杀菌剂的杀菌作用原理课件.ppt

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1、杀菌剂的杀菌作用原理,一、杀菌剂的作用方式,1.作用方式常见的为杀菌作用和抑菌作用。2.杀菌剂对菌类毒性的表现是多方面的 通常是影响菌丝生长、孢子生长、各种子实体和附着胞的形成、细胞膨胀，细胞原生质和线粒体的瓦解以及细胞壁，细胞膜的破坏等。有的影响到菌的生物合成，有的影响菌的生物氧化。这些中毒症状，有的是由于杀菌剂起了杀菌作用；而另一方面则是起抑菌作用。,3,静菌作用:在植物病害防治中使用杀菌剂，使菌类生命活动的某一过程受抑制，使其不能正常地进行代谢，当取消了杀菌剂或加入生理活性物质后，菌类又可恢复正常。,4,含有一些重金属元素的杀菌剂，如铜汞等制剂，主要是起杀菌作用的，它们可以破坏菌体的细胞

2、结构，使菌体的蛋白质凝固，而这种反应是不可逆的。有人把能够影响菌体内生物氧化的，抑制孢子萌发的认为是起杀菌作用的杀菌剂，而把能影响菌体内生物合成的，抑制菌丝生长的认为是起抑菌作用的杀菌剂，但是这两种作用不是能截然分开的。,5,有些杀菌剂在低浓度或短时间内可以抑制菌丝生长，但对孢子萌发不产生影响，这是只起了抑菌作用；但是当浓度高到某一值，作用时间长到某一时期，它就又可以抑制孢子的萌发了，成为起杀菌作用的药剂了。例如，5ppm 的苯来特可抑制一些白粉病菌丝的生长，而高过500ppm 就可影响孢子萌发；10ppm 的涕必灵可抑制黑霉菌的生长而对孢子萌发没有影响，但作用时间延长到1hr后则会杀死孢子；

3、20ppm 地茂散不会抑制立枯病菌的呼吸作用，而8ppm 则足以影响 DNA 的合成。,6,3.抑菌作用的实践意义：首先，由于菌体在受抑制的时间里会逐渐老熟，失去萌发力，与此同时作物受药剂的影响不大，可以正常地生长，避过感病，免于发病。第二，内吸杀菌剂大部分是起抑菌作用的，这样为其能在实际上广泛应用提供了理论依据，在病害防治上越来越显示出重要性与优越性。,7,二、杀菌剂的作用机理 杀菌剂一旦进入菌体之后，就进行一系列的代谢反应，其活性结构在其他因素的配合下，寻找作用点，以达到抑菌或杀菌的目的，这个过程称为作用机制。,（一）研究杀菌剂作用机制的意义迄今为止杀菌剂的发展历史经历了三大阶段：1.40

4、年代初之前是无机化合物应用时期；2.1940-1970年代初为有机化合物应用时期；3.70年代初-今，是典型的内吸杀菌剂研制成功 并广泛应用的时期。其作用机理也相继发生变化，逐步由多作用点向少作用点发展，即从较少选择性到较高的选择性发展。,9,为什么同一杀菌剂对某些菌类有效，而对其他菌类无效呢？为什么对同一菌体，很多杀菌剂对它有效呢？这就要从作用机制的理论来进行分析。经研究证实，上述第一种情况是菌体之间的差异导致对同一杀菌剂有不同的反应;在第二种情况下，不同杀菌剂对同一菌体虽有效，但各自作用点并不相同。从理论上弄清活性结构所起作用的原理，可以指导我们正确地使用杀菌剂，有助于寻找，筛选更理想的杀

