我国绿色农药研究现状及发展建议

农业是我国国民经济的基础，农药是保障农业生产的重要生产资料，也是一个需要科学使用和特定管理的特殊生产资料。农药广泛应用于农业、林业、卫生等多个领域的有害生物控制，是现代农业发展的重要物质支撑，其作用和地位突出。我国现已逐步形成了较为完整的农药工业体系，并发展成为全球最大的农药生产国和出口国。全球市场约有70%的农药原药在中国生产。据国家统计局统计，2022年我国农药产量249.7万吨（折百），对外出口240万吨（实物量），同比增长30%，对外出口比例高达85%，贸易总额约为220亿美元，同比增长30%以上。

党的十八大以来，党中央国务院高度重视农业的绿色发展，绿色农业也成为我国农业现代化发展的导向。然而，我国农业面源污染和生态退化的趋势尚未有效遏制，绿色优质农产品和生态产品供给还不能满足人民群众日益增长的需求。其中，农作物病虫害防治过程中过度使用化学农药所导致的病虫害抗药性增加、农药残留超标、环境污染严重等问题仍然严峻。因此，我国亟待创制绿色农药、发展农作物病虫害绿色防控技术，保护我国粮食安全和农产品质量，保障人民健康和生态安全，助力质量兴农、绿色兴农及农业的可持续发展。

1.农药在我国国民经济中的重要性和特殊地位

（1）农药在有效防控病虫等生物灾害、保障粮食安全等方面不可替代。我国人多地少水资源短缺，耕地利用强度大，农作物复种指数高，病虫草害多发、重发、频发。据全国农业技术推广服务中心调查，在我国农作物上常年发生的有害生物高达1700多种，其中有100种造成了严重危害，特别是小麦赤霉病、马铃薯晚疫病、稻飞虱、草地贪夜蛾等重大迁飞性、流行性病虫害此起彼伏，严重威胁着粮食安全。使用化学农药防治病虫草害在农业生产中的作用和地位至今仍然无法替代，即使是现代生物育种技术（包括转基因技术）也离不开农药的使用，仅可优势互补，相互协同。新中国成立前农药十分缺乏，病虫草害发生严重，农业歉收的教训十分深刻。据联合国粮农组织测算，使用农药平均每年可挽回30%~40%的粮食损失，我国农药的发展对保障粮食安全做出了重要贡献。据全国农业技术推广服务中心统计，我国农作物重大病虫害平均防治面积近5年来达80亿亩次，每年可挽回粮食损失2000亿斤左右，约占粮食总产量的1/6。随着病虫草害的专业化防治大面积推广，以及农业的机械化、规模化发展，农药在农业中的地位更加突出。同时，农药在保障果蔬等农产品生产和林业、草业、卫生等病虫害防控方面也发挥着重要作用。

（2）农药的安全使用对控制农残污染、保障农产品质量安全至关重要。我国是一个人口大国，粮食安全面临着巨大的挑战和压力，化学农药成为保障粮食安全不可或缺的基本生产资料，为农业高质量发展做出了不可磨灭的贡献。作为一个科技产品，农药在实现粮食稳产增产中发挥着巨大作用，但它也是一把双刃剑：安全科学使用能够有效提高粮食产量，保障粮食安全；使用不当则会造成农药残留超标和环境污染等负面问题，影响农产品质量安全。比如，曾经引发社会广泛关注的“毒豇豆”“毒西瓜”“毒韭菜”等问题事件都是因违规使用农药导致残留严重超标造成的。近年来，在实施一系列措施后，包括禁限用高毒农药、推进科学用药、完善农残标准体系等，农残污染得到了有效控制。近几年的农残例行监测结果显示，蔬菜、水果、茶叶的农药残留合格率都超过97%。这充分说明，农药可以被管好用好，而且管好用好农药事关农产品质量安全和舌尖上的安全。

