宋宝安院士：农药科技创新的发展路径

在2023年中央经济工作会议上，“发展新质生产力”被明确提出，这一战略部署为各行业的创新发展指明了方向。对于农药行业而言，新质生产力的发展不仅关乎农业生产效率的提升，更是实现农业绿色可持续发展的关键。总书记强调“要以科技创新推动产业创新，特别是以颠覆性技术和前沿技术催生新产业、新模式、新动能，发展新质生产力”，这一论述为农药行业的科技创新提供了根本遵循。

当今世界正经历百年未有之大变局：经济发展陷入低迷，科技制高点的争夺战日趋激烈。在农业领域，病虫草害抗性问题愈发严峻，环境保护要求不断提高，传统农药发展模式面临巨大挑战。在此背景下，加速培育农药新质生产力，成为我国从农药大国迈向农药强国的必然选择。本文将围绕农药新质生产力的科技创新展开深入探讨，旨在为行业发展提供有益思路。

农药新质生产力的内涵与特征

1.1  概念界定

农药新质生产力是以科技创新为核心驱动力，通过引入新技术、新产业、新业态、新模式等创新要素，以提高农业生产效率和质量、减少环境影响为目标的先进生产力质态。它不仅涵盖了农药生产技术的革新，还包括产品创新、管理方式变革以及可持续发展理念的深度融入。

1.2  核心内涵

农药新质生产力是创新起主导作用的先进生产力质态，特点就是创新。把握农药新质生产力，关键在于深刻认识创新在提高农药行业发展质量中的核心作用。其内涵是在传统农药生产和应用的基础上，构建新技术、新产业、新制度，以发展高效、低毒、环境友好和低抗性风险的绿色农药创制技术为核心，建立基于创新的新产业格局，鼓励高效协同的联动机制；通过关键性、颠覆性技术突破来引领农药行业的飞跃发展，成为经济高质量发展的新动力源泉。具体如：① 科技创新的引领性：引入人工智能、大数据分析、生物技术等前沿科技，推动农药研发、生产、管理及使用全链条的创新。例如，利用人工智能技术进行农药分子设计，可大幅提高研发效率，缩短新产品上市周期；② 产业升级的引导性：农药新质生产力通过推动行业的技术创新、管理创新、模式创新等，助力农药行业实现转型升级，提升行业整体竞争力。一方面，针对不同病虫害和杂草，通过技术创新和产业升级，形成新的农药产业形态，包括发展更加高效、低毒、低残留的绿色农药新品种和对环境友好的生物农药、天然农药、纳米农药等新型农药产品，以及提供综合性的植保服务等。另一方面，在经营模式和服务方式上进行变革，包括通过电子商务平台、直播带货等形式为农户提供农药产品和服务；开展农技咨询服务，提供个性化的病虫草害防治方案等；③ 新机制的前瞻性：农药行业的高质量发展要求政府、行业协会和研究机构等多方共同参与，形成合力。通过政策引导、资金支持、人才培养等措施，促进农药行业的转型升级，实现农药生产的绿色化、智能化和服务化，为农业可持续发展提供有力支撑。

1.3  表现形式

农药新质生产力的表现形式是多方面的，它涵盖了农药行业的各个方面。从宏观层面看，农药新质生产力的表现主要包括：① 加强科技创新在农药行业中的驱动作用：在技术创新驱动下，农药行业积极应用生物技术、纳米技术等前沿科技，开发出如植物生长调节剂、生物农药等新产品；② 推动产业升级与结构优化：通过产业结构优化，淘汰落后产能，提升产品科技含量，布局特色领域，培育高科技农药企业；③ 新质生产力的发展离不开绿色发展和可持续生产的理念；④ 加强国际合作与交流：通过与国际先进企业和研究机构进行战略合作，实现优势互补，引进和吸收国际先进的研究成果和管理经验，推动国内农药行业的国际化发展，将国内的创新成果输出到国际市场，提升我国农药行业的国际竞争力；⑤ 发挥行业协会维护市场秩序的作用：农药行业要通过制定和执行严格的行业标准，推动产业的规范化和健康发展；⑥ 强化龙头企业的核心竞争力：强化核心竞争力是推动农药产业高质量发展的重要策略，龙头企业通常在行业中具有显著的市场份额，在农药产业中具有引领作用。

