當前我國化學(xué)除草面積已占其播種面積的60%，基本上形成了以化學(xué)防除為主體的雜草防除技術(shù)體系。特別是近年來世界除草劑的原藥生產(chǎn)紛紛向中國轉(zhuǎn)移，中國已經(jīng)成為世界主要的除草劑生產(chǎn)國和出口國，雖然我國已經(jīng)成為除草劑生產(chǎn)大國，但不是強國，因為目前市場上大宗的除草劑品種均為仿制國外的已過專利保護期的現(xiàn)成技術(shù)產(chǎn)品。不過，近年來由于知識產(chǎn)權(quán)保護問題，仿制已經(jīng)不能適應(yīng)除草劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。目前，具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的除草劑品種相對較少，已經(jīng)開發(fā)出的為數(shù)不多的產(chǎn)品，還是在國外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了的分子結(jié)構(gòu)及作用靶標的基礎(chǔ)上，避開專利保護而加以結(jié)構(gòu)修飾和篩選的，可選擇的余地十分狹小，因而，市場競爭力不強。究其原因，是由于我國沒有掌握分子原初作用靶標的核心技術(shù)，因而，要開發(fā)具有市場競爭力的我國自主知識產(chǎn)權(quán)除草劑新品，需要從分子結(jié)構(gòu)與作用靶標的基礎(chǔ)研究做起。

　　我國國內(nèi)的市場規(guī)模僅占全球農(nóng)藥總市場的20%左右，但是，隨著農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率的提高，除草劑使用的絕對量和在農(nóng)藥中所占的比例正逐年增加。大量化學(xué)除草劑的使用帶來了嚴重的殘毒和環(huán)境污染問題，直接危害到人畜健康和影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，同時也是農(nóng)產(chǎn)品無公害化生產(chǎn)中的一個重要障礙。發(fā)展無公害農(nóng)業(yè)，生產(chǎn)綠色和有機食品需要生物農(nóng)藥，在我國綠色食品生產(chǎn)標準中已明確做了規(guī)定，國際農(nóng)產(chǎn)品出口對除草劑的殘留限制也越來越嚴格。我國目前生物農(nóng)藥產(chǎn)品主要是殺蟲劑和殺菌劑，還缺乏生物除草劑配套，直接影響到農(nóng)產(chǎn)品對無公害農(nóng)藥的要求。

　　我國在生物除草劑研究領(lǐng)域同發(fā)達國家相比也存在較大差距，但近10年來在國家各級政府部門和科研機構(gòu)的高度重視下，尤其在“十三五”國家“863”項目的資助下，已初步建立起了我國生物除草劑研究的技術(shù)體系，以馬唐-畫眉草彎孢、稗草-新月彎孢、稗草-禾長蠕孢菌和蟋蟀草平臍蠕孢菌株、加拿大一枝黃花-小菌核菌、空心蓮子草-假隔鏈格孢菌、紫莖澤蘭-鏈格孢菌等菌草體系的研究取得了進展，已經(jīng)形成了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物除草劑技術(shù)成果，申請國家發(fā)明專利15項，其中，國際專利2項，獲得授權(quán)6項，已經(jīng)有2項成果進入商業(yè)化階段。但是由于時間和資金的限制，產(chǎn)品尚處于商品化的初期階段，需要進一步完善生產(chǎn)工藝、應(yīng)用技術(shù)。

