殺菌劑的殺菌作用原理

1、一、殺菌劑的作用方式,1.作用方式常見的為殺菌作用和抑菌作用。2.殺菌劑對菌類毒性的表現(xiàn)是多方面的 通常是影響菌絲生長、孢子生長、各種子實(shí)體和附著胞的形成、細(xì)胞膨脹，細(xì)胞原生質(zhì)和線粒體的瓦解以及細(xì)胞壁，細(xì)胞膜的破壞等。有的影響到菌的生物合成，有的影響菌的生物氧化。這些中毒癥狀，有的是由于殺菌劑起了殺菌作用；而另一方面則是起抑菌作用。,2,靜菌作用: 在植物病害防治中使用殺菌劑，使菌類生命活動(dòng)的某一過程受抑制，

2、使其不能正常地進(jìn)行代謝，當(dāng)取消了殺菌劑或加入生理活性物質(zhì)后，菌類又可恢復(fù)正常。,3,含有一些重金屬元素的殺菌劑，如銅汞等制劑，主要是起殺菌作用的，它們可以破壞菌體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使菌體的蛋白質(zhì)凝固，而這種反應(yīng)是不可逆的。有人把能夠影響菌體內(nèi)生物氧化的，抑制孢子萌發(fā)的認(rèn)為是起殺菌作用的殺菌劑，而把能影響菌體內(nèi)生物合成的，抑制菌絲生長的認(rèn)為是起抑菌作用的殺菌劑，但是這兩種作用不是能截然分開的。,4,有些殺菌劑在低濃度或短時(shí)間內(nèi)可以抑制菌絲生長

3、，但對孢子萌發(fā)不產(chǎn)生影響，這是只起了抑菌作用；但是當(dāng)濃度高到某一值，作用時(shí)間長到某一時(shí)期，它就又可以抑制孢子的萌發(fā)了，成為起殺菌作用的藥劑了。 例如，5ppm 的苯來特可抑制一些白粉病菌絲的生長，而高過500ppm 就可影響孢子萌發(fā)；10ppm 的涕必靈可抑制黑霉菌的生長而對孢子萌發(fā)沒有影響，但作用時(shí)間延長到1hr后則會(huì)殺死孢子；20ppm 地茂散不會(huì)抑制立枯病菌的呼吸作用，而8ppm 則足以影響 DNA 的合成。,5,3.抑菌作

4、用的實(shí)踐意義： 首先，由于菌體在受抑制的時(shí)間里會(huì)逐漸老熟，失去萌發(fā)力，與此同時(shí)作物受藥劑的影響不大，可以正常地生長，避過感病，免于發(fā)病。 第二，內(nèi)吸殺菌劑大部分是起抑菌作用的，這樣為其能在實(shí)際上廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)，在病害防治上越來越顯示出重要性與優(yōu)越性。,6,二、殺菌劑的作用機(jī)理 殺菌劑一旦進(jìn)入菌體之后，就進(jìn)行一系列的代謝反應(yīng)，其活性結(jié)構(gòu)在其他因素的配合下，尋找作用點(diǎn)，以達(dá)到抑菌或殺菌的目的，這個(gè)過

5、程稱為作用機(jī)制。,（一）研究殺菌劑作用機(jī)制的意義迄今為止殺菌劑的發(fā)展歷史經(jīng)歷了三大階段： 1.40年代初之前是無機(jī)化合物應(yīng)用時(shí)期； 2.1940-1970年代初為有機(jī)化合物應(yīng)用時(shí)期； 3.70年代初-今，是典型的內(nèi)吸殺菌劑研制成功 并廣泛應(yīng)用的時(shí)期。其作用機(jī)理也相繼發(fā)生變化，逐步由多作用點(diǎn)向少作用點(diǎn)發(fā)展，即從較少選擇性到較高的選擇性發(fā)展。,8,為什么同一殺菌劑對某些菌類有效，而對其他菌類無效呢？為什么對同