5、菌剂，同时也推动了农药基础理论的不断深入发展。,10,（二）杀菌剂作用机理的类型 杀菌剂的作用方式是多种多样的，我们可以从不同的角度区分，根据其作用部位（或代谢环节）是单一的，还是多个的，可以分为专化性（单作用点）和多作用点两大类。前者选择性强，但病菌易产生抗药性，后者选择性弱。归纳起来，它的作用方式主要有以下几种类型：,1.破坏细胞的结构 真菌的细胞壁和细胞膜在维持细胞正常的生命活动，新陈代谢过程中起着极为重要的作用，有多种杀菌剂是通过对细胞壁、细胞膜等结构的破坏而达到杀菌目的的。（1）破坏菌体的细胞壁（主要表现在两个方面）目前应用的杀菌剂主要是阻碍菌体细胞壁的形成。细胞 壁形成受阻的中毒症

6、状是真菌孢子芽管粗糙，末端膨大或扭曲变形，菌丝过度分枝；细菌的中毒表现为原生质裸露，继而瓦解。A.溶解和破坏菌体细胞壁组成的部分物质 B.抑制细胞壁附近的一些酶（如糖酶）的活性,12,A.溶解和破坏菌体细胞壁组成的部分物质 a.对真菌细胞壁的影响 真菌细胞壁的主要成分是几丁质和纤维素，此外还有色素，多糖物质，少量果酸，蛋白质和微量的碳水化合物，脂肪，矿物质，其中几丁质受损是药剂对细胞壁功能最严重的破坏。不同类的真菌，细胞壁的组分不同。不同的药剂的作用点也不同。如稻瘟灵影响几丁质以外的其他细胞壁成分的合成，这些物质主要是脂肪酸，甘油酯和一些磷酯。如50ug/ml的稻瘟灵可以使稻瘟菌菌丝对糖的摄取

7、受阻，从而影响细胞壁的形成。药剂处理的稻瘟菌菌丝表现粗大，比对照大2-3倍。,13,b.对细菌细胞壁形成的影响 细菌细胞壁总的分为两大类，即革兰氏染色阳性和阴性，这二类细菌细胞中都含有胞壁质粘肽（肽多糖），是一种由多聚糖和多肽交叉连结而成的复杂化合物。一些干扰细胞壁质生成的抗菌素都能起到破坏细菌细胞壁的杀菌作用。如青霉素的结构与细胞壁质的末端部分D-丙氨酰的结构相似，可以竞争性地与转肽酶结合，从而抑制了转肽酶与肽多糖的结合。,14,（2）破坏菌体的细胞膜 菌体细胞膜是由许多亚单位组成，每个亚单位主要含有类脂质，蛋白质，甾醇和一些盐类。亚单位是由金属桥和疏水键连结起来。A.膜上的亚单位连结点的疏

8、水键和金属桥被杀菌剂击断，使膜出现裂缝或孔隙，如多果定；还有一些杀菌剂能与膜中的一些金属桥形成络合物，正常的金属桥受破坏，使膜失去生理功能，导致细胞死亡。B.使细胞膜上的酶受影响，作用在此点的主要是有机磷化合物和含铜、汞金属化合物。含铜汞的化合物，由于其阳离子的活力可与菌体内许多物质起反应，引起蛋白质沉淀，打击目标是细胞膜上与三磷酸腺苷水解酶有关的-SH基，从而改变膜的透性。有机磷化合物主要是抑制酶的活性。,15,C.对细胞膜组分甾醇的破坏 这类杀菌剂的作用主要是影响菌体细胞膜生物合成中由鱼鲨烯形成甾醇的阶段，药剂通称为甾醇抑制剂，包括吗啉类、哌嗪类、吡啶类、嘧啶类、二氮唑类与三氮唑类等，但作

9、用位点不同。吗啉类是抑制甾醇生物合成过程8-7 的双键异构化，打击点是14异构酶；而其它5类都是抑制甾醇生物合成过程中由多功能氧化酶细胞色素P450催化进行的甾醇C14上的脱甲基，使真菌麦角甾醇脱甲基不能进行。,16,（3）杀菌剂破坏菌体内多种细胞器或其他结构 杀菌剂破坏细胞器如线粒体，核糖体或其他细胞结构如纺锤体等，这些细胞器和细胞结构的破坏是各种杀菌剂不同作用的不同结果，这些作用会导致菌体细胞代谢的深刻变化，与药剂对代谢过程的干扰有密切的关系。,17,2.抑制能量的生成-干扰生物氧化 病原真菌是一类寄生生物，为了完成自身的生长、发育，繁殖，新陈代谢全过程，它们必须依赖寄主植物，从寄主那里获

