2024年11月22～24日，以“科技赋能植保 助力粮食安全”为主题的第三十八届中国植保信息交流暨农药械交易会（简称“中国植保双交会”）在安徽合肥圆满召开。本届植保“双交会”按照“1+1+1+5+N”架构，开展了10场论坛、座谈会、对接会、招聘会等。其中，11月22日召开的“信息发布会”依然是大会的重头戏。“信息发布会”由全国农业技术推广服务中心主办，浙江托普云农科技股份有限公司、海利尔药业集团股份有限公司协办。

       在“信息发布会”上，中国工程院院士、贵州大学校长宋宝安作了题为“我国绿色农药的创新进展”的报告。宋院士根据农药行业的发展背景与关键科学问题，强调农药信息学在绿色农药创制中的重要作用，介绍了我国相关农药靶标发现研究及绿色农药创新研究进展，提出了我国绿色农药创新的十大重点。

中国工程院院士、贵州大学校长 宋宝安

       宋院士的报告是一场关于农药创制的饕餮大餐，引发线上、线下高度关注。会议现场更是座无虚席，与会嘉宾认真聆听，并纷纷举起手机拍照记录。“农药资讯网”应广大读者要求，对宋院士报告进行了详细整理，以便大家进一步学习、消化，指导日后工作。

1  背景与关键科学问题

       粮食安全，国之大者。农药是保障粮食安全不可替代的重大战略物资，是防治病虫草害的重要“武器”。“十四·五”规划指出，要深入推进农药减施增效，推广应用高效、低毒、低残留的新型农药。2035年远景目标纲要指出，推进农业农村绿色发展，深入推进农药减量增效，加快农药科技创新。创制绿色农药是促进我国现代农业发展的重要方向，发展原创性靶标与创制绿色农药是建设农业科技强国、保障粮食安全的战略举措。

       根据联合国粮食及农业组织（FAO）的统计数据，农药使用，可挽回全世界农作物总产30%～40%的损失。中国农药单位面积用量在全世界排名第73位，在全球处于较低水平。中国使用了世界上约10%的农药，养活了世界18%的人口，我国病虫害综合防治和绿色防控技术居世界先进水平。

       然而，我国约40%的农药品种具有高环境生态风险，50%以上传统品种具有中高抗性风险，化学农药依存度超过90%，我国农业重大有害生物绿色防控面临严峻挑战，绿色农药创新应用是解决我国传统农药存在问题的关键。

       有效性、安全性及低抗性是绿色农药创新亟待解决的问题，原创性分子靶标和原创性分子结构在降低抗性以及引领“重磅炸弹式”新农药发现方面具有巨大优势。

       然而，新农药创制周期长、投入高、成功率低。据统计，新农药创制周期需要12.3年、投入3.02亿美元，但成功率不足10%。

       绿色农药研发成本中，约70%集中在先导发现和风险评价上，先导发现和风险评价的时间周期为5～6年。

       我国重大农药原创性分子靶标匮乏，急需挖掘绿色农药新靶标；绿色新农药创制效率较低，迫切需要加强农药分子设计理论研究和技术创新；分子靶标发现技术严重滞后，近10年发现的原创性靶标占比小于20%；我国农药分子设计技术水平与发达国家相差5年以上。

       我国绿色农药创制亟待变革新模式，农药信息学将在绿色农药创制中发挥重要作用。

2  我国农药信息学创新研究

       随着人工智能（AI）技术的发展，研究人员希望用AI技术，减少农药创新的时间和成本，降低农药对人等非靶标生物的影响以及对环境和生态的风险。

       农药信息学是新兴交叉学科领域，综合应用生命科学、化学、计算机科学等多学科的方法，对海量的信息进行整理和分析，用于农药创新，以达到合理设计和利用的目的。

       突破蛋白可靶性、分子成药性、农药高效利用预测等关键技术，发展信息学方法，构筑信息学平台，从而引领新农药的创新。

       我国研发人员也致力于构建系统的分子成药性预测工具，为发现成药性优良的农药先导提供有效工具。

       贵州大学绿色农药全国重点实验室郝格非教授团队创新了农药信息学方法，构建了高效分子设计平台；华中师范大学杨光富教授团队也在从事这方面的工作……

       郝格非教授团队构建了基于碎片柔性生长的农药新分子骨架设计方法ACFIS，该方法可用于基于蛋白的新型分子结构设计，用于发现具有高亲和性的农药骨架。

       该团队构建了基于生态环境风险评估的一站式在线综合平台ChemFREE，该平台可用于全面评估化学品的生态和环境风险，指导研发出绿色农药。目前，ChemFREE平台涵盖近20个生态环境风险评估模型，以及类农药性等的分析功能。