6、一菌體，很多殺菌劑對它有效呢？這就要從作用機(jī)制的理論來進(jìn)行分析。經(jīng)研究證實(shí)，上述第一種情況是菌體之間的差異導(dǎo)致對同一殺菌劑有不同的反應(yīng);在第二種情況下，不同殺菌劑對同一菌體雖有效，但各自作用點(diǎn)并不相同。 從理論上弄清活性結(jié)構(gòu)所起作用的原理，可以指導(dǎo)我們正確地使用殺菌劑，有助于尋找，篩選更理想的殺菌劑，同時(shí)也推動(dòng)了農(nóng)藥基礎(chǔ)理論的不斷深入發(fā)展。,9,（二）殺菌劑作用機(jī)理的類型 殺菌劑的作用方式是多種多樣的，我們可以從不同的

7、角度區(qū)分，根據(jù)其作用部位（或代謝環(huán)節(jié)）是單一的，還是多個(gè)的，可以分為專化性（單作用點(diǎn)）和多作用點(diǎn)兩大類。 前者選擇性強(qiáng)，但病菌易產(chǎn)生抗藥性，后者選擇性弱。 歸納起來，它的作用方式主要有以下幾種類型：,1.破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu) 真菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜在維持細(xì)胞正常的生命活動(dòng)，新陳代謝過程中起著極為重要的作用，有多種殺菌劑是通過對細(xì)胞壁、細(xì)胞膜等結(jié)構(gòu)的破壞而達(dá)到殺菌目的的。 （1）破壞菌體的細(xì)胞壁（主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面）

8、 目前應(yīng)用的殺菌劑主要是阻礙菌體細(xì)胞壁的形成。細(xì)胞 壁形成受阻的中毒癥狀是真菌孢子芽管粗糙，末端膨大或扭曲變形，菌絲過度分枝；細(xì)菌的中毒表現(xiàn)為原生質(zhì)裸露，繼而瓦解。 A.溶解和破壞菌體細(xì)胞壁組成的部分物質(zhì) B.抑制細(xì)胞壁附近的一些酶（如糖酶）的活性,11,A. 溶解和破壞菌體細(xì)胞壁組成的部分物質(zhì) a.對真菌細(xì)胞壁的影響 真菌細(xì)胞壁的主要成分是幾丁質(zhì)和纖維素，此外還有色素，多糖物質(zhì)，少量果酸，蛋白質(zhì)和微

9、量的碳水化合物，脂肪，礦物質(zhì)，其中幾丁質(zhì)受損是藥劑對細(xì)胞壁功能最嚴(yán)重的破壞。不同類的真菌，細(xì)胞壁的組分不同。不同的藥劑的作用點(diǎn)也不同。 如稻瘟靈影響幾丁質(zhì)以外的其他細(xì)胞壁成分的合成，這些物質(zhì)主要是脂肪酸，甘油酯和一些磷酯。如50ug/ml的稻瘟靈可以使稻瘟菌菌絲對糖的攝取受阻，從而影響細(xì)胞壁的形成。藥劑處理的稻瘟菌菌絲表現(xiàn)粗大，比對照大2-3倍。,12,b.對細(xì)菌細(xì)胞壁形成的影響 細(xì)菌細(xì)胞壁總的分為兩大類，即革蘭氏染色陽性和陰

10、性，這二類細(xì)菌細(xì)胞中都含有胞壁質(zhì)粘肽（肽多糖），是一種由多聚糖和多肽交叉連結(jié)而成的復(fù)雜化合物。 一些干擾細(xì)胞壁質(zhì)生成的抗菌素都能起到破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的殺菌作用。如青霉素的結(jié)構(gòu)與細(xì)胞壁質(zhì)的末端部分D-丙氨酰的結(jié)構(gòu)相似，可以競爭性地與轉(zhuǎn)肽酶結(jié)合，從而抑制了轉(zhuǎn)肽酶與肽多糖的結(jié)合。,13,（2）破壞菌體的細(xì)胞膜　 菌體細(xì)胞膜是由許多亞單位組成，每個(gè)亞單位主要含有類脂質(zhì)，蛋白質(zhì)，甾醇和一些鹽類。亞單位是由金屬橋和疏水鍵連結(jié)起來。A.膜上的

