葉 萱 編譯

(中國(guó)農(nóng)藥工業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100723)

數(shù)個(gè)世紀(jì)以來開發(fā)害蟲防治新工具一直是作物保護(hù)行業(yè)的重要需求，在今天全球人口不斷增加和傳播疾病昆蟲的威脅下更是如此。盡管有許多防治害蟲的技術(shù)，如生物防治、轉(zhuǎn)基因植物、抗性寄主植物、栽培措施和不斷增加的生物農(nóng)藥，但在許多情況下，殺蟲劑仍然是防治害蟲的主要手段。人類早期用天然產(chǎn)品（NP），如煙堿和除蟲菊（表1），硫磺和砷化物等無機(jī)物防治害蟲。在20世紀(jì)40年代和50年代期間，引入了合成有機(jī)殺蟲劑，如滴滴涕（DDT）、有機(jī)磷類（OPs）、環(huán)雙烯類和N-甲基氨基甲酸酯類殺蟲劑（表1），害蟲防治發(fā)生了重大變化。20世紀(jì)40年代晚期到60年代為“殺蟲劑發(fā)現(xiàn)的黃金時(shí)期”，高效、可靠和負(fù)擔(dān)得起的害蟲防治物質(zhì)已普遍應(yīng)用。 然而， 在同一時(shí)期內(nèi)，殺蟲劑的抗藥性增加（圖1）。抗藥性的增加以及人們對(duì)殺蟲劑對(duì)哺乳動(dòng)物和環(huán)境毒理學(xué)的日益關(guān)注，推動(dòng)了綜合害物管理（IPM）的引入，以及在隨后幾十年中對(duì)更多選擇性殺蟲劑的開發(fā)，這導(dǎo)致殺蟲劑類別大量擴(kuò)增（表1）。

在過去50年中，作物保護(hù)行業(yè)成功開發(fā)了具有許多特性的殺蟲劑，包括選擇性高和用量少的殺蟲劑。在過去幾十年中開發(fā)的殺蟲劑的環(huán)境友好性增加了，但在日益嚴(yán)格的監(jiān)管要求以及公眾對(duì)更環(huán)保產(chǎn)品的需求下，進(jìn)一步降低對(duì)環(huán)境的影響將繼續(xù)是開發(fā)新產(chǎn)品的目標(biāo)。同時(shí)昆蟲對(duì)殺蟲劑的抗性案例數(shù)量持續(xù)上升，抗藥性問題是另一驅(qū)動(dòng)殺蟲劑開發(fā)的主要因素。因此，需要新作用機(jī)制和對(duì)環(huán)境影響進(jìn)一步降低的新殺蟲劑來管理殺蟲劑抗性（IRM），給種植者提供滿足或超越當(dāng)前和未來的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求的選擇。

1 作物保護(hù)工業(yè)進(jìn)入了殺蟲劑發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代