（3）农药在化工产业链中具有特殊的地位，是国民经济的重要组成部分。我国农药工业起始于20世纪50年代初期，当时农药供给不足，需要依赖进口。经过70多年的发展，目前我国已发展成为全球第一大农药生产国和出口国，建成了从农药创制、原药生产到制剂加工等一系列完整的农药产业体系，可生产700多种农药有效成分，年产量200多万吨（折百）。近5年来，我国平均每年有占农药产量70%的产品出口到全球，年均出口额达80亿美元。据统计，2024年我国农药出口突破200万吨，达205万吨，同比增长32%。总之，农药产业是国民经济的重要组成部分，其发展对保障农产品质量安全、国家粮食安全、生态环境安全和公共卫生健康安全均具有重要的作用。

2.农药产业发展现状

农药需求刚性，提高农作物产量，保障人类需求，其市场规模持续增长。根据Phillips McDougall（注：现为标普全球大宗商品洞察，S&P Global Commodity Insights）统计，2022年全球农药销售额达877亿美元，同比增长9.2%，其中，作物用农药市场规模787.15亿美元，同比增长9.9%，占比接近九成。除草剂市场为371.50亿美元，占比47.20%，同比增长13.9%；杀虫剂市场为196.55亿美元，占比24.97%，同比增长6.3%；杀菌剂市场为196.46亿美元，占比24.96%，同比增长7.4%。2022年全球主要作物用农药消费市场为亚太（250.82亿美元，31.86%）、拉美（220.69亿美元，28.04%）、欧洲（157.15亿美元，19.96%）。巴西依然是全球第一大农药市场，其次是美国、中国、日本和印度，TOP10国家占据总市场的70.28%。未来5年消费复合增速较快的国家主要是阿根廷（4.9%）、巴西（4.2%）、墨西哥（4.2%）、加拿大（3.5%）、西班牙（3%）、中国（2.8%）。据Phillips McDougall统计，2018年，有6家公司在全球农药市场份额超过5%，分别为拜耳（20.3%）、先正达（18.1%）、巴斯夫（12.2%）、科迪华（10.9%）、富美实（7.4%）、安道麦（6.3%），CR6市占率为75.2%，CR10市占率高达91.5%。2019年，拜耳（18%）、先正达（17%）、巴斯夫（11%）、科迪华（10%）四大巨头共占据了全球56%的农药市场份额（销售额口径）。2013年、2017年、2018年、2019年CR10分别为76.2%，84.8%，91.5%，94.1%，不到10%的主要企业瓜分全球90%以上的市场和利润。

我国农药产业起步较晚，但发展迅速，产量从1983年的33万吨上升至2014-2016年的370万吨以上，成为全球第一大农药生产国。2021年，在全球领先的50家农药公司中，中国公司就占据27席，超过半数。据中国农药工业协会统计，截至2022年底，我国处于有效登记状态的农药有效成分达751个，产品44811个，其中大田用农药41935个，卫生用农药2876个，与2021年同比增加了0.47%。自2017年修订的《农药管理条例》发布实施以来，受环保督察和企业限产等影响，我国农药产量呈下滑态势，由2016年的377.8万吨下降至2022年的249.7万吨（国家统计局数据）。2018年农药原药产量208.3万吨，同比-29.3%（统计局-9.5%）；2019年1-5月份产量86.6万吨，同比-21.9%，持续下滑。2018年农药原药对外出口149万吨，同比-8.6%，对外出口比例71.5%；2022年农药原药对外出口240万吨（实物量），同比增长30%，对外出口比例高达85%。农药“四巨头”每年在中国采购15万吨左右的农药，九成以上为原药。

随着居民温饱问题的解决和生活质量的提高，人们开始追求吃得营养、吃得健康，这促进了农业的绿色高质量发展和优质农药的使用。一方面，在有机、绿色、地理标志等优质农产品生产中需要优质农药；另外，随着农业生产规模和新型经营主体的不断发展，也需要能满足多元化需求的优质农药。中国海关数据显示，2016-2021年中国农药进口数量总体呈上升趋势，其中2020年农药进口共计3.03万吨（折百），说明我国对于高价优质进口农药的需求一直稳定。