10、得营养，能量。在生命过程中，真菌能量的来源主要是糖，脂肪的氧化，在一个细胞内，能的形成主要是在线粒体上进行，线粒体上有许多生物氧化需要的酶类，一旦酶受到抑制，或线粒体结构遭到破坏，生物氧化就要受到严重影响，能量形成就会受到阻碍。,18,大多数常规性多作用点的杀菌剂选择性小，容易造成药害，这是因为在病菌线粒体上进行物质氧化的酶系，与植物上有很大的相似性，杀菌的同时对植物也有威胁，但线粒体上的酶系不论种类或数量或线粒体的结构，在不同生物中也不完全一样，一般选择性高的药剂，就可利用线粒体上的这些差异性针对性地抑制菌类的呼吸，使菌类生物氧化不能正常进行，起到杀菌作用。,19,能量的来源 在菌类主要是通

11、过糖，脂肪的生物氧化。糖的氧化主要有三条通道，有氧氧化通路，无氧氧化（糖酵解）通路，磷酸戊糖通路。由于糖酵解提供的能量很少，杀菌剂干扰这个代谢途径对防治植物病害的不大，与杀菌剂作用有关的则主要是三羧酸循环以后的电子传递的整个有氧氧化通路，从现有材料来看，杀菌剂对菌体内物质氧化的影响有以下几方面：,20,（1）对乙酰辅酶A的影响 糖酵解在细胞质中进行的，它产生丙酮酸透入线粒体，在丙酮酸脱氢酶系的作用下形成乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环进行有氧氧化。如克菌丹，可影响丙酮酸脱羧作用时的一种辅酶，即硫胺素焦磷酸的活性，使丙酮酸转化为乙酰辅酶A的过程受阻，以下反应则无法进行。,21,（2）对脂肪氧化的影

12、响 脂肪是菌体内能量的重要来源之一，也是一种重要的供能代谢物质，对脂质氧化的影响也是杀菌剂作用机理之一。杀菌剂作用于生物体中饱和脂肪酸的氧化分解，即-氧化（不需氧氧化），氧化整个过程均需乙酰辅酶A参与，杀菌剂如克菌丹，代森类等使得乙酰辅酶A活性受阻，使得氧化过程中脱氢与碳链不能降解，从而影响脂肪的氧化。,22,（3）对三羧酸循环的影响 三羧酸循环是在线粒体内进行的，参与三羧酸循环的每个过程的作用酶都分布在线粒体膜、基质和液泡中，因而杀菌剂对三羧酸循环的影响主要是对这些关键酶活性的抑制，使代谢过程不能进行。如克菌丹可以使辅酶A失活；有机硫代森类杀菌剂会与菌体三羧酸循环中的乌头酸酶鏊合，使酶失活；

13、含铜杀菌剂会抑制延胡索酸酶的活性。,23,（4）对呼吸链电子传递的影响 ATP是生物体能量贮存库，在生物体中ATP主要在呼吸链中三个位点形成，因此，对呼吸链中电子传递的干扰是杀菌剂的重要作用机理之一。目前的资料认为：呼吸链的复合物1.2.3.4四个部位都有杀菌剂的作用点。例如，敌克松会强烈地抑制辅酶（NADH）与细胞色素C之间的电子传递，萎锈灵是作用于复合物2中琥珀酸脱氢酶系到辅酶Q之间的非血红铁硫蛋白。,24,3.干扰病原菌的生物合成 病菌的生长，繁殖，需要许多特定的物质，以便形成新细胞，这是病原菌生命过程的基本活动，有许多杀菌剂可干扰病原菌的生物合成过程。主要影响有：对细胞壁组分合成的影响

