第六章农药构效关系

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1、第六章第六章 农药构效关系研究农药构效关系研究 自自 1962年年Hansch 和和Fujita 在在Nature 上首次报道了研上首次报道了研究结构与生物活性之间定量关系究结构与生物活性之间定量关系(Quantitative structure-activity relationships, QSAR)的方法以来，定量构效关系的方法以来，定量构效关系研究已成为药物化学的中心内容之一，研究已成为药物化学的中心内容之一，它主要是采用数理它主要是采用数理统计的方法研究化合物的生物活性与化学结构之间的变化统计的方法研究化合物的生物活性与化学结构之间的变化规律，并用一定的数学模型来概括和表达构效关系的

2、量变规律，并用一定的数学模型来概括和表达构效关系的量变规律规律。通过结构与生物活性之间定量关系的研究不仅有助。通过结构与生物活性之间定量关系的研究不仅有助于了解药物在体内的作用情况，探索作用机制，描述受体于了解药物在体内的作用情况，探索作用机制，描述受体图像，预测同源物的生物活性，避免合成过多的化合物，图像，预测同源物的生物活性，避免合成过多的化合物，从而提高合成效率，而且还可以帮助人们设计出具有更高从而提高合成效率，而且还可以帮助人们设计出具有更高活性、高选择性的生物活性分子。活性、高选择性的生物活性分子。 与此同时，与此同时，Free和和Wilson也尝试用数学加和模型研究定也尝试用数学加

3、和模型研究定量构效关系获得成功。此外量构效关系获得成功。此外Kier等根据拓扑学原理用分子连等根据拓扑学原理用分子连接性指数作为描述化学结构的参数，这些用物化参数、结构接性指数作为描述化学结构的参数，这些用物化参数、结构参数和拓扑参数与生物活性进行相关性的研究，大多用多重参数和拓扑参数与生物活性进行相关性的研究，大多用多重回归分析方法来求出描述构效关系的数学方程。定量构效关回归分析方法来求出描述构效关系的数学方程。定量构效关系研究在药物设计中的重要意义是显而易见的。系研究在药物设计中的重要意义是显而易见的。 到目前为止，到目前为止，QSAR在研发农药中的应用获得了很大在研发农药中的应用获得了很

4、大的成功，这方面的成绩甚至超过了药物领域的创制研究。的成功，这方面的成绩甚至超过了药物领域的创制研究。至今已有多种商品化农药是采用至今已有多种商品化农药是采用 QSAR的方法研制出来的，的方法研制出来的，其中如除草剂苯其中如除草剂苯嗪草酮嗪草酮 ，溴丁酰草胺，溴丁酰草胺 ，杀虫剂，杀虫剂联苯菊酯联苯菊酯及杀菌剂及杀菌剂叶菌唑、种菌唑叶菌唑、种菌唑等。等。药物生物活性产生的过程药物生物活性产生的过程 药剂从处理点到作用点移动的难易，受药剂从处理点到作用点移动的难易，受药物透过细胞药物透过细胞壁难易，对组织内蛋白质及脂类亲和力大小，以及遭到代壁难易，对组织内蛋白质及脂类亲和力大小，以及遭到代谢分解

5、的难易等因素支配谢分解的难易等因素支配。药物在生物体内传送时，。药物在生物体内传送时，如果如果其亲脂性越大，则在脂肪层中越容易滞留；反之，若其亲其亲脂性越大，则在脂肪层中越容易滞留；反之，若其亲水性越大，则在水中越容易滞留水性越大，则在水中越容易滞留。 药剂到达作用部位后，药物与作用点相互作用的难易药剂到达作用部位后，药物与作用点相互作用的难易程度与有机反应的情况相类似，必须考虑到药物分子的电程度与有机反应的情况相类似，必须考虑到药物分子的电性及空间立体大小的影响，作用点可看做是核酸、酶、蛋性及空间立体大小的影响，作用点可看做是核酸、酶、蛋白质及细胞膜等生物体大分子的一部分，所以也应考虑到白质

6、及细胞膜等生物体大分子的一部分，所以也应考虑到药物的亲脂性要有利于它与作用点的相互作用。因此药物药物的亲脂性要有利于它与作用点的相互作用。因此药物分子分子亲脂性（即疏水性）、结构中的电性及立体大小亲脂性（即疏水性）、结构中的电性及立体大小与其与其生物活性密切相关。生物活性密切相关。 由于药物分子与受体的相互结合具有一定三维空间由于药物分子与受体的相互结合具有一定三维空间要求，为了更准确表达药物受体之间的相互作用，有必要求，为了更准确表达药物受体之间的相互作用，有必要从三维空间上来探讨药物分子结构与活性关系，以建要从三维空间上来探讨药物分子结构与活性关系，以建立更加合理的作用模型。立更加合理的作

7、用模型。 在药物定量构效关系研究中，陆续出现了几种考虑在药物定量构效关系研究中，陆续出现了几种考虑生物活性分子与受体结合时三维结构性质的研究方法，生物活性分子与受体结合时三维结构性质的研究方法，如分子形状分析方法、距离几何学方法以及比较分子力如分子形状分析方法、距离几何学方法以及比较分子力场分析方法等，这些方法统称为三维定量构效关系场分析方法等，这些方法统称为三维定量构效关系 （3D-QSAR）方法。）方法。 3D-QSAR与与Hansch-Fujita方法的最大不同就在于，方法的最大不同就在于，它它们都考虑了生物活性分子的三维构象性质，引入了与生物们都考虑了生物活性分子的三维构象性质，引入了

8、与生物活性分子的三维结构信息有关的量作为变元。这些方法能活性分子的三维结构信息有关的量作为变元。这些方法能够比较精确地反映生物活性分子与受体作用的真实图像，够比较精确地反映生物活性分子与受体作用的真实图像，更深刻地揭示药物受体相互作用的机理。更深刻地揭示药物受体相互作用的机理。其中以其中以Crammer等提出的比较分子力场分析方法等提出的比较分子力场分析方法(Comparative molecular field analysis， CoMFA)最引人注目，发展也最迅速。最引人注目，发展也最迅速。 Crammer等认为，药物分子与受体之间的可逆性相互等认为，药物分子与受体之间的可逆性相互作用，

9、主要是通过非共价键作用如作用，主要是通过非共价键作用如范德华力、静电相互作范德华力、静电相互作用以及氢键用以及氢键来加以实现的，作用于同一受体的一系列药物来加以实现的，作用于同一受体的一系列药物分子与受体之间的上述三种作用力场应该有一定的相似性。分子与受体之间的上述三种作用力场应该有一定的相似性。这样，在不了解受体三维结构的情况下，研究这些药物分这样，在不了解受体三维结构的情况下，研究这些药物分子周围三种作用力场的分布，把它们与药物分子的生物活子周围三种作用力场的分布，把它们与药物分子的生物活性定量地联系起来，应该可以推测受体的某些性质，同时性定量地联系起来，应该可以推测受体的某些性质，同时可

10、依此建立一个模型来设计新的化合物，并定量地预测分可依此建立一个模型来设计新的化合物，并定量地预测分子的药效强度子的药效强度，这就是，这就是CoMFA的物理本质。的物理本质。 （1）确定药效构象）确定药效构象 确定研究化合物的药效构象，确定研究化合物的药效构象，依据合理的叠加原则把一系列化合物叠加到一个包含全部依据合理的叠加原则把一系列化合物叠加到一个包含全部化合物分子的空间网格上。药效构象就是化合物分子的空间网格上。药效构象就是指药物分子在与指药物分子在与受体相结合时所采取的空间构象。当药物与受体作用时其受体相结合时所采取的空间构象。当药物与受体作用时其与受体生物大分子活性部位结合时的构象，不

11、一定是全局与受体生物大分子活性部位结合时的构象，不一定是全局极小构象，只是某一低能构象极小构象，只是某一低能构象，如果受体大分子三维结构，如果受体大分子三维结构不清楚时要确定柔性分子的药效构象是比较困难的，目前不清楚时要确定柔性分子的药效构象是比较困难的，目前确定药效构象常用的方法有以下确定药效构象常用的方法有以下2种：种： 如果已知某些药物分子与受体结合的如果已知某些药物分子与受体结合的 X射线衍射数射线衍射数据，就把药物分子此时所取的构象作为药效构象，其他没据，就把药物分子此时所取的构象作为药效构象，其他没有晶体结构数据的同类药物分子，选取与这一分子构象相有晶体结构数据的同类药物分子，选取

12、与这一分子构象相似的低能构象作为药效构象。似的低能构象作为药效构象。 绝大多数情况下，由于实验手段所限，药物与受体绝大多数情况下，由于实验手段所限，药物与受体结合时的晶体结构是不知道的。这时，我们可以选取研究结合时的晶体结构是不知道的。这时，我们可以选取研究对象中生物活性高柔性又小的两三个分子，对它们进行分对象中生物活性高柔性又小的两三个分子，对它们进行分子力学或量子化学计算。从这些分子的低能构象中，排除子力学或量子化学计算。从这些分子的低能构象中，排除彼此相差大的构象，得到一个它们所共有的低能构象，这彼此相差大的构象，得到一个它们所共有的低能构象，这一构象就作为该类药物分子的活性构象。然后再

13、用分子力一构象就作为该类药物分子的活性构象。然后再用分子力学或量子化学方法寻找其他化合物与这一活性构象相似的学或量子化学方法寻找其他化合物与这一活性构象相似的低能构象，即认为是它们各自的药效构象。低能构象，即认为是它们各自的药效构象。 药效构象确定之后，在进行三维定量构效关系分析之药效构象确定之后，在进行三维定量构效关系分析之前，为了提取研究对象系列化合物中共同的结构信息，还前，为了提取研究对象系列化合物中共同的结构信息，还要把这些分子依一定的规则重叠起来要把这些分子依一定的规则重叠起来 ，若已知该类化合物，若已知该类化合物的药效团，直接把这些基团在空间上重叠起来是比较理想的药效团，直接把这些

14、基团在空间上重叠起来是比较理想的方法，如果不知道它们的药效团，可以依据已有的知识的方法，如果不知道它们的药效团，可以依据已有的知识和经验，分析化合物中哪些官能团或原子的变化对其生物和经验，分析化合物中哪些官能团或原子的变化对其生物活性影响较大，重叠相应的基团和主要的共同结构特征，活性影响较大，重叠相应的基团和主要的共同结构特征，如苯环、重要的含杂原子基团等。分子的其他部分就取药如苯环、重要的含杂原子基团等。分子的其他部分就取药效构象下的结构，在空间相应分布。利用分子图形工具，效构象下的结构，在空间相应分布。利用分子图形工具，有助于作出合理的重叠假设。有助于作出合理的重叠假设。 （2）根据研究对

