发布时间:2010-04-27 09:11 原文链接: 绿色农药:食品安全首道防线

  随着人们环保意识的增强以及为克服传统农药缺陷而推陈出新的要求,设计开发绿色农药已经成为当前国际农药研究的发展潮流。

  在国家自然科学基金项目的连续资助下,华中师范大学教授杨光富及其合作者在农药分子设计方法学研究方面取得了重要进展。日前,相关研究成果发表在《美国化学会志》(JACS)上。

  绿色农药保世博蔬菜安全

  中国是世界上最大的农药生产国,农药使用面积也居世界前列。

  中国工程院院士李正名说,每年全世界有10亿吨左右的庄稼毁灭于病虫害,由于病虫害造成的庄稼减产幅度达20%~30%。因此,农药自发明以来就在农业发展史中扮演重要角色。直到今天,农药的作用仍然不可替代。

  同时,大量使用高毒农药造成的问题也不断暴露。首先是消费者对农药毒性、农药残留的关注度越来越高,人们对食品安全的担忧有增无减。近段时间,海南“毒豇豆事件”,青岛“毒韭菜事件”,一次次触动公众敏感的神经。其次,公众对农药造成环境污染的关注度也越来越高,人们担心大量使用农药会导致环境系统的污染。

  人们把对人类健康安全无害、对环境友好、超低用量、高选择性,以及通过绿色工艺流程生产出来的农药通俗地称作“绿色农药”。在上海世博会期间,为满足数千万游客的需要,上海市在郊区设立了158家世博蔬菜特供基地,生产面积总计6万多亩,可日供蔬菜1.4万吨,力图在源头上建立上海世博会期间供应食品的安全保障

  据介绍,上海世博蔬菜特供基地除用药程序细化,特供基地用药品种也以“绿色”与否进行区分。为鼓励蔬菜生产者使用低残留农药,上海对绿色农药进行全程补贴,在给特供基地下发的用药品种目录中,绿色农药已占很大比例。

  绿色农药受关注

  绿色农药多由从生物体内提取的有效物质、活性物质组成,或是生物源的合成农药。其具有毒性低、选择性强和残留少的优点,但不少绿色农药也因杀虫谱窄、杀虫速率低,害虫有抗药性等缺陷,导致推广应用效果并不佳。

  近年来,为加强粮食安全环境保护的需要,我国高度重视绿色农药的设计与合成,国家自然科学基金委员会曾立项资助过多个绿色农药方面的重点项目科技部也先后立项资助了两个绿色农药方面的“973”计划项目。杨光富曾先后参加过两个绿色农药方面的国家自然科学基金重点项目,都取得了不错的成果。

  因为有了很好的研究基础,他又得到了科技部第一个绿色农药方面的“973”计划项目――“绿色化学农药先导结构及作用靶标的发现与研究”。该项目在结题验收时被评为优秀,课题组的研究成果也被选为结题验收时的三项代表性成果之一。因为研究成绩突出,杨光富又被选为绿色农药方面第二个“973”计划项目的负责人。

  杨光富的研究工作主要集中在农药分子设计与合成方面,围绕农药活性分子与靶标间的选择性相互作用,以活性构象为核心,利用有机合成技术、分子模拟技术、分子生物学技术,针对绿色农药的高效性、高选择性和反抗性,分别发展了三条农药分子设计策略,以此三条策略为指导,设计出了系列绿色农药先导结构和化合物,并创制出一种新型绿色杀菌剂“苯噻菌酯”。

  为农药先导结构优化提供新思路

  发展绿色化学农药是新农药创制研究的必然趋势。农药分子要实现绿色化,除了低毒、低残留以及环境相容性好等特征之外,还必须要求达到超高效,即用量低(亩用量通常在10克以下)。因此,提高农药分子(化学小分子)的生物活性强度是降低农药使用量、使农药实现绿色化的一个重要前提。而如何提高农药分子的生物活性强度则是农药分子设计学家所面临的一个重要挑战。

  杨光富领导的研究组清华大学教授吴嘉伟研究组、美国肯塔基大学教授湛昌国研究组合作,发展了一种通过优化化学小分子与生物大分子活性腔中的构象柔性残基之间相互作用来提高农药分子生物活性强度的分子设计策略,针对细胞色素bc1复合物(生物大分子)成功设计得到了一种活性强度比母体化合物提高520多倍的抑制剂(化学小分子)。该化合物不仅具有高活性,而且还具有解离速率慢的特点,因此,可作为一种高活性探针分子用于深入研究细胞色素bc1复合物的生物学功能,同时也可以作为开发农药和药物的新先导化合物。

  该项研究为从化学小分子与生物大分子选择性相互作用的角度开展农药先导结构优化提供了新的思路,对药物分子设计也具有较好的借鉴意义。此外,该项研究中化学小分子与靶标的结合自由能理论计算结果与实验结果之间表现出高度线性相关,表明其分子模拟研究具有较高的精度。

  《美国化学会志》审稿人认为,这是一项非常有意义的研究工作,也是第一次通过基于结构的合理化途径设计获得活性达到亚纳摩尔级别的bc1复合物抑制剂。论文发表后受到国际同行的关注,细胞色素bc1复合物研究领域的著名结构生物学家美国SUNY Upstate Medical University的Edward A. Berry教授以及美国NIH国家癌症研究所的Xia Di教授均来信索要样品,希望开展合作研究

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