第五节　杀线虫剂的主要类型与作用机理

一、杀线虫剂的主要类型

防治植物病原线虫的药剂为杀线虫剂，早期杀线虫剂主要是卤代烃滴滴混剂、二溴乙烷、二溴氯丙烷、溴甲烷、氯化苦及异硫氰酸甲酯释放剂威百亩等。当今化学杀线虫剂的总体趋势由熏蒸型向非熏蒸型、由高毒向低毒、由量大费工向量小简便、由预防向保护、由仅以防效为标准向兼顾产品效益的大方向发展。

按防治对象可以将杀线虫剂分成两类，一是专性杀线虫剂，即专门防治线虫的农药；二是兼性杀线虫剂，这类杀线虫剂兼有多种用途，如对地下害虫、病原菌、线虫均具有毒杀作用的氯化苦、溴甲烷等。目前广泛使用的杀线虫剂按照化学结构主要可分为5类：

（1）卤化烃类　在生产上使用较早的杀线虫剂，包括有滴滴混剂、溴甲烷（methyl bromide）、二氯异丙醚（nemamort）等土壤熏蒸剂。

（2）硫代异硫氰酸甲酯类　主要品种：威百亩、棉隆（dazomet）等土壤灭生剂。

（3）有机磷类　主要品种：硫线磷（cadusafos）、苯线磷（fenamiphos）、灭线磷（ethoprophos）、丰索磷（fensulfothion）、除线磷（dichlofenthion）、丁环硫磷（fosthietan、氯唑磷（isazophos）等高毒神经毒剂类。

（4）氨基甲酸酯类　主要品种：涕灭威、克百威（carbofuran）、杀线威（oxamyl）、呋线威（furathiocarb）等高毒神经毒剂类。

（5）抗生素类　阿维菌素等。

二、杀线虫剂的作用机理

（一）神经毒剂类：有机磷酸酯类与氨基甲酸酯类

有机磷和氨基甲酸酯类是目前杀线虫剂的主要类群，许多品种兼有杀虫作用。杀线虫剂中剧毒或高毒的氨基甲酸酯类有涕灭威、杀线威、克百威，以及高毒的有机磷酸酯类有克线磷、特丁磷等。它们大多数具有内吸传导作用。在有效的使用剂量下，作物一般不会产生药害，作物播种期和生长期均可使用。剂型多为粒剂、微粒剂和种衣剂。

有机磷和氨基甲酸酯类杀线虫剂的作用机理是抑制胆碱酯酶的活力，一般认为与杀虫作用机制类似。多种线虫神经系统存在有胆碱酯酶，该酶存在于神经传导的触突部位，有机磷和氨基甲酸酯类杀线虫剂可使酶失活或钝化，中毒的线虫神经细胞受损，表现出麻痹症状，并非真正的死亡。当中毒的线虫从药液中移出，线虫可复苏。施用该类杀线虫剂可减少线虫的活动，干扰线虫侵入植物取食行为，破坏雌虫引诱雄虫的能力。因而，导致线虫发育、繁殖滞后，延迟线虫对作物的侵入时间和为害期，防治效果和增产显著，但虫口密度不见下降。

（二）抗生素类：阿维菌素和依维菌素

阿维菌素是由土壤阿佛曼链霉菌（Streptomyces avermitillis）分泌物中分离出的一种十六元大环内酯的抗生素类杀虫、杀螨、杀线虫剂。依维菌素与阿维菌素有一致的杀虫活性，但对高等动物的毒性更低。一般依维菌素用于畜兽寄生虫的防治，可治疗牛、羊、猪等多种体外寄生虫病，如蠕虫、肠道线虫、寄生蝇、虱、蚤和螨等。依维菌素不能用作乳品动物产乳期防治寄生虫的药剂。目前用于乳品动物产乳期防治体内外寄生虫的也是阿维菌素进行结构改造后的埃伯利诺菌素。

阿维菌素的杀植物线虫的药剂对根结线虫属、根腐线虫属、穿孔线虫属以及半穿孔线虫属的线虫均有较好的防效。在0.16～0.24kg/hm2用量下，可有效地防治南方根结线虫。这一计量不及常用杀虫剂的1/30～1/10。阿维菌素B1的衍生物B1-23-酮，在培养皿下杀虫活性竟相当于杀线威的1000倍，但在有土壤的条件下却只有10～30倍，说明土壤对该药剂有吸附作用，影响了它的杀线虫活性。阿维菌素的作用机理如下。