目前，我国农药产业仍面临着大而不强，生产布局不合理，产业聚集度低的问题，突出表现在“三多”：一是企业数量多。目前我国农药企业达1700多家，企业多小散的特点明显。根据中国农药工业协会统计，2023年全国农药销售百强企业入围门槛为6.62亿元，其中有77家企业的销售额超过10亿元。二是老旧品种多。目前生产、使用超过15年的老旧农药产量占农药总产量的80%以上，占农药品种的70%左右。很多农药在多年的使用中产生了严重的有害生物抗性问题，导致药效降低和用药量增加，也加大了残留和环境等安全风险。三是同质化产品多，平均1个农药有效成分就有60多个产品登记，90%是仿制国外专利过期的产品，而我国自主创新的产品不多（约50多个）。由此可见，全面推进农药产业转型升级和高质量发展的任务重、难度大。

3.绿色农药创制的研究进展

（1）绿色农药创制和应用情况。人们生活水平的提高和对美好生活与良好生态环境的向往，对农药的发展提出了新要求，绿色农药应运而生。自2015年起，农业农村部按照党中央部署，大力推进质量兴农、绿色兴农，深入开展农药使用量零增长行动，推进农药减量增效，近年来取得了可喜的成效，农药用量连年负增长。然而，我国农药的使用量仍然可观。据联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）数据显示，2021年我国农业用农药量24.48万吨（折百），其中，杀虫剂6.61万吨、杀菌剂6.41万吨、除草剂10.15万吨、杀鼠剂不足0.01万吨。农药的发展与农业的绿色发展密切相关，这对我们推动农药绿色发展，践行新发展理念提出了更高要求。绿色农药已成为现代农业生产和农业经济发展中不可或缺的重要组成部分，是关系粮食安全、生态安全的重大战略物资，在防治各种农作物病虫害，保障农产品产量和质量安全方面具有不可忽视的作用。创制高效、低毒、环境友好型绿色农药是推进绿色兴农、农药减量增效的必由之路。

2002年9月初，以“绿色农药的分子设计及化学生物学”为主题的第188次香山科学会议在北京举行，与会者讨论了绿色农药研发的未来趋势和挑战，提出了“绿色农药”概念，即对环境友好、高效安全的化学农药和生物农药，并鼓励科学家开始绿色农药创新。结合“绿色化学”和“绿色工程”的定义，提出了“绿色农药”的定义：①高活性。用量低，对靶标具有超高活性。②强选择性。对有益生物低毒或无毒性。③低风险。不影响正在生长的植物或农作物。④无残留。易降解为无毒物质，农产品或环境中无残留。⑤清洁生产。起始原料无毒且在生产过程中不产生废物。

一直以来，以拜耳、先正达、巴斯夫、科迪华等领衔的跨国集团通过兼并重组，不断强化其在全球农药产业的垄断效应和领先地位，凭借技术、资金、市场三方面的优势积累，引领着全球绿色农药创制的前沿，在农药创制方面不断取得新的进展和突破。近20年来，国际上针对20个靶标开发了56种绿色农药，其中不少品种都具有性能优异和生态安全的特性，可作为长远储备农药。近期上市的20多个绿色农药中，虽然大多数品种仍以传统的作用靶标和作用位点为主，但也出现了不少作用机制新颖的农药或者新靶标农药，如双丙环虫酯（作用于香草酸瞬时受体通道复合物）、双清茉莉酸酮酯（作用于茉莉酸受体）、氟噻唑吡乙酮（作用于氧化固醇结合蛋白）等。

