綠色農藥：食品安全首道防線

　　隨著人們環保意識的增強以及為克服傳統農藥缺陷而推陳出新的要求，設計開發綠色農藥已經成為當前國際農藥研究的發展潮流。

　　在國家自然科學基金項目的連續資助下，華中師范大學教授楊光富及其合作者在農藥分子設計方法學研究方面取得了重要進展。日前，相關研究成果發表在《美國化學會志》(JACS)上。

　　綠色農藥保世博蔬菜安全

　　中國是世界上最大的農藥生產國，農藥使用面積也居世界前列。

　　中國工程院院士李正名說，每年全世界有10億噸左右的莊稼毀滅于病蟲害，由于病蟲害造成的莊稼減產幅度達20%～30%。因此，農藥自發明以來就在農業發展史中扮演重要角色。直到今天，農藥的作用仍然不可替代。

　　同時，大量使用高毒農藥造成的問題也不斷暴露。首先是消費者對農藥毒性、農藥殘留的關注度越來越高，人們對食品安全的擔憂有增無減。近段時間，海南“毒豇豆事件”，青島“毒韭菜事件”，一次次觸動公眾敏感的神經。其次，公眾對農藥造成環境污染的關注度也越來越高，人們擔心大量使用農藥會導致環境系統的污染。

　　人們把對人類健康安全無害、對環境友好、超低用量、高選擇性，以及通過綠色工藝流程生產出來的農藥通俗地稱作“綠色農藥”。在上海世博會期間，為滿足數千萬游客的需要，上海市在郊區設立了158家世博蔬菜特供基地，生產面積總計6萬多畝，可日供蔬菜1.4萬噸，力圖在源頭上建立上海世博會期間供應食品的安全保障。

　　據介紹，上海世博蔬菜特供基地除用藥程序細化，特供基地用藥品種也以“綠色”與否進行區分。為鼓勵蔬菜生產者使用低殘留農藥，上海對綠色農藥進行全程補貼，在給特供基地下發的用藥品種目錄中，綠色農藥已占很大比例。

　　綠色農藥受關注

　　綠色農藥多由從生物體內提取的有效物質、活性物質組成，或是生物源的合成農藥。其具有毒性低、選擇性強和殘留少的優點，但不少綠色農藥也因殺蟲譜窄、殺蟲速率低，害蟲有抗藥性等缺陷，導致推廣應用效果并不佳。

　　近年來，為加強糧食安全和環境保護的需要，我國高度重視綠色農藥的設計與合成，國家自然科學基金委員會曾立項資助過多個綠色農藥方面的重點項目。科技部也先后立項資助了兩個綠色農藥方面的“973”計劃項目。楊光富曾先后參加過兩個綠色農藥方面的國家自然科學基金重點項目，都取得了不錯的成果。

　　因為有了很好的研究基礎，他又得到了科技部第一個綠色農藥方面的“973”計劃項目――“綠色化學農藥先導結構及作用靶標的發現與研究”。該項目在結題驗收時被評為優秀，課題組的研究成果也被選為結題驗收時的三項代表性成果之一。因為研究成績突出，楊光富又被選為綠色農藥方面第二個“973”計劃項目的負責人。

　　楊光富的研究工作主要集中在農藥分子設計與合成方面，圍繞農藥活性分子與靶標間的選擇性相互作用，以活性構象為核心，利用有機合成技術、分子模擬技術、分子生物學技術，針對綠色農藥的高效性、高選擇性和反抗性，分別發展了三條農藥分子設計策略，以此三條策略為指導，設計出了系列綠色農藥先導結構和化合物，并創制出一種新型綠色殺菌劑“苯噻菌酯”。

　　為農藥先導結構優化提供新思路

　　發展綠色化學農藥是新農藥創制研究的必然趨勢。農藥分子要實現綠色化，除了低毒、低殘留以及環境相容性好等特征之外，還必須要求達到超高效，即用量低(畝用量通常在10克以下)。因此，提高農藥分子(化學小分子)的生物活性強度是降低農藥使用量、使農藥實現綠色化的一個重要前提。而如何提高農藥分子的生物活性強度則是農藥分子設計學家所面臨的一個重要挑戰。

　　楊光富領導的研究組與清華大學教授吳嘉偉研究組、美國肯塔基大學教授湛昌國研究組合作，發展了一種通過優化化學小分子與生物大分子活性腔中的構象柔性殘基之間相互作用來提高農藥分子生物活性強度的分子設計策略，針對細胞色素bc1復合物(生物大分子)成功設計得到了一種活性強度比母體化合物提高520多倍的抑制劑(化學小分子)。該化合物不僅具有高活性，而且還具有解離速率慢的特點，因此，可作為一種高活性探針分子用于深入研究細胞色素bc1復合物的生物學功能，同時也可以作為開發農藥和藥物的新先導化合物。

　　該項研究為從化學小分子與生物大分子選擇性相互作用的角度開展農藥先導結構優化提供了新的思路，對藥物分子設計也具有較好的借鑒意義。此外，該項研究中化學小分子與靶標的結合自由能理論計算結果與實驗結果之間表現出高度線性相關，表明其分子模擬研究具有較高的精度。

　　《美國化學會志》審稿人認為，這是一項非常有意義的研究工作，也是第一次通過基于結構的合理化途徑設計獲得活性達到亞納摩爾級別的bc1復合物抑制劑。論文發表后受到國際同行的關注，細胞色素bc1復合物研究領域的著名結構生物學家美國SUNY Upstate Medical University的Edward A. Berry教授以及美國NIH國家癌癥研究所的Xia Di教授均來信索要樣品，希望開展合作研究。