15、象及生物活性的特性，选择合适的探）根据研究对象及生物活性的特性，选择合适的探针基团针基团 （如计算静电场可用（如计算静电场可用 H+ 探针、探针、 范德华作用场可用范德华作用场可用CH3 探针、氢键和疏水性质用探针、氢键和疏水性质用 H2O探针等），计算探针基探针等），计算探针基团位于每个空间网格点上与各个药物分子的相互作用能量。团位于每个空间网格点上与各个药物分子的相互作用能量。它们与各化合物的生物活性共同构成它们与各化合物的生物活性共同构成CoMFA的的 QSAR表表格。格。CoMFA方法示意方法示意 （3）使用偏最小二乘法）使用偏最小二乘法可以把变元与因变量之间的可以把变元与因变量之间的

16、关系转化为相应的潜变量之间的关系，这样就可以克服多关系转化为相应的潜变量之间的关系，这样就可以克服多元回归的缺陷，再通过交叉验证元回归的缺陷，再通过交叉验证 过程，即可建立一个预测过程，即可建立一个预测能力很强的能力很强的QSAR模型。模型。 （4） 作作CoMFA系数图系数图，并依此设计新化合物。由于，并依此设计新化合物。由于 CoMFA-QSAR变元数目庞大，变元数目庞大，QSAR关系式的系数也有关系式的系数也有相应的数量。从这些系数上不易看出它们与生物活性之间相应的数量。从这些系数上不易看出它们与生物活性之间的关系，故的关系，故CoMFA-QSAR结果是用结果是用QSAR系数图。图中系数

17、图。图中实线表示该处作用场对提高活性有利，虚线表示该处作用实线表示该处作用场对提高活性有利，虚线表示该处作用场对提高活性不利。从图中可以清楚地看出某一区域场的场对提高活性不利。从图中可以清楚地看出某一区域场的强弱对生物活性的影响最大，强弱对生物活性的影响最大， 据此我们可以设计新化合物据此我们可以设计新化合物使它具有更强的生物活性。使它具有更强的生物活性。CoMFA-QSAR系数系数QSAR研究在农药创制中的成功实例研究在农药创制中的成功实例 新型除草剂溴丁酰草胺的设计新型除草剂溴丁酰草胺的设计 Fujinami等对氯代乙酰胺类化合物对水稻和稗草的除草等对氯代乙酰胺类化合物对水稻和稗草的除草活

18、性进行了活性进行了QSAR研究，发现邻位取代基的大小对两者活性研究，发现邻位取代基的大小对两者活性都有重要的影响，邻位取代基愈大对活性愈有利。一般来说，都有重要的影响，邻位取代基愈大对活性愈有利。一般来说，立体效应大，应难于与作用点的匹配，但在这里却显示出活立体效应大，应难于与作用点的匹配，但在这里却显示出活性高，这可能要通过作物的解毒机制来解释，也许是由于解性高，这可能要通过作物的解毒机制来解释，也许是由于解毒酶中的巯基难于与立体基毒酶中的巯基难于与立体基 团大的药物作用，从而防止了药团大的药物作用，从而防止了药 物在生物体内的代谢所至。物在生物体内的代谢所至。问题问题定量构效关系研究的概念

19、及意义？定量构效关系研究的概念及意义？3D-QSAR与常规方法的最大不同？与常规方法的最大不同？CoMFA的物理本质？的物理本质？第七章第七章 分子生物学技术分子生物学技术在新农药研发中的应用在新农药研发中的应用 农药的研究通常可分为三个阶段，即农药的研究通常可分为三个阶段，即农药的筛选与发现、农药的筛选与发现、农药的开发与产业化及作用机理农药的开发与产业化及作用机理等的研究。农药在防治农作等的研究。农药在防治农作物病虫害方面的作用也需要分子生物学的研究来阐明其作用物病虫害方面的作用也需要分子生物学的研究来阐明其作用机理，即使在早期的化学农药筛选过程中，也已引进了乙酰机理，即使在早期的化学农药

20、筛选过程中，也已引进了乙酰胆碱酯酶、海藻糖酶抑制剂等离体酶筛选方法。胆碱酯酶、海藻糖酶抑制剂等离体酶筛选方法。 生物农药的研究和开发更是与分子生物学技术密不可生物农药的研究和开发更是与分子生物学技术密不可分，同时，通过分子生物学的方法和技术，寻求新的害物分，同时，通过分子生物学的方法和技术，寻求新的害物靶标或解释现有农药的作用机理，也为新合成农药的设计靶标或解释现有农药的作用机理，也为新合成农药的设计和开发提供了必不可少的信息。因此，分子生物学已渗透和开发提供了必不可少的信息。因此，分子生物学已渗透到了农药开发的整个过程，在当今农药研究和发展过程中到了农药开发的整个过程，在当今农药研究和发展过

21、程中已经成了不可或缺的一个部分。已经成了不可或缺的一个部分。分子生物学技术在生物农药研发中的应用分子生物学技术在生物农药研发中的应用 1.分子生物学技术在重组杆状病毒中的应用分子生物学技术在重组杆状病毒中的应用 昆虫病毒种类很多，但重要的病源病毒可分为杆状病昆虫病毒种类很多，但重要的病源病毒可分为杆状病毒、质型多角体病毒、昆虫痘病毒、脓核症病毒、虹彩病毒、质型多角体病毒、昆虫痘病毒、脓核症病毒、虹彩病毒和果蝇西格玛病毒等。这些病毒中的杆状病毒已广泛用毒和果蝇西格玛病毒等。这些病毒中的杆状病毒已广泛用于生物防治，包括核型于生物防治，包括核型多角体病毒多角体病毒 （NPV）和颗粒）和颗粒（GV）体

22、病毒）体病毒。 杆状病毒对昆虫捕食者和鳞翅目以外的益虫或其他非杆状病毒对昆虫捕食者和鳞翅目以外的益虫或其他非靶标生物不具有感染性，杆状病毒作为害虫控制制剂是安靶标生物不具有感染性，杆状病毒作为害虫控制制剂是安全的。目前，国内外已有多种杆状病毒作为生物农药登记，全的。目前，国内外已有多种杆状病毒作为生物农药登记，但它们的商业化应用较为困难，部分原因是相对于常规合但它们的商业化应用较为困难，部分原因是相对于常规合成的化学杀虫剂，成的化学杀虫剂，它们的杀虫速度较慢它们的杀虫速度较慢。 另外，与化学农药相比，杆状病毒存在着另外，与化学农药相比，杆状病毒存在着杀虫谱窄杀虫谱窄，对高龄害虫需加大用量对高龄

23、害虫需加大用量等缺点，故随着基因工程技术的发等缺点，故随着基因工程技术的发展，从展，从20世纪世纪)80年代末起，科学家开始尝试对杆状病毒年代末起，科学家开始尝试对杆状病毒的遗传性状进行各种分子生物学改造，以期获得更优良的的遗传性状进行各种分子生物学改造，以期获得更优良的病毒杀虫剂。病毒杀虫剂。 重组杆状病毒是从病毒最基本的遗传物质重组杆状病毒是从病毒最基本的遗传物质DNA的操作的操作入手，包括基因组入手，包括基因组DAN的分离、的分离、DNA序列的测定、引物的序列的测定、引物的设计、结构与功能的确定、聚合酶链式反应设计、结构与功能的确定、聚合酶链式反应 PCR技术的应技术的应用、质粒的构造、

24、同源重组技术的应用等。另外还包括昆用、质粒的构造、同源重组技术的应用等。另外还包括昆虫细胞培养技术等，是以基因工程技术为依托来改变野生虫细胞培养技术等，是以基因工程技术为依托来改变野生型杆状病毒的遗传性状来构建高效快速重组病毒杀虫剂。型杆状病毒的遗传性状来构建高效快速重组病毒杀虫剂。重组病毒主要从外源基因的重组病毒主要从外源基因的插入和缺失插入和缺失这两个方面入手。这两个方面入手。 1.1 插入基因插入基因 （1）插入激素基因的表达）插入激素基因的表达 通过采用杆状病毒作为一种蛋白质表达载体大量表达一通过采用杆状病毒作为一种蛋白质表达载体大量表达一种昆虫激素，造成昆虫的生长发育紊乱，从而起到快

25、速杀死种昆虫激素，造成昆虫的生长发育紊乱，从而起到快速杀死昆虫的作用。马铃薯天蛾毛虫的利尿激素基因表达后使重组昆虫的作用。马铃薯天蛾毛虫的利尿激素基因表达后使重组的杆状病毒杀死昆虫的速度比野生型病毒提高了的杆状病毒杀死昆虫的速度比野生型病毒提高了20%。 （2）昆虫选择性毒素的表达）昆虫选择性毒素的表达 在野生型的杆状病毒基因重组中，插入昆虫选择性毒素在野生型的杆状病毒基因重组中，插入昆虫选择性毒素基因并在昆虫体内表达，以加速被感染昆虫的死亡速度，这基因并在昆虫体内表达，以加速被感染昆虫的死亡速度，这也是人们在研究的方法之一。这些毒素有苏云金杆菌的内毒也是人们在研究的方法之一。这些毒素有苏云金

26、杆菌的内毒素、钳蝎素、钳蝎 毒素和阿尔及尔蝎毒素以及其他昆虫选择性毒素，毒素和阿尔及尔蝎毒素以及其他昆虫选择性毒素，如蝎毒素和蜘蛛、海葵和螨的毒素等。这些毒素基因被分别如蝎毒素和蜘蛛、海葵和螨的毒素等。这些毒素基因被分别插入到杆状病毒基因组中，并在昆虫体内得以表达。插入到杆状病毒基因组中，并在昆虫体内得以表达。 1.2 缺失基因缺失基因 缺失一个内源性的蜕皮几丁质尿苷二磷酸葡萄糖转移缺失一个内源性的蜕皮几丁质尿苷二磷酸葡萄糖转移酶酶(egt)的杆状病毒，其杀虫效果显著增强。由的杆状病毒，其杀虫效果显著增强。由egt基因缺基因缺失病毒引起的幼虫早熟或不恰当蜕皮可能导致摄食的停止失病毒引起的幼虫早

27、熟或不恰当蜕皮可能导致摄食的停止或早熟死亡。或早熟死亡。 egt基因缺失的杆状病毒可能是第一代能被基因缺失的杆状病毒可能是第一代能被商品化的重组病毒杀虫剂。商品化的重组病毒杀虫剂。杆状病毒基因插入与缺失对杀虫速度的影响杆状病毒基因插入与缺失对杀虫速度的影响 重组杆状病毒表达插入的基因而产生的各种活性成分，重组杆状病毒表达插入的基因而产生的各种活性成分，并没有完全达到在重组前所预期的效果，这要并没有完全达到在重组前所预期的效果，这要从昆虫体内从昆虫体内的代谢、生长调节和虫体内的酶系统等方面进行思考，也的代谢、生长调节和虫体内的酶系统等方面进行思考，也需要从杆状病毒在昆虫体内复制繁殖等过程进行考虑