研究表明，阿维菌素的作用靶标为神经和肌肉细胞膜上的氯离子通道蛋白受体，干扰正常的神经传导功能。在可兴奋细胞膜上，氯离子通道的功能与K离子通道类似，即抑制细胞的兴奋性，促进去极化的细胞复极化，维持细胞的静息电位。此外氯离子通道又有两种类型，第一是快速化学突触氯离子通道，主要分布在抑制性突触，受GABA、谷氨酸、甘氨酸等化学递质调节，属于配体门控离子通道。第二是电压依赖性门控氯离子通道，如位于快肌肉纤维的“背景”氯离子通道，它能被Zn2+或降低pH阻断，这类通道还可通过Br－、I－、N、SCN－及某些有机酸等，曾称漏通道。经研究发现阿维菌素可作用于两种氯离子通道类型。

（1）作用于γ-氨基丁酸门控氯离子通道（GABA gated chloride channel）　电生理学研究表明，阿维菌素能阻断龙虾肌肉兴奋性突触后电位（EPSPs）和诱导抑制性突触后电位（IPSPs），这种作用可被GABA的拮抗剂木防己苦毒碱所逆转。采用放射性同位素标记的方法，测得阿维菌素与家蝇头部GABA受体有很强的亲和力，3H-ivermectins与线虫（C.elegans）神经膜也有高亲和力（Kd=0.26nmol/L）。通过电生理和放射性同位素标记测定，可以推断：阿维菌素与通道蛋白结合，干扰正常的GABA的传导功能，阻断GABA火花的氯离子流，激活通道，使大量氯离子流入细胞膜内，造成神经膜电位超极化，使神经膜处于抑制状态，阻断神经冲动正常的传导而使昆虫或线虫死亡。阿维菌素亦可刺激突触前膜释放GABA，干扰正常传导，造成大量的GABA作用于神经后膜受体，产生抑制性后电位，使昆虫或线虫麻痹而死。

（2）作用于谷氨酸门控氯离子通道（glutamate-gated chloride channel）　谷氨酸门控氯离子通道是另一类氯离子通道蛋白，存在于肌肉纤维膜上。它能被谷氨酸和鹅膏蕈氨酸所激活，而不被GABA和甘氨酸所激活。阿维菌素也干扰此通道，使通道激活，氯离子涌入膜内，造成神经膜去极化，阻塞神经冲动的传导。电生理测定表明，谷氨酸和阿维菌素所引发的电流又近似电流-电压关系。阿维菌素激活的最大电流还能减少通道对谷氨酸和鹅膏蕈氨酸的反应。说明阿维菌素和谷氨酸激活同样的通道，推测这个通道也是阿维菌素的作用靶标。当线虫的 mRNA注入蛙母细胞后，在胞内能表达线虫的谷氨酸门控氯离子通道。实验结果表明，阿维菌素能直接激活此通道。

许多研究表明，阿维菌素是一类多靶标位点的杀虫、杀线虫剂。由于在脊椎动物的神经-肌肉系统中缺乏谷氨酸门控氯离子通道，使得阿维菌素成为低毒杀虫、杀线虫剂之一。而且，吸虫与绦虫不以GABA为传导物质。因此，阿维菌素和依维菌素对这类寄生虫无效。

（三）熏蒸剂类

熏蒸剂主要是对土壤起熏蒸作用的杀生性药剂，除能杀线虫外，也可杀死土壤中的害虫、细菌和杂草，不易诱发线虫的抗性。但该类药剂对作物产生药害，杀伤植物线虫的天敌——肉食性线虫，不利于土壤活化以及可持续的生态调控，对环境有负面影响。有的品种对人毒性大，具致癌或影响生殖等毒性效应。作为防治性的杀线虫剂，只能用于播种前的空地，不能在播种后或作物生长期施药。使用技术上要求：第一，需闷闭土面熏杀一周以上，再覆土让药气挥发一周后才能种上作物。第二，由于土传线虫随作物根系分布在整个耕作层，要达到一定的防治效果，需用药量大，如D-D混剂，杀灭根结线虫需施用80～90mL/m2；1，2-二氯乙烷，杀灭孢囊线虫需施用浓度高于40t/hm2。第三，熏蒸剂大多数为液体，要使之气化扩散并在土壤间隙中积效，要求施药时温度以15～18℃为宜，土壤湿度要适中，施药深度要求达到15～20cm，施药后要求立即覆土压平表土，以防跑药气。作为熏蒸剂主要有两大类，即卤代羟类和异硫氰酸类。

