2024年11月22-24日，以“科技賦能植保 助力糧食安全”為主題的第三十八屆中國植保信息交流暨農藥械交易會在安徽合肥圓滿召開。在“信息發布會”上，中國工程院院士、貴州大學校長宋寶安作了題為“我國綠色農藥的創新進展”的報告。宋院士根據農藥行業的發展背景與關鍵科學問題，強調農藥信息學在綠色農藥創制中的重要作用，介紹了我國相關農藥靶標發現研究及綠色農藥創新研究進展，提出了我國綠色農藥創新的十大重點。

01、背景與關鍵科學問題
糧食安全，國之大者。農藥是保障糧食安全不可替代的重大戰略物資，是防治病蟲草害的重要“武器”。“十四·五”規劃指出，要深入推進農藥減施增效，推廣應用高效、低毒、低殘留的新型農藥。2035年遠景目標綱要指出，推進農業農村綠色發展，深入推進農藥減量增效，加快農藥科技創新。創制綠色農藥是促進我國現代農業發展的重要方向，發展原創性靶標與創制綠色農藥是建設農業科技強國、保障糧食安全的戰略舉措。
根據聯合國糧食及農業組織（FAO）的統計數據，農藥使用，可挽回全世界農作物總產30%～40%的損失。中國農藥單位面積用量在全世界排名第73位，在全球處于較低水平。中國使用了世界上約10%的農藥，養活了世界18%的人口，我國病蟲害綜合防治和綠色防控技術居世界先進水平。
然而，我國約40%的農藥品種具有高環境生態風險，50%以上傳統品種具有中高抗性風險，化學農藥依存度超過90%，我國農業重大有害生物綠色防控面臨嚴峻挑戰，綠色農藥創新應用是解決我國傳統農藥存在問題的關鍵。
有效性、安全性及低抗性是綠色農藥創新亟待解決的問題，原創性分子靶標和原創性分子結構在降低抗性以及引領“重磅炸彈式”新農藥發現方面具有巨大優勢。
然而，新農藥創制周期長、投入高、成功率低。據統計，新農藥創制周期需要12.3年、投入3.02億美元，但成功率不足10%。
綠色農藥研發成本中，約70%集中在先導發現和風險評價上，先導發現和風險評價的時間周期為5～6年。
我國重大農藥原創性分子靶標匱乏，急需挖掘綠色農藥新靶標；綠色新農藥創制效率較低，迫切需要加強農藥分子設計理論研究和技術創新；分子靶標發現技術嚴重滯后，近10年發現的原創性靶標占比小于20%；我國農藥分子設計技術水平與發達國家相差5年以上。

我國綠色農藥創制亟待變革新模式，農藥信息學將在綠色農藥創制中發揮重要作用。
02、我國農藥信息學創新研究
隨著人工智能（AI）技術的發展，研究人員希望用AI技術，減少農藥創新的時間和成本，降低農藥對人等非靶標生物的影響以及對環境和生態的風險。農藥信息學是新興交叉學科領域，綜合應用生命科學、化學、計算機科學等多學科的方法，對海量的信息進行整理和分析，用于農藥創新，以達到合理設計和利用的目的。突破蛋白可靶性、分子成藥性、農藥高效利用預測等關鍵技術，發展信息學方法，構筑信息學平臺，從而引領新農藥的創新。
我國研發人員也致力于構建系統的分子成藥性預測工具，為發現成藥性優良的農藥先導提供有效工具。貴州大學綠色農藥全國重點實驗室郝格非教授團隊創新了農藥信息學方法，構建了高效分子設計平臺；華中師范大學楊光富教授團隊也在從事這方面的工作……
郝格非教授團隊構建了基于碎片柔性生長的農藥新分子骨架設計方法ACFIS，該方法可用于基于蛋白的新型分子結構設計，用于發現具有高親和性的農藥骨架。該團隊構建了基于生態環境風險評估的一站式在線綜合平臺ChemFREE，該平臺可用于全面評估化學品的生態和環境風險，指導研發出綠色農藥。目前，ChemFREE平臺涵蓋近20個生態環境風險評估模型，以及類農藥性等的分析功能。郝格非教授團隊還構建了基于人工智能的毒理學預測平臺，在環境和生態風險評價的多項指標上，全面超過現有的主流預測模型。該團隊構建的PlantPAD平臺是全球最全面的植物病害圖像數據集，構建了全球首個植物病害圖像數據庫，其中包含63種植物，310種病害，近43萬張圖。郝格非教授團隊建立的平臺得到了權威人士的高度評價。先正達首席專家Lamberth在Science中撰文：片段篩選成功用于農藥分子設計，非常具有開拓性。Nature Reviews Chemistry副主編Stephanie Greed撰文指出：人工智能打分對化合物進行生物利用度預測，必將是未來藥物高效研發不可或缺的環節。著名計算生物學家張增輝教授認為：片段分子設計方法有效提高了藥物發現的效率。該團隊研發的多個產品已經廣泛應用于農業生產。

