生物農(nóng)藥的分類

生物農(nóng)藥因其獨特的理化性質(zhì)、作用機制以及評價標準等與傳統(tǒng)化學農(nóng)藥相比具有較大差異,為全球各國特別是發(fā)展中國家的登記評審工作帶來了一定的挑戰(zhàn)。目前主要國家包括中國、美國、歐盟、FAO以及OECD等對生物農(nóng)藥的分類以及管理方式均存在較大差異。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)部公告第2569號《農(nóng)藥登記資料要求》,生物農(nóng)藥在我國被分為3大類,生物化學農(nóng)藥一般被定義為具有誘導或調(diào)控作用的天然化合物或人工合成的具有天然化合物結(jié)構(gòu)的物質(zhì)；微生物農(nóng)藥是指以細菌、真菌、病毒、原生動物代謝產(chǎn)物及活體為有效成分形成的藥劑；以及有效成分直接來源于植物體的植物源農(nóng)藥。按照品種又可分為殺螨劑、殺蟲劑、除草劑、殺菌劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等。

 左圖：微生物農(nóng)藥類別統(tǒng)計數(shù)據(jù)；右圖：植物源農(nóng)藥類別統(tǒng)計數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)來源：中國農(nóng)藥信息網(wǎng)數(shù)據(jù)庫

生物農(nóng)藥行業(yè)現(xiàn)狀

根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù),微生物農(nóng)藥在我國擁有絕對的優(yōu)勢,占比接近70%,其次是生物化學農(nóng)藥,占比約為20%。植物源農(nóng)藥僅占比10%,但近年保持著較高的復合增長率。但生物農(nóng)藥市場任然以化學農(nóng)藥為主,化學農(nóng)藥占據(jù)了植物保護市場90%的份額。

究其原因無外乎以下幾點：第一,持效期較短,制劑穩(wěn)定性較差；第二,生物農(nóng)藥研發(fā)人才隊伍不足,生物農(nóng)藥的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化率較低；第三,生物農(nóng)藥研發(fā)經(jīng)費不足,核心技術普遍面臨較高的失敗風險,且研發(fā)周期通常為15-20年,需要足夠的人才和資金儲備,相比于國外農(nóng)藥企業(yè),國內(nèi)的生物農(nóng)藥企業(yè)研發(fā)薪酬與激勵存在差距,無法避免優(yōu)秀人才外流的問題；第四,生物農(nóng)藥研發(fā)數(shù)量和品種單一,存在大量低水平重復開發(fā),同質(zhì)化問題嚴重；第五,專利無法形成有效保護,中國生物農(nóng)藥品種容易受到抄襲,導致企業(yè)研發(fā)動力不足。

 圖 3 2020 年中國植物物源農(nóng)藥登記企業(yè)

圖 4 2020 年中國微生物源農(nóng)藥登記企業(yè)

圖 5 2020 年中國生物化學農(nóng)藥登記企業(yè)

生物農(nóng)藥制造與發(fā)展趨勢

隨著國際間交流與合作日益密切,中國制造在國內(nèi)外生物農(nóng)藥市場的影響力已經(jīng)變得舉足輕重。生物制造是將現(xiàn)代生物技術融入到生產(chǎn)制造領域中而形成的新型交叉科學,它以相關領域的制造技術為基礎,結(jié)合生物理論方法和先進科研成果,利用基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、代謝工程、合成生物學等先進生物醫(yī)藥手段于研究方法,生產(chǎn)具有特定功能活性的物質(zhì)。早在2003年Keasling團隊利用合成生物學手段將抗瘧疾藥物“青蒿二烯”的合成途徑打通；2010年,Stephanopoulous團隊成功合成抗癌藥物“紫杉二烯”。Jin團隊通過提高吩嗪(PCN)基因啟動子活性,使PCN的發(fā)酵溫度從28℃升高到37℃,并使PCN的發(fā)酵效價提高了179倍。發(fā)狀根(Hairy root)和冠癭組織(Crown gall tissue)培養(yǎng)技術被用于生產(chǎn)青蒿素、長春堿等。大規(guī)模植物細胞培養(yǎng)技術經(jīng)過幾十年的努力,已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的可能。如日本黃連(Coptis japonica)細胞培養(yǎng)物生產(chǎn)黃連堿(Coptisine),希臘毛地黃(Digitalis lanata)細胞培養(yǎng)物生產(chǎn)地高辛(Digoxin)等。

隨著生物技術的迅速發(fā)展,其擁有的巨大潛力已經(jīng)引起了全世界的關注。截至目前為止,我國活體微生物農(nóng)藥登記種類超過250個,生產(chǎn)廠家120多家,包括蘇云金桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟紙芽孢桿菌等。微生物代謝產(chǎn)物登記品種超過2000種,生產(chǎn)廠家超過1500家,主要以阿維菌素、多殺霉素、井崗霉素為主,以及赤霉素、冠菌素為代表的一系列植物生長調(diào)節(jié)劑。植物源農(nóng)藥則以苦參堿、除蟲菊素、藜蘆堿、蛇床子素等天然提取成分為主,以及14-羥基蕓苔素甾醇為代表的一系列植物生長調(diào)節(jié)劑。登記種類超過300種,生產(chǎn)廠家超過200個。

微生物農(nóng)藥的應用技術相對較為成熟,植物源農(nóng)藥因其成分復雜,毒性低,成本高的特點逐漸形成了一整套特有的應用體系。通過預防-預防性治療-治療的應用理念,以及搭配傳統(tǒng)化學農(nóng)藥減量增效技術,在控制使用成本的同時,最大程度的減少化學農(nóng)藥用量,減小靶標抗性的形成,保護食品安全。

伴隨著“碳達峰”、“雙減”、“環(huán)保”等一系列國家戰(zhàn)略與政策法規(guī)的出臺與實施,中國生物農(nóng)藥制造企業(yè)正在迎來春天,生物農(nóng)藥制造企業(yè)的規(guī)模不斷發(fā)展壯大。例如,成都新朝陽推出了“0.006%冠菌素水劑”,該種生物農(nóng)藥是一種由微生物合成的天然小分子物質(zhì),通過高密度發(fā)酵技術+納濾反萃技術得到。該種生物農(nóng)藥可以在極低的使用濃度起到調(diào)節(jié)作物生長,改善作物品質(zhì)的效果；在高濃度使用條件下,則可以起到脫葉和除草的效果；類似的已登記的生物農(nóng)藥產(chǎn)品還有脫落酸和赤霉酸。