人民政协网 我国科学家为绿色农药开发开辟新径

在漫长的农业发展进程中，农作物病虫害始终是悬在头顶的达摩克利斯之剑，对粮食安全构成严重威胁。据粮农组织估算，全世界每年因农作物病虫害造成的产量损失高达40%，经济损失超过2200亿美元。 一场没有硝烟的战争 农作物与害虫之间的斗争从未停歇，每当农民们最为忙碌的收获季节，害虫的侵袭如同不速之客，严重威胁着粮食的安全与丰收。人类与害虫的斗争是一场旷日持久、没有硝烟的“战争”。 “此前，人们尝试过喷洒农药、气味引诱、引入天敌等多种防治手段，但由于抗药性的增加和成本过高等因素，导致防治效果并不理想。”中国深圳农业基因组研究所、中国植物保护研究所博士生导师，中国“绿色农药分子靶标设计”创新团队首席科学家杨青告诉记者。 人们逐渐意识到，相比“万能”农药，人们更需要一种对害虫更“专一”的农药，于是，靶向农药应运而生。所谓靶向，就是以害虫为靶，针对害虫独特的结构特征和生理功能而量身打造的一种农药，因其专一性强、安全高效、无污染，又被称为绿色农药。 而创制靶向农药的关键，在于找到合适的农药分子靶标。农药分子靶标是指农药在分子水平上作用的特定生物分子或蛋白质，它们能够直接影响害虫的生命活动。 发现ABCH转运蛋白 通过无数次实验，中国深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）杨青教授团队发现了一类特殊的蛋白质——ABCH转运蛋白，研究发现，这类蛋白负责将脂质运输到昆虫表皮，参与昆虫表皮脂质屏障的构建，并与抗药性直接相关。ABCH存在于所有昆虫和其他节肢动物中，而不存在于人类、哺乳动物和植物中，因此是一个理想的农药分子靶标。 杨青团队鉴定了昆虫表皮主要脂质成分——神经酰胺为ABCH的生理底物；杀虫剂苯氧 威 为ABCH的外源性底物。该研究解析了ABCH转运蛋白与脂质分子和杀虫剂分子的独特互作机制，首次揭示了ABCH转运蛋白运输脂质和农药的完整过程，并获得了能够抑制转运功能的小分子。 ABCH转运蛋白，这一看似普通的生物分子，实则扮演着昆虫体内脂质运输的重要角色。它们如同繁忙的物流车队，将脂质从昆虫体内的各个角落运送到表皮，参与构建起一道坚不可摧的脂质屏障。这道屏障，对于昆虫而言，是抵御外界环境侵害、保持体内水分平衡的关键所在；而对于人类而言，却是农药难以穿透的壁垒，使得传统的化学农药在防治害虫时效果大打折扣。 简单来说，该研究解析了害虫的“外部防御”和“内部解毒”机制，并找到了能直接用于合成绿色农药的有效成分。该研究是昆虫学和农药靶标学领域的重大突破，为开发绿色农药奠定了重要基础。这一发现，不仅揭示了昆虫表皮脂质屏障构建的奥秘，更为绿色农药的开发奠定了坚实的基础，堪称昆虫学和农药靶标学领域的一次重大突破。相关研究成果于北京时间2024年12月24日24时发表在国际期刊《细胞（Cell）》上。 为“虫口夺粮”提供新思路 “这一发现，无疑为绿色农药的开发开辟了一条全新的道路。传统的化学农药，虽然在一定程度上能够控制害虫的数量，但其对环境的污染和对健康的潜在威胁却不容忽视。而基于ABCH转运蛋白的绿色农药，则有望在保证防治效果的同时，减少对环境的污染和对的危害。”杨青介绍说，通过代谢组学、蛋白质结构解析等技术手段，对ABCH转运蛋白进行了深入的研究和分析，为其作为农药靶标的可行性提供了有力的证据。 “ABCH转运蛋白的发现为我们理解昆虫的生理特性和抗药机制提供了新的视角，也为未来绿色农药的研发指明了方向。”杨青认为，“研究成果有两个方面的重要性，一个方面就是为安全高效的农药提供了新的靶标，因为农药分子要通过跟病毒害体内的生物大分子靶标结合来产生药效，现有的靶标少，所以作用方式单一，交互抗性很高。另外就是80%的杀虫剂作用的是五个神经肌肉系统的靶标，60%的杀菌剂作用的是三个能量代谢的细胞靶标。这些靶标是人畜都有的，所以就存在高毒性的风险。这些问题是农药行业里面的一个痛点，怎么能可持续 的 发展是一个很大的问题。我们的工作就是开发新机制的绿色农药，解决最需要的关键靶标问题。经过多年研究，终于找到了一个能够创制安全，高效的农药的新靶标。” “第二个意义就是可能缓解农药的抗药性。自1914年报道了第一例关于农药抗药性的案例以来，至今农业害虫抗药性问题已愈发严重。农业害虫抗药性问题不仅限制了农药的有效使用，还易引发了环境和生态问题，成为了农业生产中一个日益突出的全球性挑战，这使得新型杀虫剂产品以及抗性治理产品的开发变得尤为必要，我们的这个工作 就 为 消灭害虫，耐药性的治理提供了一个新的方向。”杨青表示，在未来的研究中，团队将继续深化对ABCH转运蛋白的认识和理解，探索其作为农药靶标的潜力和应用前景。 “虫口夺粮”，这是一场关乎人类生存与发展的战役。杨青教授团队的这一发现，无疑为这场战役注入了新的活力和希望。这一研究成果不仅在科学界引起了广泛关注，也为农业生产的可持续发展提供了新的思路。杨青表示，随着全球对食品安全和环境保护的重视，开发绿色农药已成为全球农业研究的热点，期待这一成果能够在实际农业生产中发挥更大的作用，为“虫口夺粮”战役贡献力量。 (单位: 中国深圳农业基因组研究所)