28、需要从杆状病毒在昆虫体内复制繁殖等过程进行考虑。如。如保幼激素酯酶在昆虫体内特别短的半衰期，杆状病毒在中保幼激素酯酶在昆虫体内特别短的半衰期，杆状病毒在中肠细胞复制极慢而使内毒素难以快速地在中肠发挥杀虫作肠细胞复制极慢而使内毒素难以快速地在中肠发挥杀虫作用等。用等。 病毒杀虫剂需要一个较长的时间才能起到杀虫效果，病毒杀虫剂需要一个较长的时间才能起到杀虫效果，这一问题仍未得到解决。随着分子生物学技术的不断深入，这一问题仍未得到解决。随着分子生物学技术的不断深入，相信在提高杀虫速度，扩大宿主范围和减低病毒感染剂量相信在提高杀虫速度，扩大宿主范围和减低病毒感染剂量等方面必将有所提高。等方面必将有所提

29、高。 2. 分子生物学技术在提高微生物杀虫效率上的应用分子生物学技术在提高微生物杀虫效率上的应用 2.1 苏云金杆菌苏云金杆菌 的研究的研究 1953年年Hannay首先发现苏云金杆菌首先发现苏云金杆菌(Bacillus thuringiesis，Bt)的杀虫活性与伴孢晶体的杀虫活性与伴孢晶体(Insecticidal crystal proteins，ICPs)有关，并证实伴孢晶体是一种蛋白有关，并证实伴孢晶体是一种蛋白质。在之后的半个多世纪中，以伴孢晶体为中心进行了微质。在之后的半个多世纪中，以伴孢晶体为中心进行了微生物学、生物化学、形态结构、致病机理等一系列的研究。生物学、生物化学、形态

30、结构、致病机理等一系列的研究。 这些这些ICPs中含有一种或多种蛋白毒素，所以又称中含有一种或多种蛋白毒素，所以又称-内内毒素毒素(- endotoxin)，-内毒素中又主要以内毒素中又主要以晶体蛋白晶体蛋白(Crystal toxins，简称，简称Cry)和和细胞裂解蛋白细胞裂解蛋白(Cytolitic toxins，简称，简称Cyt)为主，也是为主，也是Bt毒素主要的杀虫蛋白成分。毒素主要的杀虫蛋白成分。Cry和和Cyt毒素都属于孔道形成蛋白毒素都属于孔道形成蛋白(pore-forming toxins，PFT)，是一类分泌型水溶性蛋白，经过结构修饰后就可以，是一类分泌型水溶性蛋白，经过结

31、构修饰后就可以插入，甚至穿过寄主的细胞膜。插入，甚至穿过寄主的细胞膜。-内毒素通过昆虫的肠胃内毒素通过昆虫的肠胃作用于消化系统使昆虫致死，是一种典型的消化道毒剂。作用于消化系统使昆虫致死，是一种典型的消化道毒剂。 Cry毒素有毒素有200多种分属于多种分属于50多个亚群，对鳞翅目、多个亚群，对鳞翅目、鞘翅目、膜翅目和双翅目等的多种害虫都具有毒性。鞘翅目、膜翅目和双翅目等的多种害虫都具有毒性。Cyt毒素包含毒素包含Cyt1和和Cyt2两类，只具有溶血性且目前发现只对两类，只具有溶血性且目前发现只对双翅目昆虫有效。双翅目昆虫有效。Hofte等根据毒素的基因序列与杀虫谱等根据毒素的基因序列与杀虫谱将

32、将Bt毒素分为毒素分为鳞翅目专一型、鳞翅目与双翅目专一型、鞘鳞翅目专一型、鳞翅目与双翅目专一型、鞘翅目专一型和双翅目专一型翅目专一型和双翅目专一型4类类，以后发现的新基因类型，以后发现的新基因类型都可以与此标准对照进行归类。都可以与此标准对照进行归类。 BtBt毒素分类毒素分类 Bt毒素进入昆虫体内后，首先是在昆虫中肠碱性环境下毒素进入昆虫体内后，首先是在昆虫中肠碱性环境下打开肽链间的二硫键和分子间的盐键，成为原毒素打开肽链间的二硫键和分子间的盐键，成为原毒素(protoxin)。原毒素再经中肠蛋白酶水解释放出单毒素，对。原毒素再经中肠蛋白酶水解释放出单毒素，对Cry1A毒素来说，从一个毒素来

33、说，从一个130kD的原毒素被剪切成大约的原毒素被剪切成大约60kD的成熟毒素。然后毒素与中肠上皮细胞刷状缘膜囊的成熟毒素。然后毒素与中肠上皮细胞刷状缘膜囊(brushborder membrane vesicles BBMV)上的受体结合，在上的受体结合，在鳞翅目昆虫中，鳞翅目昆虫中，Cry1A毒素是与一种毒素是与一种120kD的的APN和和210kD或或175kD的钙调素型蛋白结合。紧接着受体钙调素使毒性蛋的钙调素型蛋白结合。紧接着受体钙调素使毒性蛋白原毒素孔道白原毒素孔道-内毒素蛋白发生寡聚化，进一步插入膜内形内毒素蛋白发生寡聚化，进一步插入膜内形成一个阳离子选择性离子通道，引起中肠上皮

34、细胞的离子渗成一个阳离子选择性离子通道，引起中肠上皮细胞的离子渗漏，电解质平衡受到破坏，胞外的水进入细胞，导致细胞溶漏，电解质平衡受到破坏，胞外的水进入细胞，导致细胞溶胀破裂，昆虫由于失水和得不到营养供给而死亡。胀破裂，昆虫由于失水和得不到营养供给而死亡。 图图1-20 Bt1-20 Bt毒素杀虫作用机理示意图毒素杀虫作用机理示意图受体受体钙调素钙调素 毒性蛋白毒性蛋白原毒素原毒素孔道孔道-内毒素内毒素 从毒素进入昆虫体内到形成孔洞这个过程中，从毒素进入昆虫体内到形成孔洞这个过程中，-内毒素内毒素要经过两步结构改造才能释放出成熟蛋白。众所周知，人类要经过两步结构改造才能释放出成熟蛋白。众所周知

35、，人类的消化液是的消化液是酸性的，因此酸性的，因此Bt毒素在人体内不能被活化，这也毒素在人体内不能被活化，这也是其在昆虫和人类间产生选择性的原因之一是其在昆虫和人类间产生选择性的原因之一。而对昆虫本身。而对昆虫本身而言，也存在种类和个体的差异，不同昆虫中肠液的性质和而言，也存在种类和个体的差异，不同昆虫中肠液的性质和蛋白酶的种类与组成都各不相同。如鳞翅目幼虫中肠液呈碱蛋白酶的种类与组成都各不相同。如鳞翅目幼虫中肠液呈碱性性(pH 8.010.5)，其主要的蛋白酶是以胰蛋白酶为主的丝氨酸，其主要的蛋白酶是以胰蛋白酶为主的丝氨酸蛋白酶；大多数的鞘翅目幼虫中肠液为中性或略偏酸性蛋白酶；大多数的鞘翅目

36、幼虫中肠液为中性或略偏酸性(pH 6.57.0)，其主要蛋白酶为半胱氨酸蛋白酶；双翅目的幼虫中，其主要蛋白酶为半胱氨酸蛋白酶；双翅目的幼虫中肠液呈弱碱性，也是以胰蛋白酶为主。这些差异造成昆虫对肠液呈弱碱性，也是以胰蛋白酶为主。这些差异造成昆虫对-内毒素的结构改造也不尽相同，因而对昆虫表现数不同的内毒素的结构改造也不尽相同，因而对昆虫表现数不同的敏感性差异和种类特异性。敏感性差异和种类特异性。 英美等国科学家在研究中发现苏云金杆菌的毒素蛋白英美等国科学家在研究中发现苏云金杆菌的毒素蛋白有有决定寄主范围和杀虫活性两个功能区决定寄主范围和杀虫活性两个功能区。应用分子生物学。应用分子生物学技术，目前已

37、发现超过技术，目前已发现超过25个基因，其编码的蛋白质产物、个基因，其编码的蛋白质产物、昆虫寄主范围以及晶体大小都已报道。昆虫寄主范围以及晶体大小都已报道。 目前通过质粒修饰与交换技术或基因体外重组技术，目前通过质粒修饰与交换技术或基因体外重组技术，已有对毒素蛋白基因重组而获得活性更强、杀虫范围更广已有对毒素蛋白基因重组而获得活性更强、杀虫范围更广的苏云金杆菌杀虫剂的报道和产品，如美国的苏云金杆菌杀虫剂的报道和产品，如美国Sandoz公司通公司通过略加改变苏云金杆菌的武汉亚种基因毒蛋白的氨基酸组过略加改变苏云金杆菌的武汉亚种基因毒蛋白的氨基酸组成，使其的杀虫毒性提高了成，使其的杀虫毒性提高了2

38、-3倍，然后又将此基因克隆倍，然后又将此基因克隆并经穿梭质粒导入并经穿梭质粒导入kurstaki亚种，这种具有复合毒素基因亚种，这种具有复合毒素基因工程菌对多种鳞翅目害虫均有优异的防治效果。该工程菌工程菌对多种鳞翅目害虫均有优异的防治效果。该工程菌除使毒力增强和杀虫谱扩大外，其他特性与原来的菌株并除使毒力增强和杀虫谱扩大外，其他特性与原来的菌株并无差别。无差别。 目前已经被克隆的目前已经被克隆的Cry基因有基因有10多个，微生物载体包多个，微生物载体包括病毒、细菌、藻类等的一些种类。利用修饰、改造等部括病毒、细菌、藻类等的一些种类。利用修饰、改造等部分合成或全人工合成的分合成或全人工合成的Cr

39、y基因转化植物，获得的抗虫转基因转化植物，获得的抗虫转基因植物已有基因植物已有50多种。转基因的马铃薯、棉花和玉米等在多种。转基因的马铃薯、棉花和玉米等在田间大面积种植，取得良好的抗虫效果。田间大面积种植，取得良好的抗虫效果。 球形芽孢杆菌球形芽孢杆菌 Bs 的研究的研究 球形芽孢杆菌是另一种广泛存在于自然界，与苏云金球形芽孢杆菌是另一种广泛存在于自然界，与苏云金杆菌相似，是土壤或水域中的一种产芽孢杆菌，其中部分杆菌相似，是土壤或水域中的一种产芽孢杆菌，其中部分菌株具有杀虫性质，其杀虫谱比苏云金杆菌窄。库蚊对它菌株具有杀虫性质，其杀虫谱比苏云金杆菌窄。库蚊对它最敏感最敏感!按蚊次之，多数伊蚊对

