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首款全新作用机理杀虫剂“噁唑磺酰虫啶”的创制经纬

 

       一个全新的化学类别,一种从未被商业化的作用机理,一次对“无药可治”的抗性害虫的有效突破。

       今年2月,日本农药学会(Pesticide Science Society of Japan)揭晓了2025年度学会奖(Society Awards)获奖名单。一篇题为《新型杀虫剂噁唑磺酰虫啶的创制与开发》的论文摘得这项荣誉。

首款全新作用机理杀虫剂“噁唑磺酰虫啶”的创制经纬

       获奖者来自住友化学株式会社研究团队:伊藤舞、野倉嘉彦、坂本恵美子、西村真也等人。

       这篇论文究竟讲了什么,能让它从众多优秀研究中脱颖而出?

       今天,我们就来聊聊这款被称为“抗性突破者”的全新杀虫剂——噁唑磺酰虫啶(oxazosulfyl)的故事。

一场悄无声息的危机

       故事要从一个“敌人”说起。

       水稻,日本最重要的农作物。但在稻田里,潜伏着一群“隐形杀手”——稻飞虱。它们体型微小,却能在短时间内吸食稻株汁液,导致整片稻田枯死,农民称之为 “虱烧”。

       上世纪90年代,两款代表性杀虫剂问世:吡虫啉和氟虫腈。它们效果拔群、持效期长,通过简单的“育苗箱处理”,就能让水稻整个生长期免受虫害。农民们广为接受。

       然而,危机正在暗处滋生。

       2005年前后,噩耗传来:稻飞虱们进化了。实验室生测数据显示,部分田间种群对吡虫啉的抗性比高达568.4倍,对氟虫腈的抗性比也达到71倍——这意味着田间药效出现显著下降。

       曾经的“高效药剂”,面临挑战。

       稻田里,亟需一个新的解决方案。

从0到1:寻找“不可能”的分子

       故事回到住友化学的研究室。

       研究员们面对的是一个巨大的化合物库——成千上万的分子,每一个都有可能成为答案,但大多数都是死胡同。

       “我们要找的不是另一个同类药。”项目负责人回忆,“我们要找一个从未被商业化过的全新类别。”

       这意味着实现原创性突破的探索。

       终于,一个编号为Compound 1的分子引起了注意。它结构奇特,活性微弱但真实存在。就像一颗不起眼的种子,却蕴含着无限可能。

分子雕琢:一场精密的“乐高游戏”

       接下来的故事,是一场漫长的分子结构优化马拉松。如果把这个分子想象成一串精致的钥匙,研究员们的任务就是不断调整钥匙的每一个齿纹,直到它能完美打开害虫体内的“锁”。

首款全新作用机理杀虫剂“噁唑磺酰虫啶”的创制经纬

       让我们看看这把“钥匙”是如何一步步打磨成型的:

       第一步:关键位置定生死。

       研究员们发现,分子中一个苯环上的甲硫基,它的位置至关重要——必须在邻位才有效,放在间位或对位,活性就消失。这就像钥匙的第一个齿纹,位置稍有偏差,锁就打不开。

       第二步:换掉一个原子,活性大不同。

       他们尝试将甲硫基升级为乙磺酰基。别小看这个变化,相当于给钥匙的齿纹增加了一个微小的凸起,结果活性显著提升。

       第三步:骨架替换,脱胎换骨。

       接下来是大手术——把分子的核心骨架从苯环替换成吡啶环。这相当于把钥匙的材质升级,不仅更稳定,开锁也更顺滑。

       第四步:杂环筛选,百里挑一。

       研究员们给分子接上各种不同的“手柄”——噻唑环、咪唑环、苯并咪唑环……经过反复测试,最终锁定苯并噁唑环为最佳选择。这个环结构稳定,与靶点的契合度最高。

       第五步:最后点睛,决定成败。

       最关键的一步来了。他们在苯并噁唑环的特定位置引入一个三氟甲基硫基,并比较了两种细微差异的分子:

       一种是亚砜形式(可以理解为硫原子连接一个氧);

       一种是砜形式(硫原子连接两个氧,也就是最终的噁唑磺酰虫啶)。

       田间试验给出了明确答案:砜形式完胜。在低密度害虫控制方面,它的表现远超亚砜形式。这个看似微小的差别——多一个氧原子——决定了谁是最终的王者。

       最终诞生的噁唑磺酰虫啶,属于住友化学首次提出的 “磺酰基类(sulfyl group)”化学类别,是该类别的首个代表分子。

它凭什么被称为“抗性突破者”?

       噁唑磺酰虫啶的诞生,让研究员们看到了希望。但真正让它展现价值的,是接下来的生物测定结果。

       实验一:抗性种群遭遇战。

       研究员们从鹿儿岛田间采集了已对吡虫啉产生高抗性的褐飞虱种群——实验室生测显示,该种群对吡虫啉的抗性比高达568.4倍。

       结果令人振奋:

       吡虫啉几乎完全失效的害虫,在噁唑磺酰虫啶面前,死亡率与敏感种群无显著差异。

       同样的突破发生在白背飞虱身上——对氟虫腈抗性比高达71倍的种群,噁唑磺酰虫啶照样轻松拿下。

       实验二:中毒症状解密。

       高清摄像系统记录下了中毒害虫的典型表现:

       没有常见的兴奋、痉挛、挣扎。

       它们只是越来越慢,越来越慢,对外界刺激毫无反应,最终从稻株上无声掉落。

       掉落后,它们并未立即死亡,却再也无法取食、无法交配、无法产卵。在稻田水面上,它们成了天敌的盘中餐。

       这是什么机理?

