西北农林科技大学现代药物研发团队一项专利成果入选农业农村部农业“火花技术”名单

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近日，农业农村部科学技术司发布了2024年度农业“火花技术”名单，共有10项成果入选培育名单、30项成果入选成果库。西北农林科技大学现代药物研发团队研发的专利成果“靶向谷胱甘肽S-转移酶的害虫抗药性抑制剂”入选培育名单（http://www.kjs.moa.gov.cn/kjcx/202411/t20241108_6465911.htm），这是西北农林科技大学首次入选该名单。该专利的发明人为刘吉元教授和张雅林教授。

农业“火花技术”由农业农村部于2022年6月启动，旨在征集处于萌芽状态或成长阶段、尚未大规模推广，但未来有可能对农业生产和农业发展产生积极影响的农业科技成果，包括但不限于新技术、新产品、新工艺、新设计、新材料、新方法、新资源、新装备、新模式等，让更多农业科技“火花”早日转化为现实生产力。入选农业“火花技术”名单的项目将获得包括技术追踪服务、资金支持、优惠政策、知识产权保护及后续推广等在内的多方面的支持。对于取得重大突破、经严格论证、有推广价值的“火花技术”，符合遴选条件的，优先列入全国农业主推技术、农业重大引领性技术，鼓励技术持有人对接龙头企业、新型农业经营主体、产业园区等开展试点示范。

在全球农业生产中，害虫抗药性的加剧不仅降低了杀虫剂的防效，还给农业生产带来了巨大的的经济压力。针对谷胱甘肽S-转移酶（GST）对害虫抗药性的关键作用，现代药物研发团队设计了一类靶向GST的害虫抗药性抑制剂（以下简称抑制剂）。该成果已获国家发明专利（专利号：ZL202110760647.4），PCT国际专利（PCT/CN2021/105643）的申请也已正式进入美国、欧盟、巴西、印度等国家或地区。该类抑制剂通过抑制害虫体内的GST代谢系统，显著降低害虫的抗药性，提升了害虫对杀虫剂的敏感性，从而有效恢复杀虫剂的田间防效。

在实际应用中，该类抑制剂展现出多方面的优势：它不仅能够有效恢复多种已产生抗药性的害虫对现有主流杀虫剂的敏感性，而且还可降低大多数杀虫剂的使用量达到防效，具有显著的经济效益；同时，它可延缓害虫对新型杀虫剂产生抗药性，大幅延长新型杀虫剂的使用寿命。该抑制剂作用机制独特，自身无杀虫活性，害虫不易对其产生抗性。该成果为害虫抗药性治理提供了新的可持续的解决方案。

该类抑制剂在水稻害虫、棉花蚜虫、小菜蛾、蓟马等多种害虫田间试验中已展现出显著效果。

（1）水稻害虫：在二化螟、稻纵卷叶螟、稻飞虱等重大水稻害虫的防控中，与阿维菌素、四氯虫酰胺、甲维盐、虫螨腈、茚虫威、呋虫胺、吡蚜酮等不同作用机制的杀虫剂联用时，可将上述杀虫剂对目标害虫的田间防效提升至90%以上。

（2）棉花蚜虫：与氟啶虫酰胺、呋虫胺、螺虫乙酯等杀虫剂联用时，对棉花蚜虫的防效接近100%。

（3）蓟马：与甲维盐联用时，对豇豆蓟马表现出优异的防控效果，1天的田间防效即超过90%。

（4）小菜蛾：与氯虫苯甲酰胺、多杀菌素、甲维盐等杀虫剂联用，大幅提升主剂对小菜蛾的田间防效，提升幅度最高接近60%。

一、理化性质

靶向GSTs的害虫抗药性抑制剂为小分子化合物，结构新颖，为全新的GSTs抑制剂，可抑制昆虫GSTs总酶的活性。抑制剂理化性质稳定、合成工艺简单、合成成本低，与多种类型杀虫剂联用稳定，生态安全（小鼠急性经口毒性＞5000 mg/kg）。

二、知识产权

2021年1月5日提交中国发明专利和PCT国际申请“二苯基吡唑类化合物及其制备方法和用途”，申请人为西北农林科技大学，发明人为刘吉元、张雅林，专利号：ZL202110760647.4（PCT/CN2021/105643）。其中，PCT国际申请已进入美国、欧盟、印度、巴西等国的国家阶段。

