能化合物ATP及热量的能量代谢过程。

杀虫剂对昆虫呼吸作用的影响也分为两个方面，即物理和化学的。物理作用主要指油乳剂类的杀虫剂（如石油乳剂）阻塞昆虫的外部呼吸系统，使昆虫“窒息”而死亡。化学作用为杀虫剂干扰昆虫的能量代谢过程（细胞内呼吸）而使昆虫死亡。

1.砷素杀虫剂

砷素杀虫剂包括砷的亚砷酸和五价砷酸化合物，如亚砷酸、亚砷酸钠及砷酸铅、砷酸钙等。这类杀虫剂在历史上起过作用，目前已很少使用。砷素杀虫剂的作用机制主要是抑制能量代谢中含—SH基的酶，例如亚砷酸是丙酮酸去氢酶系及α-酮戊二酸去氢酶系的抑制剂，作用机制是与硫辛酸的两个—SH基结合而形成复合体，从而使丙酮酸去氢酶系或α-酮戊二酸去氢酶系失去作用。

2.氟乙酸、氟乙酸钠和氟乙酰胺

氟乙酸是三羧酸循环的抑制剂。氟乙酸钠和氟乙酰胺在动物体内代谢产生氟乙酸，氟乙酸与乙酰辅酶A结合形成氟乙酸乙酰辅酶A，进一步与草酰乙酸形成氟柠檬酸。氟柠檬酸是乌头酸酶的抑制剂。乌头酸酶受抑制，则三羧酸循环被阻断。氟乙酸及其系列化合物对高等动物剧毒，曾被用作杀鼠剂和杀虫剂，现已被禁用。

3.鱼藤酮和杀粉蝶素A

鱼藤酮是豆科植物鱼藤根中含有的杀虫活性成分。杀粉蝶素A是由茂原链霉素产生的有杀虫作用的抗生素。鱼藤酮作为无公害植物源杀虫剂是主要的植物杀虫剂之一，目前仍受到高度重视。它是一种线粒体呼吸作用抑制剂，作用于电子传递体系，影响ATP产生，具体作用位点为切断NADH去氢酶与辅酶Q之间的呼吸链。

杀粉蝶素A的化学结构与辅酶Q相似，也是呼吸链的抑制剂。

4.番荔枝内酯

番荔枝内酯（annonaceous acetogenin，ACG）是从番荔枝科植物中分离提纯的末端含Y-内酯环并且具有生物活性的天然产物。番荔枝科植物分布于热带、亚热带地区，有130个属，2300多个种。就目前所知，ACG只发现于番荔枝科植物中。自从1982年Jolad从紫玉盘属植物中分离出首个ACG化合物uvaricin以后，经过二十年的研究，已经从40多个属150余种植物中获得近400个ACG化合物，而且随着研究的深入，还将分离出更多新的ACG化合物。线粒体是细胞中产生能量的主要场所，ACG强烈的生物活性来自于它对细胞线粒体呼吸链的抑制作用，通过抑制线粒体中NADH-泛醌（ubiquinone，UQ）氧化还原酶和癌细胞质膜NADH氧化酶，其中以抑制NADH-UQ氧化还原酶为主，使氧化磷酸化反应中合成ATP所需要的质子动力势不能形成，从而达到抑制细胞能量代谢活动的目的。

ACG作为商业杀虫剂的应用要广泛些，传统杀虫剂大多干扰害虫的神经系统或其他生理过程，多次使用后容易产生抗药性，ACG由于它与众不同的作用机理，使其对产生抗药性的害虫有强烈的致死作用，因此ACG是非常有前途的杀虫剂。尽管鱼藤酮具有相同的杀虫作用机制，但它作为杀虫剂不太理想，因为它在环境中降解太快而不能持续杀虫，同时由于它的副作用较大，限制了它作为商业杀虫剂的使用范围。大多数ACG都有强烈的杀虫作用，它们来源于植物，较稳定，而且对环境的危害很小。实际使用中，ACG的杀虫效果与其抑制线粒体复合物的构效关系是一致的，也是邻双四氢呋喃（THF）型。ACG的杀虫效果明显。

