綠色農(nóng)藥：食品安全首道防線

日期 2010-04-26　  來源：

科學(xué)時報

　  作者：

張雙虎

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　　隨著人們環(huán)保意識的增強以及為克服傳統(tǒng)農(nóng)藥缺陷而推陳出新的要求，設(shè)計開發(fā)綠色農(nóng)藥已經(jīng)成為當(dāng)前國際農(nóng)藥研究的發(fā)展潮流。

　　在國家自然科學(xué)基金項目的連續(xù)資助下，華中師范大學(xué)教授楊光富及其合作者在農(nóng)藥分子設(shè)計方法學(xué)研究方面取得了重要進(jìn)展。日前，相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（JACS）上。

　　綠色農(nóng)藥保世博蔬菜安全

　　中國是世界上最大的農(nóng)藥生產(chǎn)國，農(nóng)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(chǎn)幅度達(dá)20%～30%。因此，農(nóng)藥自發(fā)明以來就在農(nóng)業(yè)發(fā)展史中扮演重要角色。直到今天，農(nóng)藥的作用仍然不可替代。

　　同時，大量使用高毒農(nóng)藥造成的問題也不斷暴露。首先是消費者對農(nóng)藥毒性、農(nóng)藥殘留的關(guān)注度越來越高，人們對食品安全的擔(dān)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(jīng)。其次，公眾對農(nóng)藥造成環(huán)境污染的關(guān)注度也越來越高，人們擔(dān)心大量使用農(nóng)藥會導(dǎo)致環(huán)境系統(tǒng)的污染。

　　人們把對人類健康安全無害、對環(huán)境友好、超低用量、高選擇性，以及通過綠色工藝流程生產(chǎn)出來的農(nóng)藥通俗地稱作“綠色農(nóng)藥”。在上海世博會期間，為滿足數(shù)千萬游客的需要，上海市在郊區(qū)設(shè)立了158家世博蔬菜特供基地，生產(chǎn)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(yīng)食品的安全保障。

　　據(jù)介紹，上海世博蔬菜特供基地除用藥程序細(xì)化，特供基地用藥品種也以“綠色”與否進(jìn)行區(qū)分。為鼓勵蔬菜生產(chǎn)者使用低殘留農(nóng)藥，上海對綠色農(nóng)藥進(jìn)行全程補貼，在給特供基地下發(fā)的用藥品種目錄中，綠色農(nóng)藥已占很大比例。

　　綠色農(nóng)藥受關(guān)注

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

　　近年來，為加強糧食安全和環(huán)境保護(hù)的需要，我國高度重視綠色農(nóng)藥的設(shè)計與合成，國家自然科學(xué)基金委員會曾立項資助過多個綠色農(nóng)藥方面的重點項目?？萍疾恳蚕群罅㈨椯Y助了兩個綠色農(nóng)藥方面的“973”計劃項目。楊光富曾先后參加過兩個綠色農(nóng)藥方面的國家自然科學(xué)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(chǔ)，他又得到了科技部第一個綠色農(nóng)藥方面的“973”計劃項目——“綠色化學(xué)農(nóng)藥先導(dǎo)結(jié)構(gòu)及作用靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)與研究”。該項目在結(jié)題驗收時被評為優(yōu)秀，課題組的研究成果也被選為結(jié)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(nóng)藥方面第二個“973”計劃項目的負(fù)責(zé)人。

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

　　為農(nóng)藥先導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供新思路

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

　　楊光富領(lǐng)導(dǎo)的研究組與清華大學(xué)教授吳嘉偉研究組、美國肯塔基大學(xué)教授湛昌國研究組合作，發(fā)展了一種通過優(yōu)化化學(xué)小分子與生物大分子活性腔中的構(gòu)象柔性殘基之間相互作用來提高農(nóng)藥分子生物活性強度的分子設(shè)計策略，針對細(xì)胞色素bc1復(fù)合物（生物大分子）成功設(shè)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(xué)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(xì)胞色素bc1復(fù)合物的生物學(xué)功能，同時也可以作為開發(fā)農(nóng)藥和藥物的新先導(dǎo)化合物。

　　該項研究為從化學(xué)小分子與生物大分子選擇性相互作用的角度開展農(nóng)藥先導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了新的思路，對藥物分子設(shè)計也具有較好的借鑒意義。此外，該項研究中化學(xué)小分子與靶標(biāo)的結(jié)合自由能理論計算結(jié)果與實驗結(jié)果之間表現(xiàn)出高度線性相關(guān)，表明其分子模擬研究具有較高的精度。

　　《美國化學(xué)會志》審稿人認(rèn)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(jié)構(gòu)的合理化途徑設(shè)計獲得活性達(dá)到亞納摩爾級別的bc1復(fù)合物抑制劑。論文發(fā)表后受到國際同行的關(guān)注，細(xì)胞色素bc1復(fù)合物研究領(lǐng)域的著名結(jié)構(gòu)生物學(xué)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。

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