40、它不敏感。利用基因工程按蚊次之，多数伊蚊对它不敏感。利用基因工程技术，将球形芽孢杆菌的产毒基因克隆，并在蓝藻中表达，技术，将球形芽孢杆菌的产毒基因克隆，并在蓝藻中表达，是解决球形芽孢杆菌短效的途径之一。是解决球形芽孢杆菌短效的途径之一。 农用抗生素产生菌的研究农用抗生素产生菌的研究 由于抗生素是由微生物产生的次级代谢产物，发酵单由于抗生素是由微生物产生的次级代谢产物，发酵单位的提高往往涉及到微生物整个代谢过程。根据以往的经位的提高往往涉及到微生物整个代谢过程。根据以往的经验，为了提高抗生素产生菌的菌种单位，通常使用的有紫验，为了提高抗生素产生菌的菌种单位，通常使用的有紫外射线、快中子等物理方法

41、以及加入诱变剂等化学方法，外射线、快中子等物理方法以及加入诱变剂等化学方法，这些方法在过去几十年的生产实践中不断地完善。这些方法在过去几十年的生产实践中不断地完善。 研究发现抗生素是由微生物体内一系列酶反应进行生研究发现抗生素是由微生物体内一系列酶反应进行生物合成产生的，这些酶同样是由遗传物质物合成产生的，这些酶同样是由遗传物质DNA的序列决定的序列决定的。因此，改变的。因此，改变 DNA的序列或序列中的某些结构，同样的序列或序列中的某些结构，同样会对微生物产生抗生素造成影响。人们对阿维菌素的产生会对微生物产生抗生素造成影响。人们对阿维菌素的产生菌和吡咯杀真菌素的产生菌等，其合成抗生素的途径研

42、究菌和吡咯杀真菌素的产生菌等，其合成抗生素的途径研究的较为清楚，而且通过基因工程技术，使产生菌改变这些的较为清楚，而且通过基因工程技术，使产生菌改变这些合成途径中所需的酶而获得目标组分，或提高目标组分的合成途径中所需的酶而获得目标组分，或提高目标组分的发酵单位，这方面取得了较大的成功。发酵单位，这方面取得了较大的成功。分子生物学技术对农药发展的影响分子生物学技术对农药发展的影响 在对农药的影响上，基因工程技术的最大成果之一是转在对农药的影响上，基因工程技术的最大成果之一是转基因植物的产生，它从诞生起就迅速发展并将成为基因植物的产生，它从诞生起就迅速发展并将成为21世纪世纪的重要技术之一。而转基

43、因抗病、抗虫和耐除草剂作物的的重要技术之一。而转基因抗病、抗虫和耐除草剂作物的大量开发和使用将对农药的生产和应用产生重大影响。大量开发和使用将对农药的生产和应用产生重大影响。 转基因作物是农药概念的延伸转基因作物是农药概念的延伸 转基因作物在全球范围内的发展速度及其带来的变化十转基因作物在全球范围内的发展速度及其带来的变化十分惊人。虽然转基因植物是从分惊人。虽然转基因植物是从20世纪世纪80年代中后期发展的，年代中后期发展的，但已有但已有35科科120多种植物转基因成功。转基因作物大部分种多种植物转基因成功。转基因作物大部分种植在发达国家，其中美国种植面积最大，占全球的植在发达国家，其中美国种

44、植面积最大，占全球的70%。 转基因作物主要从两个方向发展，转基因作物主要从两个方向发展，一是把外源的抗虫一是把外源的抗虫和抗病基因转入到相应的作物中，使其具有抗虫抗病性能和抗病基因转入到相应的作物中，使其具有抗虫抗病性能而抵御病虫害的侵袭而抵御病虫害的侵袭，这实际上是一种农药概念的延伸。，这实际上是一种农药概念的延伸。二是将抗除草剂基因转移到作物中二是将抗除草剂基因转移到作物中。 转基因耐除草剂植物对农药的影响转基因耐除草剂植物对农药的影响 通过对除草剂作用机理的研究，从分子水平上了解除通过对除草剂作用机理的研究，从分子水平上了解除草剂作用的原理，通过转基因技术使作物获得或增强对除草剂作用的

45、原理，通过转基因技术使作物获得或增强对除草剂的抗性遗传性草剂的抗性遗传性!从而解决除草剂选择性差的问题。从而解决除草剂选择性差的问题。 抗草甘膦的植物基因工程主要采用三种策略：抗草甘膦的植物基因工程主要采用三种策略： 一促使植物过量产生一促使植物过量产生莽草酸羟基乙烯转移莽草酸羟基乙烯转移酶酶EPSPs； 二是利用除草剂靶蛋白基因发生的点突变产生对除草二是利用除草剂靶蛋白基因发生的点突变产生对除草剂的抗性；剂的抗性； 三是将草甘膦快速代谢成无毒产物。三是将草甘膦快速代谢成无毒产物。 目前已有目前已有300种左右的植物先后培育出抗除草剂品种，种左右的植物先后培育出抗除草剂品种，涉及的除草剂主要有

46、草甘膦、草铵膦、磺酰脲类、咪唑啉涉及的除草剂主要有草甘膦、草铵膦、磺酰脲类、咪唑啉酮类、溴苯腈、酮类、溴苯腈、2，4- 滴等。滴等。 抗除草剂基因的种类，按其作用机理的不同，主要有抗除草剂基因的种类，按其作用机理的不同，主要有三种：三种： 一是产生靶标酶或靶标蛋白质，使作物吸收除草剂后，一是产生靶标酶或靶标蛋白质，使作物吸收除草剂后，仍能进行正常代谢；仍能进行正常代谢； 二是产生除草剂原靶标的异构酶或异构蛋白，使其对二是产生除草剂原靶标的异构酶或异构蛋白，使其对除草剂不敏感，如磺酰脲类除草剂和咪唑啉酮类除草剂；除草剂不敏感，如磺酰脲类除草剂和咪唑啉酮类除草剂； 三是产生能修饰除草剂的酶或酶系统

47、，在除草剂发生三是产生能修饰除草剂的酶或酶系统，在除草剂发生作用前将其降解或解毒。作用前将其降解或解毒。 目前转基因的方法常用的有三种：目前转基因的方法常用的有三种： 一是根瘤农杆菌介导的基因转移，根瘤农杆菌原质粒一是根瘤农杆菌介导的基因转移，根瘤农杆菌原质粒上有一段上有一段DNA称之为称之为T-DNA，在农杆菌侵入细胞时，在农杆菌侵入细胞时， T-DNA能够插入植物细胞的基因组并稳定遗传给子代细胞；能够插入植物细胞的基因组并稳定遗传给子代细胞； 二是基因枪转化法，基因枪是二是基因枪转化法，基因枪是1987年美国康奈尔大学年美国康奈尔大学Sanford等人首先发明的，借高速运动的金属微粒将其表

48、面等人首先发明的，借高速运动的金属微粒将其表面的核酸分子引入到受体细胞中的一种遗传物质转化技术；的核酸分子引入到受体细胞中的一种遗传物质转化技术； 三是借助某些化学品如聚二乙醇三是借助某些化学品如聚二乙醇 PEG等将质粒等将质粒DNA转转入植物细胞。入植物细胞。 还有一些方法：如电击穿孔转化法、激光微束转化法、还有一些方法：如电击穿孔转化法、激光微束转化法、显微注射转化法、超声波转化法、花粉管介导转化法以及显微注射转化法、超声波转化法、花粉管介导转化法以及萌动种子剥胚法等方法，利用这些方法已经在一些植物中萌动种子剥胚法等方法，利用这些方法已经在一些植物中获得了瞬间或稳定的基因表达。获得了瞬间或

49、稳定的基因表达。问题问题转基因作物的发展方向及其应用？转基因作物的发展方向及其应用？抗草甘膦的植物基因工程策略？抗草甘膦的植物基因工程策略？第八章第八章 农药活性分子的生物合理设计农药活性分子的生物合理设计 1. 生物合理设计的思路及特点生物合理设计的思路及特点 生物合理设计（生物合理设计（biorational design）是利用靶标生物是利用靶标生物体生命过程中某个特定的关键生理生化作用机理作为研究体生命过程中某个特定的关键生理生化作用机理作为研究模型，设计和合成能影响该机理的化合物，从中筛选先导模型，设计和合成能影响该机理的化合物，从中筛选先导化合物，然后优化结构来开发新药的一条研究开

50、发途径化合物，然后优化结构来开发新药的一条研究开发途径。 生物合理设计是以阐明的药用作用机理为基础的，也生物合理设计是以阐明的药用作用机理为基础的，也就是应在对作用部位产生的活性作用的微观表现充分理解就是应在对作用部位产生的活性作用的微观表现充分理解的基础上选择靶标进行分子设计。分子生物学研究表明，的基础上选择靶标进行分子设计。分子生物学研究表明，药物在生物体内的作用靶标通常都是一些生物大分子，蛋药物在生物体内的作用靶标通常都是一些生物大分子，蛋白质、酶、核酸等，它们的三维结构在很大程度上决定了白质、酶、核酸等，它们的三维结构在很大程度上决定了一个有效药物分子在化学结构上的要求。一个有效药物分

51、子在化学结构上的要求。 运用生物合理设计的方法来进行新农药分子的从头设运用生物合理设计的方法来进行新农药分子的从头设计时，最理想的情况是研究者所选择的靶标是一个已知其计时，最理想的情况是研究者所选择的靶标是一个已知其三维结构与功能信息的蛋白质。这样就有可能三维结构与功能信息的蛋白质。这样就有可能从空间结构、从空间结构、电性及疏水性等方面出发，在分子水平上探索药物与靶标电性及疏水性等方面出发，在分子水平上探索药物与靶标的相互作用及构效关系的基础上进行全新药物的分子设计的相互作用及构效关系的基础上进行全新药物的分子设计。 目前主要从以下三个层次开展农药活性分子的生物合理目前主要从以下三个层次开展农