11、亞單位連結(jié)點(diǎn)的疏水鍵和金屬橋被殺菌劑擊斷，使膜出現(xiàn)裂縫或孔隙，如多果定；還有一些殺菌劑能與膜中的一些金屬橋形成絡(luò)合物，正常的金屬橋受破壞，使膜失去生理功能，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。B.使細(xì)胞膜上的酶受影響，作用在此點(diǎn)的主要是有機(jī)磷化合物和含銅、汞金屬化合物。 含銅汞的化合物，由于其陽離子的活力可與菌體內(nèi)許多物質(zhì)起反應(yīng)，引起蛋白質(zhì)沉淀，打擊目標(biāo)是細(xì)胞膜上與三磷酸腺苷水解酶有關(guān)的-SH基，從而改變膜的透性。 有機(jī)磷化合物主要是抑制酶的活

12、性。,14,C. 對細(xì)胞膜組分甾醇的破壞 這類殺菌劑的作用主要是影響菌體細(xì)胞膜生物合成中由魚鯊烯形成甾醇的階段，藥劑通稱為甾醇抑制劑，包括嗎啉類、哌嗪類、吡啶類、嘧啶類、二氮唑類與三氮唑類等，但作用位點(diǎn)不同。 嗎啉類是抑制甾醇生物合成過程Δ8-Δ7 的雙鍵異構(gòu)化，打擊點(diǎn)是Δ14異構(gòu)酶；而其它5類都是抑制甾醇生物合成過程中由多功能氧化酶細(xì)胞色素P450催化進(jìn)行的甾醇C14上的脫甲基，使真菌麥角甾醇脫甲基不能進(jìn)行

13、。,15,（3）殺菌劑破壞菌體內(nèi)多種細(xì)胞器或其他結(jié)構(gòu) 殺菌劑破壞細(xì)胞器如線粒體，核糖體或其他細(xì)胞結(jié)構(gòu)如紡錘體等，這些細(xì)胞器和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞是各種殺菌劑不同作用的不同結(jié)果，這些作用會(huì)導(dǎo)致菌體細(xì)胞代謝的深刻變化，與藥劑對代謝過程的干擾有密切的關(guān)系。,16,2.抑制能量的生成---干擾生物氧化 病原真菌是一類寄生生物，為了完成自身的生長、發(fā)育，繁殖，新陳代謝全過程，它們必須依賴寄主植物，從寄主那里獲得營養(yǎng)，能量

14、。在生命過程中，真菌能量的來源主要是糖，脂肪的氧化，在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)，能的形成主要是在線粒體上進(jìn)行，線粒體上有許多生物氧化需要的酶類，一旦酶受到抑制，或線粒體結(jié)構(gòu)遭到破壞，生物氧化就要受到嚴(yán)重影響，能量形成就會(huì)受到阻礙。,17,大多數(shù)常規(guī)性多作用點(diǎn)的殺菌劑選擇性小，容易造成藥害，這是因?yàn)樵诓【€粒體上進(jìn)行物質(zhì)氧化的酶系，與植物上有很大的相似性，殺菌的同時(shí)對植物也有威脅，但線粒體上的酶系不論種類或數(shù)量或線粒體的結(jié)構(gòu)，在不同生物中也不完全一樣，

15、一般選擇性高的藥劑，就可利用線粒體上的這些差異性針對性地抑制菌類的呼吸，使菌類生物氧化不能正常進(jìn)行，起到殺菌作用。,18,能量的來源 在菌類主要是通過糖，脂肪的生物氧化。 糖的氧化主要有三條通道，有氧氧化通路，無氧氧化（糖酵解）通路，磷酸戊糖通路。 由于糖酵解提供的能量很少，殺菌劑干擾這個(gè)代謝途徑對防治植物病害的不大，與殺菌劑作用有關(guān)的則主要是三羧酸循環(huán)以后的電子傳遞的整個(gè)有氧氧化通路