　　針對前期有潛力的自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，根據(jù)新農(nóng)藥正式登記和商品化生產(chǎn)的要求，進行深入和升級研究顯得十分迫切?？傊覈锍輨┭芯空谡w進入一個以追求自主創(chuàng)新為特點的快速發(fā)展新階段。在“863”重大項目和國家自然科學(xué)基金等項目資助下，我國科學(xué)家從紫莖澤蘭患病植株上分離得到一種鏈格孢菌，首次發(fā)現(xiàn)并報道其菌絲體比孢子具有更強致病性，能殺死紫莖澤蘭幼苗。致病主因是產(chǎn)生毒素AAC-Toxin。利用波譜技術(shù)對AAC-Toxin的結(jié)構(gòu)解析為3-酰基-5-烷基吡咯烷酮，屬于四氨酸類化合物(國家發(fā)明專利ZL00112560.5.，200510038263.2;國際專利申請?zhí)朠CT/CN2005/002367;國際專利號WO/2006/079275)。該毒素具有觸殺性、高活性、殺草迅速(3~4天左右)、易降解(在土壤中很快失活)的特性，可以廣譜地防除禾本科雜草和闊葉雜草，在83mL/hm2劑量下，防效達90%以上，殺草速度快，類似于百草枯。對其作用靶標和殺草機理的研究結(jié)果表明，該成分能夠抑制紫莖澤蘭葉片光合放氧速率和降低葉片表觀量子效率。利用現(xiàn)代葉綠素熒光快速誘導(dǎo)技術(shù)、蛋白質(zhì)電泳技術(shù)、同位素標記和競爭結(jié)合方法研究后，發(fā)現(xiàn)該毒素能夠完全抑制光系統(tǒng)II電子傳遞活性，其主要作用靶標是光系統(tǒng)II的D1蛋白。利用萊茵藻D1蛋白系列突變體和蛋白質(zhì)庫中的信息，結(jié)合經(jīng)典的光系統(tǒng)II抑制劑類除草劑的作用靶標和光合細菌反應(yīng)中心晶體結(jié)構(gòu)信息，確定其作用靶標是在TeA和QB位點相互作用過程中，D1蛋白上的256位氨基酸起著關(guān)鍵的作用，但其綁定行為不同于其他經(jīng)典的光系統(tǒng)II抑制劑。因而首次證明TeA是一種新型的天然光系統(tǒng)II抑制劑。根據(jù)綁定的生物學(xué)原理，針對其結(jié)構(gòu)上的羰基氧、羥基氧和5位的疏水性仲丁基碳鏈以及3-乙?；然鶊F或結(jié)構(gòu)進行生理合理性分子修飾，合成了一系列該毒素的具有生物活性的類似物。這意味著3-?；?5-烷基吡咯烷酮甚至四氨酸類可能是一種新型光合抑制劑的結(jié)構(gòu)骨架，有可能開發(fā)出系列新型仿生化學(xué)除草劑(國際專利申請?zhí)朠CT/CN2006/001315(2006)，國際專利號：WO2007033544)。

　　目前已經(jīng)發(fā)展了以氨基酸為起始原料，經(jīng)過與醇酯化、用醇鈉中和、與雙乙烯酮酰化、在醇鈉存在下環(huán)化和酸化5步化學(xué)反應(yīng)得到標的化合物的人工合成工藝。由于該方法是在同一反應(yīng)容器中連續(xù)進行，中間產(chǎn)物不需提純，對生產(chǎn)設(shè)備要求簡單，操作簡便的批量人工模擬合成方法(國家發(fā)明專利200610038765.X)。TeA與光系統(tǒng)II的D1蛋白結(jié)合，導(dǎo)致光合電子傳遞鏈受阻，引起過能量化，并導(dǎo)致葉綠體中活性氧迅速暴發(fā)，從而殺死細胞和組織。通過組織化學(xué)染色和細胞化學(xué)染色試驗表明，TeA處理紫莖澤蘭葉片后ROS快速產(chǎn)生，在激光共聚焦顯微鏡下觀察到葉表皮上僅含有葉綠體的保衛(wèi)細胞中存在活性氧。在葉肉原生質(zhì)體中，明顯可以看到僅在葉綠體中產(chǎn)生活性氧，電子自旋共振儀檢測出產(chǎn)生的活性氧種類有-OH、O2-·和H2O2，電子顯微鏡下可以看到，細胞結(jié)構(gòu)的破壞要明顯遲于ROS的產(chǎn)生。這些試驗研究證明了該毒素可以導(dǎo)致葉綠體中活性氧暴發(fā)，引起葉綠素降解、葉綠體結(jié)構(gòu)破壞，大量活性氧擴散到整個細胞中，進一步引起膜脂過氧化、細胞膜破裂、細胞器解體、細胞核濃縮和DNA斷裂，導(dǎo)致細胞組織解體，從而殺死雜草。同敵草隆和百草枯這類單一作用位點的傳統(tǒng)光合作用除草劑相比，一旦TeA進入葉肉細胞后，也許它的這種多位點作用機制能夠?qū)е录毎诙虝r間內(nèi)產(chǎn)生更多種類和更高水平的活性氧，從而迅速毀壞細胞而殺死雜草。

　　我國生物除草劑發(fā)展存在的主要問題

　　我國生產(chǎn)除草劑的企業(yè)近千家，幾乎可以合成生產(chǎn)大多數(shù)已經(jīng)商業(yè)化的除草劑產(chǎn)品和相關(guān)的劑型。但是，多數(shù)廠家規(guī)模很小，生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)監(jiān)控條件相對較差，由于規(guī)模的大公司很少，它們合起來的產(chǎn)值還不抵一家跨國公司的。同時我國尚沒有商品化的生物除草劑，因此，相關(guān)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱。不過，已經(jīng)有的生物農(nóng)藥公司生產(chǎn)生物殺菌劑或殺蟲劑的設(shè)備可以加以改造利用。但是，相關(guān)的生產(chǎn)和管理標準等軟件環(huán)境也還需要建立。