14、；对细胞膜上甾醇合成的影响；对核酸合成的影响；对蛋白质合成的影响。,25,（1）对核酸合成的影响 A.掺假核酸的作用 杀菌剂与菌体内核酸碱基化学结构相似，因而代替了核苷酸的碱基，造成所谓“掺假核酸”。如多菌灵，苯来特的结构与嘌呤很相似，因而干扰了磷酸腺苷或磷酸鸟苷的合成，起到“掺假核酸”的作用。,26,27,B.杀菌剂与形成碱基的组分结构相似 因而竞争性抑制干扰了核酸合成过程中的某一个反应，使核酸合成不能完成。如6-N杂尿嘧啶是阻制了尿嘧啶合成过程中的尿嘧啶-6-甲酸核苷-5-磷酸的脱羧作用，这里的脱羧作用受阻抑，是6-氮杂尿嘧啶在菌体内转变为6-氮杂尿嘧啶核苷酸后，竞争性抑制了乳清酸核苷-5

15、-磷酸的作用，使菌体嘧啶生物合成受到影响。,28,C.杀菌剂通过影响菌体叶酸而干扰核酸的合成 叶酸在核酸合成过程中起很大的作用，有的杀菌剂是通过影响叶酸而干扰菌体核酸合成的。如敌锈钠是叶酸代谢物的抑制剂，抑制嘌呤的生物合成，尤其是胸腺嘧啶的合成。其分子结构与菌体叶酸分子结构中的对氨基苯甲酸部分相似，因而与对氨基苯甲酸争夺酶系统，阻碍了菌体正常的叶酸合成。,29,30,D.影响核酸的聚合 灰黄霉素：这个抗菌素除前面提过的影响真菌细胞壁微纤维结构的作用外，也可与真菌的RNA结合，形成稳定的复合物而影响核酸的合成。,31,（2）抑制蛋白质的合成 A.药剂对蛋白质合成的直接影响 如在植物细胞内，Na+

16、可以阻止植物细胞内 mRNA 的复制，从而影响蛋白质合成；如放线菌素D可以作用于多种真菌，破坏DNA模板功能，阻止肽链伸长。病毒侵染植物之后，改变植物细胞膜的结构，使Na+大量进入植物细胞内，刺激病毒蛋白质的合成。,32,B间接影响 a 所有影响核酸合成的杀菌剂其结果都会影响蛋白质合成。b 某些与氨基酸相类似的化合物也会影响正常蛋白质的合成。如青霉素对多种细菌的作用是由于青霉素结构与细菌细胞壁主要成分粘肽的前身化合物丙氨酰丙氨酸分子结构中的一部分立体结构相似，从而抑制了壁上蛋白质的合成。,33,c 蛋白质合成过程中某些酶的活性受到抑制，从而影响蛋白质合成。如异硫氰酯类化合物就是与有关含-SH辅

17、基的酶发生反应而抑制其活性。d 影响能量生成的杀菌剂对菌体能量生成的阻碍间接也使蛋白质合成受阻，如内吸剂萎锈灵。,34,药剂抑制蛋白质合成或使蛋白质变性，其显著中毒症状有以下几种：a.菌体细胞内的蛋白质合成速度减少，含量降低，菌体生长明显受到抑制。b.游离氨基酸增多 c.有的时候菌体内细胞分裂不正常。,35,（3）杀菌剂对菌体细胞分裂的影响 苯并咪唑类：如多菌灵，苯来特等是典型的影响病原菌细胞分裂，特别是干扰真菌微管蛋白质聚合的一类药剂。在微管蛋白形成的a，管蛋白聚合过程中，苯并咪唑类杀菌剂特别与管蛋白亲和，结成复合体，阻碍微管亚基变为纺锤体纤维的正常过程，使有丝分裂受破坏，染色体不能向两极移