目前，靶向GSTs的害虫抗药性抑制剂已正式获得国家发明专利证书。

三、对多种大田作物、经济作物害虫的GSTs总酶抑制效果

经对6种大田作物害虫（粘虫、玉米螟、二化螟、褐飞虱、草地贪夜蛾、棉铃虫）和3种经济作物害虫（小菜蛾、桃小食心虫、斜纹夜蛾）的测试，抑制剂对GSTs总酶均具有明显的抑制活性，可显著降低以上害虫的GSTs总酶活性。

四、与杀虫剂联用对害虫的大田防治试验结果

1. 与阿维菌素联用防治水稻二化螟

抑制剂（PXG22；45#）与5%阿维菌素EC混配后，显著提升阿维菌素对水稻二化螟的防效，水稻枯心数显著下降（图1）。抑制剂45#在200 mg/L下，可将5%阿维菌素EC（100 g/亩）对二化螟大防效由65.3%提升至90%（表1），有望成为二化螟抗药性治理的全新解决方案。田间药效试验报告如图2所示。

表1. 抗药性抑制剂显著提升阿维菌素对水稻二化螟的田间防效

图1. 抗药性抑制剂显著提升阿维菌素对水稻二化螟的田间防效

图2. 抗药性抑制剂与5%阿维菌素EC联用防治水稻二化螟的田间药效试验报告

2. 与四氯虫酰胺联用防治水稻二化螟

抑制剂与10%四氯虫酰胺悬浮剂联用，可显著提升四氯虫酰胺对水稻二化螟的田间防效。安全性评价显示，10%四氯虫酰胺悬浮剂与抑制剂联用时，在测试剂量下对供试水稻品种安全。

3. 稻飞虱小区试验

试验地点在江西省，小区面积90 m²，采用五点取样调查虫数。将抑制剂10% PXG22 SC（50 g/亩）、5% 45#SC（100 g/亩）和2% 60#SC（250 g/亩）分别与60%呋虫胺·吡蚜酮WG（20 g/亩）联用。结果显示，3种抑制剂均显著提升了60%呋虫胺·吡蚜酮WG对褐飞虱的防效。其中，45#与60%呋虫胺·吡蚜酮WG联用后，使褐飞虱的田间虫口减退率由-65.08%提升至84.09%（表2，图3）。

表2. 抗药性抑制剂显著提升杀虫剂对稻飞虱的田间防效

图3. 抗药性抑制剂与杀虫剂联用显著减少田间稻飞虱虫口数量

4. 与四氯虫酰胺联用防治稻纵卷叶螟

抑制剂与10%四氯虫酰胺悬浮剂联用后，可显著提升四氯虫酰胺对水稻二化螟的田间防效。两者桶混较10%四氯虫酰胺悬浮剂单剂保叶效果有显著提升。

5. 稻纵卷叶螟小区试验

试验地点在江西省，小区面积70 m²。将抑制剂（10% PXG22 SC）分别与12%甲维盐·虫螨腈SC（100 g/亩）和9%甲维盐·茚虫威SC（60 g/亩）联用，抑制剂用量固定在60 g/亩。结果显示，添加抑制剂后将两种杀虫剂对稻纵卷叶螟的防效均提升至90%以上，效果显著（表3）。田间药效试验报告如图4所示。

表3. 抗药性抑制剂显著提升杀虫剂对稻纵卷叶螟的田间防效

图4. 抗药性抑制剂与12%甲维盐·虫螨腈SC联用防治稻纵卷叶螟的田间药效试验报告

6.棉花蚜虫大田飞防试验

将抑制剂（10% PXG22 SC）与50%氟啶虫酰胺WG和25%呋虫胺OD桶混，三者用量分别为75 mL（50 mg/L）、150 g和400 mL，试验面积为5亩。3天防效超过85%，5天防效超过98%。未添加抑制剂的对照对蚜虫的防效低于50%（图5）。

图5. 抗药性抑制剂显著提升杀虫剂对棉花蚜虫的大田飞防效果

7.棉花蚜虫大田小区试验

试验地点在新疆，小区面积为30 m²。将抑制剂（10% PXG22 SC）与50%氟啶虫酰胺WG（12 g/亩）、25%呋虫胺OD（15 g/亩）、22.5%螺虫乙酯SC（7.5 g/亩）、50%氟啶虫酰胺WG（7.5 g/亩）+25%呋虫胺OD（7.5 g/亩）联合用药，抑制剂的用量固定为1.5 g/亩。