　　我國在除草劑研究和開發(fā)方面的投入，每年不超過7億元人民幣。其中，在研究方面是以國家為主導(dǎo)的科學(xué)研究投入為主，也包括企業(yè)的部分技術(shù)改造和產(chǎn)品仿制的投入，估計約2000萬元人民幣，用于生物除草劑研究的投入占到約15%。其他均為企業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)開發(fā)的投入。這些費用加起來才夠跨國公司開發(fā)1個新型除草劑產(chǎn)品的費用。國際上除草劑研究開發(fā)是以企業(yè)為主導(dǎo)。許多中小生物公司在生物除草劑的研發(fā)上扮演重要角色，院校研究則多以生物除草劑的基礎(chǔ)研究或新技術(shù)的研發(fā)為主，再轉(zhuǎn)讓給公司進行開發(fā)。我國目前的研究主力是院校的研究隊伍，已經(jīng)形成了一支在教授和研究員領(lǐng)導(dǎo)下的博士和研究生組成的高層次研究隊伍，他們主要承擔政府的研究項目和企業(yè)委托項目，企業(yè)中的研發(fā)隊伍相對較為薄弱，可能僅有少數(shù)幾家具有研發(fā)能力。

　　我國生物除草劑發(fā)展趨勢和技術(shù)需求

　　我國具有廣闊的市場空間。作為除草劑生產(chǎn)、使用和進出口大國，與發(fā)達國家相比仍需加大技術(shù)創(chuàng)新力度和提升產(chǎn)業(yè)化水平，迫切需要加快生物除草劑高新技術(shù)的研究。目前，跨國公司已經(jīng)看好中國生物農(nóng)藥市場。我們所面對的不僅是國內(nèi)市場，而且是國際大市場。市場競爭將更加激烈和緊迫。因此，我們必須及早布局，制定政策，加快新產(chǎn)品的研究開發(fā)，加速發(fā)展規(guī)?；纳锍輨┊a(chǎn)業(yè)。

　　發(fā)展生物除草劑，從而替代和減少化學(xué)除草劑的使用，是有效控制草害、保證農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，保障食品安全和社會穩(wěn)定的重要物質(zhì)基礎(chǔ);是減少化學(xué)除草劑殘留、消除二次污染，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)、實現(xiàn)環(huán)境安全，確保公共安全、生命健康的重要措施;是實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全高效生產(chǎn)，增加農(nóng)民收入，促進社會和諧和社會主義新農(nóng)村建設(shè)的重要物質(zhì)保障;同時也將極大地增強我國農(nóng)產(chǎn)品的國際市場競爭力。

　　下一步發(fā)展思路、方向和重點任務(wù)

　　針對國際除草技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，雜草防除中存在的抗性、殘留等問題，擬定以下發(fā)展思路、方向和任務(wù)：

　　1. 加強生物除草劑候選生物或代謝物質(zhì)的篩選

　　充分利用我國豐富的植物、微生物以及動物多樣性除草資源，針對主要作物農(nóng)田惡性雜草、重大入侵雜草、林地雜草、水生雜草以及抗藥性雜草為防除對象開展系統(tǒng)的生物除草劑候選生物或代謝物質(zhì)的篩選，構(gòu)建安全、高活性除草微生物菌株和代謝產(chǎn)物。開展新穎生物源化合物結(jié)構(gòu)、除草作用機制和靶標研究，提高原創(chuàng)性的新除草化合物，特別是廣譜、高活性化合物自主知識產(chǎn)權(quán)的地位。

　　2. 建立國家農(nóng)藥活性化合物及天然產(chǎn)物資源庫

　　盡快建立國家農(nóng)藥活性化合物特別是天然產(chǎn)物資源庫，短期目標是廣泛收集我國分離和發(fā)現(xiàn)的天然產(chǎn)物，不使自主分離的物質(zhì)外流，再逐漸擴大范圍。

　　3. 大力支持開展除草關(guān)鍵作用靶標的發(fā)現(xiàn)、除草關(guān)鍵基因發(fā)掘等基礎(chǔ)性研究

　　立足自主原始創(chuàng)新，搶占知識產(chǎn)權(quán)保護的制高點。從多種生物中發(fā)掘除草作用靶標基因、除草劑抗性基因，針對生物除草劑發(fā)展過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開展除草活性物的代謝途徑和關(guān)鍵基因以及生物除草相關(guān)基因及其功能研究。

　　4. 應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)解決草害問題

　　應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，重點培育油菜、大豆和小麥等作物抗除草劑品種并商業(yè)化種植，解決這些作物上較為突出的草害、藥害和除草成本過高的問題。

　　5. 推進生物除草劑產(chǎn)品商業(yè)化

　　繼續(xù)對“十一五”期間已經(jīng)進入商業(yè)化和具有較好商品化潛力的產(chǎn)品及技術(shù)進行跟蹤研究，進一步完善低成本高效規(guī)?；a(chǎn)工藝和應(yīng)用技術(shù)，使1~2個產(chǎn)品成功商品化，填補我國沒有生物除草劑的空白，并推動其擴大應(yīng)用規(guī)模。

　　更多生物農(nóng)藥，請關(guān)注新農(nóng)資360