由于開發(fā)新殺蟲劑的時(shí)間增加，開發(fā)和登記費(fèi)用增加，所以新殺蟲劑的發(fā)現(xiàn)和商業(yè)化費(fèi)用越來越高，平均每個(gè)產(chǎn)品為3億美元。這些因素已驅(qū)動(dòng)作物保護(hù)工業(yè)發(fā)生變化，如公司合并（圖2）。在合成農(nóng)藥發(fā)現(xiàn)的前幾十年中，全球有65家公司參與了新作物保護(hù)化合物發(fā)現(xiàn)的研究與開發(fā)工作（R＆D）。歐洲開發(fā)研究公司數(shù)量在20世紀(jì)50年代達(dá)到高峰，而美國(guó)的開發(fā)研究公司數(shù)量大約在20世紀(jì)40年代達(dá)到峰值（圖2），日本此峰值發(fā)生在20年后。自這些行業(yè)發(fā)展達(dá)到高峰以來，作物保護(hù)化學(xué)行業(yè)發(fā)生了演變和整合，以達(dá)到一定經(jīng)濟(jì)規(guī)模，并具備成功發(fā)現(xiàn)新化合物的必要條件。作物保護(hù)工業(yè)的如此發(fā)展導(dǎo)致相關(guān)研究開發(fā)公司數(shù)量減少，目前在歐盟、日本和美國(guó)進(jìn)行新的作物保護(hù)化合物研究開發(fā)的公司減少到22個(gè)。在許多情況下，剩下的公司比其前身規(guī)模要大得多，資源也更多（Sparks，2013年；Sparks和Lorsbach，2017b），創(chuàng)新能力更強(qiáng)，并參與眾多市場(chǎng)和地區(qū)。此外，目前可用的殺蟲劑類型發(fā)生了變化，這反應(yīng)了作物保護(hù)工業(yè)發(fā)生了重大變化。在過去27年中，殺蟲劑的環(huán)境相容性大大提高，能更好地滿足不斷嚴(yán)格的管理要求的新殺蟲劑被發(fā)現(xiàn)和上市。因此，在許多方面，最近27年（約從1991年以來）代表殺蟲劑發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代，開發(fā)的有明顯銷售額（＞5 000萬美元，2017年的銷售數(shù)據(jù)）的新類型殺蟲劑數(shù)量是前50年的2倍。這表明在1991年后作物保護(hù)行業(yè)進(jìn)行了大量創(chuàng)新，但并不意味著1990年前開發(fā)的殺蟲劑沒有持續(xù)價(jià)值以及與當(dāng)今農(nóng)業(yè)不相容。1990年以前的許多殺蟲劑仍然很重要，例如合成擬除蟲菊酯類殺蟲劑，在近40年的時(shí)間里，它們一直占據(jù)著全球殺蟲劑市場(chǎng)15%～20%的份額（圖3）。需要指出的是，新類型殺蟲劑在數(shù)量和多樣性方面一直在增加，其中許多具有新的作用機(jī)制，而且還在被持續(xù)發(fā)現(xiàn)（表1，圖3-4）。

2 殺蟲劑作用機(jī)制數(shù)量

20世紀(jì)50年代和60年代的殺蟲劑市場(chǎng)只有滴滴涕及其類似物、環(huán)二烯（及相關(guān)的有機(jī)氯）、有機(jī)磷和N-甲基氨基甲酸酯等類別（表1，圖3-4）。這些化合物的作用機(jī)制只有3種：調(diào)節(jié)電壓門控鈉離子通道（VGSC），抑制乙酰膽堿酯酶（AChE）和阻礙γ-氨基丁酸（GABA）門控氯通道（表1）。20世紀(jì)60年代（圖3）在美國(guó)，這些類別殺蟲劑占?xì)⑾x劑市場(chǎng)的94%。然而，在殺蟲劑抗性出現(xiàn)和不斷增加，監(jiān)管不斷嚴(yán)格的情況下，需要引入新殺蟲劑。自從第1代合成有機(jī)殺蟲劑商業(yè)化以來，已發(fā)現(xiàn)了許多類別的殺蟲劑，且這些殺蟲劑成為了市場(chǎng)中的主要產(chǎn)品，如合成擬除蟲菊酯類、新煙堿類、二酰胺類和一些其他類殺蟲劑。其他類殺蟲劑有苯甲酰脲類、阿維菌素類、多殺菌素類、季酮酸類/2,4-吡咯烷二酮（tetramic acid）和二酰肼類（表1，圖4）。因此，一些較早類型殺蟲化合物的利用在過去40年中大大地減少了（表1）。如前所述，現(xiàn)在其他類別殺蟲劑和快速增長(zhǎng)的二酰胺類殺蟲劑的銷售額約占全球市場(chǎng)的50%（圖3），這說明自1991年以來商業(yè)化的新類型殺蟲化合物的重要性和影響。這些新殺蟲劑的作用機(jī)制包括一系列新的或正在開發(fā)（在引入）的（表1），其中包括昆蟲煙堿型乙酰膽堿受體（nAChR）的激動(dòng)劑位點(diǎn)，它是新煙堿的靶標(biāo)位點(diǎn)，也是以前發(fā)現(xiàn)的殺蟲劑NP和煙堿的殺蟲靶標(biāo)位點(diǎn)。其他1991年后發(fā)現(xiàn)的新殺蟲靶標(biāo)位點(diǎn)有nAChR（多殺菌素）上的變構(gòu)位點(diǎn)和GABA-門控氯離子通道[異噁唑啉、間雙酰胺（meta-diamides)]、乙酰輔酶A羧化酶[ACCase、季酮酸類/2,4-吡咯烷二酮（tetramic acid）]、蛻皮激素激動(dòng)劑作用位點(diǎn)（二芳甲酰肼類）、線粒體電子傳遞復(fù)合體II(β-酮腈衍生物）、GSC-阻滯劑作用位點(diǎn)（噁二嗪、縮氨基脲）、魚尼汀受體上的變構(gòu)位點(diǎn)（雙酰胺）和昆蟲弦音器TRPV通道（吡蚜酮、雙丙環(huán)蟲酯）（表1）。

