一、杀菌作用和抑菌作用1.1 中毒病菌的症状病原菌中毒的症状主要表现为：菌丝生长受阻、畸形、扭曲等；孢子不能萌发；各种子实体、附着孢不能形成；细胞膨胀、原生质瓦解、细胞壁破坏；病菌长期处于静止状态。1.2 杀菌和抑菌的区别从中毒症状看，杀菌主要表现为孢子不能萌发，而抑菌表现为菌丝生长受阻（不是死亡），药剂解除后即可恢复生长。从作用机制看，杀菌主要是影响了生物氧化能的生成，因孢子萌发需要较多的能量，而抑菌主要是影响了生物合成，菌丝生长耗能较少。但杀菌和抑菌作用往往不能截然分开，一个杀菌剂表现杀菌作用还是抑菌作用，主要和药剂本身性质、药剂浓度和药剂作用时间有关。从药剂本身性质看，一般重金属盐类、有机硫类杀菌剂多表现为杀菌作用，而许多内吸性杀菌剂，特别是农用抗菌素则常表现为抑菌作用。从药剂浓度看，低浓度通常表现为抑菌作用，而高浓度时则表现为杀菌作用。从药剂作用时间看，作用时间短常表现为抑菌作用，延长作用时间，则表现为杀菌作用。二、杀菌剂的主要作用部位和机制从生物化学角度讲，杀菌剂的作用机制主要是影响了病原菌的生物氧化；或是影响了病原菌的生物合成。2.1 影响生物氧化的杀菌剂2.1.1 生物氧化的生化背景病原菌的生命过程需要能量，尤其是孢子萌发，更需要较多的能量供应，这些能量来自碳水化合物、脂肪和蛋白质的氧化生成的ATP。其中碳水化合物的氧化尤为重要，糖的氧化主要有糖酵解通路、有氧氧化通路和磷酸戊糖支路。糖酵解通路，是不需氧的呼吸过程，是葡糖或葡糖-1-磷酸变成丙酮酸的过程，而在缺氧情况下，糖酵解则包括丙酮酸进一步还原成乳酸（在哺乳动物中）或经乙醛还原成乙醇（如在酵母菌中），糖酵解是在细胞质中进行的。有氧氧化通路：其前面一大段和糖酵解相同，只是到磷酸甘油醛时，才在辅酶Ⅰ的作用下脱氢，经二磷酸甘油酸形成丙酮酸乃至乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环，转入电子传递链及末端氧化。其中，三羧酸循环是在线粒体的基质中进行的，而电子传递则在线粒体“嵴”（即内膜）上进行的。磷酸戊糖支路：从6-磷酸葡糖经6-磷酸葡糖酸到戊糖的旁路，因此又称磷酸戊糖之路，磷酸戊糖之路也是在细胞质中进行的。脂肪酸氧化时，先在细胞质中活化，生成酯酰辅酶A，活化了的脂肪酸进入线粒体进行β氧化，生成的乙酰辅酶A进入三羧酸循环。三羧酸循环Krebs cycle是所有有机物质初步代谢产物的共同氧化途径，最终产生CO2和水，具体过程如图1 三羧酸循环示意图图1 三羧酸循环示意图呼吸链电子传递是在线粒体的脊上进行的，目前，可将线粒体的这一亚单位划分成4种复合体，吸氧化作用产生的能量不是直接被利用的，而是暂时被贮存在高能化合物如三磷酸腺苷ATP中，然后再由高能化合物释放出来（如当ATP-ADP时）。呼吸氧化产生的能量进入高能化合物一般涉及两个过程，一个是氧化过程，另一个是磷酸化过程，即能量作为磷的高能键贮存起来，这两个耦合的过程即为氧化磷酸化。2.1.2 酞酰亚胺类杀菌剂作用机制酞酰亚胺类主要有克菌丹captan、灭菌丹folpet和敌菌丹captafol，是广谱杀菌剂，主要作用机制有三种，一是影响丙酮酸的脱羧作用，使之不能进入三羧酸循环；二是抑制a-酮戊二酸脱氢酶的活性，阻断三羧酸循环；三是作用于含-SH的酶或辅酶。