03、我國相關農藥靶標發現研究
國外農藥研發主要由巨型跨國集團主導，追求的是全面發展的路線，近10年，全球基于原創靶標陸續創制出雙丙環蟲酯、環溴蟲酰胺、氟噻唑吡乙酮和雙氫茉莉酸丙酯等原創農藥。其中，雙丙環蟲酯原創靶標為香草酸瞬時受體通道復合物，2018年上市；環溴蟲酰胺原創靶標為魚尼丁受體變構體，2017年上市；氟噻唑吡乙酮原創靶標為氧化固醇結合蛋白，2015年上市；雙氫茉莉酸丙酯原創靶標為茉莉酸信號受體，2016年上市。
我國研發人員也基于人工智能技術，發現藥物靶標，提升新農藥創制效率。如基于組學數據分析的靶標預測算法，構建了通過分析基因表達譜變化來預測藥物信號通路和靶標蛋白的DLEPS模型；運用Tn-seq技術發現新型潛在殺菌劑分子靶標，利用轉座子測序Tn-seq技術鑒定出黃單胞菌的3個必需基因是潛在的分子靶標；基于光交聯探針尋找農藥靶標，通過ABPP技術聯合蛋白質質譜分析方法，從分子水平揭示了雙砜酰胺類化合物抑菌作用靶標為丙酮酸激酶。丙酮酸激酶在病原菌中具有調控細菌運動及毒力的功能，同時，丙酮酸激酶在Xoo病原菌中能夠通過CIp/regR體系調控細菌運動和毒力。
我們研發人員通過研究，現已發現多個原創性靶標，如香草硫縮病醚的潛在作用靶標抗逆脅迫蛋白UspA、氰烯菌酯的作用靶標肌球蛋白Myosin-5、乙酸香葉酯的作用靶標報警信息素受體ApOR5-Orco、TMG的潛在作用靶標昆蟲己糖胺酶OfHex1等。
楊青教授團隊解析了大豆疫霉菌5個幾丁質合成酶PsChs1的冷凍電鏡結構，闡明了抑制幾丁質生物合成的機制，PsChs1是農藥潛在作用靶標。王源超教授團隊解析了細胞膜受體蛋白RXEG1和病原菌核心致病因子XEG1的冷凍電鏡結構，XEG1是殺菌劑的潛在分子靶標。細胞膜受體蛋白RXEG1是植物免疫激活劑的潛在靶標。王桂榮研究員團隊通過探究豌豆報警信息素受體ApOR5-Orco復合物的結構特性，解析了ApOR5-0rco在配體結合和未結合狀態下的高分辨率冷凍電子顯微鏡結構，ApOR5-Orco是殺蟲劑的潛在分子靶標。陶小榮教授團隊解析了Tswv NLR免疫受體監控病毒靶向激素受體誘導植物抗病作用機制。何川與宋寶安團隊開發了原創性靶標精準編輯新技術，FTO基因敲高的增產策略，為作物抗病分子機制和產量提升提供新途徑。