近20年来，我国科学家在国家自然科学基金委员会、农业农村部和科学技术部等相关部门的大力支持下，以作物健康为中心，绿色发展和农药减量为前提，围绕农作物重大病虫草害，先后创制并登记了50余个绿色农药和生物农药，并结合我国病虫草害的发生特点构建了一套有效的应用体系。如在杀菌剂和抗病毒剂创制方面，我国开展以超高效、调控和免疫为特征的分子靶标导向的新型杀菌剂和抗病毒剂创新研究；针对水稻、蔬菜和烟草等主要农作物上的病害，建立基于分子靶标的筛选模型，开展杀菌剂和抗病毒剂作用靶标及反应机理研究，提出了基于杀菌剂和抗病毒剂靶标发现先导的新思路，创制出毒氟磷、丁吡吗啉、氟唑活化酯、丁香菌酯、氰烯菌酯、氟苄噁唑砜等几十个具有自主知识产权的绿色新农药，对我国绿色农药的创新研究起到了巨大的推动作用；在杀虫剂与杀线虫剂创制方面，以高活性、易降解、低残留及对非靶标生物和环境友好为导向，并在产品、技术和理论创新上取得了系列进展，创制出环氧虫啶、戊吡虫胍、环氧虫啉、丁烯氟虫腈、氯氟氰虫酰胺等新型农药；在除草剂创制方面，基于活性小分子与作用靶标相互作用，创建了研究农药生物合理设计创新研究体系，形成了具有自身特色的新农药创制体系，并构建了杂草对药剂的抗性机制及反抗性农药分子设计模型，创制出喹草酮、三唑磺草酮、环吡氟草酮等新农药；在有害生物抗药性研究方面，重要害虫的抗性基础理论、抗性监测与治理研究等方面成果显著，杀菌剂的作用靶标、病原菌抗性分子机制研究取得突破性进展，现代选择性杀菌剂抗性问题进行持续研究。

生物技术发展日新月异，国际竞争激烈，RNA干扰（RNA interference，RNAi）等新型生物农药不断涌现，生物农药的研发和应用得到了迅速发展，并成为农业绿色发展的重要技术保障。欧美发达国家对生物农药的研制与应用十分重视，各大跨国企业也在不断加大生物农药的研发力度。2017年，美国国家环保局审批登记了2026个农药，其中生物农药占8%。据Phillips McDougall统计，2020年，全球生物农药市场价值约为50亿美元，预计2020-2025年全球生物农药市场将以约10%的复合年增长率增长。近年来，随着基因编辑、结构生物学、合成生物学、化学生物学等生物技术的发展，及其在农药创新领域中的应用不断渗透，全新机制的生物农药不断涌现，如RNA干扰、免疫激活蛋白等。孟山都公司开发了防治玉米病虫害的RNA喷剂农药BioDirect，该药剂能够阻止病原生物或害虫基因表达；昆士兰大学开发出提高抗病毒能力的RNA喷雾农药BioClay（LDH-dsRNA），该药剂能够修饰植物的基因表达。此外，通过激活植物的免疫系统来调节植物新陈代谢并增强植物抗病和抗逆能力，开发出一系列的免疫诱抗剂，例如，苯并噻二唑（BTH）、昆布素（laminarin）等十几个生物农药的上市使用，有效减少了常规农药的使用。在我国生物农药的研究应用方面，实现了脱落酸、井冈霉素等生物农药和毒氟磷、氨基寡糖、芸苔素内酯等在内的植物免疫诱抗剂的产业化，赤霉素、印楝素、阿维菌素、苏云金杆菌（Bt）、苦皮藤素等几十个生物农药产品也获得了广泛应用，为控制农作物病害提供了绿色发展的新途径。

农药产业的持续创新和健康发展，农药的高效化使用，是实现我国农业可持续发展和生态环境安全的重要保障，也是推动我国现代农业绿色可持续发展的战略武器。因此，解决农药产业在创新、发展以及高效化利用过程中的“卡脖子”技术，破解其中的关键难题，对推动我国现代农业和农药产业的绿色高质量可持续发展以及产业转型升级更是具有重大战略意义。