影响丙酮酸的脱羧作用，使之不能进入三羧酸循环。主要表现为：棉铃红腐病菌用克菌丹处理后，发现其细胞内丙酮酸大量积累，而很少有乙酰辅酶A生成，实质是克菌丹改变了丙酮酸脱氢酶系中一种辅酶硫胺素TPP。硫胺素在丙酮酸脱羧过程中的作用是转移乙酰基。辅酶硫胺素TPP的关键结构是噻唑环中氮和硫原子之间的碳原子上的氢很容易离解，使该碳原子形成反应性很强的负碳离子，因而可亲核攻击丙酮酸的羰基原子形成加成物。辅酶硫氨酸TPP的噻唑环上的氮带正电子，可作为电子受体使脱羧容易进行，脱羧后产生羟乙基TPP，TPP经反应后噻唑环上的氮不再带正电荷，没有接受电子的能力，也就失去了转移乙酰基的功能。抑制a-酮戊二酸脱氢酶系的活性，阻断三羧酸循环。三羧酸循环中，从a-酮戊二酸到琥珀酰辅酶A需要a-酮戊二酸脱氢酶系催化，而这一酶系的一种辅酶也是硫胺素TPP，因此和上述丙酮酸脱氢酶系的情形相同，克菌丹也作用于TPP，从而阻断了三羧酸循环。作用于含-SH的酶或辅酶。不但破坏了辅酸A，而且生成的硫光气还能抑制酶或辅酶的活性，因为硫光气易于和蛋白质中的-SH，-OH,-NH2等基团反应，因此，克菌丹等酞酰胺类杀菌剂是多作用点的杀菌剂。2.1.3 硫代氨基甲酸酯类杀菌剂的作用机制硫代氨基甲酸酯类杀菌剂主要包括“代森”系列和“福美”系列，其作用机制主要包括破坏辅酶A和抑制以铜、铁等为辅基的酶的活性。破坏辅酶A，代森锌和福美双都有类似反应。辅酶A被瓦解后直接影响了脂肪酸的β氧化，丙酮酸脱氢酶系、a-酮戊二酸脱氢酶系的活性受到抑制，因为这些酶系中必须要有辅酶A的参与。抑制以铜、铁等为辐基的酶的活性。硫代氨基甲酸酯类杀菌剂可和铁、铜等形成螯合物可使酶失去活性。如在三羧酸循环中，柠檬酸经顺乌头酸到异柠檬酸必须要有乌头酸酶的参与，而乌头酸酶的辅基含有高铁，代森类、福美类杀菌剂和铁形成螯合物使乌头酸酶失活，三羧酸循环中断。2.1.4 取代苯类杀菌剂的作用机制取代苯类杀菌剂以百菌清chlorothalonil为代表，还有diclroan和dichlone，其主要作用机制在于和含-SH的酶反应，抑制了含-SH基团酶的活性，特别是磷酸甘油醛脱氢酶的活性。磷酸甘油醛脱氢酶催化糖酵解途径中从3-磷酸甘油醛到1，3-二磷酸甘油酸的反应。其催化机理是磷酸甘油醛脱氢酶活性位置上半胱氨酸残基的-SH基是亲核基团，它与醛基作用形成中间产物，可将羟基上的氢转移至与酶紧密结合的NAD+上，从而产生NADH和高能硫酯中间产物。NADH从酶上解离，另外的NAD+与酶活性中心结合，磷酸攻击硫酯键从而形成1,3-二磷酸甘油。百菌清和该酶的-SH结合，抑制其活性，中断糖酵解，从而影响ATP的生成。此外，也有观点认为百菌清也和含-SH的谷胱甘肽反应，破坏了谷胱甘肽。谷胱甘肽在菌体内对外源物的解读反应中有主要作用，抗百菌清菌株中的谷胱甘肽含量远远高于敏感菌株，这也是百菌清作用于谷胱甘肽的一个证据。