1.卤代羟类作用机理

卤代羟中毒的症状为，最初线虫表现兴奋，活动增加，继而麻痹死亡。关于作用机制，一般认为通过烷基化和氧化作用致死线虫。

卤代羟作为一种烷基化试剂，当进入细胞后，能与细胞内的蛋白质，酶结构中的羟基、巯基和氨基发生烷基化反应，视蛋白和酶的空间结构发生边缘效应，使蛋白和酶的活性受到抑制，最终个体死亡。反应式如下：

酶—AH + RX酶—AR + HX

式中，—AH为羟基、巯基和氨基；RX为卤代羟类；HX为还原产物。

这种与蛋白质或酶的烷基化反应属于亲核的双分子取代反应（SN2）。土壤中，水也可以与卤代羟发生取代反应，使药剂失去活性。反应如下：

RH + H2OROH + HX

与水发生的羟基化反应属于单分子取代反应（SN1）。一般情况下，双分子取代反应强的卤代羟具有较强的杀线虫活性。

2.呼吸链细胞色素Fe离子的氧化作用

线粒体有氧呼吸链细胞色素分子的铁卟啉的铁能进行可逆的氧化还原反应。Fe3+接受电子还原成Fe2+，然后再将电子交给另一个细胞色素，最后将电子传递给氧，生成氧离子，氧离子可与2H+结合生成H2O。卤代烃类杀线虫剂可使细胞色素电子传递链中Fe离子部位氧化，使呼吸链电子传递受阻，从而导致线虫死亡。一般情况下Fe离子氧化作用比蛋白、酶的烷基化作用快得多，因此，在实际应用的剂量下氧化作用似乎更重要。

卤代烃类杀线虫剂的1，2-二溴乙烷（EDB）、二溴氯丙烷（DBCP）对动物有致畸、致癌作用。1983年起，EDB相继被一些国家禁用。而DBCP同样可致癌和引起男性的精子减少，因此早在1977年首先在美国禁用，我国在1983年已禁止生产、进口、销售、使用1，2-二溴乙烷和二溴氯丙烷。

3.异硫氰酸甲酯释放剂及其作用机理

威百亩（metam-sodium）和棉隆（dazomet）是异硫氰酸甲酯释放剂中最重要的品种。这两个品种在土壤中都能被水解为硫化氢和异硫氰酸甲酯，而后者才具有杀线虫活性。

威百亩在土壤中的转化过程如下：

威百亩在土壤中的转化与降解与土壤通气状况和酸碱度有密切的关系，当土质偏碱时，甲基二硫氨基甲酯可转化为异硫氰酸甲酯和释放出硫元素。而在酸性介质中，除可转化为异硫氰酸甲酯外，还可产生二硫化碳和甲胺。随后，二硫化碳和甲胺结合为异硫氰酸甲酯。

棉隆转化反应式如下：

作用机理：异硫氰酸甲酯是一个氨基甲酰化试剂，它能与细胞内的蛋白、酶分子中亲核部位，如氨基、巯基、羟基发生氨基甲酰化反应，使蛋白、酶的结构受到破坏，活性受到抑制，最终线虫中毒死亡。