（2）绿色农药分子设计学研究进展。绿色农药创制是一项十分复杂的、多学科交叉集成的系统工程，具有投资大、周期长、风险高的特点，创制一个绿色农药新品种需要合成筛选约16万个化合物，耗资2.86亿美元，从首次合成到正式上市平均历时11.3年。传统的随机筛选方法以其低效率及耗费巨资的弊端而无法适应当前新农药创制的需要。发展高效的农药分子设计方法，在系统研究农药作用靶标与有机小分子之间选择性相互作用规律的基础上，通过生物合成途径发现农药活性分子已经成为当前农药创制研究的最有效手段，也是国际上农药研究的前沿和热点领域。

高效性是农药分子实现绿色化的前提，只有当农药分子对作用靶标具有高效生物活性时，才有可能在实际应用中降低农药的使用量。因此，发展有效的分子设计方法来提高农药分子的生物活性强度一直是农药分子设计学家面临的一个重要挑战。根据受体学说，只有当农药分子的活性构象与靶标结合腔的空间构象处于完全匹配的时候，农药分子才能发挥最大的生物活性强度。然而，靶标结合腔中部分氨基酸侧链的构象是刚性的，部分是柔性的。因此，优化农药分子与靶标结合腔中构象柔性残基间的相互作用是提高农药分子生物活性的有效途径。为此，赵培亮等人提出了“构象柔性度分析（conformational flexibility analysis，CFA）”的分子设计方法，通过优化小分子与细胞色素bc1复合物活性腔中构象柔性残基Phe274之间的π-π相互作用，成功设计得到了一种活性达到亚纳摩尔级别（Ki=0.57nmol/L）的新型抑制剂分子，与商品化抑制剂嘧菌酯（azoxystrobin，AZ）相比，活性提高了522倍。

近年来，基于碎片的药物设计（fragment-based drug discovery，FBDD）发展迅速，成为当前最为有效且最受欢迎的分子设计方法之一，也是药物分子设计的前沿和热点。然而，FBDD方法必须依赖于生物物理技术（如NMR、X-Ray、SPR、ITC、MS等）对碎片进行筛选。这些生物物理技术不仅需要昂贵的仪器设备，而且还对实验技术要求很高，很难开展高通量筛选，大范围推广也很受局限。此外，利用生物物理方法进行碎片筛选还需要使用大量的高纯度蛋白质，这对于一些难以纯化的蛋白质（如膜蛋白）而言几乎是不可能的。正是由于这些原因，FBDD方法在实际应用过程受到很大局限，目前只是在激酶抑制剂的设计中得到成功应用，对于复杂蛋白质尤其膜蛋白还没有成功应用的实例报道。考虑到药效团是药物分子发挥生物活性的核心，而且作用于同一靶标蛋白的药物分子往往具有相似的药效团。为此，郝格非等人将基于碎片的药物发现与药效团方法进行有机结合，发展了药效团连接碎片虚拟筛选（pharmacophore-linked fragment virtual scre-ening，PFVS）的分子设计新方法。将该方法应用于细胞色素bc1复合物体系，成功设计得到了迄今为止活性最高的细胞色素bc1复合物的Qo位点抑制剂（Ki=43~83pmol/L），与母体化合物相比，活性提高了4个数量级。

近年来，有害生物的抗药性发展极为迅速，因为抗性而导致病虫草害暴发的事件频繁发生，并已成为制约当前农药工业可持续发展的关键。因此，开展反抗性农药分子设计既是一项具有重大现实意义的研究课题，也是当前农药化学家所面临的一个巨大挑战。最近，戢凤琴等人在深入理解不同结构类型的除草剂分子与野生型及突变型乙酰羟酸合成酶（acetohydroxy acid synthase，AHAS）相互作用分子机制的基础上，发现AHAS突变前后除草剂分子在结合腔内的构象柔性度与其反抗性能力之间表现出一定的相关性。为此，他们将CFA的分子设计方法应用到反抗性农药分子的设计中，成功设计得到了1种对野生型和W586L突变型AHAS具有同样高水平抑制活性的2-苯氧基-1，2，4-三唑并[1，5-c]嘧啶类反抗性先导。通过进一步结构优化，发现多个在超低剂量（6.25mg/亩）下对敏感和抗性杂草均表现超高效除草活性的新化合物，而商品化对照药对抗性杂草基本无活性。需要指出的是，W586L型AHAS突变体是迄今为止最严重的抗性突变体，对所有商品化AHAS抑制型除草剂至少产生10倍以上的抗性。以上研究是国际上有关反抗性农药分子设计的首例报道，对于农药创制基础研究具有重要的理论和实际意义。