2.1.5 羧酰苯胺类杀菌剂作用机制羧酰苯胺类，以氧硫杂环二烯为主，还有噻吩、噻唑、呋喃、吡唑、苯基等衍生物，代表作品有萎锈灵carboxin、氧化萎锈灵oxycarboxin、邻酰胺mebenil、氟酰胺flutolanil、furametper、triflumazid等。这些杀菌剂的主要作用部位是线粒体呼吸电子传递链中从琥珀酸辅酶Q之间的氧化还原体系，即复合体Ⅱ。复合体Ⅱ是由黄酶Ⅱ（FAD）为辅酶的黄素蛋白、非血红素铁硫蛋白和其他结合蛋白组成的。底物（琥珀酸）脱出的2个H传递给FAD-FADH2，而三价铁离子将FADH2氧化成FAD，放出2个H，同时三价铁离子还原为二价铁离子，这2个H又被辅酶Q接受，称为辅酶QH2，萎锈灵和复合体Ⅱ的活性中心—非血红素铁硫蛋白结合，从而阻断了电子向辅酶Q的传递。氟酰胺等杀菌剂也作用于复合体Ⅱ，但这些杀菌剂的结合部位既不是黄素蛋白，也不是非血红素铁硫蛋白这两个主要的亚单位，而是结合于一种固膜蛋白，嵌入铁硫蛋白和辅酶Q之间，阻止电子传递。2.1.6 甲氧丙烯酸酯类杀菌剂的作用机制甲氧丙烯酸酯类杀菌剂是以Strobilurin A为先导化合物，开发出的新型杀菌剂，代表品种有ICIA5504和BAS490F，其作用机理是抑制了病原菌线粒体呼吸电子传递链中电子的传递，其作用部位是复合体Ⅲ（即细胞色素b和细胞色素C1复合体）。通过和复合体Ⅲ中的活性部位结合而抑制了线粒体的电子传递。此外，抗菌素抗霉素A antimycinA和杀菌剂杀枯净phenazine，5-氧吩嗪也是作用于复合体Ⅲ。2.1.7 敌克松的作用机制敌克松dexon为重氮磺酸盐类杀菌剂，主要用于防治烟草黑胫病、小麦腥黑穗病、白菜软腐病和水稻烂秧。敌克松作用于复合体Ⅰ，阻断了辅酶Ⅰ（NAD）和黄酶Ⅰ（FMN）之间的电子传递。磷酸核黄素FMN中具有异咯嗪环结构，敌克松可能和这种异咯嗪环组成了一个稳定的复合物，从而使磷酸核黄素FMN失去传递电子的功能。2.1.8 氟啶胺的作用机制氟啶胺fluazinam是一种强有力的解偶联剂，破坏氧化磷酸化，推测是分子中的氨基基团的质子化和质子化作用引起的。五氯硝基苯terrachlor也是解偶联剂。2.2 影响生物合成的杀菌剂2.2.1 有机磷杀菌剂的作用机制有机磷杀菌剂以异稻瘟净和克瘟散为代表，主要用于防治水稻稻瘟病，20世纪80年以后人们倾向于认为这类杀菌剂主要是抑制了卵磷脂的合成而破坏了细胞质膜的结构，卵磷脂（磷脂酰胆碱）是细胞质膜最重要的组分，卵磷脂的合成必需要有磷脂酰甲基转移酶的参与，异稻瘟净的作用机制主要是抑制磷脂酰乙醇氨甲基转移酶的活性，阻断了卵磷脂合成。2.2.2 嘧啶胺类杀菌剂作用机制早期开发的嘧啶胺类杀菌剂有甲菌啶dimethirimol和乙菌啶ethirimol，主要用于防治瓜类和谷物白粉病，乙菌啶主要是非竞争性地抑制了腺（嘌呤核）苷脱氨酶的活性而影响了某些碱基和核酸的合成。腺苷脱氨酶是在某一组织中的核酸分解后的碱基可以被另一组重新利用起来合成新的核酸。其他嘧啶苯胺类产品如嘧菌胺mepanipyrim，pyrimethanil和cyprodinil，对灰葡萄孢引起的多种病害，特别是灰霉病有特效，而且与二甲酰亚胺类杀菌剂无交互抗性。