52、药活性分子的生物合理的设计：的设计： 其一，基于酶或受体的功能与生化反应研究的干扰剂的其一，基于酶或受体的功能与生化反应研究的干扰剂的设计与开发。设计与开发。 其二，基于代谢机理研究的前体农药或先导体的设计与其二，基于代谢机理研究的前体农药或先导体的设计与开发。开发。 其三，基于靶标蛋白质结构的农药活性分子合理设计。其三，基于靶标蛋白质结构的农药活性分子合理设计。 生物合理设计方法具有以下与其他三种方法显著不同生物合理设计方法具有以下与其他三种方法显著不同的特点：的特点： 其一，前三种传统的分子设计方法是先合成化合物或其一，前三种传统的分子设计方法是先合成化合物或先从有机体中提取活性有效成分，

53、通过筛选先从体内发现先从有机体中提取活性有效成分，通过筛选先从体内发现活性，再了解其作用机理。而生物合理设计是强调首先活性，再了解其作用机理。而生物合理设计是强调首先从从分子水平上来理解自然生态环境中微生物、动植物等有害分子水平上来理解自然生态环境中微生物、动植物等有害生物的生理生化现象，研究生物体内的生长发育机理，有生物的生理生化现象，研究生物体内的生长发育机理，有的放矢的合理设计抑制有害生物生长发育的物质，发现和的放矢的合理设计抑制有害生物生长发育的物质，发现和创制农药先导体分子，具有逆向思维的特点创制农药先导体分子，具有逆向思维的特点。 其二，传统的分子设计方法其二，传统的分子设计方法偏

54、重化学的合理设计，只偏重化学的合理设计，只注重化合物的实际效果注重化合物的实际效果，仅在较宏观的生理水平上对化合，仅在较宏观的生理水平上对化合物进行研究，因而发现农药的过程简单。而生物合理设计物进行研究，因而发现农药的过程简单。而生物合理设计注重理解活性物质的作用方式，探索发现可以选择调控生注重理解活性物质的作用方式，探索发现可以选择调控生物大分子的小分子化合物，除了合理的化学设计及必需的物大分子的小分子化合物，除了合理的化学设计及必需的合成基础之外，还需选择适当的体外酶或受体活性测定的合成基础之外，还需选择适当的体外酶或受体活性测定的方法，正确的评价化合物本质的活性，合理的阐明其活性方法，正

55、确的评价化合物本质的活性，合理的阐明其活性的生物化学基础以及化合物的作用机理，因此的生物化学基础以及化合物的作用机理，因此生物合理设生物合理设计需建立在生物化学以及分子生物学的最新研究成果之上，计需建立在生物化学以及分子生物学的最新研究成果之上，具有研究起点高、知识新等特点具有研究起点高、知识新等特点。 其三，基于随机筛选和类同合成的传统分子设计方法其三，基于随机筛选和类同合成的传统分子设计方法所需的知识结构单一。在学科上主要是由合成化学与农业所需的知识结构单一。在学科上主要是由合成化学与农业生物科学结合，没有生物化学的介入，其研究队伍仅由合生物科学结合，没有生物化学的介入，其研究队伍仅由合成

56、化学家和农业生物学家组成，并且研究手段常规化，而成化学家和农业生物学家组成，并且研究手段常规化，而生物合理设计则要求深入到微观的生物化学和分子生物学生物合理设计则要求深入到微观的生物化学和分子生物学的水平进行研究，因而需要合成化学、生物化学、分子生的水平进行研究，因而需要合成化学、生物化学、分子生物学、生物物理学、计算机科学、农业生物学等多学科在物学、生物物理学、计算机科学、农业生物学等多学科在更高层次上的交叉结合。更高层次上的交叉结合。需要有先进的研究手段和一个由需要有先进的研究手段和一个由多学科的科学家组成的团队来合作完成，具有多学科交叉多学科的科学家组成的团队来合作完成，具有多学科交叉协

57、作的特点协作的特点。 采用生物合理设计方法采用生物合理设计方法不仅可以避免随机合成筛选所不仅可以避免随机合成筛选所产生的盲目性，而且又克服了类同合成法往往只能获得作产生的盲目性，而且又克服了类同合成法往往只能获得作用机制相同的活性化合物的缺点用机制相同的活性化合物的缺点，特别是，特别是有利于克服和减有利于克服和减缓由于应用多种靶标相同的农药品种而使抗性日益严重的缓由于应用多种靶标相同的农药品种而使抗性日益严重的问题问题。由于利用生物合理设计的方法十分有助于有的放矢。由于利用生物合理设计的方法十分有助于有的放矢的获得作用机制不同而具有独特生物活性的新型化合物。的获得作用机制不同而具有独特生物活性

58、的新型化合物。因此利用生物合理设计的方法来探索、发现和开发不仅具因此利用生物合理设计的方法来探索、发现和开发不仅具有新结构，而且具有新靶标的农药品种已成为国际上新农有新结构，而且具有新靶标的农药品种已成为国际上新农药创制的前沿课题和方向。药创制的前沿课题和方向。2. 生物合理设计的研究方法与作用靶标的选择生物合理设计的研究方法与作用靶标的选择 应用生物合理设计方法进行分子设计通常采用下列程序：应用生物合理设计方法进行分子设计通常采用下列程序： （1）首先选择并确定一个单个的酶或受体作为合适的靶标。）首先选择并确定一个单个的酶或受体作为合适的靶标。 （2）由理论化学和有机化学家设计和合成可以抑制

59、靶蛋白的）由理论化学和有机化学家设计和合成可以抑制靶蛋白的化合物。化合物。 （3）根据选定的靶标机理，建立离体的酶活性测试或代谢测）根据选定的靶标机理，建立离体的酶活性测试或代谢测试的筛选模型，以及活性筛选体系。在此基础上进行定向筛选，试的筛选模型，以及活性筛选体系。在此基础上进行定向筛选，最后通过体内筛选体系来评价化合物的生物活性。最后通过体内筛选体系来评价化合物的生物活性。 为了实施这一研究步骤，需要对期待的生物活性相关为了实施这一研究步骤，需要对期待的生物活性相关的分子性状，如的分子性状，如靶蛋白的三维结构，化合物对靶标酶的作靶蛋白的三维结构，化合物对靶标酶的作用位点、相关的生化反应用位

60、点、相关的生化反应等具有全面而深入的了解。如果等具有全面而深入的了解。如果我们不懂得在不同组织内的生命过程和易受攻击点内所包我们不懂得在不同组织内的生命过程和易受攻击点内所包含的酶系统，那么合理开发具有特定靶标的农药将是几乎含的酶系统，那么合理开发具有特定靶标的农药将是几乎不可能，只有在充分了解上述情况后，我们才有可能开始不可能，只有在充分了解上述情况后，我们才有可能开始设计出干扰活的酶系统的活性化合物，如果又能很好的解设计出干扰活的酶系统的活性化合物，如果又能很好的解决化合物在生物体内的稳定性和传导性问题，那么便可成决化合物在生物体内的稳定性和传导性问题，那么便可成功的获得高效、特效的农药。

61、功的获得高效、特效的农药。 由于靶标生物种类繁多，生命过程又极其的复杂，可由于靶标生物种类繁多，生命过程又极其的复杂，可供选择的作用机理和靶标几乎是无穷的，因而如何选择合供选择的作用机理和靶标几乎是无穷的，因而如何选择合适的靶标成为生物合理设计的一个重要策略问题，在目前适的靶标成为生物合理设计的一个重要策略问题，在目前农药研究的实际过程中可以通过下列途径作为选择有效靶农药研究的实际过程中可以通过下列途径作为选择有效靶标或发现新靶标的来源。标或发现新靶标的来源。 （1）选择已在生物化学或分子生物学水平上得到阐明）选择已在生物化学或分子生物学水平上得到阐明和解释的作用机理作为研究对象，可以选择这一

62、作用过程和解释的作用机理作为研究对象，可以选择这一作用过程中的关键酶为作用靶标，在这类已知的靶标中，有些已是中的关键酶为作用靶标，在这类已知的靶标中，有些已是商品化农药的作用靶标，但也有一些靶标目前尚未开发成商品化农药的作用靶标，但也有一些靶标目前尚未开发成为商品化农药的靶标。为商品化农药的靶标。 （2）选择已确定了农药活性但作用机制未知的植物保）选择已确定了农药活性但作用机制未知的植物保护剂的作用机制为研究对象，探明其作用靶标，这一途径护剂的作用机制为研究对象，探明其作用靶标，这一途径可能会为我们提供的新的作用靶标。可能会为我们提供的新的作用靶标。 （3）从具有农药活性的天然产物中寻找新的作

63、用机制，）从具有农药活性的天然产物中寻找新的作用机制，发现新的作用靶标。发现新的作用靶标。 为了获得高效、高选择性的植物保护剂，在选择靶标为了获得高效、高选择性的植物保护剂，在选择靶标时，还应考虑以下几个原则：时，还应考虑以下几个原则： 其一，选择靶标生物特有的作用机理，可使开发的新其一，选择靶标生物特有的作用机理，可使开发的新药具独特的选择性，而不影响非靶标生物。药具独特的选择性，而不影响非靶标生物。 其二，选择对有害生物的生长过程中有致命影响或易其二，选择对有害生物的生长过程中有致命影响或易受攻击的作用部位为靶标。受攻击的作用部位为靶标。 其三，考虑靶标生物的代表性和经济的重要性，这样其三

64、，考虑靶标生物的代表性和经济的重要性，这样就可能从数以万计的作用靶标中，选出具有实用价值和经就可能从数以万计的作用靶标中，选出具有实用价值和经济意义的作用靶标。济意义的作用靶标。 生物信息学，功能基因组学等用于阐明作用部位的新生物信息学，功能基因组学等用于阐明作用部位的新技术使新农药发现的研究策略和方法产生了质的飞跃，为技术使新农药发现的研究策略和方法产生了质的飞跃，为新的作用靶标发现及有效靶标的确定与研究，提供了强有新的作用靶标发现及有效靶标的确定与研究，提供了强有力的技术支持。力的技术支持。3. 基于酶或受体的功能与生化基于酶或受体的功能与生化反应研究的干扰剂的设计与开发反应研究的干扰剂的

65、设计与开发 3.1 运用酶化学机制的靶标酶抑制剂的设计与研究运用酶化学机制的靶标酶抑制剂的设计与研究 从目前对多种农药的作用机理阐明的结果表明，除少从目前对多种农药的作用机理阐明的结果表明，除少数农药的作用机理是物理作用外，大多数农药都是与某种数农药的作用机理是物理作用外，大多数农药都是与某种特定的酶或受体结合，发生化学反应而表现活性作用的。特定的酶或受体结合，发生化学反应而表现活性作用的。因此我们可以根据特定酶的化学反应机制来设计能干扰其因此我们可以根据特定酶的化学反应机制来设计能干扰其活性的酶抑制剂，从而获得新的农药先导体。活性的酶抑制剂，从而获得新的农药先导体。 为了获得高效的靶标酶抑制