表1 引入不同化學(xué)類別殺蟲劑的時(shí)間和其作用機(jī)制a

續(xù)表

續(xù)表

有人認(rèn)為只有有限的殺蟲靶標(biāo)位點(diǎn)可用于有效防治害蟲。然而自從約30年前此文章發(fā)表以來，已發(fā)現(xiàn)新的作用機(jī)制（表1），但新的受體或生化過程很少（例如蛻皮激素受體、ACCase和昆蟲弦音器TRPV通道）。很久以前就知曉VGSC為殺蟲劑靶標(biāo)（除蟲菊、滴滴涕、合成擬除蟲菊脂）。殺蟲VGSC阻滯劑作用于VGSC中新的殺蟲劑結(jié)合位點(diǎn)，這不是以前殺蟲劑產(chǎn)品的靶標(biāo)，但也不是對(duì)新的殺蟲劑敏感的靶標(biāo)位點(diǎn)。同樣，異噁唑啉類和間雙酰胺類（GABA-門控氯離子通道上的變構(gòu)位點(diǎn)）、多殺菌素類（nAChR上的變構(gòu)位點(diǎn)）和雙酰胺類（魚尼汀受體上的變構(gòu)位點(diǎn)）的靶標(biāo)位點(diǎn)是以前開發(fā)的殺蟲化合物受體上的新結(jié)合位點(diǎn)。因此，發(fā)現(xiàn)的特異性靶標(biāo)（例如VGSC、nAChR）系統(tǒng)中的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量增加了，但特異靶標(biāo)數(shù)量仍相對(duì)很少。對(duì)于這些已知昆蟲系統(tǒng)中的一些靶標(biāo)，其他不同的結(jié)合位點(diǎn)仍未被利用，其中包括N-丁基酰胺和AaIT等蝎子毒素作用于VDSC中的位點(diǎn)。更重要的是開發(fā)了昆蟲體內(nèi)其他潛在的靶標(biāo)位點(diǎn)，例如鈣和鉀通道、毒蕈堿受體、生物胺受體等GPCR和調(diào)節(jié)生物胺（如多巴胺）的系統(tǒng)。然而，到目前為止，除了章魚胺受體以外，其他系統(tǒng)仍未被利用。也許，對(duì)這些未被利用系統(tǒng)的研究與導(dǎo)致新煙堿發(fā)現(xiàn)的情況相似，即只是等待新化學(xué)類型物質(zhì)、不同生測(cè)方法或不同靶標(biāo)昆蟲和新的假設(shè)的很好地融合。煙堿長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是一種殺蟲劑，在新煙堿類吡蟲啉出現(xiàn)之前，對(duì)煙堿類似物已經(jīng)研究了很長(zhǎng)一段時(shí)間。新化學(xué)骨架的融合，測(cè)試對(duì)不同昆蟲靶標(biāo)的活性（褐飛虱）使科學(xué)家將最終發(fā)現(xiàn)新煙堿的假設(shè)編織在一起。這和其他示例說明需要不斷創(chuàng)新開發(fā)許多昆蟲作用靶標(biāo)，更重要的是發(fā)現(xiàn)新的作用機(jī)制。因此，商業(yè)化開發(fā)一些潛在殺蟲劑靶標(biāo)位點(diǎn)正在等待科學(xué)家合成正確的新化學(xué)類型物質(zhì)，然后將其與正確的生物測(cè)定法和不同的假設(shè)相結(jié)合。