       郝格非教授团队还构建了基于人工智能的毒理学预测平台，在环境和生态风险评价的多项指标上，全面超过现有的主流预测模型。

       该团队构建的PlantPAD平台是全球最全面的植物病害图像数据集，构建了全球首个植物病害图像数据库，其中包含63种植物，310种病害，近43万张图。

       郝格非教授团队建立的平台得到了权威人士的高度评价。先正达首席专家Lamberth在Science中撰文：片段筛选成功用于农药分子设计，非常具有开拓性。Nature Reviews Chemistry副主编Stephanie Greed撰文指出：人工智能打分对化合物进行生物利用度预测，必将是未来药物高效研发不可或缺的环节。著名计算生物学家张增辉教授认为：片段分子设计方法有效提高了药物发现的效率。

       该团队研发的多个产品已经广泛应用于农业生产。

3  我国相关农药靶标发现研究

       国外农药研发主要由巨型跨国集团主导，追求的是全面发展的路线，近10年，全球基于原创靶标陆续创制出双丙环虫酯、环溴虫酰胺、氟噻唑吡乙酮和双氢茉莉酸丙酯等原创农药。其中，双丙环虫酯原创靶标为香草酸瞬时受体通道复合物，2018年上市；环溴虫酰胺原创靶标为鱼尼丁受体变构体，2017年上市；氟噻唑吡乙酮原创靶标为氧化固醇结合蛋白，2015年上市；双氢茉莉酸丙酯原创靶标为茉莉酸信号受体，2016年上市。

       我国研发人员也基于人工智能技术，发现药物靶标，提升新农药创制效率。如基于组学数据分析的靶标预测算法，构建了通过分析基因表达谱变化来预测药物信号通路和靶标蛋白的DLEPS模型；运用Tn-seq技术发现新型潜在杀菌剂分子靶标，利用转座子测序Tn-seq技术鉴定出黄单胞菌的3个必需基因是潜在的分子靶标；基于光交联探针寻找农药靶标，通过ABPP技术联合蛋白质质谱分析方法，从分子水平揭示了双砜酰胺类化合物抑菌作用靶标为丙酮酸激酶。丙酮酸激酶在病原菌中具有调控细菌运动及毒力的功能，同时，丙酮酸激酶在Xoo病原菌中能够通过CIp/regR体系调控细菌运动和毒力。

       我们研发人员通过研究，现已发现多个原创性靶标，如香草硫缩病醚的潜在作用靶标抗逆胁迫蛋白UspA、氰烯菌酯的作用靶标肌球蛋白Myosin-5、乙酸香叶酯的作用靶标报警信息素受体ApOR5-Orco、TMG的潜在作用靶标昆虫己糖胺酶OfHex1等。

       杨青教授团队解析了大豆疫霉菌5个几丁质合成酶PsChs1的冷冻电镜结构，阐明了抑制几丁质生物合成的机制，PsChs1是农药潜在作用靶标。

       王源超教授团队解析了细胞膜受体蛋白RXEG1和病原菌核心致病因子XEG1的冷冻电镜结构，XEG1是杀菌剂的潜在分子靶标。细胞膜受体蛋白RXEG1是植物免疫激活剂的潜在靶标。

       王桂荣研究员团队通过探究豌豆报警信息素受体ApOR5-Orco复合物的结构特性，解析了ApOR5-0rco在配体结合和未结合状态下的高分辨率冷冻电子显微镜结构，ApOR5-Orco是杀虫剂的潜在分子靶标。