04、我國綠色農藥創新研究進展
近20年來，我國加大了綠色農藥創制投入，建立了一批國家級、省部級的農藥科技創新平臺。國家級農藥科技創新平臺包括：綠色農藥全國重點實驗室、農藥國家工程研究中心、新農藥創制與開發國家重點實驗室、國家農藥創制工程技術研究中心、國家生物農藥工程技術研究中心、微生物代謝國家重點實驗室、生物農藥與防治產業技術創新戰略聯盟、中美生物防治聯合實驗室等。省部級農藥科技創新平臺包括：農業農村部農藥化學及應用技術重點開放實驗室、天然農藥與化學生物學教育部重點實驗室、綠色農藥與農業生物工程教育部重點實驗室、農藥與化學生物學教育部重點實驗室、植物生長調節劑教育部工程研究中心等。
我國已創制出一批具有自主知識產權的高效低風險化學農藥新品種，如毒氟磷、戊吡蟲胍、苯噻菌酯、氯苯醚酰胺、丁吡嗎啉、環吡氟草酮、甲基喹草酮、喹草酮、環氧蟲啶、哌蟲啶、丁香菌酯、氟唑活化酯、氟苯醚酰胺、香草硫縮病醚、苯唑氟草酮、異唑蟲嘧啶等。
我國也創制出一批具有自主知識產權的生物農藥新品種，如阿泰靈，中國農科院植保所研發，轉化到河北中保綠農作物科技有限公司；Bt-G033A，中國農科院植保所研發，轉化到武漢科諾生物有限公司；谷維菌素，東北農業大學研發，轉化到遠大生科植物保護有限公司；維大力，中國農業大學研發，轉化到北京中捷四方生物科技股份有限公司；冠菌素，中國農業大學研發，轉化到成都新朝陽作物科學股份有限公司；申嗪霉素，上海交通大學研發，轉化到上海農樂生物制品股份有限公司等。
2019年以來，國際標準化組織（ISO）公布了52個新農藥的通用名，其中，國內單位申請了23個，占總申請數量的44.23%。包括除草劑13個：先達股份的喹草酮、吡唑喹草酯、苯丙草酮，清原作物科學的雙唑草酮、環吡氟草酮、苯唑氟草酮、三唑磺草酮、溴噁草松、氟氯氨草酸、氟氯氨草酯、氟草啶、氟砜草胺，信德農科、江蘇農用激素所的氟嘧啶草醚；殺蟲劑（3個）：南通泰禾的環丙氟蟲胺，海利爾的氟氯蟲雙酰胺，青島科技大學、杭州宇龍的硫蟲酰胺；殺菌劑（3個）：京博農化的氯吲哚酰肼，華中師范大學的氟苯醚酰胺，勝邦綠野的辛菌胺；殺螨劑（3個）：沈陽化工研究院的乙唑螨腈，青島科技大學、杭州宇龍的螺螨雙酯，揚農化工的氟螨雙醚；殺線蟲劑（1個）：中農聯合的三氟殺線酯。
貴州大學創制的殺蟲劑異唑蟲嘧啶、噁唑蟲嘧啶，植物誘抗劑香草硫縮病醚、氟芐硫縮誘醚暫無ISO通用名。華中師范大學楊光富教授團隊自主創制了小麥田綠色殺菌劑新品種。苯醚唑酰胺為新一代琥珀酸脫氫酶抑制劑（SDHI）。該產品突破了技術及應用難題，對條銹病、紋枯病、白粉病、莖基腐病、全蝕病、葉枯病等多種小麥病害有卓越防效。烯丙唑菌胺是含全新突烯結構的新一代吡唑酰胺類殺菌劑，與現有SDHI類殺菌劑無交互抗性，對小麥赤霉病、莖基腐病、白粉病和水稻惡苗病等有卓越防效。由貴州大學創制的具有完全自主知識產權的新型殺菌劑——20%截短側耳素懸浮劑和20%氯乙酰截短側耳素懸浮劑，防控水稻細菌性條斑病的防效在85%以上。
2018—2023年，我國創制農藥新品種數量32個，占比54.2%；2024年截至目前，我國批準登記4個中國創制農藥新品種，包括氟草啶、氟砜草胺、環丙氟蟲胺（僅限出口到柬埔寨）、吡唑喹草酯。
氟砜草胺為全新結構的HPPD抑制劑類除草劑，通過抑制植物體中控制光合作用關鍵色素酶的活性達到雜草防治效果。對粳稻、秈稻均安全，應用窗口期長。有效防除稗草、馬唐、千金子等禾本科雜草及部分闊葉雜草、莎草科雜草。與稻田其他除草劑無交互抗性，可有效解決抗ALS、ACCase的稗草、千金子等惡性禾本科雜草。氟砜草胺在環境中易降解，對非靶標生物安全，無環境風險；毒性低，無“三致”作用，無健康風險，無膳食風險。
氟草啶為新型結構的PPO抑制劑，快速、高效、持效期長，徹底解決100多種雜草，可完全替代百草枯成為新一代非選擇性除草劑市場的領導者。可有效解決抗草甘膦的牛筋草、小飛蓬、藜、闊葉風花草、通泉草等雜草。每畝有效成分用量降至克級別，即可實現快速、高效、徹底解決非耕地大部分雜草。2024年9月在國內登記上市。氟草啶突破性地拓寬了PPO抑制劑類除草劑對禾本科雜草的防效，尤其對抗性禾本科雜草表現更加優異；對水生生態系統、地下水、土壤生物等風險極低，應用場景更加廣闊。