5.氢氰酸及其系列化合物

氰化钠、氰化钾及氰化钙与水及无机酸反应产生氢氰酸，是一种气体熏蒸杀虫剂，它作用于呼吸链的电子传递系统，是细胞色素c氧化酶的抑制剂。

磷化氢是目前世界上公认的用于储粮保护的主要熏蒸剂之一，它在包括我国在内的广大发展中国家应用尤为广泛。它不仅对虫、鼠、螨、线虫等都有明显毒杀作用，而且基本无残留，不影响谷物品质和种子活力，价格低廉，使用方便。随着人们生活水平的提高，对环保意识的增强，一些对储粮具有有害残留或对环保能造成危害的有效熏蒸剂已经被禁止使用，这使磷化氢在储粮保护工作中的地位和作用更加重要了，国内外专家一致认为在当今世界上还没有任何其他熏蒸剂能完全取代磷化氢。目前严重的是，由于长期不合理使用磷化氢，一些主要储粮害虫已分别对磷化氢产生了抗性，因而磷化氢的有效使用正面临危机。

不同研究一致证明赤拟谷盗、杂拟谷盗、谷蠹吸收的磷化氢大部分存在于细胞液中。如赤拟谷盗吸收的氘标记98%磷化氢积累于胞液中，这与破碎线粒体更易被磷化氢抑制和磷化氢体外能显著抑制细胞色素氧化酶，但体内对此酶几乎没有抑制作用的现象是一致的。研究认为这是线粒体膜对磷化氢的通透性较低的缘故。

体外实验研究表明：磷化氢能抑制大鼠线粒体呼吸，是鼠肝及昆虫“活跃”状态（状态Ⅲ，解偶联态、离子泵状态）下线粒体呼吸作用的有力抑制剂，而对状态Ⅲ抑制程度最为严重。体外实验动力学研究表明磷化氢是牛心细胞色素氧化酶的非竞争性抑制剂，因此磷化氢对细胞色素氧化酶的抑制作用一直被认为是磷化氢使昆虫致死的主要原因。体外实验表明磷化氢对谷蠹、锯谷盗、锈赤扁谷盗的细胞色素氧化酶活力有明显抑制作用，但体内实验表明磷化氢对这些昆虫的细胞色素氧化酶活力几乎没有任何抑制作用。用磷化氢致死剂量处理玉米象也只能抑制其体内细胞色素氧化酶活力的50%。这些结果暗示细胞色素氧化酶作为体内磷化氢对昆虫的直接生化损伤部位是值得怀疑的。

体外实验研究发现，磷化氢对昆虫细胞色素c氧化酶、细胞色素c在可见光区和末端区的吸收光谱与过硫酸钠对它们诱导的还原光谱相似；磷化氢使它们圆二色性光谱发生的巨大变化也表明，磷化氢使细胞色素c氧化酶，细胞色素c中血红素Fe的价态发生了变化，且两种情况下细胞色素氧化酶对磷化氢的反应要比细胞色素c敏感得多。从而有力证明细胞色素氧化酶是磷化氢作用的主要靶标部位。

有报道氢氰酸能抑制昆虫呼吸传递链中的细胞色素氧化酶，阻断电子由NADH脱氢酶向氧气的传递，使氧气不能被还原，导致线粒体产生O－，O－可被超氧化物歧化酶（SOD）歧化成过氧化氢，从线粒体释放出来。

由上述知，磷化氢的作用机制之一是由于磷化氢抑制了昆虫线粒体在呼吸过程中产生O－，O－又被SOD歧化为过氧化氢，当昆虫对磷化氢吸收较少时，过氧化氢可及时被过氧化氢酶和过氧化物酶所消除，不会对昆虫造成不可逆毒害，但如果昆虫对磷化氢吸收量较多，产生的过氧化氢不能被过氧化氢酶和过氧化物酶及时地完全消除，过氧化氢就在昆虫体内积累，达到一定程度时便对昆虫产生细胞毒性而引起细胞死亡。磷化氢能使谷象、谷蠹体内SOD活力增加，使过氧化氢酶、过氧化物酶活力降低的研究结果是对上述机制的有力支持，这一机制可以解释昆虫在磷化氢暴露后要经过一段时间才能死亡的现象以及磷化氢作用必须有氧气参与才能取得杀虫效果的现象。