16、，從現(xiàn)有材料來看，殺菌劑對菌體內(nèi)物質(zhì)氧化的影響有以下幾方面：,19,（1）對乙酰輔酶A的影響 糖酵解在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的，它產(chǎn)生丙酮酸透入線粒體，在丙酮酸脫氫酶系的作用下形成乙酰輔酶A，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)進(jìn)行有氧氧化。如克菌丹，可影響丙酮酸脫羧作用時(shí)的一種輔酶，即硫胺素焦磷酸的活性，使丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A的過程受阻，以下反應(yīng)則無法進(jìn)行。,20,（2）對脂肪氧化的影響 脂肪是菌體內(nèi)能量的重要來源之一，也是一種重要的供能代

17、謝物質(zhì)，對脂質(zhì)氧化的影響也是殺菌劑作用機(jī)理之一。殺菌劑作用于生物體中飽和脂肪酸的氧化分解，即β-氧化（不需氧氧化），β氧化整個(gè)過程均需乙酰輔酶A參與，殺菌劑如克菌丹，代森類等使得乙酰輔酶A活性受阻，使得氧化過程中脫氫與碳鏈不能降解，從而影響脂肪的氧化。,21,（3）對三羧酸循環(huán)的影響 三羧酸循環(huán)是在線粒體內(nèi)進(jìn)行的，參與三羧酸循環(huán)的每個(gè)過程的作用酶都分布在線粒體膜、基質(zhì)和液泡中，因而殺菌劑對三羧酸循環(huán)的影響主要是對這些關(guān)鍵酶活性的抑

18、制，使代謝過程不能進(jìn)行。 如克菌丹可以使輔酶A失活；有機(jī)硫代森類殺菌劑會(huì)與菌體三羧酸循環(huán)中的烏頭酸酶鏊合，使酶失活； 含銅殺菌劑會(huì)抑制延胡索酸酶的活性。,22,（4）對呼吸鏈電子傳遞的影響 ATP是生物體能量貯存庫，在生物體中ATP主要在呼吸鏈中三個(gè)位點(diǎn)形成，因此，對呼吸鏈中電子傳遞的干擾是殺菌劑的重要作用機(jī)理之一。目前的資料認(rèn)為：呼吸鏈的復(fù)合物1.2.3.4四個(gè)部位都有殺菌劑的作用點(diǎn)。 例如，敵克松會(huì)強(qiáng)烈地抑制輔酶Ⅰ

19、（NADH）與細(xì)胞色素C之間的電子傳遞，萎銹靈是作用于復(fù)合物2中琥珀酸脫氫酶系到輔酶Q之間的非血紅鐵硫蛋白。,23,3.干擾病原菌的生物合成 病菌的生長，繁殖，需要許多特定的物質(zhì)，以便形成新細(xì)胞，這是病原菌生命過程的基本活動(dòng)，有許多殺菌劑可干擾病原菌的生物合成過程。 主要影響有：對細(xì)胞壁組分合成的影響；對細(xì)胞膜上甾醇合成的影響；對核酸合成的影響；對蛋白質(zhì)合成的影響。,24,（1）對核酸合成的影響

20、 A. 摻假核酸的作用 殺菌劑與菌體內(nèi)核酸堿基化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，因而代替了核苷酸的堿基，造成所謂“摻假核酸”。 如多菌靈，苯來特的結(jié)構(gòu)與嘌呤很相似，因而干擾了磷酸腺苷或磷酸鳥苷的合成，起到“摻假核酸”的作用。,25,26,B.殺菌劑與形成堿基的組分結(jié)構(gòu)相似 因而競爭性抑制干擾了核酸合成過程中的某一個(gè)反應(yīng)，使核酸合成不能完成。 如6-N雜尿嘧啶是阻制了尿嘧啶合成過程中的尿嘧啶-6-甲酸核苷-5-磷酸的脫羧作用，這里

21、的脫羧作用受阻抑，是6-氮雜尿嘧啶在菌體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)?-氮雜尿嘧啶核苷酸后，競爭性抑制了乳清酸核苷-5-磷酸的作用，使菌體嘧啶生物合成受到影響。,27,C.殺菌劑通過影響菌體葉酸而干擾核酸的合成 葉酸在核酸合成過程中起很大的作用，有的殺菌劑是通過影響葉酸而干擾菌體核酸合成的。 如敵銹鈉是葉酸代謝物的抑制劑，抑制嘌呤的生物合成，尤其是胸腺嘧啶的合成。其分子結(jié)構(gòu)與菌體葉酸分子結(jié)構(gòu)中的對氨基苯甲酸部分相似，因而與對氨基苯甲酸爭奪酶系統(tǒng)

