1生物学研究在新农药创制及应用中的作用-南京农业大学-周明国

• 化学家主导
合成技术/路线、加工技术
（异构体、收率、含量、杂质、三废控制，加工及 制剂技术等）
• 生物学家和环境毒理学家辅助 毒力、药效、急慢性毒性等验证
无知识产权、技术含量和附加值低、面临淘汰
3、生物学在农药创制中的作用 • 化学家主导 分子修饰、合成技术/路线、制剂加工技术 • 生物学家和环境毒理学家辅助 毒力、药效、安全性、抗性风险、急慢性毒性、
提供相对毒力指数等参数，建议研发方向， 反馈毒力基团及辅助基团的修饰意见等
2、农药活性的温室评价
• 控制条件下的毒力/药效（影响药效的剂型和环境 条件） • 作用方式（保护/治疗、胃毒/触杀 ……） • 生物体内外行为（渗透、跨层/短/长距离传导及方 向、沉积与滞留、体内外代谢、耐雨水及光照） • 抗性风险（变异率/选择压、抗药水平及适合度）
2、农业现代化加重有害生物的发生与危害
• 生物危害是其与寄主作物及环境互作的结果
• 工业化、城镇化及人们对食品质量要求提高，遗 传一致的作物品种规模化和商品化生产 • 从事农业的人口和农田越来越少，机械化、轻简 化生产的高产农田小气候利于生物灾害 • 全球气候变暖等生态条件，越来越有利于病虫草 害的发生和突发性流行危害
转基因作物抗性。转基因作物对繁殖率高、变异快、 遗传简单的病原物防控难以具有实际价值
转基因作物难以成为有害生物控制的主导技术
• 生物农药无法取代化学农药 生物农药限于少数微生物和植物源农药及芽孢杆菌 存在稳定性差、见效慢、效果低、质量标准难以 控制、资源限制、毒性和抗性等固有缺陷 抗生素残留对人们健康存在威胁，并可导致人类致 病菌的交互抗药性
生物学研究 在新农药创制及应用中的作用
周明国
南京农业大学植保学院
（2012.10.24 南宁）
• 植保和农药的作用
• 未来农业对农药的需求分析
• 生物学在农药研发中的作用
• 农药研发中的主要生物学研究
一、植保和农药的作用
原始社会：人类采拾野果和捕猎取食
无需植物保护和农药
农业社会：种植和养殖满足温饱需求 需要植保和农药保产 工业社会：高效农业满足衣食和健康需求 需要植保和农药提高产量和品质 无视产量和质量的植保理论与技术是荒谬的！
传统的植保和农药难以满足现代农业需求！
3、其他技术无法替代农药应对突发性生物灾害
• 生态控制无法解决病虫害的突发性危害
生态在生产水平较低的传统农业病虫害流行控制中具有重要 作用 规模化、集约化、轻型化生产和高产栽培技术的现代农业， 有害生物生态控制的作用越来越小
季节性农业面对变异的有害生物，不可能临时更换 适合当地生态环境的作物或改变耕作方式，
反馈剂型改良意见，为推广应用提供技术支持
谢 请谢
指 正 ！
• 应用技术（施用途径和方法、剂量、时期、间隔期、 安全性等）
提供根浓度系数、蒸腾流浓度系数、输导商 等参数，建议使用方法和分子修饰意见
3、田间药效评价
药效试验（剂量、时期、间隔期等使用技术，喷施水 量和质量、配制水质和环境条件等对药效的影响）
安全性（不同品种、生长期及环境条件下的安全性）
混用技术（扩大防治谱/省工混用技术，增效/减量混 用技术，改善药剂分布或持效期的混用技术，可桶混 的农药和肥料及混用顺序等） 对产量和品质的影响（增产和改善品质） 抗性监测（敏感性基线、监测方法/规程） 抗药性治理（降低有害生物压力和药剂选择压力）
长期使用链霉素会出现广谱抗性的超级细菌