目前对嘧菌胺等杀菌剂的作用机制主要有两种解释，一种是抑制细胞壁降解酶的分泌，二是干扰甲硫氨酸的生物合成，其抑制了甲硫氨酸生物合成途径中次末端——β胱硫醚裂解酶的活性，从而抑制了甲硫氨酸的合成，但详细抑制机理还不清楚。2.2.3 苯基酰胺类杀菌剂作用机制苯基酰胺类杀菌剂至少包括4类：酰基丙氨酸类、丁内酯类、硫代丁内酯类和噁唑烷酮类，其中以酰基丙氨酸类（以甲霜灵为代表）、噁唑烷酮类（以噁霜灵为代表）最重要，这类杀菌剂广泛应用于藻菌纲病害（如霜霉病）的防治。苯基酰胺类杀菌剂的作用机理一般认为是抑制了病原菌中核酸的生物合成，主要是RNA的合成。细胞各类RNA，包括参与翻译过程的mRNA、rRNA和tRNA，以及具有特殊功能的小RNA，都是以DNA为模板，在RNA聚合酶的催化下合成的，真核生物的RNA聚合酶有好多种，分子量大约在50万/u，通常由4-6种亚基组成，并含有锌离子。利用抑制剂a-鹅膏蕈碱的抑制作用可将其分为3类，对抑制剂不敏感的RNA聚合酶A（或Ⅰ），可被低浓度抑制剂抑制的RNA B（或Ⅱ），只被高浓度抑制剂抑制的RNA C（或Ⅲ），有观点认为，甲霜灵、噁霜灵主要是抑制了对a-鹅膏蕈碱不敏感的RNA聚合酶A，从而阻碍了rRNA前体的转录，具体的抑制机理不清楚。2.2.4 农用抗菌素的作用机制多氧霉素D的作用机制多氧霉素D(polyoxin D)主要干扰真菌几丁质的合成，几丁质是构成某些真菌细胞壁的主要组分，其生物合成过程如下：葡萄糖—6-磷酸葡萄糖胺—N-乙酰葡萄糖胺-6-磷酸—N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸—脲苷二磷酸N-乙酰葡萄糖胺—（几丁质合成酶）几丁质。由于多氧霉素D和尿苷二磷酸N-乙酰葡萄糖胺分子结构有一定相似性，多氧霉素D和底物竞争性地结合几丁质合成酶，从而抑制了该酶的活性，破坏了真菌细胞壁的结构。井岗霉素的作用机制井岗霉素，又称有效霉素，主要是有效霉素A，是水溶性内吸杀菌剂，而且很容易在纹枯病菌丝中传导，引起菌丝异常分枝，从而抑制其生长。作用机制主要是抑制核酸和蛋白质合成，井冈霉素对菌体中海藻糖酶有拮抗性抑制作用，因此提出其作用机制是基于阻断了海藻糖分解而切断了葡萄糖供应，海藻糖把一个海藻糖分子分解成2个葡萄糖。春雷霉素和灭瘟素的作用机制主要是抑制了病原菌的蛋白质合成，蛋白质合成的场所是核糖体rRNA，蛋白质合成的大致过程如下：氨基酸活化，消耗一个ATP，氨基酸和tRNA结合；mRNA结合到rRNA的30S小亚基上；携带氨基酸的两个tRNA结合到30S小亚基上，大亚基也与之结合形成稳定的70S复合体；在转肽酶作用下，将P位点的氨基酸转移到A位点的带氨基酸的tRNA上，与之形成肽键；核糖体沿mRNA相对移动一个密码的距离，供P位点上脱去氨基的tRNA从A位点移到P位点，空出A位点，接受下一个带氨基酸的tRNA，从而使肽链延长；到一定长度时，停止合成，多肽脱下，mRNA和rRNA分开，大小亚基分开；灭瘟素是和rRNA的大亚基上某一单一位点结合，从而影响了氨酰-tRNA和其应有的位点结合，阻止了肽链延长；春雷霉素也和30S小亚基结合，从而阻止30S小亚基与氨酰-tRNA以及mRNA形成复合物，蛋白质合成无法起始。