三、特异性杀线虫剂

1.植物源杀线虫活性物质

已报道对植物寄生线虫具有抗性作用的植物约有41科73个属90个种。已明确抗线虫的植物和它们的代谢物主要有：菊科的万寿菊（Tagetes erecta）、孔雀草（T.patula）和堆心菊（Helenium autumnale），这几种植物中含有的抗线虫的化合物是：a-三连噻吩、5-（3-丁烯-1-炔基）-2，2-二噻吩和2，3-二氢-2-羟基-3-甲基-6-甲基苯并呋喃，这三种化合物是植物源光敏剂，具有强烈的抗线虫作用。百合科的石刁柏（Asparagus officinalis）中的天冬氨酸（aspartic acid）和二氢天冬氨酸（dihydro aspartic acid），罂粟科的博落回（Macleaya cordata）中的血根碱（sanguinarine）、菜季铵碱（chelerythrine）及孛功树碱（bocconine），还有植物的代谢产物对线虫具有独特的作用方式，如从马铃薯块茎中分离的2，3-二羟基萘，从刀豆植物中分离出的刀豆氨酸（canavanine）可抑制马铃薯金线虫卵孵化，从秘鲁梭果豆中分离的一种多羟生物碱——（2R，5R）-二羟基甲基-（3R，4R）-二羟基吡咯烷（DMDP），使用后能显著地降低受害植物上虫瘿的数量。DMDP为昆虫味觉感受细胞膜上的糖苷酶的抑制剂，影响昆虫取食。对线虫作用机理如何，有待进一步研究。作者发现从芸香科植物黄皮（Chausena lansium）中分离的杀线虫活性成分黄皮酰胺对多种植物线虫具有强烈的毒杀活性，初步研究机理为抑制线虫胆碱酯酶。

2.光敏化合物作用机理

光敏化合物a-三连噻吩、5-（3-丁烯-1-炔基）-2，2-二噻吩和2，3-二氢-2-羟基-3-甲基-6-甲基苯并咪唑，在有太阳光或紫外线的作用下，能显著提高毒杀活性。毒杀作用机制分为光动力学反应（photodynamic response）和光诱发毒性反应（photogenotoxic response）。当光敏化合物吸收光子能量后，使基态转变为激发态分子，激发态的能量可转移给氧分子，使三线态氧转变为单线态氧（1O2），1O2这种活性态的氧与细胞内的集中蛋白氨基酸、蛋白酶类和脂质分子等发生氧化反应，主要攻击靶标为生物膜，使细胞结构迅速分解，个体死亡。这种需氧参与的氧化反应即为光动力学反应。而光敏分子受光子激活后，能转移能量使细胞内的某些分子转变为自由基与自由基离子。这些自由基与自由基离子可氧化细胞内的生物分子，破坏细胞结构，干扰细胞代谢。有的光敏分子可嵌入DNA分子螺旋的沟槽内，受光激活后，与DNA分子的碱基发生共价加合反应，使DNA分子的复制和转录功能受到干扰，产生遗传毒性效应。这一类作用方式为光诱发毒性反应，寻找天然源光敏化合物，开发光活化农药正式成为农药界研究的热点。

3.其他类型的杀线虫活性物质

（1）2，4-二氯苯基甲磺酸（2，4-dichlorphenyl methanesulfonate）　这种化合物在离体条件下，对线虫不具活性，但当被植物吸收后，对线虫具驱避作用。这个化合物在土壤中可保持两年的活性，同时还可降低马铃薯孢囊线虫的繁殖率。

（2）马来酸酰肼（hydrazides of maleic acid）　在离体的条件下，不杀死线虫，而在活体内可抑制虫瘿的形成。分析其原因，被植物吸收后，在体内代谢产生不利于线虫生长发育的物质，还发现该化合物的代谢产物能影响线虫的性分化，当用6mg/kg浓度处理烟草植物，6天内根结线虫雌虫数量达55.70%，而未经处理的植株雌虫仅有0.2%～2.2%。

（3）氨基酸抗代谢物　Overman和Voltz进行了不同氨基酸对根结线虫生长发育的影响，施用18种氨基酸于受线虫感染的番茄植株根上，浓度为20～160mg/株。发现7种氨基酸能抑制虫瘿的形成，这些氨基酸是甲硫胺酸（methionine）、缬氨酸（valine）、异缬氨酸（isovaline）、酪氨酸（tyrosine）和L-羟脯氨酸（L-hydroxy proline）。在用甲硫氨酸处理的植株上，雌虫不能发育成熟。而用丙烯甘氨酸和乙氨酸处理的植株上雌虫可以正常发育，但不能产卵。还发现下面7种氨基酸：乙硫氨酸、a-丙氨酸、异缬氨酸、甲硫氨酸亚砜、γ-氨基丁酸、甲基谷氨酰胺酸和L-羟脯氨酸对线虫（Trichodorus christiei）也产生生长抑制作用，但异赖氨酸却可提高该线虫的繁殖率近200倍。