华中师范大学化学学院杨光富教授团队在农药研究和创制领域做出了杰出贡献，他们创建的“绿色农药分子设计的计算化学生物学平台”加速了农药创制进程，服务于全球农药研发工作。团队创制的多个SDHI类杀菌剂、HPPD抑制剂类除草剂正在走向市场化。

        近日，在“第八届除草剂科技大会”上，杨教授介绍了高效除草剂创制研究进展，并重点阐述了团队在HPPD抑制剂领域的重大突破。

华中师范大学化学学院教授杨光富

        目前，除草剂市场基本被6种类型的产品（EPSPS、ALS、ACCase、PS Ⅱ、VLCFA、激素类）所控制，占据了3/4的市场份额。其中，4种类型的产品（EPSPS、ALS、ACCase、PS Ⅱ）都产生了严重的抗药性。

        截止2020年7月29日，全世界已报道514种除草剂抗性杂草类型，涉及262个物种（包括152种双子叶杂草和110种单子叶杂草）。目前已知的除草剂作用机制有26种，杂草对其中的23种作用机制的除草剂产生了抗性，涉及167种除草剂。对除草剂产生抗性的杂草分布在70个国家，涉及92种作物。

        抗性杂草成为制约农业生产的世界性难题，但同时也为除草剂的发展提供了机遇，持续创制出新型超高效除草剂是当前农业生产的迫切需要。因为活性高、杀草谱广，对作物安全性好，抗性风险低（目前仅有4例杂草抗药性报道），结构多样性广等特点，HPPD抑制剂类除草剂成为全球研发的热点。

        2018年，HPPD抑制剂类除草剂的销售额为17.06亿美元，在除草剂市场发挥领涨作用。目前上市的产品主要包括：三酮类化合物硝磺草酮、环磺酮、双环磺草酮、呋喃磺草酮、磺草酮、氟吡草酮；吡唑酮类化合物苯唑草酮、磺酰草吡唑（pyrasulfotole）、吡草酮、吡唑特、苄草唑、tolpyralate；异噁唑酮类化合物异噁唑草酮等。

        杨教授率领团队借助“绿色农药分子设计的计算化学生物学平台”，建立了HPPD靶标组体外构建及结构生物学研究子平台，完成了拟南芥、人、大鼠、玉米、荧光假单胞菌、水稻、小麦、高粱、鲑鱼和小麦叶枯病菌等14个种属HPPD的构建，对野生型及突变体HPPD的酶学性质、抑制动力学及结构生物学开展了系统研究，为设计高选择性除草剂奠定了基础。

        通过研究，团队解析了许多HPPD及其与小分子复合物的晶体结构以及天然底物HPPA与AtHPPD复合物的晶体结构；提出了基于靶标结构的分子设计策略：靶向Glu293的构象变化；创制了基于喹唑啉二酮类全新骨架的除草剂：喹草酮、甲基喹草酮、吡唑喹草酯等。其中，喹草酮为高粱专用选择性超高效除草剂。

        据杨教授介绍，高粱是世界上第五大谷类作物，仅次于玉米、小麦、水稻和大麦，种植面积约6亿亩，我国高粱种植面积约1,100万亩。

        喹草酮高效广谱，在5～10克/亩的剂量下，对多种阔叶杂草及禾本科杂草均表现出高效除草活性，尤其对狗尾草和野糜子表现出优异防效；其速效性好，对高粱表现出高度安全性；对玉米、小麦和甘蔗也安全；而且具有优异的毒理学性质和环境相容性。

        2016年，喹草酮转让给山东先达进行产业化开发，正式启动该产品的登记工作，完成了大量登记试验及田间示范。2016—2019年累计示范点超过1,500个，成功摸索出一套针对不同区域高粱田的喹草酮田间应用技术，得到了权威专家及当地农户的高度认可。

        专家认为，喹草酮的发现，在全球范围内首次实现了HPPD抑制剂类除草剂应用于高粱田防除单双子叶杂草，解决了野糜子、虎尾草等高粱田恶性杂草防控的技术问题。

        杨教授预计，2021年初喹草酮有望在我国获得正式登记。喹草酮的推出将可以解决高粱田全生育期杂草防控技术难题，减少施用除草剂1次，减少除草剂有效成分用量50%以上，为高粱产业和白酒等相关产业的高质量发展提供关键技术支撑。