（三）昆虫发育毒剂的作用机理

昆虫生长调节剂即发育毒剂是通过抑制昆虫生理发育，如抑制蜕皮、抑制新表皮形成、抑制取食等导致害虫死亡的一类药剂，由于其作用机理不同于以往作用于神经系统的传统杀虫剂，且毒性低、污染少、对天敌和有益生物影响小，有助于可持续农业的发展，有利于无公害绿色食品生产，有益于人类健康，因此被誉为“第三代农药”“二十一世纪的农药”“非杀生性杀虫剂”“生物调节剂”和“特异性昆虫控制剂”。由于它们符合人类保护生态环境的总目标，迎合各国政府和各阶层人民所关注的农药污染的解决途径这一热点，因此该类农药成为全球农药研究与开发的一个重点领域。

早在1967年，Wiliarm就提出了昆虫生长调节剂作为第三代杀虫剂的设想。但由于昆虫生长调节剂作用缓慢，加之人们环境意识不强，且农药使用者大都期望虫子在喷雾后迅速死去等因素，使其未能得到广泛应用。随着人们对常规化学农药对环境影响的不断认识，和对农药及其作用机理的进一步理解，使诸如昆虫生长调节剂等具有特定作用机理、对环境友好的农药倍受青睐。目前在水稻、蔬菜、果树、棉花及森林虫害防治上得到越来越广泛的应用。如灭幼脲、氟苯脲、苯氧威、烯虫酯等，还有新型昆虫生长调节剂——环虫酰肼，它对鳞翅目幼虫有优异的防效，主要应用于蔬菜、茶叶、果树、稻田、观赏植物。经昆虫摄取后，几小时内在抑制昆虫取食的同时引起昆虫提前蜕皮导致死亡，它通过调节幼体内激素和蜕皮激素水平，干扰昆虫的蜕皮过程。

各类昆虫发育抑制剂对昆虫的作用机制不同，中毒后的症状和行为也各不相同。喷施灭幼脲后，鳞翅目幼虫不能蜕皮而死亡，成为幼虫与预蛹之间的畸形个体；有的幼虫蛹末端旧皮不能蜕落，蛹头部出现突出物。幼虫胸足变黑，成虫羽化不正常，不能飞翔等。

1.几丁质合成抑制剂

对几丁质合成抑制剂作用机理的研究也很多，总的来说，这类化合物可使昆虫表皮的几丁质合成过程受阻，沉积受抑制，但是其具体的作用机制至今仍不清楚，关于其作用机制的假设很多。

最初认为是抑制几丁质合成酶，但实验已证实该类化合物对几丁质合成酶没有直接的抑制性，有学者认为苯甲酰基脲通过激活蛋白分解而抑制几丁质合成酶的酶原聚合，有学者则认为是通过影响蜕皮激素代谢酶的活性影响几丁质的合成。

还有假说认为苯甲酰基脲影响虫体内DNA的合成，Deloach等报道除虫脲造成厩螫蝇成虫表皮组织细胞的DNA减少。有学者通过实验证明，灭幼脲除了影响黏虫的几丁质沉积外，还改变几丁质-蛋白复合体的结构，影响氨基酸的含量和比例以及蛋白质和DNA、RNA含量。这些早期的关于作用机制的假说都不能完全解释该类化合物的作用，因此至今仍难以将其机理阐明。

2.非甾类蜕皮激素类似物

该类药剂与受体复合物结合后，与蜕皮激素作用类似，激活基因表达，启动蜕皮行为，然而，蜕皮的完成是由蜕皮激素、保幼激素、羽化激素等激素协调作用的结果。由于双酰肼类化合物只是模拟一种蜕皮激素作用，使“早熟的”蜕皮开始后却不能完成。这种中止可能是血淋巴和表皮中的双酰肼类化合物抑制了羽化激素释放所致；也可能是大量保幼激素的存在造成的，因为只有在保幼激素极度降低，蜕皮激素大量存在的情况下才能完成变态蜕皮。这类药剂抑制蜕皮作用可发生在昆虫自然蜕皮前的任何时间，而苯甲酰基脲类的作用则发生在被处理虫的自然蜕皮过程中。

3.保幼激素类似物

（1）保幼激素的重要生理效应　保幼激素可使虫在蜕皮后保持幼虫形态。在减少或缺少保幼激素时，幼虫蜕皮化蛹，或蛹羽化为成虫，这一作用随昆虫的发育时期而不同。保幼激素无论如何多，都不能使蛹蜕皮成为成虫，也不能使成虫变为蛹。