从农药自身层面看，主要体现在：① 新型小分子农药活性成分开发：小分子农药是化学防治的核心，同时也是农药产业创新的关键，这涉及通过人工智能及高性能计算等技术的设计活性分子、利用化学合成或生物技术制备新的农药活性成分，这些新成分通常具有更高的效能、更低的剂量需求以及对环境和非靶标生物的低毒性，可以有效推动农药产业的科技进步和产业升级，为农业生产提供更加安全、高效、环保的农药产品；② RNA等生物农药的开发：生物农药的开发为农业害虫和病原体的防控提供了新的解决方案，它们代表了农药领域的一次重大变革。它们利用生物学原理，特别是基因表达调控机制，以实现对害虫和病原体的精准防控。同时，生物农药是农业可持续发展的重要组成部分，在环保、完全、抗药性、选择性、生物多样性保护等方面展现出显著优势，是未来农业发展的重要方向；③ 创新的农药制剂技术：农药制剂技术的创新是提高农药效果、降低环境污染和提升农业生产效率的关键；④ 智慧农业与精准植保：借助地理信息系统、遥感技术、人工智能、智能穿戴、大数据、物联网等现代信息技术和无人机、智能农机、智能监测系统等高科技设备，调节农作物生态种植环境，提高病虫害识别的准确性和防治的针对性，实现农药高效精准施用的智能化水平，提升病虫害防控效率，降低农药用量和抗药性风险；⑤ 多种病虫草害防治手段联合防控等方面：联合防控是实现农业可持续发展和生态环境保护的重要策略。将化学防治与物理防治、生物防治、生态调控、农业措施等进行有机结合，可以发挥各自的长处，提高防治效率。同时，通过联合防控措施，实现综合病虫草害管理融合，制定综合防治策略，减少对单一化学防治的依赖。

农药新质生产力发展面临的挑战

现阶段，农药新质生产力的发展，在推进的过程中可能会面临一些未知的问题和挑战。除了农药创制研究本身资金投入大、研发周期时间长外，还有长期大剂量使用带来的有害生物抗药性、农药残留等问题。除此之外，和农药行业相关的科技创新、产业结构、生态环境、行业竞争、法规欠缺、人才短缺等，可能会给农药新质生产力的发展带来更大的影响。这些问题主要表现在：

2.1  技术创新能力不足

2.1.1  原创性分子靶标不足

原创性分子靶标发现是农药新质生产力发展的核心技术“制高点”。目前已知的农药分子靶标绝大多数由欧美、日本等发达国家发现并垄断，我国自主发现的新靶标极少。例如，近10年我国发现的原创性靶标占比小于20%，这严重制约了我国绿色农药的创制效率和国际竞争力。

2.1.2  原创性化学骨架缺乏

原创性化学骨架是农药新质生产力发展的又一核心技术。我国农药研发中原创性骨架占比不到10%，而跨国公司如巴斯夫、拜耳等通过持续投入，垄断了全球75%以上的农药销售市场。国内企业产品同质化严重，市场竞争力不足。

2.1.3  手性农药合成技术落后

手性农药创制与产业化应用是农药新质生产力发展的重要技术。手性农药在全球农药新品种中的贡献率已达44%，但我国在手性合成技术方面与发达国家差距显著。不对称氢化、氧化等关键技术被国外长期垄断，成为我国手性农药发展的“卡脖子”技术。

2.1.4  RNA生物农药发展缓慢

利用RNAi技术进行病虫害防治具有防治目标专一性、靶标开发的便捷性、应用方便易于操作、绿色无污染、无残留及环境兼容性强等众多优势，完全符合公众对于绿色农药的需求。我国在RNA生物农药基础研究方面起步较早，但由于缺乏规模化研究投入和科学管理机制，与国际农化巨头如拜耳公司相比存在显著差距。同时，农民对生物农药认知不足，也限制了其大面积推广。

2.1.5  清洁生产技术陈旧

绿色制造是农药行业高质量发展的必然选择，也是农药新质生产力发展的关键支撑。我国农药清洁制备技术相对落后，催化剂催化效率低，“三废”处理难度大，环保压力大。与欧美国家相比，我国农药生产工艺“三废排放”达标率低，严重影响行业可持续发展。

2.1.6  残留效应与环境生态风险评估技术缺乏

现代化的农药残留效应与环境生态风险评估是农药行业服务健康中国的基本保障，也是农药新质生产力发展的关键组成部分。目前，我国农药风险评价基本沿用国外传统模型，残留限量标准数量不足，且对代谢物的评估要求较低。缺乏适合我国耕作制度的农药暴露风险预测模型和代谢物评估技术，难以有效保障农产品质量安全和生态环境安全。