       陶小荣教授团队解析了Tswv NLR免疫受体监控病毒靶向激素受体诱导植物抗病作用机制。

       何川与宋宝安团队开发了原创性靶标精准编辑新技术，FTO基因敲高的增产策略，为作物抗病分子机制和产量提升提供新途径。

4  我国绿色农药创新研究进展

       近20年来，我国加大了绿色农药创制投入，建立了一批国家级、省部级的农药科技创新平台。

       国家级农药科技创新平台包括：绿色农药全国重点实验室、农药国家工程研究中心、新农药创制与开发国家重点实验室、国家农药创制工程技术研究中心、国家生物农药工程技术研究中心、微生物代谢国家重点实验室、生物农药与防治产业技术创新战略联盟、中美生物防治联合实验室等。

       省部级农药科技创新平台包括：农业农村部农药化学及应用技术重点开放实验室、天然农药与化学生物学教育部重点实验室、绿色农药与农业生物工程教育部重点实验室、农药与化学生物学教育部重点实验室、植物生长调节剂教育部工程研究中心等。

       我国已创制出一批具有自主知识产权的高效低风险化学农药新品种，如毒氟磷、戊吡虫胍、苯噻菌酯、氯苯醚酰胺、丁吡吗啉、环吡氟草酮、甲基喹草酮、喹草酮、环氧虫啶、哌虫啶、丁香菌酯、氟唑活化酯、氟苯醚酰胺、香草硫缩病醚、苯唑氟草酮、异唑虫嘧啶等。

       我国也创制出一批具有自主知识产权的生物农药新品种，如阿泰灵，中国农科院植保所研发，转化到河北中保绿农作物科技有限公司；Bt-G033A，中国农科院植保所研发，转化到武汉科诺生物有限公司；谷维菌素，东北农业大学研发，转化到远大生科植物保护有限公司；维大力，中国农业大学研发，转化到北京中捷四方生物科技股份有限公司；冠菌素，中国农业大学研发，转化到成都新朝阳作物科学股份有限公司；申嗪霉素，上海交通大学研发，转化到上海农乐生物制品股份有限公司等。

       2019年以来，国际标准化组织（ISO）公布了52个新农药的通用名，其中，国内单位申请了23个，占总申请数量的44.23%。包括除草剂13个：先达股份的喹草酮、吡唑喹草酯、苯丙草酮，清原作物科学的双唑草酮、环吡氟草酮、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，信德农科、江苏农用激素所的氟嘧啶草醚；杀虫剂（3个）：南通泰禾的环丙氟虫胺，海利尔的氟氯虫双酰胺，青岛科技大学、杭州宇龙的硫虫酰胺；杀菌剂（3个）：京博农化的氯吲哚酰肼，华中师范大学的氟苯醚酰胺，胜邦绿野的辛菌胺；杀螨剂（3个）：沈阳化工研究院的乙唑螨腈，青岛科技大学、杭州宇龙的螺螨双酯，扬农化工的氟螨双醚；杀线虫剂（1个）：中农联合的三氟杀线酯。

       贵州大学创制的杀虫剂异唑虫嘧啶、噁唑虫嘧啶，植物诱抗剂香草硫缩病醚、氟苄硫缩诱醚暂无ISO通用名。

       华中师范大学杨光富教授团队自主创制了小麦田绿色杀菌剂新品种。苯醚唑酰胺为新一代琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI）。该产品突破了技术及应用难题，对条锈病、纹枯病、白粉病、茎基腐病、全蚀病、叶枯病等多种小麦病害有卓越防效。烯丙唑菌胺是含全新突烯结构的新一代吡唑酰胺类杀菌剂，与现有SDHI类杀菌剂无交互抗性，对小麦赤霉病、茎基腐病、白粉病和水稻恶苗病等有卓越防效。

       由贵州大学创制的具有完全自主知识产权的新型杀菌剂——20%截短侧耳素悬浮剂和20%氯乙酰截短侧耳素悬浮剂，防控水稻细菌性条斑病的防效在85%以上。

       2018—2023年，我国创制农药新品种数量32个，占比54.2%；2024年截至目前，我国批准登记4个中国创制农药新品种，包括氟草啶、氟砜草胺、环丙氟虫胺（仅限出口到柬埔寨）、吡唑喹草酯。

       氟砜草胺为全新结构的HPPD抑制剂类除草剂，通过抑制植物体中控制光合作用关键色素酶的活性达到杂草防治效果。对粳稻、籼稻均安全，应用窗口期长。有效防除稗草、马唐、千金子等禾本科杂草及部分阔叶杂草、莎草科杂草。与稻田其他除草剂无交互抗性，可有效解决抗ALS、ACCase的稗草、千金子等恶性禾本科杂草。氟砜草胺在环境中易降解，对非靶标生物安全，无环境风险；毒性低，无“三致”作用，无健康风险，无膳食风险。