出于对农药抗性频发以及农药安全性的考虑，农药分子设计过程中综合考虑抗性和选择性成为一种必然趋势。在目前已知的各种抗性机制中，靶标抗性是最重要的一种类型，尤其是因靶标突变而导致的抗性危害最为严重。这是因为一旦发生靶标突变，往往容易导致交互抗性的发生。因此，开展靶标抗性预测方法研究对农药分子设计方法学具有重要的理论与实际意义。甘氨酸扫描技术（computational alanine scanning，CAS）是一种普遍使用的研究蛋白质相互作用以及小分子与蛋白质相互作用的计算化学技术。该方法存在两点局限：一是它仅限于突变为甘氨酸的情况；二是该方法在计算相互作用能时不能考虑熵变对自由能的贡献，从而使得计算精度在很多情况下不能达到要求，无法实现精确预测。为此，郝格非等人基于自由能微扰理论，建立和发展了计算突变扫描方法（computational mutation scanning，CMS），该方法可以实现20种天然氨基酸之间的任意突变，并在HIV-1病毒蛋白酶抑制剂的抗性预测中进行了应用，结果发现，理论预测值与实验值之间表现出高度相关（R2=0.87），可以满足抗性预测的需要。除用于靶标抗性预测外，CMS方法还可以用于农药靶标的作用机制以及农药分子与农药靶标相互作用的分子机制等研究。最近，席真研究组另辟蹊径，创建了针对生物大分子氨基酸突变的定量结构-活性关系研究方法（mutation-dependent biomacromolecular quantitative structure-activity relationship，MB-QSAR），并成功预测了重要农药靶标AHAS酶及85个突变体对商品化除草剂氯嘧磺隆、双草醚的抗性程度。该方法的建立为农药的分子靶标抗性提供了定量的预测方法，也为反抗性药物设计提供了重要参考。

Lipinski建立的“类药性五规则”在药物设计中起到了重要指导作用，也使得类药性研究在药物发现过程中受到越来越多的重视。但是，与类药性研究相比，类农药性研究显得相对滞后。从给药方式、作用对象以及使用环境等角度上讲，农药与医药都有着很大的差别，因此农药与医药分子在ADMET性质上应该表现出较大差异。郝格非等人对788个商品化农药分子的6种物理化学性质[分子量（molecular weight，MW）、脂水分配系数（calculated octanol-water partition coefficient，CLogP）、氢键供体数目（hydrogen bond acceptor，HBA）、氢键给体数目（hydrogen-bond donor，HBD）、可旋转键数目（rotatable bond，ROB）以及芳香键数目（aromatic bond，ARB）]进行了系统分析，并总结提出了类农药性的新规则（MW＜435 D、CLogP＜6、HBA＜6、HBD＜2、ROB＜9、ARB＜17）。值得注意的是，以上性质在除草剂、杀菌剂和杀虫剂中表现出不同的规律，并且随着农药研发年代的变化，以上性质也表现出一定的变化规律。与类药性相比，光稳定性对类农药性的影响更为明显，这对于今后开展类农药性的相关研究很有意义。

