潜心钻研15年 创制除草剂氯酰草膦被《世界农药手册》收录
作者:张野溪编辑:郝日虹
发布日期 2018-05-07 15:08:48

1990年,香港六合彩图农药化学研究所的成员贺红武从日本留学归来。接下来的日子里,她带领团队以丙酮酸脱氢酶系(PDHc)为靶标,开展设计合成工作,希望能发现具有除草活性的丙酮酸脱氢酶抑制剂。7年后,他们幸运地从近一千个化合物中发现了有活性苗头的HW02(氯酰草膦的开发编号)。

“或许,这个化合物可作为一种新作用靶标的除草剂来开发?”在一次次试验的检验下,他们的设想也一步步地得到了证实。2009年,经过长达十二年的研究,贺红武团队取得突破性成果,“创制除草剂氯酰草膦(HW02)的研究与开发”获得了湖北省技术发明一等奖与武汉市科技进步一等奖。

此后,创制除草剂氯酰草膦(英文名clacyfos)相继被The Pesticide Manual(《世界农药手册》)第16版(2012年)及最新版第17版(2015年)收录。2017年年末,因创制除草剂氯酰草膦是《世界农药手册》中唯一被收录的中国创制除草剂品种,其在国内获得了广泛关注。氯酰草膦具有较高的选择性,对禾本科作物安全,对阔叶杂草防效显著,高效、低毒、低残留、环境相容性好。有专家评价,该成果为中国创制新农药摸索出一条新思路。

抓住“幸运”的“千分之一”

长期以来,在我国使用的农药97%以上为仿制国外的老品种。尽管市面上有几百种除草剂,但75%仅限于6种靶标,“有限靶标的重复应用导致了严重抗性”又是一个问题。从日本回来的贺红武认识到了这一课题在世界农药研究领域的前沿性,招收了第一个硕士研究生,开始带领团队着力从事新型除草剂的研发工作。

谭效松是香港六合彩图原农药化学研究所的一员,与贺红武共事多年。因课题需要一位从事农药成分分析的人,他就“自然而然地加入了”。团队的另一名教师彭浩,是贺红武2000级的研究生,读研期间他就参加了这个课题,毕业时因课题尚未结束而决定留校研究。一届又一届流动的硕士生、博士生都在为“除草剂”的研发贡献力量,尽管他们短暂参与后又毕业离开,但都在或多或少地推动着课题的进展。

逸夫化学楼七楼,是贺红武课题组进行研究的大本营。几间实验室不算大,旋转蒸发器、玻璃反应器等实验常规仪器陈列其中,团队的成员们进进出出,埋头工作。

“发现是在一次次试验的基础上取得的。”他们以底物丙酮酸的结构洐生设计,合成了近千种含磷化合物,并通过活性测试试验逐个对化合物进行筛选。他们依次采用“培养皿法”“盆栽法”测试化合物对多种单、双子叶植物生长发育的抑制活性。而检测它们对单、双子叶植物的选择性,还要经过田间试验多次验证,以精确筛选活性高、对植物安全的化合物。一批批试验后,对PDHc有抑制活性的氯酰草膦从中脱颖而出。

这种活性新化合物的“诞生”,为“除草剂”的研发打下了基础,也使“氯酰草膦”的面世成为可能。贺红武十分感谢香港六合彩图农药研究所的前辈们,“他们的引导、奠基作用成就了后人的今天”。作为从事40多年科研工作的专家,贺红武觉得他们运气很好,因为即使对于国外农药公司来说,成功开发一个新农药往往需要投入上亿美金,合成筛选十万以上的化合物。她总结道:“发明创造是在合理追求与机遇互相重合时产生的。”

按部就班的实验最“磨人”

由于创制农药的成本高、周期长、风险大、回报慢、市场还需开辟,许多国内农药企业不愿投入创制研究,而更愿意仿制国外的老品种。与国外公司化、一体化的农药研发相比,我国的农药研发工作主要集中在高校与科研院所,其研究环节分散、研发资金少、缺少固定的投入,创制农药新品种更显艰难。