3 發(fā)現(xiàn)新殺蟲劑：先導(dǎo)物產(chǎn)生

從殺蟲劑開發(fā)歷史看，有許多方法用于開發(fā)殺蟲劑，有對(duì)化合物庫(kù)的經(jīng)驗(yàn)/隨機(jī)篩選，天然物質(zhì)為潛在產(chǎn)品或激發(fā)開發(fā)靈感，不同形式的生化（靶標(biāo)位點(diǎn)）或生物合理性設(shè)計(jì)，開放性文獻(xiàn)，競(jìng)爭(zhēng)者的專利，生物活性骨架，對(duì)其他化學(xué)領(lǐng)域（除草劑和殺真菌劑）內(nèi)部數(shù)據(jù)的挖掘/廣泛篩選以及新型化學(xué)骨架。這些方法可被大致分為3類：天然產(chǎn)品或源于天然產(chǎn)品的啟發(fā)，競(jìng)爭(zhēng)者的啟發(fā)或生物活性假設(shè)（圖6）。后一種基于生物活性假設(shè)，如Loso等人所定義，是不同于從頭設(shè)計(jì)或基于化學(xué)的設(shè)計(jì)和隨機(jī)篩選的方法，它始于生物學(xué)假設(shè)，然后設(shè)計(jì)分子以驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)（圖5）?；谏锘钚约僭O(shè)的方法所包括的策略有數(shù)據(jù)挖掘，靶標(biāo)位點(diǎn)啟發(fā)，新型骨架，骨架跳躍，基于片段、配體和形狀的設(shè)計(jì)，多樣性篩選和基于文獻(xiàn)的想法（圖5）。許多先導(dǎo)產(chǎn)生是發(fā)生在生物活性假設(shè)的情況下。先導(dǎo)產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)者的啟發(fā)（CI）方法不言自明。在此，競(jìng)爭(zhēng)者的化合物被作為起點(diǎn)，特性假設(shè)（基于生物或傳遞）指導(dǎo)研究人員發(fā)現(xiàn)具有新穎藥效團(tuán)的新的生物活性化合物。下面將提到，基于CI的先導(dǎo)物生成在歷史上是最常見的方法，由此開發(fā)了有機(jī)磷、氨基甲酸酯、擬除蟲菊酯等。第3類為天然產(chǎn)品為基礎(chǔ)的先導(dǎo)產(chǎn)生法，很久以來就為先導(dǎo)物產(chǎn)生的重要方法，下面將詳細(xì)介紹。

圖1 自1914以來殺蟲劑抗性案例的累積數(shù)量

圖2 A-歐洲、日本和美國(guó)進(jìn)行基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)的研發(fā)的作物保護(hù)公司的數(shù)量（從事生物制品和信息素公司除外）；B-不同歐洲國(guó)家進(jìn)行發(fā)現(xiàn)的研發(fā)作物保護(hù)公司數(shù)量下降