结果显示，添加抑制剂后，各杀虫剂对棉花蚜虫的防治更彻底，且速效性大幅提高。其中，在抑制剂与氟啶虫酰胺和呋虫胺联用的小区中，对棉蚜防效第3天达到100%（表3，图6）。田间药效试验报告如图7所示。

图6. 抗药性抑制剂与杀虫剂联用防治棉花蚜虫

图7. 抗药性抑制剂与多种杀虫剂联用防治稻纵卷叶螟的田间药效试验报告

表3. 抗药性抑制剂与杀虫剂联用防治棉花蚜虫

8. 与氯虫苯甲酰胺（康宽）联用防治小菜蛾

抑制剂与20%氯虫苯甲酰胺悬浮剂（康宽）联用后，对小菜蛾的田间防效有明显提高。其中抑制剂对3000倍康宽（2g/亩）的防效提升最为显著。

单独使用3000倍康宽（2g/亩），3天防效只能达到25%；3000倍康宽（2g/亩）与50 mg/L的抑制剂联用后，3天防效就可增至80%（图8）。

图8. 抗药性抑制剂显著提升康宽对小菜蛾的田间防效

9. 与多杀·甲维盐联用防治小菜蛾

抑制剂100mg/L与5%多杀·甲维盐SC联用，施药后1天就可观察到对小菜蛾防效的提升。与5%多杀·甲维盐SC单独使用时相比，联合用药后1天的防效即可从69%增至95%。

10. 苹果树二斑叶螨小区试验

试验地点在新疆，防治对象为有二斑叶螨发生的多个苹果树枝条。将50 mg/L的抑制剂（10% PXG22 SC）与40%联苯肼酯·乙螨唑SC联用，对二斑叶螨的防效由77.5%提升至97.5%（表4）。

表4. 抗药性抑制剂显著提升杀虫剂对苹果树二斑叶螨的田间防效

11.豇豆蓟马小区试验

试验地点在广东省，小区面积30 m²，采用五点取样调查虫数。将10% PXG22 SC（50 g/亩）、5% 45#SC（100 g/亩）和2% 60#SC（250 g/亩）等3种抑制剂分别与0.5%甲维盐SC（70 g/亩）联用，防效显著。特别是PXG22和45#添加后，将0.5%甲维盐SC对豇豆蓟马的1天防效由49.1%分别提升至94.38%和93.75%，提升效果显著（表5，图9）。田间药效试验结果如图10所示。

表5. 抗药性抑制剂显著提升杀虫剂对豇豆蓟马的田间防效

图9. 抗药性抑制剂与甲维盐联用显著减少田间豇豆蓟马虫口数量

图10. 抗药性抑制剂与0.5%甲维盐SC联用防治稻纵卷叶螟的田间药效试验报告

新型抗药性抑制剂46#于2024年3月首次进入大田实验。以防治辣椒蓟马为例，试验地点在福建省，小区面积30 m²，采用五点取样调查虫数。将10% 46#SC（50 g/亩）、10% PXG22 SC（50 g/亩）和10% 45#SC（50 g/亩）3种抗药性抑制剂分别与多杀·甲维盐+螺虫乙酯联用，防效提升显著。综合在其它地区同期的大田试验结果，46#较PXG22和45#在抑制害虫抗药性方面具有全方位的提升，与杀虫剂联合用药防效提升效果翻倍。

五、前景分析

1.全新的抗药性解决方案

目前害虫抗药性治理的解决方案主要集中于具有全新作用方式的新型杀虫剂研发，但生物化学靶标的数量有限，加之基于新靶标研发出的新型杀虫剂也无法摆脱抗药性的产生，所以寻找到降低和消除害虫抗药性的全新解决方案至关重要。

抗逆性增强是害虫抗药性产生和加剧的关键因素。谷胱甘肽可与外来或内源性有害物质结合，把生物体内的有害物质转化为无害的物质，排出体外，在生物体的抗逆过程中扮演着重要角色。GSTs是催化谷胱甘肽结合反应的起始酶，它常在生物体受到抗生素、杀虫剂等胁迫时，发挥抗氧化和解毒功能，增强生物体的抗逆性，从而起到保护生物体的作用。鉴于GSTs在害虫抗逆性中的作用，害虫GSTs可作为消除现有杀虫剂抗药性的关键靶标。