2.2.5 麦角甾醇合成抑制剂作用机制麦角甾醇etgosterol是植物细胞膜的重要组分，其合成受阻将间接的影响细胞膜的通透性功能，此外，麦角甾醇还是甾类激素的前体，在无性、有性生殖过程中起重要作用。目前至少有8类，几十个杀菌剂品种的作用机制是抑制麦角甾醇合成。其中，三唑类、嘧啶类、咪唑类和哌嗪类抑制了24-甲撑-24，25-二氢羊毛甾醇到4，4-二甲基fecosterol C-14脱甲基的反应；吗啉类主要是抑制了异构酶活性；吗啉/哌啶类杀菌剂在菌体生理pH条件下可质子化，模拟了碳阳离子中间态和这两种酶强烈结合，从而使酶失活。2.2.6 苯并咪唑类杀菌剂作用机制苯并咪唑类杀菌剂，苯来特、多菌灵和甲基硫菌灵等杀菌剂主要影响菌体内微管的形成而影响了细胞分裂。在植物体内，苯来特和硫菌灵都转换成多菌灵起作用，主要作用机制是由于多菌灵和微管蛋白的β亚单位相结合，阻止了微管的组装，从而破坏了纺锤体的形成，影响了细胞分裂。2.2.7 三环唑和丰谷隆的作用机制杀菌剂三环唑tricyclelazole、咯嗪酮pyroquilon、稻瘟醇、四氯苯酞、chlobenthiazone等都主要用于防治水稻稻瘟病，起作用机制主要用于影响了黑素的生物合成。菌类黑素Velanin是一类酚类化合物，黑素在病原菌的致病性中起主要作用，稻梨孢和豆刺盘孢与葫芦科刺盘孢对植物侵染前先形成一种附着孢的结构，然后该结构穿透寄主表皮细胞壁而产生侵染，在附着孢穿透表皮之前不久，这些附着孢的壁黑化，如果附着孢的壁不黑化，则不会穿透表皮或其他屏障，因此三环唑等又称为抗穿透剂。也有观点认为，三环唑可能是抑制了多聚乙酰的代谢，造成多聚乙酰的积累，而多聚乙酰对稻瘟病菌来说是有毒物质，亦或抑制多聚乙酰代谢和阻断黑素合成相辅相成。2.2.8 苯基吡咯杀菌剂的作用机制以天然抗生素硝吡咯菌素pyrrolnitrin为先导化合物开发出一类新型杀菌剂，拌种咯和fludioxonil是起代表，有观点认为，蛋白激酶PK-Ⅲ是苯基吡咯杀菌剂的初始靶标，蛋白激酶PK-Ⅲ调节体内甘油的合成。拌种咯和蛋白激酶PK-Ⅲ结合，抑制了它的活性，使活化的调节蛋白不失活（不被磷酸化），从而导致甘油合成失控，细胞内渗透压加大，细胞发生肿胀而死亡。2.3 防御素激活剂的作用机制这一类杀菌剂对病原菌在离体条件下并无杀菌作用，但可以诱导病原菌的寄主植物产生某些防御作用物质，即植物防御素，从而防止病害的蔓延。乙磷铝aliette可以有效的防治藻菌纲病害，但在离体条件下并不表现明显的杀菌作用，主要是通过干扰植物多元酚代谢，刺激寄主植物产生酚类和倍半萜烯类植物防御素，从而抑制了病害的扩展。噻菌灵probenazole对稻瘟病和白叶枯病有良好的防治效果，噻菌灵和其在稻株中的主要代谢产物糖精（邻磺酰苯甲酰亚胺）和水杨酸，可以促使有毒酯类物质的产生并提高过氧化物酶的水平，阻止病菌扩展。水杨酸类似物用于白粉病、叶瘟病和烟草霜霉病的防治，作用机制同样是激活了寄主植物的防御系统。

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