22、，阻礙了菌體正常的葉酸合成。,28,29,D.影響核酸的聚合 灰黃霉素：這個(gè)抗菌素除前面提過的影響真菌細(xì)胞壁微纖維結(jié)構(gòu)的作用外，也可與真菌的RNA結(jié)合，形成穩(wěn)定的復(fù)合物而影響核酸的合成。,30,（2）抑制蛋白質(zhì)的合成 A.藥劑對蛋白質(zhì)合成的直接影響 如在植物細(xì)胞內(nèi)，Na+可以阻止植物細(xì)胞內(nèi) mRNA 的復(fù)制，從而影響蛋白質(zhì)合成； 如放線菌素D可以作用于多種真菌，破壞DNA模板功能，阻止肽鏈伸長。 病毒侵

23、染植物之后，改變植物細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，使Na+大量進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)，刺激病毒蛋白質(zhì)的合成。,31,B　間接影響 a 所有影響核酸合成的殺菌劑其結(jié)果都會(huì)影響蛋白質(zhì)合成。 b 某些與氨基酸相類似的化合物也會(huì)影響正常蛋白質(zhì)的合成。如青霉素對多種細(xì)菌的作用是由于青霉素結(jié)構(gòu)與細(xì)菌細(xì)胞壁主要成分粘肽的前身化合物丙氨酰丙氨酸分子結(jié)構(gòu)中的一部分立體結(jié)構(gòu)相似，從而抑制了壁上蛋白質(zhì)的合成。,32,c 蛋白質(zhì)合成過程中某些酶的活性受到抑制，從而影

24、響蛋白質(zhì)合成。如異硫氰酯類化合物就是與有關(guān)含-SH輔基的酶發(fā)生反應(yīng)而抑制其活性。 d 影響能量生成的殺菌劑對菌體能量生成的阻礙間接也使蛋白質(zhì)合成受阻，如內(nèi)吸劑萎銹靈。,33,藥劑抑制蛋白質(zhì)合成或使蛋白質(zhì)變性，其顯著中毒癥狀有以下幾種： a. 菌體細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)合成速度減少，含量降低，菌體生長明顯受到抑制。 b. 游離氨基酸增多 c. 有的時(shí)候菌體內(nèi)細(xì)胞分裂不正常。,34,（3）殺菌劑對菌體細(xì)胞分裂的影響

25、苯并咪唑類：如多菌靈，苯來特等是典型的影響病原菌細(xì)胞分裂，特別是干擾真菌微管蛋白質(zhì)聚合的一類藥劑。在微管蛋白形成的a，β管蛋白聚合過程中，苯并咪唑類殺菌劑特別與β管蛋白親和，結(jié)成復(fù)合體，阻礙微管亞基變?yōu)榧忓N體纖維的正常過程，使有絲分裂受破壞，染色體不能向兩極移動(dòng)，不能形成正常的新子細(xì)胞。,35,4.殺菌劑對酶體系的作用 （1）對酶形成的影響 （2）影響酶的活性5.殺菌劑與菌體細(xì)胞組分的反應(yīng) 殺菌劑與菌體細(xì)胞內(nèi)代謝物發(fā)生反應(yīng)

26、，與代謝分子中的功能基反應(yīng)，幫助殺菌劑進(jìn)入菌體細(xì)胞，或在生物體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，影響了菌體內(nèi)的正常代謝，使代謝失調(diào)，進(jìn)而影響到菌的生命活動(dòng)，達(dá)到了殺菌或抑菌的目的。,36,三、對菌無毒性的保護(hù)劑的作用原理 植物病害的化學(xué)防治長期以來都是使用具有殺菌毒性的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)在實(shí)踐中存在兩大問題： 一是由于病菌的變異，藥劑的使用壽命大大地縮短 二是這類藥劑對人類和環(huán)境具有危害 這就促使人們?nèi)パ芯啃碌乃巹╊愋?，?0年代出現(xiàn)的，無毒