05、下步綠色農藥創新的重點

重點1：智能驅動導向生物農藥發現。

生物農藥創制具有鮮明的特殊性、復雜性、系統交叉性，生物農藥創制需以基因編輯等新興生物技術以及人工智能等計算信息技術為引領，推進多學科協同與滲透、新技術交叉與集成、行業間跨界與整合，綜合提升創新研究水平，推動生物農藥產業發展。

重點2：智能驅動原創分子骨架發現。

整合藥效團連接碎片篩選、片段虛擬生長、分子骨架設計等技術，構建快速、智能、精準的綠色農藥分子設計技術體系，提升農藥活性分子設計的效率。

重點3：比較基因組學的原創性靶標發現。

針對農業有害生物，利用生物信息學和人工智能算法等技術，構建關鍵基因網絡、信號通路和必需基因三層次的潛在分子靶標挖掘與驗證體系，開展農藥原創分子靶標的驗證工作。

重點4：手性農藥創制及產業化。

整合利用手性農藥合成技術，構建溫和高效的協同催化體系，發展不對稱催化、酶催化、微通道反應等新技術；建立手性農藥活性分子的綠色高效手性合成技術和低碳生產體系；解析“新手性農藥先導發現一高效及清潔制備一手性農藥與靶標互作途徑”相互關聯的研究體系。

重點5：防控重大病、蟲、草害的綠色農藥創制。

加強原創性靶標的研究、探索新作用機制以及推動產業化應用；推進新機制高活性綠色農藥的分子設計、產品創制、作用機理研究以及田間應用技術；實現我國農藥創制的全創新鏈構建與重大產品的產業化，保障農業生產的可持續性。

重點6：農藥清潔生產技術創新。

利用流式化學等技術，開發無害化、安全化和可循環利用的環保新工藝；構建綠色高效的協同催化體系，發展化學催化、仿生催化、微通道反應等農藥制備新技術。運用高效突變酶，開發適配性強的底盤細胞，重構目標農藥的快速、清潔生物合成途徑和工藝路線。

重點7：RNA生物農藥創制及產業化。

利用人工智能、自動化感知算法等設計基于RNAi的活性成分，建立農業病蟲害RNAi靶標基因的智能化篩選系統和小核酸低成本規模化生產和純化工藝，研制新型環保且穩定高效的dsRNA遞送系統。

重點8：農藥制劑納米化技術創新及應用。

利用農藥制劑納米化技術將農藥有效成分制成納米級顆粒或是借助于納米制備技術形成納米載藥體系，以增強藥效、提高農藥利用率、減少農藥用量，減輕對環境的影響。

重點9：殘留效應與環境生態風險評估。

利用人工智能、替代毒理學等技術，開發農藥原位快速檢測方法，構建農藥殘留效應風險、農藥殘留毒理學評估新模型。研究農藥和代謝物對作物、非靶標生物和環境基質的生態毒性效應及其機制，加快形成和發展農藥新質生產力。

重點10：智慧農業與精準植保發展。

利用物聯網、大數據、AI、5G和自動化提升農業生產效率，推進智慧農業和可持續發展；運用分子影像學技術研究作物生理和病蟲害，指導精準植保；整合農藥行業數據以支持決策、監管、市場和創新，實現科學管理和用藥。