（2）作用靶标部位　首先是表皮细胞，其次是成体胚芽，也作用于生殖腺、神经系统、脂肪体、中肠。

（3）激素对基因的影响　通过基因调节产生相应的蛋白质酶系来起作用，常表现为染色体上发生膨胀现象，DNA结构改变（激活）→RNA的形成、积聚→染色体膨胀。激素对DNA的作用是间接或直接的，直接作用是解除了DNA的抑制，间接作用是影响了膜的渗透性，改变了Na+及K+的分布，可干扰DNA的活性。如高离子浓度已证明可以使染色体上的DNA与组蛋白脱离，使其失去抑制作用。

一般认为，激素都是活化DNA，但实际上是有矛盾的。这是因为不同的发育阶段，不同的基因处于不同的状态，因此对某些基因的DNA起活化作用的同时，对另一些基因的DNA却造成了抑制。此学说能很好地解释目前试验所得的结果，特别是保幼激素的作用，但是，三个主管调节基因却没有被证明，对保幼激素作用的具体机制还不能完全明了。

有关保幼激素类似物的作用机理提出了几个可能的假说，其一为保幼激素类似物完全模拟了保幼激素，破坏了昆虫生理的内部平衡。其二为两者有差异，保幼激素类似物成为正常保幼激素的拮抗剂，或是作用于不正常的作用部位，引起生长发育的改变，如对保幼激素代谢的影响；或是成为保幼激素代谢酶系的竞争性抑制剂或竞争性底物，影响保幼激素的合成，影响神经分泌，影响核酸、蛋白质的合成。

4.抗保幼激素类似物

抗保幼激素类似物主要是抑制保幼激素的形成及释放，破坏其运转到靶标部位，刺激其降解代谢及阻止其在靶标部位上起作用，破坏昆虫的咽侧体，使其不能合成保幼激素。

以上几类药剂的作用机制主要是从药剂对昆虫体内的酶、激素的影响来研究的，比较少从昆虫微观的角度去探索。例如使用昆虫生长调节剂后有的虫体成为幼虫与预蛹之间的畸形个体，有的旧皮不能脱落，到底是什么原因造成昆虫的蜕皮、化蛹、羽化有如此次序？其间有多余的细胞定时消失，这是巧合还是有基因控制？这都需要我们去研究，同时也为我们引出了一个生命中重要的现象——细胞凋亡。

细胞凋亡（apoptosis）又叫作程序性细胞死亡（programmed cell death，PCD），作为一种死亡方式，它是一种生理性、主动性的“自杀”行为，受到基因的调控。它存在于有机体发育的各个阶段。一些结构或器官在发育某个阶段是必需的，随着发育的进行不再是需要的，或是个体发生过程中重演了种系发生现象，这些都依赖于细胞凋亡过程。同样，在昆虫生长发育过程中细胞凋亡扮演了重要的角色。昆虫的发育是一种变态发育，很多昆虫在幼虫和成虫期的生活形态完全不同，这就要求某些特定组织、特定细胞在特定的时间和特定的部位死亡，化蛹或羽化时所出现的特定组织的分解均为程序性细胞死亡的结果。由此可见，昆虫的变态是由多基因控制的、机制复杂的生理现象。细胞凋亡在昆虫发育过程中具有重要的生物学意义。许多化合物可通过不同途径诱导不同组织中的细胞死亡而使有机体产生畸形，这启发我们，杀虫剂是一类对昆虫有毒性的化合物，低剂量杀虫剂可能只是干扰昆虫细胞产生凋亡，使其不能正常蜕皮，造成畸形。例如，昆虫杆状病毒作为一种新型生物杀虫剂也可诱导细胞凋亡。所以，了解细胞凋亡的有关知识有利于我们从细胞的微观角度出发，去研究昆虫生长发育调节剂的作用机制。

（四）肌肉毒剂

氯虫苯甲酰胺（chlorantraniliprole）杀虫剂与昆虫肌肉细胞内的鱼尼丁受体结合，导致该受体通道在非正常长时间开放，钙离子从钙库中无限制地释放到细胞质中，致使害虫瘫痪死亡。