圖3 主要類別殺蟲劑的使用隨時(shí)間的變化情況

圖4 商業(yè)化引入不同類別殺蟲劑的大概時(shí)間和每類的活性成分?jǐn)?shù)量

圖5 先導(dǎo)化合物產(chǎn)生的方法

圖6 自1990年以來，每年新的ISO殺蟲劑名稱的數(shù)量（表明一般先導(dǎo)化合物產(chǎn)生方法的分布）

第4類方法為公司內(nèi)部跟進(jìn)自己的產(chǎn)品，開發(fā)下1代產(chǎn)品（圖5）。1個(gè)新產(chǎn)品的成功上市，自然有利于確定是否有可能擴(kuò)展產(chǎn)品。此方法主要用于提高防效，拓寬害蟲防治譜，或改善其他特性。如此研究常常進(jìn)行，即使新產(chǎn)品仍在開發(fā)中。用這種方法發(fā)現(xiàn)的突出殺蟲劑例有由甲胺磷發(fā)現(xiàn)了乙酰甲胺磷（對(duì)哺乳動(dòng)物的選擇性高）和由克百威產(chǎn)生丁硫克百威（對(duì)哺乳動(dòng)物的選擇性提高），氯菊酯產(chǎn)生氯氰菊酯，近而再產(chǎn)生溴氰菊酯（效力提高了），由阿維菌素產(chǎn)生甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽（防治譜增加），由吡蟲啉產(chǎn)生噻蟲啉（葉面施用效率提高），由蟲酰肼產(chǎn)生甲氧蟲酰肼（防效提高），由吡螨胺產(chǎn)生唑蟲酰胺（防治譜增加），由多殺菌素產(chǎn)生乙基多殺菌素（防效、防治譜和殘留活性提高），由螺螨酯產(chǎn)生螺甲螨酯，近而產(chǎn)生螺蟲乙酯，由氯蟲苯甲酰胺產(chǎn)生氰蟲酰胺（cyantraniliprole）（防治譜和遷移性提高）。

3.1 不同先導(dǎo)物產(chǎn)生方法的影響

通過查詢最近27年中向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）申請(qǐng)通用名稱的新殺蟲劑化合物來確定不同先導(dǎo)化合物產(chǎn)生方法的影響?？赡艿脑?，確定用于自1991年以來向ISO呈交通用名的114個(gè)新殺蟲劑的先導(dǎo)物產(chǎn)生方法（NP、CI、生物活性假設(shè)）（圖6）。目前，這些殺蟲劑的73%已商業(yè)化，7%已停止開發(fā)，20%為新的/仍在開發(fā)中。大部分新殺蟲劑的先導(dǎo)物為基于CI開發(fā)的，其次為生物活性假設(shè)發(fā)現(xiàn)（圖6）。對(duì)這些更新的殺蟲劑的更詳細(xì)分類（7A)表明42%是基于CI，29%是基于生物活性假設(shè)的方法和13%是基于下一代的方法開發(fā)的。NP為最小的部分，只占7%。然而，如追尋某些競(jìng)爭(zhēng)者啟發(fā)的化合物和下一代化合物的來源時(shí)，NP的影響要大得多，因?yàn)樵S多化合物的來源都可以追溯到NP。這樣考慮的化，NP的影響就更大了，其中17%ISO殺蟲劑是直接或間接基于NP開發(fā)的（圖7A）。

圖7 A-自1990年以來，新ISO名命的殺蟲劑的先導(dǎo)物的產(chǎn)生源(包括77個(gè)化合物，不包括有機(jī)磷、氨基甲酸酯和擬除蟲菊酯）；B-目前主要類別殺蟲劑（基于2017年的銷售額）的起源（先導(dǎo)物產(chǎn)生方法，見圖5和文中）

3.2 作為新殺蟲劑模板的天然產(chǎn)品

天然產(chǎn)品一直重要，但與其他先導(dǎo)物產(chǎn)生法相比，是最近新殺蟲劑發(fā)現(xiàn)較少利用的來源（圖7A）。然而，當(dāng)根據(jù)當(dāng)前（2017年）全球殺蟲劑銷售（圖7B）來分析IRAC作用機(jī)制分類法確定的當(dāng)前殺蟲劑類別的來源時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)NP的作用很大，基于NP開發(fā)的殺蟲劑銷售額達(dá)到總的37%左右。相比之下，受競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手啟發(fā)的方法并沒有產(chǎn)生代表殺蟲劑新類別的許多產(chǎn)品。但VGSC阻滯劑類別（IRAC類別22）的噁二嗪類和氨基脲類，和最近間雙酰胺和異噁唑啉類殺蟲劑是例外。但是，以前數(shù)據(jù)表明這些是例外，而不是常規(guī)。