27、性的，特異干擾真菌寄生，調(diào)節(jié)真菌致病系統(tǒng)或加強(qiáng)寄主植物防御作用的化合物稱為無毒性保護(hù)劑。,37,1. 這類藥劑具有以下作用特點(diǎn)：（1）在離體情況下，很少或沒有殺菌活性，但應(yīng)用到寄主植物上時(shí)可減少侵染或降低病害的嚴(yán)重度。（2）這些化合物的活性表現(xiàn)在 A.要在寄主植物體內(nèi)才轉(zhuǎn)變成為具有毒性的物質(zhì)； B.影響真菌的致病能力； C.影響寄主的抗病性； D.這類中的一些化合物可以干擾作為致病原因的關(guān)鍵因素（如真菌毒素和

28、酶的活性或者產(chǎn)物）和成為寄主抗病性的誘發(fā)劑或抑制劑。,38,2.無殺菌毒性藥劑具有的優(yōu)點(diǎn)（1）具有更高選擇性和無殺傷生物的作用，是一類比普通內(nèi)吸殺菌劑更為專一作用的藥劑，因而對非靶標(biāo)生物和環(huán)境的危害極少。（2）若屬于誘導(dǎo)寄主植物抗病性作用的化合物，其使用濃度很低，誘導(dǎo)而獲得的抗病性比具有殺菌毒性藥劑的作用更持久，而且通過誘導(dǎo)而獲得的抗病作物比一般通過育種而獲得的抗病品種更能保持原有的優(yōu)良品質(zhì)。（3）這類藥劑由于對病菌沒有毒性或不能

29、使病菌產(chǎn)生深刻的生化變化而受到毒害，因而不易引致病菌出現(xiàn)抗藥性。,39,3. 主要種類（1）抗穿透化合物　 真菌通常必須穿透植物細(xì)胞壁的表層，然后在下層組織開始侵染，真菌穿透植物表皮需要特殊酶的活性或機(jī)械力或者兩者結(jié)合共同起作用，因而利用一些化合物影響真菌穿透表皮過程已成為病害化學(xué)防治的一個(gè)重要目標(biāo)。當(dāng)前研究最為成功的無真菌毒性的保護(hù)劑是真菌黑色素生物合成抑制劑，它的作用是基于干擾附著胞胞壁的黑色素化，黑色素化能使壁具有易破性和

30、穿破過程中建立對焦點(diǎn)的必要膨壓。它主要是使附著胞對植物細(xì)胞壁進(jìn)行穿透，但防病譜很窄。目前大多數(shù)只限于稻瘟病的防治。,40,（2）影響寄主---病原物關(guān)系的化合物 a.角質(zhì)酶抑制劑：角質(zhì)層是植物表皮細(xì)胞壁最外層組織，也是病原物進(jìn)入植物表皮下組織必須穿過的最困難的屏障。因此，對角質(zhì)酶在病原生物致病活性中所起的作用，以及抑制這種酶的產(chǎn)生或抑制其活性來防治植物病害的可能性已受到人們的重視。 目前已有證據(jù)表明，病原物的侵染可以由?；饔?/p>

31、于角質(zhì)酶而被離體病原菌無毒性的化合物所制止，如?；慕琴|(zhì)酶抗血清或有效的角質(zhì)酶抑制劑---對氧磷，在無殺菌毒性的濃度下如低于1微克，就能保護(hù)無損傷的豌豆不受病菌侵染。,41,b. 有效霉素： 是一種氨基酸糖苷抗生物質(zhì)，用于防治立枯絲核菌引起的稻紋枯病，能引起病菌菌絲形態(tài)變化，降低菌絲的生長速度，增加菌絲的分枝。它防治病害是通過阻礙病菌對寄主的穿透或減少病菌擴(kuò)展速度，而使寄主有充足的時(shí)間來調(diào)動(dòng)體內(nèi)防衛(wèi)系統(tǒng)達(dá)到抗病目的的。