       氟草啶为新型结构的PPO抑制剂，快速、高效、持效期长，彻底解决100多种杂草，可完全替代百草枯成为新一代非选择性除草剂市场的领导者。可有效解决抗草甘膦的牛筋草、小飞蓬、藜、阔叶风花草、通泉草等杂草。每亩有效成分用量降至克级别，即可实现快速、高效、彻底解决非耕地大部分杂草。2024年9月在国内登记上市。

       氟草啶突破性地拓宽了PPO抑制剂类除草剂对禾本科杂草的防效，尤其对抗性禾本科杂草表现更加优异；对水生生态系统、地下水、土壤生物等风险极低，应用场景更加广阔。

5  下步绿色农药创新的重点

       重点1：智能驱动导向生物农药发现。

       生物农药创制具有鲜明的特殊性、复杂性、系统交叉性，生物农药创制需以基因编辑等新兴生物技术以及人工智能等计算信息技术为引领，推进多学科协同与渗透、新技术交叉与集成、行业间跨界与整合，综合提升创新研究水平，推动生物农药产业发展。

       重点2：智能驱动原创分子骨架发现。

       整合药效团连接碎片筛选、片段虚拟生长、分子骨架设计等技术，构建快速、智能、精准的绿色农药分子设计技术体系，提升农药活性分子设计的效率。

       重点3：比较基因组学的原创性靶标发现。

       针对农业有害生物，利用生物信息学和人工智能算法等技术，构建关键基因网络、信号通路和必需基因三层次的潜在分子靶标挖掘与验证体系，开展农药原创分子靶标的验证工作。

       重点4：手性农药创制及产业化。

       整合利用手性农药合成技术，构建温和高效的协同催化体系，发展不对称催化、酶催化、微通道反应等新技术；建立手性农药活性分子的绿色高效手性合成技术和低碳生产体系；解析“新手性农药先导发现一高效及清洁制备一手性农药与靶标互作途径”相互关联的研究体系。

       重点5：防控重大病、虫、草害的绿色农药创制。

       加强原创性靶标的研究、探索新作用机制以及推动产业化应用；推进新机制高活性绿色农药的分子设计、产品创制、作用机理研究以及田间应用技术；实现我国农药创制的全创新链构建与重大产品的产业化，保障农业生产的可持续性。

       重点6：农药清洁生产技术创新。

       利用流式化学等技术，开发无害化、安全化和可循环利用的环保新工艺；构建绿色高效的协同催化体系，发展化学催化、仿生催化、微通道反应等农药制备新技术。运用高效突变酶，开发适配性强的底盘细胞，重构目标农药的快速、清洁生物合成途径和工艺路线。

       重点7：RNA生物农药创制及产业化。

       利用人工智能、自动化感知算法等设计基于RNAi的活性成分，建立农业病虫害RNAi靶标基因的智能化筛选系统和小核酸低成本规模化生产和纯化工艺，研制新型环保且稳定高效的dsRNA递送系统。

       重点8：农药制剂纳米化技术创新及应用。

       利用农药制剂纳米化技术将农药有效成分制成纳米级颗粒或是借助于纳米制备技术形成纳米载药体系，以增强药效、提高农药利用率、减少农药用量，减轻对环境的影响。

       重点9：残留效应与环境生态风险评估。

       利用人工智能、替代毒理学等技术，开发农药原位快速检测方法，构建农药残留效应风险、农药残留毒理学评估新模型。研究农药和代谢物对作物、非靶标生物和环境基质的生态毒性效应及其机制，加快形成和发展农药新质生产力。

       重点10：智慧农业与精准植保发展。

       利用物联网、大数据、AI、5G和自动化提升农业生产效率，推进智慧农业和可持续发展；运用分子影像学技术研究作物生理和病虫害，指导精准植保；整合农药行业数据以支持决策、监管、市场和创新，实现科学管理和用药。

       （“农药资讯网”整理自中国工程院院士、贵州大学校长宋宝安在第38届中国植保双交会上的报告“我国绿色农药的创新进展”）