针对绿色农药品种原始创新的重大科技难题，沈阳中化农药化工研发有限公司刘长令经过20多年的探索、实践与研究，在市场分析和逆合成分析基础上创建了“中间体衍生化法”这一新的绿色农药分子设计和品种创制方法。从市场角度分析，该方法认为市场占有率很高的新农药必须具有独占市场的专利权和高性价比优势，这些都是由农药的化学结构决定的。从化学角度分析，农药多属于相对分子质量在150~500之间的小分子，逆合成分析发现，不同品种的农药通常是由一个或几个原料（中间体）经化学反应得到，因此选择适宜的原料或中间体是关键。基于片段的药物设计认为，药物分子结构中的每一个片段都在与靶标结合过程中发挥着自身的作用，因此通过不同的连接方法，将两个或者两个以上的片段进行组合，可以得到高活性的分子。这也说明组成药物分子的片段很重要，同样与原料与反应有关。例如，以天然产物肉桂酸衍生物杀菌剂烯酰吗啉为先导化合物，以对氟苯甲酸为中间体，对先导化合物进行结构改造，引入氟原子，通过结构活性关系研究，创制出环境相容性好，对霜霉病、晚疫病等毁灭性气传病害具有很好预防及治疗活性的氟吗啉（英文通用名称flumorph），并实现产业化应用，解决了该类杀菌剂治疗活性差的重大缺陷，极大提高其防效。

杨光富带领的研究团队集成了现代有机合成技术、现代分子生物学技术、计算模拟技术以及人工智能技术，发展了一系列农药分子设计新方法及相应的在线服务器和数据库（包括ACFIS、AIMMS、AILDE、PIIMS、HISNAPI、ACID、LARMD、PADFrag、Cloud 3D-QSAR、BeeTox等），构建了较为完善的绿色农药分子设计技术平台，为深入理解农药作用靶标组与农药活性小分子间的相互作用机制奠定了技术基础。该技术平台涵盖了作用靶标发现、苗头化合物产生、从苗头到先导、先导优化、类农药性分析、抗药性预测、毒理学性质预测等多个研究环节，显著提高了新农药创制效率。例如，ACFIS是国际上第一个运用“药效团连接碎片虚拟筛选”方法进行碎片筛选的云计算平台，评测的准确性在75%以上；AIMMS服务器可以在蛋白-小分子的互作界面上搜索热点残基，并预测蛋白突变对小分子的抗性，准确性在83%以上；BeeTox是首个基于人工智能，运用深度图卷积神经网络和主成分分析方法预测蜜蜂毒性和机理的云计算平台，测试的预测准确性为83%。此外，还发展了一系列分子成药性预测方法，如杀虫剂类药性预测方法InsectiPAD、杀菌剂类药性预测方法FungiPAD和除草剂类药性预测方法HerbiPAD等。

杨光富团队还以对羟苯基丙酮酸双加氧酶（4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase，HPPD）为靶标，采用基于碎片的药物设计，发现了喹唑啉二酮类全新骨架的HPPD抑制剂，成功创制出全球第一个高粱地选择性除草剂喹草酮（ISO通用名：benquitrione；2020年获得登记），并解析了其与HPPD的共晶结构，破解了杂草防控这一长期制约高粱产业发展的关键技术瓶颈。结合水稻代谢除草剂机制研究和前药设计理论，针对喹唑啉二酮类分子骨架开展结构优化，成功创制出防控稻田抗性千金子和稗草的超高效除草剂吡唑喹草酯，为解决我国稻田抗性千金子和抗性稗草防控难题提供了新的解决方案。此外，采用基于结构的农药设计方法，设计了一系列吡唑异吲哚-1，3-二酮杂合物，其中化合物4ae对HPPD的抑制活性（Ki=3.92nmol/L）较上市农药磺酰草吡唑（Ki=44nmol/L）提高了10倍以上。这些结果表明，利用计算化学、蛋白质晶体学和合成化学相结合的方法开展基于靶标的农药合理设计具有十分重要的应用前景。