66、剂，我们可以采用下列研为了获得高效的靶标酶抑制剂，我们可以采用下列研究策略来设计合成抑制剂：究策略来设计合成抑制剂： 其一，根据靶标酶的底物或靶标酶底物过渡态的化学其一，根据靶标酶的底物或靶标酶底物过渡态的化学结构特点，包括分子的大小、形状、官能团等，来设计合结构特点，包括分子的大小、形状、官能团等，来设计合成结构的类似物。成结构的类似物。 其二，使所设计的化合物能够与酶的活性中心以非共其二，使所设计的化合物能够与酶的活性中心以非共价或共价的方式形成比较稳定的复合物或结合体。价或共价的方式形成比较稳定的复合物或结合体。 3.1.1 根据靶标酶的特点设计酶抑制剂根据靶标酶的特点设计酶抑制剂 丙酮

67、酸脱氢酶系抑制剂的设计与研究丙酮酸脱氢酶系抑制剂的设计与研究 催化植物体中由丙酮酸氧化脱羧转化为乙酰辅酶催化植物体中由丙酮酸氧化脱羧转化为乙酰辅酶1的的关键代谢过程。关键代谢过程。在丙酮脱氢酶系催化下，丙酮酸与化合物在丙酮脱氢酶系催化下，丙酮酸与化合物1与与TPP反应的比较反应的比较 取得的研究结果证实了我们试图通过抑制丙酮酸脱氢取得的研究结果证实了我们试图通过抑制丙酮酸脱氢酶系来获得具有商品化潜力的除草活性化合物的研究设想，酶系来获得具有商品化潜力的除草活性化合物的研究设想，支持了运用酶化学机制设计除草剂靶标酶抑制剂的观点，支持了运用酶化学机制设计除草剂靶标酶抑制剂的观点，鼓舞我们对丙酮酸脱

68、氢酶抑制剂的生物合理设计进行新的鼓舞我们对丙酮酸脱氢酶抑制剂的生物合理设计进行新的探索和更深入的研究。探索和更深入的研究。 丙酮酸脱氢酶系是一个十分复杂的多酶复合物，目前丙酮酸脱氢酶系是一个十分复杂的多酶复合物，目前尚无完整的植物体丙酮酸脱氢酶系的三维结构的数据，还尚无完整的植物体丙酮酸脱氢酶系的三维结构的数据，还不可能在蛋白质的三维结构的水平上进行分子设计，但我不可能在蛋白质的三维结构的水平上进行分子设计，但我们可以考虑其他的研究策略。上述研究表明，从靶标酶的们可以考虑其他的研究策略。上述研究表明，从靶标酶的生物化学反应机制入手，根据其底物的结构特点来合理设生物化学反应机制入手，根据其底物的

69、结构特点来合理设计抑制剂，发现先导体是一个值得积极探索的有效途径。计抑制剂，发现先导体是一个值得积极探索的有效途径。3.1.2 酶催化过渡态理论及酶抑制剂的设计酶催化过渡态理论及酶抑制剂的设计 酶催化过渡态理论，酶催化过渡态理论，Pauling在对酶催化机制的阐述在对酶催化机制的阐述中，曾提出酶催化的过渡态理论，他认为酶通过某种方式中，曾提出酶催化的过渡态理论，他认为酶通过某种方式与高能、短寿命的过渡态结合而起催化作用，在这个处于与高能、短寿命的过渡态结合而起催化作用，在这个处于反应底物和产物之间的过渡态构型中，某些键正在形成，反应底物和产物之间的过渡态构型中，某些键正在形成，另一些键正在断裂

70、。另一些键正在断裂。 Jenks认为在结构和电荷排列方面，酶分子与它催化认为在结构和电荷排列方面，酶分子与它催化反应的过渡态是互补的，即酶分子充当化学反应的模板，反应的过渡态是互补的，即酶分子充当化学反应的模板，使底物分子转变成新的构型过渡态，随着反应的进行，能使底物分子转变成新的构型过渡态，随着反应的进行，能量平衡转向有利于能量较低的产物分子一边，而过渡态不量平衡转向有利于能量较低的产物分子一边，而过渡态不会回到底物分子。会回到底物分子。 在空间结构、疏水性匹配和电子等因素上能够模拟一在空间结构、疏水性匹配和电子等因素上能够模拟一个酶催化反应过渡态的稳定化合物被称为过渡态类似物。个酶催化反应

71、过渡态的稳定化合物被称为过渡态类似物。在酶催化的反应中，一个很重要的特点是酶与反应过渡态在酶催化的反应中，一个很重要的特点是酶与反应过渡态的亲和能力远大于酶与底物或产物的亲和能力，可以设想，的亲和能力远大于酶与底物或产物的亲和能力，可以设想，底物的过渡态类似物必然是一种很强的竞争性抑制剂，分底物的过渡态类似物必然是一种很强的竞争性抑制剂，分析和模拟酶催化反应过渡态的结构是设计获得靶标酶专一析和模拟酶催化反应过渡态的结构是设计获得靶标酶专一性抑制剂的有效途径因此过渡态理论的提出和运用，对于性抑制剂的有效途径因此过渡态理论的提出和运用，对于靶标酶的三维结构尚不清楚的情况下的生物合理设计，提靶标酶的

72、三维结构尚不清楚的情况下的生物合理设计，提供了另一个有效的研究策略。供了另一个有效的研究策略。 随着分子生物学的发展，越来越多的生化反应机理被随着分子生物学的发展，越来越多的生化反应机理被人们阐明，酶催化过渡态理论在药物分子设计中已有较广人们阐明，酶催化过渡态理论在药物分子设计中已有较广泛的应用，许多研究表明凡底物反应的过渡态类似物往往泛的应用，许多研究表明凡底物反应的过渡态类似物往往在与酶的结合上比仅与底物相似的经典的抑制剂作用更强、在与酶的结合上比仅与底物相似的经典的抑制剂作用更强、更持久。更持久。进行这类抑制剂的设计，首先要选择合适的酶作进行这类抑制剂的设计，首先要选择合适的酶作为靶标酶

73、，随后需确定所选择靶标酶的反应机理和可能的为靶标酶，随后需确定所选择靶标酶的反应机理和可能的过渡态结构，最后需测试过渡态类似物的化学稳定性。过渡态结构，最后需测试过渡态类似物的化学稳定性。 从化学结构的特点来看，目前所报道的过渡态类似物从化学结构的特点来看，目前所报道的过渡态类似物抑制剂的结构主要可分为：抑制剂的结构主要可分为：负碳离子类的过渡态类似物、负碳离子类的过渡态类似物、正碳离子类的过渡态类似物、磷酸基转移的过渡态类似物、正碳离子类的过渡态类似物、磷酸基转移的过渡态类似物、以及四面体过渡态类似物。以及四面体过渡态类似物。在酶催化过渡态理论的指导下，在酶催化过渡态理论的指导下，通过设计合

74、成各类过渡态类似物来获得农药靶标酶抑制剂通过设计合成各类过渡态类似物来获得农药靶标酶抑制剂的研究也取得了显著的成效。的研究也取得了显著的成效。酶酶活活性性中中心心 结合中心：结合中心：酶与底物结合的部位，酶与底物结合的部位， 决定酶的专一性决定酶的专一性催化中心：催化中心：催化底物发生反应的部位，催化底物发生反应的部位， 决定酶的催化效率、反映性质。决定酶的催化效率、反映性质。效应剂效应剂别别构构中中心心活性活性中心中心 芳香族含氮双膦酸酯芳香族含氮双膦酸酯研究实例研究实例 有关麦角甾醇生物合成抑制剂的设计，便是运用酶过有关麦角甾醇生物合成抑制剂的设计，便是运用酶过渡态理论设计抑制剂的很好的范

75、例。麦角甾醇生物合成抑渡态理论设计抑制剂的很好的范例。麦角甾醇生物合成抑制剂是控制由动植物真菌引起的病害的主要杀菌剂之一，制剂是控制由动植物真菌引起的病害的主要杀菌剂之一，其中叔胺类的化合物如丁苯哌啶、丁苯吗啉和十三吗啉是其中叔胺类的化合物如丁苯哌啶、丁苯吗啉和十三吗啉是一类优异的麦角甾醇生物合成抑制剂。一类优异的麦角甾醇生物合成抑制剂。 研究表明叔胺类杀菌剂主要是对甾醇研究表明叔胺类杀菌剂主要是对甾醇C-8到到C-7异构化异构化或或/和和C-14/15双键还原历程的抑制双键还原历程的抑制Akhtar等人认为等人认为C-14/15双键还原与双键还原与C-8到到C-7的异构化之间存在着共同之处，

76、的异构化之间存在着共同之处，即它们是从双键的质子化形成一个正碳离子过渡态开始的。即它们是从双键的质子化形成一个正碳离子过渡态开始的。但在还原过程中过渡态从还原型三磷酸吡啶核甘酸但在还原过程中过渡态从还原型三磷酸吡啶核甘酸（NADPH）夺取一个）夺取一个H+ 而被还原，在异构化过程中碳正而被还原，在异构化过程中碳正离子过渡态则失去一个质子而得到最终产物。离子过渡态则失去一个质子而得到最终产物。麦角甾醇生物合成途径麦角甾醇生物合成途径 在这一生物合成反应中存在着一个还原过渡态在这一生物合成反应中存在着一个还原过渡态a和一个异构和一个异构化过渡态化过渡态b。根据麦角甾醇生物合成的途径。根据麦角甾醇生

77、物合成的途径Akhtar等人认为胺类等人认为胺类杀菌剂对这两个过程具有抑制活性是合理的，杀菌剂对这两个过程具有抑制活性是合理的，因为胺类杀菌剂因为胺类杀菌剂在生理在生理pH值下被质子化后可以模拟其中的碳正离子过渡态值下被质子化后可以模拟其中的碳正离子过渡态。丁苯吗啉分子中的吗啉环和丁苯吗啉分子中的吗啉环和甾醇甾醇B环的原子与原子之间环的原子与原子之间的重叠以及叔丁苯基与甾醇的重叠以及叔丁苯基与甾醇侧链的原子与原子之间的重侧链的原子与原子之间的重叠，为上述观点提供了一个叠，为上述观点提供了一个直观的令人满意的理论基础。直观的令人满意的理论基础。胺类杀菌剂与甾醇胺类杀菌剂与甾醇TS的关系的关系 B