靶向GSTs的害虫抗药性抑制剂，能够通过抑制害虫GSTs的活性从而降低甚至消除害虫对现有杀虫剂的抗药性，大幅度提高现有杀虫剂在田间的药效，或在不影响药效的情况下减少现有杀虫剂的使用量，可产生重大的经济和环境效益，有望成为解决常规农药抗药性问题的全新解决方案，符合国家“双减”政策。

2.具有广谱的靶标害虫防治效果

抑制剂对多种作物害虫（粘虫、玉米螟、二化螟、褐飞虱、草地贪夜蛾、棉铃虫、小菜蛾、桃小食心虫、斜纹夜蛾等）的GSTs总酶表现出强抑制活性。抑制剂与多种杀虫剂联用后，都可显著提升杀虫剂对小菜蛾、褐飞虱、棉花蚜虫、水稻二化螟、稻纵卷叶螟、二斑叶螨等不同类型害虫的防效，具有广谱的靶标害虫。

3.可与杀虫剂抗性工作委员会（IRAC）公布的大多数不同类型的杀虫剂联用

已完成与呋虫胺和啶虫脒（第4组：烟碱型乙酰胆碱受体竞争性调节剂）、多杀菌素（第5组：烟碱型乙酰胆碱受体变构调节剂）、甲维盐和阿维菌素（第6组：谷氨酸门控氯离子通道变构调节剂）、吡蚜酮（第9组：弦音器TRPV通道调节剂）、乙螨唑（第10组：影响几丁质合成酶1螨虫生长的抑制剂）、虫螨腈（第13组：干扰质子梯度影响氧化磷酸化的解偶联剂）、联苯肼酯（第20组：线粒体复合物III抑制剂）、茚虫威（第22组：电压依赖性钠离子通道阻断剂噁二嗪类杀虫剂）、螺虫乙酯（第23组：乙酰辅酶A羧化酶抑制剂）、氯虫苯甲酰胺（第28组：鱼尼丁受体调节剂双酰胺类杀虫剂）、氟啶虫酰胺（第29组：弦音器烟酰胺酶抑制剂）等多种不同类型杀虫（螨）剂的联用试验。

上述杀虫剂属于作用机理完全不同的杀虫剂类型，抑制剂是通过抑制害虫抗逆性关键因子GSTs的生物活性，进而推断抑制剂应可以与IRAC公布的其他类型杀虫剂联用，提升其防效，具体效果有待试验验证。

4.延缓新型杀虫剂的抗药性

已知近年新上市的某明星杀虫剂在大田中产生了很严重的抗药性，3倍推荐剂量已没有防治效果。实验结果表明，抑制剂不仅可解决害虫对其已产生的抗药性，还可延缓害虫抗药性的进一步发展。

5.本身无杀虫活性，安全性好

抑制剂本身无杀虫活性。单独使用时，在200 ppm浓度下对小菜蛾室内敏感品系与CK（丙酮、水、曲拉通）组无差异；通过小鼠急性经口毒性试验，所有48只小鼠未有死亡情况，根据药物受试浓度，药物毒性对小鼠为＞ 5000 mg/kg，根据急性经口毒性分级，抑制剂为微毒药物。

6.合成成本较低，混配稳定

按目前该害虫抗药性抑制剂50 ppm与康宽联用为例，成本约为2元/亩/次（实验室小试阶段）。在中试和工业化生产阶段通过合成工艺优化和进一步的减量梯度试验、或对有些害虫有望继续降低至<1元/亩。

实验室小试合成工艺获得的抑制剂纯度高达95%以上，与康宽、四氯虫酰胺、茚虫威、甲维盐、阿维菌素、吡蚜酮、乙螨唑、虫螨腈、联苯肼酯、氟啶虫酰胺、多杀菌素、呋虫胺、啶虫脒等不同类型杀虫剂联用后，溶液理化性质较为稳定。抑制剂既可以预混，也可以桶混。

内容来源：西北农林大学

本期编辑：程贝贝

本期审核：顾倩倩

本期监制：顾旭东

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