钱旭红院士团队还开发了基于Web的农药与靶标相互作用数据库平台Pesticide-Target interaction database（PTID）。该平台收集了13740个农药与4240个蛋白质之间的相互作用数据，以及1340个农药完整的生态毒理学和毒理学数据，是一个可识别农药目标并设计新型农药的计算平台。南开大学席真团队提出了一种基于突变的生物大分子定量结构-活性关系方法，该方法可以定量预测生物体内存在的其他结构的突变化学抗性和选择性，可以为农药设计提供详细的3D信息，为酶的结构-功能关系提供了新的见解。

Blundell团队针对玉米螟β-N-乙酰基-D-己糖胺酶（OfHex1），通过结构导向的计算杀虫剂挖掘，以确定可以结合OfHex1活性位点并抑制酶活性的潜在抑制剂，开发环境友好型杀虫剂。使用Schrodinger Suite-2022-3中的Glide和虚拟筛选工作流（virtual screening workflow，VSW）进行虚拟筛选，对OfHex1及其在人和赤眼蜂的同系物进行晶体结构分析，最终从20313种已报道的化合物中筛选到5种化合物与OfHex1 TMX活性位点结合，MD模拟和综合农药相似性分析表明其具有成为杀虫剂的可能。3-羟基犬尿氨酸转氨酶（3-hydroxykynurenine transaminase，HKT）是蚊子犬尿氨酸解毒途径的关键酶，催化3-羟基犬尿氨酸（3-hydroxykynurenine，3-HK）转化为黄脲酸（xanthurenic acid，XA），4-（2-氨基苯基）-4-氧代丁酸（4-（2-aminophenyl）-4-oxobutyric acid，4-OB）是HKT的竞争性抑制剂。Soares团队发现，4-OB抑制剂和1，2，4-噁二唑衍生物之间具有惊人的结构相似性，随后证明噁二唑衍生物对HKT具有与4-OB相似的结合模式及等效亲和力，HKT可作为1，2，4-噁二唑衍生物的潜在靶标。通过合成新的噁二唑衍生物，最终筛选到3种噁二唑衍生物可作为HKT非竞争性抑制剂。

天然产物是农药先导化合物的重要来源之一，目前农药市场中大量的商品化农药直接或间接来自于天然产物，如拟除虫菊酯类杀虫剂、伊维菌素、多杀霉素等。西北农林科技大学吴文君教授团队基于杀虫植物苦皮藤开发了一种新型杀虫产品，其活性成分对鳞翅目昆虫具有高活性，并作用于新型靶标V-ATPase。东北农业大学向文胜课题组使用中药重楼的植物内生放线菌NEAU6发酵产生的核苷类化合物创制出新型植物生长调节剂谷维菌素，谷维菌素能促进水稻出苗和根系生长提高水稻的抗病性、抗逆性和对灰飞虱的抗虫活性。同时该团队建立了谷维菌素的生产工艺、剂型和施用方法，其中94%谷维菌素原药和1%种子处理液剂于2021年获得登记证。山东农业大学丁新华团队基于野生沙棘内生菌宛氏拟青霉菌发酵的次生代谢产物开发了新型植物生长调节剂智能聪（ZNC），其具有促进植物生长，增强抗病能力和诱导植物抗旱、抗低温、抗盐碱的能力。在天然产物发现新技术方面，中国科学院上海有机化学研究所周佳海研究组联合国外研究机构，运用以抗性基因为导向的基因组挖掘技术成功发现了作用于植物支链氨基酸合成途径中的二羟酸脱水酶的新型天然产物除草剂aspterric acid。

近年来，随着高性能计算、大数据以及人工智能等新兴前沿技术在农药创制中的应用，新农药的创制迎来了新的发展阶段。我国创建了多种虚拟筛选平台，提出了农药的创制新思路，绿色农药创制研究也快速发展，先后创制了多个绿色农药新品种，我国农药原始创新能力不断提升。但与国外农药创制相比仍有差距，主要表现在缺乏全新作用机制和全新分子骨架的农药新品种，这将在很大程度上制约我国的新农药创制。

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