2.2  产业结构调整艰难

我国农药行业存在产能过剩、资源配置不合理、中小企业众多等问题，导致行业整体竞争力不强。环保和安全标准的提升增加了企业运营成本，人工成本上升进一步加剧了产业结构调整压力。此外，国际贸易环境变化、政策法规调整等因素也影响着我国农药企业的转型。目前，我国农药品种以仿制药为主，企业在新品种研发投入较少，原药产品品牌档次与发达国家差距较大。

2.3  产业发展环境严峻

2.3.1  绿色发展挑战

生物农药推广受到小农经济模式、农民认知水平、价格等因素制约，其生产成本高、存储运输条件苛刻，限制了广泛应用。纳米农药虽然能提高农药利用率，但纳米载体可能引发新的生物安全和环境问题。人工智能等新技术在农药领域的应用仍处于发展阶段，存在技术不成熟、数据积累有限、计算成本高等风险。

2.3.2  国际合作与竞争压力

在全球化背景下，我国农药行业面临激烈的国际竞争。贸易壁垒、技术封锁、市场准入限制等问题影响了我国农药企业的国际市场拓展。跨国公司凭借全链条研发优势、技术优势和品牌影响力，占据全球大部分市场份额，给国内农药行业带来巨大压力。我国农药合成药物分子设计技术水平与发达国家相差15～20年，原始创新能力不足，绿色农药研发投入较少。

2.4  法律法规与市场监管不完善

农药行业的法律法规和市场监管体系尚需完善，假冒伪劣产品、不合规使用等问题普遍存在，对生态环境和农产品质量安全构成威胁。同时，知识产权保护力度不够，影响了研究人员的研发积极性和创新动力。

2.5  人才培养难、人才流失严重

一直以来，农业领域特别是农药学领域都面临着严重的人才流失问题。绿色农药的研发创新需要具备化学、生物、环境的多学科知识的专业人才。然而经交叉学科培养后的大量专业人才却倾向于转向医药、生物技术或金融等高薪行业或稳定的行政管理部门，传统农业科研吸引力下降。在高校和科研机构中，农药学方向的新生力量不足，老一辈专家退休后出现“青黄不接”的局面。另一方面，在“双碳”目标和生态农业的背景下，农药学常常被误解为“高污染”领域，公众对农药的负面印象降低了对农药行业的认同感。这都在很大程度上削弱了农业科技创新的核心力量，同时也暴露出学科发展中的结构性矛盾。

农药新质生产力科技创新的发展路径

随着农业现代化进程的加快和环境保护意识的提升，农药新质生产力的发展已经成为当前农药行业的核心使命。其发展重点在于推动农药产业的高质量发展，这需要农药行业各领域之间的协同进步和创新，推进并加快适应农药新质生产力的转型升级。这不仅涉及绿色农药的科技创新、重大品种与应用的突破，还需要跨学科的合作以及政策和市场的支持，以实现农药行业的可持续发展。

3.1  基于比较基因组学的原创性绿色农药靶标发现

通过功能基因组学、转录组学等多组学技术，结合RNA干扰、基因编辑等靶向调控技术，对病虫草害的分子机制进行深入研究。利用生物信息学和人工智能算法建立潜在靶标数据库，借助蛋白质晶体结构解析技术和分子互作技术，构建分子靶标成靶性评价体系，实现农药原创性分子靶标的快速发现与验证。例如，针对农业有害生物，构建关键基因网络、信号通路和必需基因三层潜在分子靶标挖掘与验证体系，开展UspA、PYK等农药原创分子靶标的验证工作。

3.2  基于人工智能和高性能计算的原创分子骨架发现

整合药效团连接碎片筛选、片段虚拟生长等技术，构建智能精准的绿色农药分子设计技术体系。综合运用智能化学、合成生物学等技术，建立农药成药性评价体系，提高研发效率和产品质量。利用化学信息学、多任务图网络等技术，开发原创性农药分子设计与骨架发现技术，提升我国在农药分子设计领域的自主创新能力。

3.3  手性农药创制及产业化

利用手性农药合成技术，构建温和高效的协同催化体系，发展不对称催化、酶催化、微通道反应等手性农药合成新技术。设计合成高效、新型的非金属手性催化剂，提高催化活性和产物对映体选择性，减少重金属残留，构建新型手性农药的绿色合成与创制技术。创新不对称催化氧化等合成方法，开发高效、安全的手性合成环保新工艺。突破生物合成关键酶的筛选改造，酶催化机制的解析，光学纯手性中间体合成途径的构建等瓶颈问题，发展手性农药的绿色生物合成技术。建立手性农药活性分子的绿色高效手性合成技术和低碳生产体系及“新手性农药先导发现—高效及清洁制备—手性农药与靶标互作途径”相互关联的研究体系，提高手性农药合成效率和生产工艺。