       答案是——囊泡乙酰胆碱转运体(VAChT)抑制剂。

       这个名称背后,是一个从未被任何商业化杀虫剂使用过的全新靶点。

       用通俗的话解释:传统杀虫剂是在神经信号的“接收端”搞破坏,让虫子过度兴奋而死;而噁唑磺酰虫啶是在神经信号的“发送端”下手——从源头上掐断信号传递。

       由于该靶点此前从未被任何商业化杀虫剂利用,目前的研究尚未发现它与现有药剂存在交互抗性。

       国际杀虫剂抗性行动委员会(IRAC)正式将其归类为全新的第37组。目前,这是该组唯一的成员。

       这种独特的化学结构——苯并噁唑环连接吡啶环,再加上乙磺酰基和三氟甲基硫基——恰好完美地契合了这个全新靶点的三维结构。就像一把精心雕琢的钥匙,插进了一把从未有人打开过的锁。

从实验室到稻田

       实验室的数据再漂亮,最终还得看田里的表现。

       2016—2020年,日本植物保护协会组织了覆盖全国的官方药效试验。

首款全新作用机理杀虫剂“噁唑磺酰虫啶”的创制经纬

       结果令人鼓舞:

       对13种以上水稻主要害虫——包括半翅目的飞虱、叶蝉,鳞翅目的二化螟、稻纵卷叶螟,鞘翅目的稻负泥虫,直翅目的稻蝗——噁唑磺酰虫啶全部获得“优秀”评价。

       在鹿儿岛,面对吡虫啉、氟虫腈、吡蚜酮都难以压制的田间种群,噁唑磺酰虫啶依然将虫口密度控制在较低水平。

       在模拟田间试验中,研究员们在水稻移栽后连续3次释放褐飞虱。结果对照区早已“虱烧”枯死,而噁唑磺酰虫啶处理区的水稻依然生长正常。

       更突出的是它的“内吸传导”能力:用放射性标记的药剂进行土壤处理,3天后就能在水稻的根、茎、叶中检测到均匀分布。这意味着,只需在育苗箱处理1次,整株水稻就自带“保护系统”。

历史性的一天

       2021年4月21日,这是历史性的一天,2.0%噁唑磺酰虫啶颗粒剂以“ALLES®”的商品名在日本正式取得登记。

首款全新作用机理杀虫剂“噁唑磺酰虫啶”的创制经纬

       此后,住友化学又推出了多个复配产品,将它与杀菌剂组合,实现“虫菌双防”。一个完整的“ALLES家族”正在形成。

为什么能获得日本农药学会最高奖?

       回到开头的问题:这篇论文凭什么获奖?

       它完成了3个维度的突破:

       一是化学维度的突破。噁唑磺酰虫啶属于住友化学首次提出的“磺酰基类”,这是该化学类别的首个代表。它的分子结构——苯并噁唑环、吡啶环、乙磺酰基、三氟甲基硫基——每一个基团都是经过千锤百炼筛选出来的最优解,为农药创制开辟了全新的化学空间。

       二是生物学维度的突破。它发现了VAChT这个从未被商业化的新靶点,为抗性治理提供了全新的作用机制。正是因为化学结构的独特性,才能锁定这个从未被“攻击”过的靶点。

       三是实践维度的突破。它不是停留在论文里的分子,而是真正走进田间、解决实际问题的产品。从2016年到2020年,覆盖全国的官方试验证明了它的价值。

       日本农药学会的评语中肯定:该研究在全新化学类别发现、全新作用机理阐明、抗性害虫治理实践3个维度做出了重要贡献。

结语:新一代杀虫剂的启示

       噁唑磺酰虫啶的故事,给我们3个启示:

       第一,抗性治理没有终点。害虫永远在进化,农药研发也必须永远在路上。

       第二,原创性突破最难,也最有价值。噁唑磺酰虫啶不是第N个“XX类似物”,而是一个全新的类别、全新的靶点。它的每一个原子、每一个化学键,都是科学家们精心雕琢的结果。

       第三,好的农药,既要“高效”,也要“聪明”。它不仅有效控制害虫,更懂得“借刀杀人”——让掉落的害虫成为天敌的食物,让整株水稻自带防护。

       当然,作为一款全新作用机理的产品,噁唑磺酰虫啶需要被纳入科学的抗性管理轮换体系中,与其他不同机理的药剂搭配使用,才能最大程度地延缓抗性发展,实现可持续的害虫治理。

       2025年,这篇论文获奖。

       但在日本、在中国、在全球各地的稻田里,噁唑磺酰虫啶的故事才刚刚开始。

       下一次,当你吃到一碗香喷喷的米饭时,或许可以想起这个故事——关于一群科学家,用十多年时间,像雕琢艺术品一样打磨一个分子,最终守护了这片稻田的故事。

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