78、asarab等等认为，既然丁苯吗啉是通过模拟碳正离子等等认为，既然丁苯吗啉是通过模拟碳正离子过渡态的形式抑制还原酶或异构化酶的活性，那么若将在构过渡态的形式抑制还原酶或异构化酶的活性，那么若将在构象上不稳定的三碳桥固定在一个五元环上，它将更好地模拟象上不稳定的三碳桥固定在一个五元环上，它将更好地模拟甾醇的甾醇的D-环，从而更好地模拟碳正离子过渡态。据此他们设环，从而更好地模拟碳正离子过渡态。据此他们设计合成了化合物计合成了化合物7，Urch等设计合成了化合物等设计合成了化合物8活性结果表明活性结果表明它们对多种植物病原菌有卓越防效（它们对多种植物病原菌有卓越防效（ED50为为2.010-5）

79、过渡态理论在农药分子设计中，已显示了越来越重要过渡态理论在农药分子设计中，已显示了越来越重要的指导意义，根据酶催化的底物过渡态的结构，设计过渡的指导意义，根据酶催化的底物过渡态的结构，设计过渡态类似物来发现新型农药的先导体获得有效的靶标酶抑制态类似物来发现新型农药的先导体获得有效的靶标酶抑制剂，已有多篇报道，下表中列举了几个所合成的过渡态类剂，已有多篇报道，下表中列举了几个所合成的过渡态类似物的研究实例，研究结果表明，这些过渡态类似物对其似物的研究实例，研究结果表明，这些过渡态类似物对其靶标酶显示了很强的抑制作用。靶标酶显示了很强的抑制作用。根据反应物过渡态结构设计农药靶标酶抑制剂的实例根据反

80、应物过渡态结构设计农药靶标酶抑制剂的实例 3.2 受体的功能研究与干扰剂的设计受体的功能研究与干扰剂的设计 受体是生物膜的组成部分，它们也都是蛋白质，其功受体是生物膜的组成部分，它们也都是蛋白质，其功能也是专一性的。在正常生命活动过程中，某种受体与特能也是专一性的。在正常生命活动过程中，某种受体与特定的激素或神经传递物质结合而被激活，引起特定的生理定的激素或神经传递物质结合而被激活，引起特定的生理变化。当受体与外源农药分子结合时变化。当受体与外源农药分子结合时!其正常功能受阻，导其正常功能受阻，导致生理失常。例如，昆虫神经膜上有各种神经传递物质的致生理失常。例如，昆虫神经膜上有各种神经传递物质

81、的受体，它们被特定农药分子竞争性占领时，神经传递物质受体，它们被特定农药分子竞争性占领时，神经传递物质就要过量积累，使神经传导错乱。由于受体是生物膜的一就要过量积累，使神经传导错乱。由于受体是生物膜的一部分，比酶更难分离鉴定。针对特定的受体来研究开发能部分，比酶更难分离鉴定。针对特定的受体来研究开发能干扰受体功能的拮抗剂作为农药使用，是生物合理设计的干扰受体功能的拮抗剂作为农药使用，是生物合理设计的另一个重要内容。另一个重要内容。 生物体内的神经传递物质有多种多样，如乙酰胆碱、生物体内的神经传递物质有多种多样，如乙酰胆碱、 氨基丁酸氨基丁酸 、去甲肾上腺素、多巴胺、谷氨酸、章鱼胺等。、去甲肾上

82、腺素、多巴胺、谷氨酸、章鱼胺等。在这些神经传递物质的受体中，如在这些神经传递物质的受体中，如 GABA受体、乙酰胆受体、乙酰胆碱受体、谷氨酸受体和章鱼胺受体等等都可以作为杀虫碱受体、谷氨酸受体和章鱼胺受体等等都可以作为杀虫剂的作用靶标。在杀虫剂的研究开发中，以烟碱型乙酰剂的作用靶标。在杀虫剂的研究开发中，以烟碱型乙酰胆碱受体为作用靶标开发杀虫剂是最引人注目和卓有成胆碱受体为作用靶标开发杀虫剂是最引人注目和卓有成效的范例之一。效的范例之一。 4. 基于代谢机理研究的农药分子设计与开发基于代谢机理研究的农药分子设计与开发 生物的生命过程是复杂有机体不断新陈代谢的过程。生物的生命过程是复杂有机体不断

83、新陈代谢的过程。各种物质在生物体内经过同化和异化作用不断被合成和分各种物质在生物体内经过同化和异化作用不断被合成和分解，这些物质的转化包含一连串中间代谢反应。农药分子解，这些物质的转化包含一连串中间代谢反应。农药分子进入生物体内也参与这个生物反应体系，有的被代谢而失进入生物体内也参与这个生物反应体系，有的被代谢而失去活性去活性/解毒，也有的被代谢激活反而提高活性解毒，也有的被代谢激活反而提高活性/增毒。增毒。激激活的代谢物是真正在作用部位起活性反应的化合物，而原活的代谢物是真正在作用部位起活性反应的化合物，而原先的农药分子实际上只是活性化合物的前体先的农药分子实际上只是活性化合物的前体 (pr

84、ecursor)，因此就产生了前体农药因此就产生了前体农药(propesticide)这个概念。这个概念。利用代利用代谢机理研究开发前体农药是生物合理设计的一种方法。谢机理研究开发前体农药是生物合理设计的一种方法。 4.1 通过代谢机理的研究来开发前体农药通过代谢机理的研究来开发前体农药 在农药研究的历史上已有许多前体农药的例子，在农药研究的历史上已有许多前体农药的例子，20世世纪纪70年代发现的苯氧丁酸类化合物除草作用是这方面的典年代发现的苯氧丁酸类化合物除草作用是这方面的典型事例型事例2，4-滴丁酸，滴丁酸，2甲甲4氯丁酸以及侧链碳原子为偶数氯丁酸以及侧链碳原子为偶数的衍生物本身无除草活性

85、，但被一些阔叶杂草吸收后在体的衍生物本身无除草活性，但被一些阔叶杂草吸收后在体内通过内通过-氧化作用转变为氧化作用转变为2，4-滴或滴或2甲甲4氯，从而产生除草氯，从而产生除草作用，而大豆、三叶草、芹菜等作物的体内不存在作用，而大豆、三叶草、芹菜等作物的体内不存在-氧化氧化作用或作用或-氧化作用很差，故不受害。氧化作用很差，故不受害。苯氧丁酸的代谢活化过程苯氧丁酸的代谢活化过程 某些有机磷酸酯杀虫剂在昆虫或植物体内被代谢激活某些有机磷酸酯杀虫剂在昆虫或植物体内被代谢激活而提高了杀虫活性。最常见的是氧化代谢和水解代谢。例而提高了杀虫活性。最常见的是氧化代谢和水解代谢。例如某些硫逐磷酸酯和二硫代磷

86、酸酯的如某些硫逐磷酸酯和二硫代磷酸酯的P=S键被氧化成键被氧化成 P=O键，如对硫磷转化成为对氧磷。另一些侧链上有硫醚键键，如对硫磷转化成为对氧磷。另一些侧链上有硫醚键 C-S-C的有机磷化合物其硫原子被氧化变成亚砜或砜，例的有机磷化合物其硫原子被氧化变成亚砜或砜，例如倍硫磷的苯环上甲硫基可被氧化成甲基亚砜或甲砜基。如倍硫磷的苯环上甲硫基可被氧化成甲基亚砜或甲砜基。上述被氧化的代谢物均提高了杀虫活性。上述被氧化的代谢物均提高了杀虫活性。对硫磷氧化代谢过程对硫磷氧化代谢过程倍硫磷的氧化活化作用倍硫磷的氧化活化作用 上述通过随机合成或类同合成法开发的农药品种的代谢上述通过随机合成或类同合成法开发的

87、农药品种的代谢机理研究的结果表明：它们都属于前体农药。这些研究结机理研究的结果表明：它们都属于前体农药。这些研究结果给我们带来了很有意义的启示：果给我们带来了很有意义的启示：利用代谢机理的差异开利用代谢机理的差异开发前体农药发前体农药。利用代谢机理的差异来开发前体农药已有成。利用代谢机理的差异来开发前体农药已有成功的范例，例如在氨基甲酸酯杀虫剂的研究中，利用这一功的范例，例如在氨基甲酸酯杀虫剂的研究中，利用这一设计思路和研究策略已很好的解决了灭多威和克百威的毒设计思路和研究策略已很好的解决了灭多威和克百威的毒性高、不安全的问题。例如，硫双灭多威、丁硫克百威、性高、不安全的问题。例如，硫双灭多威

88、、丁硫克百威、丙硫克百威丙硫克百威 等等。等等。这些被称为低毒化的氨基甲酸酯都在生这些被称为低毒化的氨基甲酸酯都在生物体内被代谢，硫桥断开变成老品种而起杀虫作用物体内被代谢，硫桥断开变成老品种而起杀虫作用。这是。这是利用代谢机理差异开发前体农药最成功的例子。利用代谢机理差异开发前体农药最成功的例子。 4.2 通过代谢机理的研究发现新的先导化合物通过代谢机理的研究发现新的先导化合物 代谢机理的研究也给我们提供了另一个有意义的启示：代谢机理的研究也给我们提供了另一个有意义的启示：通过代谢机理的研究来发现新的先导化合物，进行新品种通过代谢机理的研究来发现新的先导化合物，进行新品种的创制。在现有品种代

89、谢机理研究的基础上，开发前体农的创制。在现有品种代谢机理研究的基础上，开发前体农药的例子已有不少，但真正通过代谢机理的研究来发现先药的例子已有不少，但真正通过代谢机理的研究来发现先导化合物，由此而成功开发农药的实例却很少。导化合物，由此而成功开发农药的实例却很少。杀虫剂蔬果磷杀虫剂蔬果磷 的发现的发现异恶唑草酮在植物体内的活化与降解过程异恶唑草酮在植物体内的活化与降解过程【4-羟苯基丙酮酸双氧化酶羟苯基丙酮酸双氧化酶(HPPD)抑制剂抑制剂】 5. 基于靶标分子结构的农药分子合理设计基于靶标分子结构的农药分子合理设计 在目前众多的新药研究方法中，依据药物作用的靶标在目前众多的新药研究方法中，依

90、据药物作用的靶标分子结构进行新药设计分子结构进行新药设计(Structure Based Drug Design)最最受瞩目，极具发展潜力。有人预言，世纪的药物将从受瞩目，极具发展潜力。有人预言，世纪的药物将从 基于基于靶标分子结构的新药设计和组合化学的相结合中产生。同靶标分子结构的新药设计和组合化学的相结合中产生。同样，这一方法的运用也将为全新农药分子的合理设计及发样，这一方法的运用也将为全新农药分子的合理设计及发现带来新的机遇。现带来新的机遇。 基于靶标分子结构的药物分子设计是一种利用在分子基于靶标分子结构的药物分子设计是一种利用在分子水平上获得的药物靶标分子的结构信息来设计靶标分子的水平