盡管NP對(duì)新ISO殺蟲劑的影響不大，但NP的潛在影響卻要大得多。對(duì)于通過其他方式發(fā)現(xiàn)的殺蟲劑化學(xué)類別，NP有潛力作為其中許多類別的模板。明顯的例子是新煙堿類，其起源于發(fā)現(xiàn)硝蟲噻嗪（nithiazine）的信息，硝蟲噻嗪是發(fā)現(xiàn)吡蟲啉的基礎(chǔ)。新煙堿類與NP煙堿的關(guān)系顯然，在不同情況下，煙堿或地棘娃素可能潛在地啟發(fā)新煙堿類的設(shè)計(jì)。NP可能啟發(fā)合成殺蟲劑的相似例子有有機(jī)磷、蛻皮激素激動(dòng)劑、線粒體電子運(yùn)輸位點(diǎn)-1（MET I）抑制劑，還有有爭(zhēng)議的苯基吡咯類。因此，如此看來，NP對(duì)殺蟲劑發(fā)現(xiàn)和銷售的真正和潛在的影響重大，達(dá)到2017年全球殺蟲劑銷售額的75%以上（圖8A）。因此，NP作為殺蟲劑發(fā)現(xiàn)的模板和啟發(fā)一直是新化學(xué)類型殺蟲劑發(fā)現(xiàn)的重要起點(diǎn)。有趣的是，植物源NP一直是殺蟲劑化合物的巨大來源。作為N-甲基氨基甲酸酯和合成擬除蟲菊酯等殺蟲化學(xué)物質(zhì)的啟發(fā)物質(zhì)以及天然代謝物，理論上講新煙堿、OP、苯基吡咯類或MET I抑制劑可能由其衍生（圖8B）。而阿維菌素類和多殺菌素類等一些較新的殺蟲產(chǎn)品是在微生物基礎(chǔ)上開發(fā)的。

和其他先導(dǎo)物產(chǎn)生方法一樣，NP法也存在一些問題和優(yōu)勢(shì)。新NP的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)漫長(zhǎng)而具挑戰(zhàn)的過程，這潛在地降低了由NP發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)物的幾率。此外，一旦分離和鑒定，NP可能是具有許多立體中心的復(fù)雜分子，使得基于它們的殺蟲劑設(shè)計(jì)過程漫長(zhǎng)而復(fù)雜。因此，以NP為基礎(chǔ)開發(fā)殺蟲劑可能比其他先導(dǎo)物產(chǎn)生方法需要更多時(shí)間。而優(yōu)勢(shì)為NP具有未被發(fā)現(xiàn)的新的殺蟲劑作用機(jī)制，如阿維菌素類、多殺菌素類、沙蠶毒素類似物、魚尼汀、雙丙環(huán)蟲酯和其他（表1），但需要提供更多激勵(lì)來維持NP為先導(dǎo)物產(chǎn)生工具。利用合成生物學(xué)和基因工程也可提供已知NP的新的類似物或全新的NP。例如，通過對(duì)相關(guān)生物合成途徑進(jìn)行基因修飾得到阿維菌素類和多殺菌素類的新的類似物。

圖8 A-天然產(chǎn)品對(duì)當(dāng)前主要?dú)⑾x劑類別（基于2017年的銷售額）的影響（真正和潛在的）；B-NP來源的主要?dú)⑾x劑類別（實(shí)際的和潛在的）