在当时,争取政府的各种资金成为贺红武团队开展研究的唯一依靠,而在没有资助时研究只能暂停。“我们是从1.5万的省基金资助开始起步的。”贺红武说,他们通过分次、不断地申请,先后获得了教育部基金、国家自然科学基金、973课题、国家科技支撑计划等十多个项目的资助,直至“滚动”到国家重点研发计划。正是这一笔笔 “小钱”的“精打细算”,使氯酰草膦的研究从分子设计开始,经过化学合成、活性测试、结构优化、机制研究等多个环节,一步步走向田间应用开发阶段。

为了实现“创制具有中国知识产权除草剂”的梦想,做实验对于团队成员来说是常态。他们的作息时间规律而重复:早上7、8点进入实验室,晚上10点左右回家,对节假日的概念不强。为了评价氯酰草膦的各项性能,团队需要提供公斤级的大量样品。于是,他们在实验室用容量为5升的容器代替了200毫升的反应瓶以提高效率,但这也加大了操作的难度。有时为了赶上农业用药的季节,他们甚至在武汉40多度的高温下照常“加班加点”。

在团队成员彭浩看来,勤奋与坚持是研究所需的最重要的品质。他说:“研发农药是‘波澜不惊’的漫长过程。实验进程的推动,需要合理的设计,需要研发人员依据农药科学规律按部就班地工作。”

“对农药分子性能的设计结果只能由实验检验。”仅除草剂的安全性评价就包括有毒性和环境行为评价等四个阶段,其中的慢性毒性试验就需要104周。等待对团队来说也同样“煎熬”,因为一项指标的不合格就意味着整个课题的终止。“知道结果后,终于松了一口气。”谭效松说,“我们又过了一关。”

“急功近利是做不成的,‘十几年’算是一个比较正常的周期,我们还是很幸运的。”贺红武谈道:“根据国际上多个农药大公司开发新产品的统计数据,正常条件下,新化合物的诞生与产品投放市场之间至少需要十年的时间,何况在我们这样的条件下。”在这十几年里,谭效松的头发从黑到白,他笑着说:“用‘磨人’这个词来形容这项创制研发工作会比较合适。”

“市场化”的征程仍在路上

“我觉得我们的运气很好。”谭效松肯定道,到目前为止,所有实验评价的指标都符合农药的安全性标准,证明了氯酰草膦对温血动物和环境安全,整个研发过程还是很顺利的。

在经过多年的研发后,氯酰草膦能被最新版《世界农药手册》收录,贺红武感到十分欣慰,觉得这是对他们工作的一个肯定。此外,在国家科学技术学术著作出版基金的资助下,课题组将丙酮酸脱氢酶系抑制剂作为除草剂的相关成果总结成英文专著——《Environmentally Friendly Alkylphosphonate Herbicides》,并于2015年在国内外出版发行。

贺红武介绍,之前他们曾与山东的某公司进行合作,发明后的十年间便使氯酰草膦获得了生产和市场许可的农药 “临时登记证”。但这个公司却因经营不善而倒闭,也使其商品化的进程被搁置。“如果这个公司没有倒闭的话,我们的除草剂可能早就走进了市场。”没有及时地推动“氯酰草膦”商品化,贺红武觉得十分遗憾。

鉴于其除草效率高、成本低、对环境生态友好,贺红武预测“氯酰草膦”应会具有良好的市场前景。但如何推动它的商品化,团队还需要做出进一步的努力。

彭浩介绍,目前团队开展了基于微生物丙酮酸脱羧酶的新型杀菌剂的设计与研究,希望能抑制细菌、真菌,并将其研究成果应用于农业。“这一课题尚处在‘合成与遴选化合物’的阶段。目前我们已经发现了许多活性比较高的苗头化合物,如果这一阶段能发现新的候选杀菌剂的话,又会开启下一个十几年的征程。”他说。

                                                                   (金雨欣、王霞对本文采访亦有贡献)

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