3.4  防控重大病、虫、草害的绿色农药创制及产业化

我国在绿色农药（杀菌剂、除草剂和杀虫剂等）创制及产业化方面仍面临原创性分子结构、原创性靶标及重磅绿色农药品种的缺乏。因此，急需加强原创性靶标的研究、探索新作用机制以及推动产业化应用。新机制高活性绿色农药的分子设计、产品创制、作用机理研究以及田间应用技术的深入探索，旨在实现我国农药创制的全创新链构建与重大产品的产业化，以应对日益严重的杂草抗药性问题，并保障农业生产的可持续性。

3.5  农药清洁生产技术创新

利用流式化学等技术开发环保新工艺，构建绿色高效的协同催化体系，发展化学催化、仿生催化等农药制备新技术。针对天然农药合成难题，发展农药合成生物学技术，利用生物信息学、基因编辑等技术，发现天然农药生物合成途径及关键酶，通过人工智能等技术提升酶催化效率，重构目标农药的清洁生物合成途径和工艺路线。同时，提升安全化、绿色化和智能化技术，如推广连续化工艺技术、高效催化技术、智能化生产管理系统等，提高农药生产的安全性、环保性和生产效率。

3.6  RNA生物农药创制及产业化

利用人工智能、自动化感知算法设计基于RNAi的活性成分，建立农业病虫害RNAi靶标基因的智能化筛选系统和小核酸低成本规模化生产纯化工艺，研制新型环保稳定的dsRNA递送系统。构建RNA生物农药全链条研发体系，打通从产品研发到市场化应用的关键环节，实现RNA生物农药的产业化。同时，加快相关政策制定及应用许可，推动RNA生物农药的商业化进程。

3.7  农药制剂纳米化技术创新及应用

利用纳米制备技术将农药有效成分制成纳米级颗粒或形成纳米载药体系，增强药效、提高农药利用率、减少农药用量。开发适合纳米农药的新型助剂，如聚合物增溶剂、新型分散剂等，建立合理的助剂调控稳定性评价方法，加快纳米农药的推广应用。针对不同农业应用场景，开发“场景导向型纳米农药”，提高纳米农药的适用性和效果。

3.8  残留效应与环境生态风险评估

利用人工智能、替代毒理学等技术，开发高通量农药分析和原位快速检测方法，构建农药残留效应风险和毒理学评估新模型。研究农药及代谢物对作物、非靶标生物和环境基质的生态毒性效应及其机制，完善农药登记资料要求和代谢物环境风险评估方法，为农药新质生产力的发展提供安全保障。

3.9  智慧农业与精准植保发展

利用物联网、大数据分析、人工智能等现代信息技术，改进农业生产方式，发展智慧农业。利用农业分子影像学技术研究农作物生理状态和病虫害发生情况，为精准植保提供科学依据。整合农药大数据资源，支持农药产业决策制定、监督管理和精准用药。国家应加强整体规划，加大研发资助力度，突破关键技术，推动智慧农业与精准植保的产业化发展，提升农业生产效率和可持续发展能力。

结论与展望

农药新质生产力是推动农药行业高质量发展的核心动力，其发展离不开科技创新的引领。当前，我国农药新质生产力发展面临技术创新能力不足、产业结构调整艰难等诸多挑战，但也迎来了人工智能、生物技术等新技术革命带来的机遇。

未来，我们应坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，围绕“建设现代化产业体系”的战略目标，牢牢抓住科技创新这个核心要素。加强原创性分子靶标和化学骨架发现，突破手性农药合成等关键技术，推动绿色农药创制及产业化，提升清洁生产技术水平，加快RNA生物农药和纳米农药等新型农药的研发与应用，完善残留效应与环境生态风险评估体系，大力发展智慧农业与精准植保。

通过全方位的科技创新，推动我国农药行业向高端化、智能化、绿色化转型，开辟发展新赛道、增强发展新动能、塑造发展新优势，为保障国家粮食安全、推动农业产业升级和实现农业绿色可持续发展做出更大贡献，助力实现社会主义现代化和中华民族伟大复兴的战略目标。