生物农药暗中掺入化学农药，导致化学农药盲目使 用，出现安全风险和商业纠纷，扰乱农药管理秩序
生物农药无法担当控制农业有害生物的主角
• 唯有化学农药可以应急防控突发性有害生物
病虫草鼠，尤以个体小、变异快、繁殖量大、迁移 远的有害生物常常造成突发性流行危害
扑灭突如其来的作物病虫害，只有利用可以快速提 供的高效防控武器，才能破坏有害生物与作物及环 境之间形成的流行危害互作关系
残留等评价/比较
活性低，与已有药剂交互抗性，市场份额小
4、生物学在农药创新中的作用
化学家、生物学家、环境毒理学家协同创新
创新是推动农药不断发展的动力，是农药适应社会 要求赖以长期生存的灵魂 知识丰富的生物学家与化学家全程参与，在证明有 应用价值后，环境毒理学家参与评价 研发投入占销售额的7%~10%，人力、物力、财力 投入各1/3
残留监测及允许残留量、非靶标毒性、 在靶标及作物体内外的代谢与归宿等
四、农药研发中的主要生物学研究
• 农药必须具有低毒、低残留、环境和生态安全要 求的环境毒理学特征 • 农药必须具有高效、持效、在植物体内外保持良 好行为、促进作物健康生长、改善农产品品质等 的生物学特征 • 分子结构及其制剂的理化性能与生物学性能的相 互关系（与靶标生物、与寄主植物、与环境条件 的互作关系）
提供生物学信息，优化分子结构和加工技术
1、农药活性的室内测定
• 分子靶标：构建高通量分子筛选模型 • 活性筛选：病虫草靶标筛选（符合市场需求） • 选择性测定：抗生谱及对其他生物的安全性
• 毒力测定：化合物固有性质，农药评价的基本参数
• 毒力测定方法：符合化合物和靶标生物特点 • ·· ·· 源自·二、未来农业对农药的需求
• 农业有害生物的客观性和多样性
• 农业现代化加重有害生物的发生与危害
• 其他技术无法替代农药应对突发性生物灾害
1、农业有害生物的客观性、多样性
• 农业病虫草鼠螨等与作物并存和共同进化，任何人 无法彻底消灭他们而使农业无忧无患 • 作物的多样性决定了有害生物的多样性，有害生物 群落随耕作制度和方式的改变而演变 • 随着全球经济一体化和未来农业一体化，外来有害 生物将不可避免地成为新的防控对象 • 从保持生物多样性和生态平衡考虑，人们不能企图 完全消灭这些有害生物
化学农药便于快速生产、加工、运输和使用，质量 便于控制，效果高、见效快
化学农药在发展过程中能够不断克服自身弊端，满 足现代农业和人类健康需求
三、生物学在农药研发中的作用
1、农药研发途径
• 非专利性农药仿制
• Me-too策略的创制 • 化学、生物学和环境毒理学的协同创新
2、生物学在农药仿制中的作用
生态无法取代农药应急防控有害生物的作用
• 转基因技术无法防控多种有害生物
基于技术和安全考虑，不能向一种作物转入能够抵 御各种有害生物的基因 已知真菌单碱基的微小变化，即可加倍真菌DON毒 素对小麦的污染 无法知道外源基因是否改变作物原有基因组表达特 征，及会否产生新的有毒物质，蛋白毒性评价技术
抗除草剂基因飘移对植物多样性和生态的影响
专利性化学结构、活性高、选择性强、环境 友好、与现有农药无交互抗性、市场潜力大
化 学 家 生 物 学 家
环 境 毒 理 学 家
分子靶标、活性筛选、 毒力/药效、作用方式、药效试验、示范推 抗生谱及选择性、毒 生物体内行为、抗性风 广、混用技术、抗 力 及 测 定 方 法 险 、 应 用 技 术 性 监 测 与 治 理