3.3 發(fā)現(xiàn)殺蟲劑的工具

在最近27年中，有許多新工具用于發(fā)現(xiàn)新的作物保護(hù)化合物。用于快速制備的化合物庫(kù)和高通量篩選（HTS）技術(shù)已普遍用于作物保護(hù)工業(yè)20多年。和醫(yī)藥工業(yè)不同，作物保護(hù)工業(yè)具有活體高通量篩選開發(fā)的優(yōu)勢(shì)，能夠在96孔板或相關(guān)系統(tǒng)中，以重要害物為靶標(biāo)進(jìn)行小型化生測(cè)，盡管吞吐量可能小于許多離體生測(cè)法。用于HTS測(cè)定的理想害物有蚜蟲[例如煙蚜（Myzuspersicae)]和鱗翅目[例如實(shí)夜蛾（Heliothisspp）,Spodopteraspp)]等重要害蟲,以及Drosophila melanogaster或蚊子（例如Aedes aegypti）等模型昆蟲，這些都是較大昆蟲類別代表，因此有能力在測(cè)試過程中較早顯示活體活性。

作為篩選和先導(dǎo)物產(chǎn)生過程的補(bǔ)充，計(jì)算機(jī)或輸入潛在化合物的虛擬篩選也被廣泛用于作物保護(hù)工業(yè)。計(jì)算機(jī)篩選集中于篩選推斷具有ag-like和lead-like特性的化合物，以及根據(jù)事先的篩選結(jié)果強(qiáng)調(diào)與某些害蟲相關(guān)的基于計(jì)算的化學(xué)指紋。此外，潛在輸入的三維版本可虛擬篩選對(duì)受體模型或靶標(biāo)酶的活性。這些方法的最終結(jié)果是，在進(jìn)行任何生物測(cè)定之前，增加發(fā)現(xiàn)新的活性先導(dǎo)化學(xué)物質(zhì)的可能性，同時(shí)將需要購(gòu)買或合成的化合物的數(shù)量減至最少。因此，計(jì)算機(jī)篩查的使用可以保持HTS篩查程序易于管理，同時(shí)提高了發(fā)現(xiàn)新的活性化學(xué)物質(zhì)的可能性。

雖然被廣泛利用，但基于離體靶標(biāo)位點(diǎn)的HTS遠(yuǎn)不是已成為商業(yè)產(chǎn)品的新殺蟲化學(xué)物質(zhì)發(fā)現(xiàn)的主要因素。理論上，對(duì)已選靶標(biāo)位點(diǎn)有高度活性的化學(xué)類別的確定可能有高度的優(yōu)勢(shì)。然而，對(duì)靶標(biāo)位點(diǎn)的活性僅僅是成功設(shè)計(jì)新殺蟲劑的一個(gè)因素。根據(jù)靶標(biāo)位點(diǎn)對(duì)化學(xué)物質(zhì)的優(yōu)化常常使化合物具有無法活體傳遞到害蟲或活體靶標(biāo)位點(diǎn)的物理特性。常常，最終開發(fā)的殺蟲產(chǎn)品對(duì)靶標(biāo)位點(diǎn)的活性不是最高，但卻是實(shí)際可用于農(nóng)業(yè)的成本和特性的最佳結(jié)合體。然而，隨著對(duì)殺蟲劑-害蟲-植物-環(huán)境間相互作用了解的不斷增加，用計(jì)算機(jī)方法優(yōu)化與殺蟲劑效力有關(guān)的靶標(biāo)位點(diǎn)活性和所有其他參數(shù)可能是開發(fā)過程中更好利用離體數(shù)據(jù)的一個(gè)途徑。

定量構(gòu)效關(guān)系（QSAR）和計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)（CAMD）等計(jì)算機(jī)方法是發(fā)現(xiàn)和開發(fā)新殺蟲劑和了解作用機(jī)制的主流方法。作為最早的計(jì)算機(jī)輔助法之一的評(píng)估殺蟲劑效力的QSAR分析法已被開發(fā)了幾十年。然而，QSAR常用于了解化學(xué)領(lǐng)域，很少被成功用于設(shè)計(jì)或優(yōu)化殺蟲化學(xué)物質(zhì)使其產(chǎn)品化。一般，計(jì)算機(jī)方法用于先導(dǎo)產(chǎn)生過程中來優(yōu)化或了解增加或限制化學(xué)物質(zhì)活性的參數(shù)。這樣，它們?yōu)閷Ｗ⒂诨瘜W(xué)特定領(lǐng)域的先導(dǎo)物產(chǎn)生科學(xué)家提供了一個(gè)視角，可用來查看化學(xué)結(jié)構(gòu)并形成假設(shè)以進(jìn)行測(cè)試，作為化學(xué)結(jié)構(gòu)改進(jìn)計(jì)劃的一部分。類似地，QSAR、CAMD和相關(guān)的計(jì)算機(jī)方法也能輔助了解殺蟲劑與靶標(biāo)位點(diǎn)的作用，還能提供優(yōu)化指導(dǎo)。有趣的是，計(jì)算機(jī)工具也能輔助制定何時(shí)結(jié)束化學(xué)研究的決策。