18、动，不能形成正常的新子细胞。,36,4.杀菌剂对酶体系的作用（1）对酶形成的影响（2）影响酶的活性5.杀菌剂与菌体细胞组分的反应 杀菌剂与菌体细胞内代谢物发生反应，与代谢分子中的功能基反应，帮助杀菌剂进入菌体细胞，或在生物体内运转，影响了菌体内的正常代谢，使代谢失调，进而影响到菌的生命活动，达到了杀菌或抑菌的目的。,37,三、对菌无毒性的保护剂的作用原理 植物病害的化学防治长期以来都是使用具有杀菌毒性的化学物质，这些化学物质在实践中存在两大问题：一是由于病菌的变异，药剂的使用寿命大大地缩短 二是这类药剂对人类和环境具有危害 这就促使人们去研究新的药剂类型，在70年代出现的，无毒性的，特异干扰真

19、菌寄生，调节真菌致病系统或加强寄主植物防御作用的化合物称为无毒性保护剂。,38,1.这类药剂具有以下作用特点：（1）在离体情况下，很少或没有杀菌活性，但应用到寄主植物上时可减少侵染或降低病害的严重度。（2）这些化合物的活性表现在 A.要在寄主植物体内才转变成为具有毒性的物质；B.影响真菌的致病能力；C.影响寄主的抗病性；D.这类中的一些化合物可以干扰作为致病原因的关键因素（如真菌毒素和酶的活性或者产物）和成为寄主抗病性的诱发剂或抑制剂。,39,2.无杀菌毒性药剂具有的优点（1）具有更高选择性和无杀伤生物的作用，是一类比普通内吸杀菌剂更为专一作用的药剂，因而对非靶标生物和环境的危害极少。（2）若

20、属于诱导寄主植物抗病性作用的化合物，其使用浓度很低，诱导而获得的抗病性比具有杀菌毒性药剂的作用更持久，而且通过诱导而获得的抗病作物比一般通过育种而获得的抗病品种更能保持原有的优良品质。（3）这类药剂由于对病菌没有毒性或不能使病菌产生深刻的生化变化而受到毒害，因而不易引致病菌出现抗药性。,40,3.主要种类（1）抗穿透化合物 真菌通常必须穿透植物细胞壁的表层，然后在下层组织开始侵染，真菌穿透植物表皮需要特殊酶的活性或机械力或者两者结合共同起作用，因而利用一些化合物影响真菌穿透表皮过程已成为病害化学防治的一个重要目标。当前研究最为成功的无真菌毒性的保护剂是真菌黑色素生物合成抑制剂，它的作用是基于干

21、扰附着胞胞壁的黑色素化，黑色素化能使壁具有易破性和穿破过程中建立对焦点的必要膨压。它主要是使附着胞对植物细胞壁进行穿透，但防病谱很窄。目前大多数只限于稻瘟病的防治。,41,（2）影响寄主-病原物关系的化合物 a.角质酶抑制剂：角质层是植物表皮细胞壁最外层组织，也是病原物进入植物表皮下组织必须穿过的最困难的屏障。因此，对角质酶在病原生物致病活性中所起的作用，以及抑制这种酶的产生或抑制其活性来防治植物病害的可能性已受到人们的重视。目前已有证据表明，病原物的侵染可以由专化作用于角质酶而被离体病原菌无毒性的化合物所制止，如专化的角质酶抗血清或有效的角质酶抑制剂-对氧磷，在无杀菌毒性的浓度下如低于1微克，就能保护无损伤的豌豆不受病菌侵染。,42,b.有效霉素：是一种氨基酸糖苷抗生物质，用于防治立枯丝核菌引起的稻纹枯病，能引起病菌菌丝形态变化，降低菌丝的生长速度，增加菌丝的分枝。它防治病害是通过阻碍病菌对寄主的穿透或减少病菌扩展速度，而使寄主有充足的时间来调动体内防卫系统达到抗病目的的。,43,c.抑制或钝化病菌产生毒素的药剂：植物病原菌毒素，特别是特异性毒素在病害发生发展过程中具有重要作用，采用化学的方法中和毒素，消除其有害作用或抑制毒素产生，必然会干扰病原菌的致病过程，达到防病的目的。如阿魏酸对稻瘟病菌产生的稻瘟菌素具有解毒作用；微量元素铁，铜锰等金属离子可解除镰刀菌对植物的毒害。,