H+
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解毒代谢增强
与解毒 作用相 关的酶
多功能 氧化酶
羧酸酯酶
谷胱甘 肽-S转移酶
羧酸酯酶
• 羧酸酯酶（CarE）是水解酶系中研究最多的一种 解毒酶系。 • 该酶具有底物专一性和重叠性，不需要额外的能 量催化酯类化合物水解（Matsumura，1985）， 能够催化水解脂族羧酸酯、芳族酯、芳族胺以及 硫酯等多种化合物。
羧酸酯酶介导的羧酸酯的水解
羧酸酯酶
• CarE是昆虫代谢杀虫剂的重要酶系之一，特别是对拟除 虫菊酯和有机磷类杀虫药剂的代谢（Dauterman,1985）。
羧酸酯酶介导的对二氯苯醚菊酯的水解
• 昆虫还可以通过大量产生该酶并与杀虫剂结合，使杀虫剂 在到达靶标位点之前被阻断或降解。 • 研究表明，羧酸酯酶活性的增高是昆虫对拟除虫菊酯和有 机磷类杀虫剂产生抗性的主要机制之一。
解毒代谢增强
与解毒 作用相 关的酶
多功能 氧化酶
羧酸酯酶
谷胱甘 肽-S转移酶
谷胱甘肽-S转移酶
• 谷胱甘肽S-转移酶（GST）是昆虫体内的一种与 抗性有关的初级代谢及次级代谢酶系（Frear， Swanson，1973）。 • GST广泛分布于昆虫的各种细胞中。该酶系能使 有害的亲电物质与内源的还原型谷胱甘肽结合， 水溶性增强，从而排出体外。 • GST比活力增高是某些昆虫和螨类对有机磷杀虫 剂产生抗药性的重要机理之一（唐振华，1993）。
害虫产生抗药性机制
穿透 性降低
抗药性 解毒代 谢增强 靶标部 位敏感 性降低
靶标部位敏感性降低
• 神经敏感度降低 神经敏感度降低的可能机制： 神经敏感度降低的可能机制： A 抗性昆虫中可能没有杀虫剂的结合部位 可结合， B 可结合，但不影响神经系统的功能 可结合，也影响神经系统的功能， C 可结合，也影响神经系统的功能，但作 用有限 • 乙酰胆碱酯酶(AChE)变构 乙酰胆碱酯酶(AChE) (AChE)变构
靶标部位敏感性降低
• 大多数农药是神经毒剂，例如有机磷农药和氨基 甲酸酯类农药的作用靶标是乙酰胆碱酯酶（AchE）
乙酰胆碱(T) 乙酰胆碱
胆碱乙酰化酶
TT TT TT TT
乙酰辅酶A+胆碱 乙酰辅酶 胆碱
Ca2+ 突触前膜 突触后膜
T
TTT TT TT TT

AchE
乙酸+ 乙酸 胆碱
小结
• 综上所述, 各种解毒酶活性增加是害虫抗性的主要原因, 但 在害虫抗性发展过程中, 常有几种因素联合在一起, 形成更 高的抗性。 • 如室内培育的抗溴氰菊酯家蝇品系, 因体壁穿透力的降低, 解毒酶活性的增加及中枢神经组织敏感性降低等机制结合 起来, 使抗性倍数增加到几万倍。 • 多功能氧化酶与水解酶能代谢的农药种类范围较广, 一旦 对一种农药产生抗性后,很可能对多种农药也会发生抗性, 使交互抗性范围更广, 因此在研究害虫抗性机理时需要考 虑到多种因素。 。
害虫产生抗药性机制
穿透 性降低
抗药性 解毒代 谢增强 靶标部 位敏感 性降低
解毒代谢增强
• 昆虫体内解毒酶活性或含量的增加提高了害虫对 农药的降解能力，使其毒性降低或消失从而不能 达到杀虫作用。
与解毒 作用相 关的酶
多功能 氧化酶
羧酸酯酶
谷胱甘 肽-S转移酶
多功能氧化酶
• 多功能氧化酶几乎可代谢所有的杀虫剂, 除了极少数杀虫 剂氧化后增毒外,如艾氏剂氧化为狄氏剂、硫磷酸酯氧化为 磷酸酯等, 大多数都是解毒代谢。 • 细胞色素P450是多功能氧化酶的重要组成部分。 • P450单加氧酶是一个能代谢许多内源和外源性物质的重要 酶系，广泛存在于有机体（Hodgson，1985）。 • P450的基本功能是利用分子氧和从电子供体传来的电子 催化各种底物的羟化反应
细胞色素P450的作用机理
底物与酶结合 酶上的铁原子 从NADPH-细 胞色素P450 还原酶上获得 一电子，三价铁 还原为二价铁 铁还原作 用后与分 子氧结合
被氧化的底物 释放出来，游 离的细胞色素 P450又重复 下一个循环 失去一分子水后 形成（FeO）3+ 复合体，此复合 体将其氧原子转 移到底物上。
害虫抗药性的历史与现状
• 由于农药的大量使用，到2005年，全世界已有543 543 种害虫对杀虫药剂产生抗性。
抗 性 害 虫 种 类
害虫产生抗药性机制
穿透 性降低
抗药性 解毒代 谢增强 靶标部 位敏感 性降低
穿透性降低
• 杀虫剂必须要穿透昆虫表皮，肠道或气管等，经 吸收、运输、分布和贮存，最后到达靶标部位作 用而引起致死。 • 昆虫表皮中蛋白质及脂肪等含量的增加及骨化程 度加大与杀虫剂穿透性降低有关。 • 抗性棉铃虫对DDT的穿透率比敏感品系缓慢得多。
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害虫产生抗药性的机制
李秀霞 lxxccp@
目录
害虫抗药性的历史和现状 穿透性降低
解毒代谢增强 靶标部位敏感性降低
害虫抗药性的历史与现状
• 1908年，美国的Melander首次在华盛顿的 Clarkson盆地，观察到苹果树上的梨圆盾蚧对石 硫合剂产生抗药性。 • 1917年发现苹果蠹蛾对砷酸铅产生抗药性，直到 1938年前，仅有7种害虫产生抗药性，当时并未 引起人们的足够重视。 • 直到上世纪40年代后有机杀虫剂的合成应用之后， 瑞士人发现家蝇对DDT的抗性达到了100-200倍， 这时才引起国际上的重视。
另一个电子 和质子加到 铁上形成 FeOOH复合体
细胞色素P450酶系的作用机理 酶系的作用机理 细胞色素
H H
底物
e底物
Fe3+ P450
Fe3+ P450
OH
Fe2+ P450
O2
H
底物
底物
OH H H
Fe2+ O2 P450 H2O
H+
底物
Fe3+
底物
(FeO)3+
底物
P450
P450
FeOOH P450