4 總結(jié)——?dú)⑾x劑發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代

如上所述，從許多方面來講過去的27年都是殺蟲劑發(fā)現(xiàn)的新時(shí)代，在這期間發(fā)現(xiàn)了許多新的殺蟲劑化學(xué)類別（例如新煙堿類、二酰胺類、雙酰肼類、多殺菌素類、亞砜亞胺類、間二酰胺類、異噁唑啉類、pyropene等）和數(shù)種新作用機(jī)制（表1）。在過去27年中有顯著銷售額（≧50 MM USD）的商業(yè)化化學(xué)殺蟲劑的新類別是前50年的2倍，有更多在開發(fā)中，這也支持以上觀點(diǎn)。這說明最近幾年已開發(fā)或正在開發(fā)的殺蟲劑新類別的擴(kuò)展。重要的是，其中許多新化合物作用機(jī)制新穎或未知，因此有可能為害蟲控制和IRM提供新的選擇。

雖然在近年發(fā)現(xiàn)了更多的殺蟲劑新類別，但這些類別的每一種的化合物量，特別是1991年以來可能比1990年前的類別（OP、氨基甲酸酯、?；孱悺M除蟲菊酯類等，圖4）要少。先導(dǎo)物產(chǎn)生的一個(gè)考慮因素是，在現(xiàn)有化學(xué)領(lǐng)域（基于CI）周圍尋找新的化學(xué)空間所需的時(shí)間可能與開發(fā)新的殺蟲化學(xué)領(lǐng)域所需時(shí)間沒有什么不同。因此，能夠快速進(jìn)入基于CI的先導(dǎo)物產(chǎn)生的相關(guān)化合物領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)可能比預(yù)期的少。在歐洲、日本或美國(guó)進(jìn)行基于CI的研究公司在1991年后很少。因此，一旦發(fā)現(xiàn)新的化學(xué)領(lǐng)域，可能就會(huì)有比過去有更少的基于CI的類似物。此外，在過去27年中，CI啟發(fā)發(fā)現(xiàn)的殺蟲類似物的特性可能要少于此類別的第一個(gè)化合物，這進(jìn)一步說明全新類別化合物的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)自1991年以來ISO殺蟲劑名稱申請(qǐng)時(shí)間的分析是衡量近年作物保護(hù)工業(yè)新開發(fā)的化學(xué)產(chǎn)品的措施。公開的新殺蟲劑數(shù)量在1993年達(dá)到峰值，在接下來的20年中此數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定，在約25年間（1994-2018年）每年平均3.6個(gè)新殺蟲劑，在老的類型殺蟲劑（OP、氨基甲酸酯和擬除蟲菊酯類）淘汰后，每年2.9個(gè)。因此，盡管開發(fā)和登記新的作物保護(hù)化合物的費(fèi)用和時(shí)間增加，以及許多公司投入大量資源來研究和開發(fā)生物制劑和轉(zhuǎn)基因植物，在過去的20年中，作物保護(hù)工業(yè)新殺蟲劑的總產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定。重要的是對(duì)發(fā)現(xiàn)和開發(fā)新殺蟲劑的興趣和需要仍很大，特別是考慮到作為IPM和IRM項(xiàng)目的工具，具有新作用機(jī)制的殺蟲劑在市場(chǎng)中的溢價(jià)情況。