91、上获得的药物靶标分子的结构信息来设计靶标分子的竞争性抑制剂或拮抗剂的方法。竞争性抑制剂或拮抗剂的方法。该过程必然涉及靶标蛋白该过程必然涉及靶标蛋白质的分离纯化；确定靶标分子的三维结构，并依据相关理质的分离纯化；确定靶标分子的三维结构，并依据相关理论或经验提出的一系列假定的配位基与靶标分子复合物的论或经验提出的一系列假定的配位基与靶标分子复合物的三维结构；然后依据这些结构信息，利用相关的计算机程三维结构；然后依据这些结构信息，利用相关的计算机程序和法则模拟出最佳的配位基结构模型；根据模拟结构进序和法则模拟出最佳的配位基结构模型；根据模拟结构进行合成，并进行活性测试和药效评价，进一步优化设计，行合

92、成，并进行活性测试和药效评价，进一步优化设计，直至获得满意结果为止。直至获得满意结果为止。 5.1靶标分子三维结构及配位基靶标分子三维结构及配位基-靶标分子复合物三靶标分子复合物三维结构的测定维结构的测定 农药活性分子生物合理设计的方法提出了对蛋白质结农药活性分子生物合理设计的方法提出了对蛋白质结构信息与知识了解的迫切需求，这是了解小配体或抑制剂构信息与知识了解的迫切需求，这是了解小配体或抑制剂与蛋白质间相互作用以及在定量分析与预测可能的结合方与蛋白质间相互作用以及在定量分析与预测可能的结合方式中必不可少的前提。由于每种功能蛋白在生物体中是以式中必不可少的前提。由于每种功能蛋白在生物体中是以特

93、定的空间构型来完成生物分子间的相互识别与作用，对特定的空间构型来完成生物分子间的相互识别与作用，对蛋白质空间结构的研究可以了解分子间的识别机制和生化蛋白质空间结构的研究可以了解分子间的识别机制和生化反应的原理反应的原理!使我们可以预测蛋白质可能具有的功能，也可使我们可以预测蛋白质可能具有的功能，也可以提示抑制剂应具有的结构特点，为生物合理设计提供思以提示抑制剂应具有的结构特点，为生物合理设计提供思路，因此三维结构的测定是基于靶标分子结构的农药分子路，因此三维结构的测定是基于靶标分子结构的农药分子设计的基础。设计的基础。 目前获得三维结构的方法主要有三种：目前获得三维结构的方法主要有三种： 一是

94、通过一是通过 X射线结晶衍射法获得蛋白质的能量最低构型射线结晶衍射法获得蛋白质的能量最低构型的三维结构信息，这是现今最重要的确定生物大分子三维结的三维结构信息，这是现今最重要的确定生物大分子三维结构的方法，但此法需要纯净的性质均一的蛋白质结晶体，目构的方法，但此法需要纯净的性质均一的蛋白质结晶体，目前对那些不易溶解、不易结晶的蛋白质还无法适用；前对那些不易溶解、不易结晶的蛋白质还无法适用； 二是通过二是通过NMR光谱技术获得易变的蛋白质结构信息，许光谱技术获得易变的蛋白质结构信息，许多蛋白质结构可以用二维核磁共振技术测定，此法无需晶体，多蛋白质结构可以用二维核磁共振技术测定，此法无需晶体，可直

95、接测量溶于水的分子结构和分子的动态改变，获得蛋白可直接测量溶于水的分子结构和分子的动态改变，获得蛋白质分子中结构易变的结构特点，并可选择蛋白中某一特定的质分子中结构易变的结构特点，并可选择蛋白中某一特定的区域做检测；区域做检测； 三是通过分子模型的计算来获得相关的结构信息。三是通过分子模型的计算来获得相关的结构信息。 上述三种方法所获的结构信息也是相互补充的。目前上述三种方法所获的结构信息也是相互补充的。目前在已有的蛋白质数据库中，大约有在已有的蛋白质数据库中，大约有400多种已知其三维结多种已知其三维结构的蛋白质，其中许多结构可作为药物设计的靶点。随着构的蛋白质，其中许多结构可作为药物设计的

96、靶点。随着人类基因组的破译等重大生物技术方面的突破，这方面的人类基因组的破译等重大生物技术方面的突破，这方面的数据将会以惊人的速度上升。数据将会以惊人的速度上升。 在过去的几十年中，可以为农药生物合理设计直接提在过去的几十年中，可以为农药生物合理设计直接提供结构信息的蛋白质三维晶体结构报道几乎没有，随着科供结构信息的蛋白质三维晶体结构报道几乎没有，随着科学技术的进步和发展，目前已有乙酰胆碱酯酶以及学技术的进步和发展，目前已有乙酰胆碱酯酶以及 ALS酶酶的晶体结构报道；这些研究结果为农药科学家进一步开展的晶体结构报道；这些研究结果为农药科学家进一步开展对靶生物合理设计提供了极其有价值的结构依据。

97、对靶生物合理设计提供了极其有价值的结构依据。 5.2研究方法与研究策略研究方法与研究策略 5.2.1计算机辅助分子设计计算机辅助分子设计 计算机辅助分子设计的结构衍化有两种方法：计算机辅助分子设计的结构衍化有两种方法： 一是基于靶标蛋白酶三维结构的分子设计；一是基于靶标蛋白酶三维结构的分子设计； 另一方法是不基于靶标酶三维结构的分子设计：第一类是在已知受另一方法是不基于靶标酶三维结构的分子设计：第一类是在已知受体蛋白的三维结构的情况下进行有针对性的分子设计，这种设计方法被体蛋白的三维结构的情况下进行有针对性的分子设计，这种设计方法被称作全新药物设计称作全新药物设计 (de novo drug

98、design)或合理药物设计或合理药物设计(rational drug design)。其前提是靶标酶已被纯化，获得了单晶，并用。其前提是靶标酶已被纯化，获得了单晶，并用X射线衍射射线衍射技术确定了其三维结构。在已知靶标酶或某些复合物的三维结构的基础技术确定了其三维结构。在已知靶标酶或某些复合物的三维结构的基础上就可以获得关于配体上就可以获得关于配体/药物和受体药物和受体/酶之间在空间适配性、结合位点酶之间在空间适配性、结合位点 的知识，便可以用计算机图形学的方法观察其大小、形状、构象、取向的知识，便可以用计算机图形学的方法观察其大小、形状、构象、取向是否合适；其疏水区是否和疏水口袋相吻合；在

99、结合位点上能否合适地是否合适；其疏水区是否和疏水口袋相吻合；在结合位点上能否合适地结合生成氢键、产生静电作用等；并且可以用分子力学、量子化学等理结合生成氢键、产生静电作用等；并且可以用分子力学、量子化学等理论化学方法计算其相互作用能量，从而设计新的药物分子。论化学方法计算其相互作用能量，从而设计新的药物分子。 第二类方法是在受体三维结构未知的情况下进行药物第二类方法是在受体三维结构未知的情况下进行药物设计。这种方法在农药分子设计中应用比较广泛，如建立设计。这种方法在农药分子设计中应用比较广泛，如建立 三维药效团模型受体虚拟模型，以及采用三维药效团模型受体虚拟模型，以及采用 结构柔性搜索等结构柔

100、性搜索等多种研究方法，在获得靶标分子的有关结构信息之后，可多种研究方法，在获得靶标分子的有关结构信息之后，可以用一个合适的计算机程序来描绘靶标分子的活性部位以以用一个合适的计算机程序来描绘靶标分子的活性部位以及配位基的结构，即所谓的分子模拟及配位基的结构，即所谓的分子模拟#近年来，一系列计近年来，一系列计算机辅助药物设计的方法相继问世，为药物设计提供了先算机辅助药物设计的方法相继问世，为药物设计提供了先进、可靠、迅速的手段。进、可靠、迅速的手段。 5.2.2化学及生物体系中的分子识别技术化学及生物体系中的分子识别技术 100年前年前Fisher曾以锁与钥匙的配合来描述分子间专曾以锁与钥匙的配合

101、来描述分子间专一性结合，称之为识别。分子识别可理解为底物与给定受一性结合，称之为识别。分子识别可理解为底物与给定受体选择性地结合，并可能具有专一性功能的过程。相应于体选择性地结合，并可能具有专一性功能的过程。相应于生物学中底物与受体的概念，人们也广义把分子识别过程生物学中底物与受体的概念，人们也广义把分子识别过程中相互作用的化学物种称为底物及受体，较小的分子称为中相互作用的化学物种称为底物及受体，较小的分子称为底物底物!较大的分子称为受体。较大的分子称为受体。 目前，基于以目前，基于以DNA分子识别为基础的药物设计研究获分子识别为基础的药物设计研究获得了迅速的进展。其研究内容主要是设计、合成一

102、系列模得了迅速的进展。其研究内容主要是设计、合成一系列模型化合物，并对模型系统进行分子水平的剖析，对它们与型化合物，并对模型系统进行分子水平的剖析，对它们与DNA的结合方式、结合强度及影响结合的电性因素、立体的结合方式、结合强度及影响结合的电性因素、立体因素等进行研究，以更深入地理解核酸与化合物相互反应因素等进行研究，以更深入地理解核酸与化合物相互反应的分子基础，同时参照生物活性筛选结果进行药物的合理的分子基础，同时参照生物活性筛选结果进行药物的合理性设计。性设计。 5.2.3利用利用SAR-by-NMR（Structure- activity relationships by NMR）发现先

103、导体的新方法发现先导体的新方法 要得到一个具有良好生物利用度代谢稳定性和低毒性的要得到一个具有良好生物利用度代谢稳定性和低毒性的药物，首先是要寻找到和生物靶标分子高度亲和性、选择性药物，首先是要寻找到和生物靶标分子高度亲和性、选择性结合的分子，因为大多数药物都是通过和生物体内的大分子，结合的分子，因为大多数药物都是通过和生物体内的大分子， 如蛋白质，结合起作用的。为了能快速地寻找到这样的分子，如蛋白质，结合起作用的。为了能快速地寻找到这样的分子， 通常称为先导化合物。近通常称为先导化合物。近20年来人们发展了许多方法。年来人们发展了许多方法。这些这些方法基本上可以分成两大类：合理性药物设计和非

104、合理性药方法基本上可以分成两大类：合理性药物设计和非合理性药物设计物设计。 Fesik小组在近几年的研究成果使药物发现的研究有了小组在近几年的研究成果使药物发现的研究有了一个飞跃。他们通过一个飞跃。他们通过 NMR将上述合理性药物设计和非合理将上述合理性药物设计和非合理性药设计（性药设计（ 组合化学）巧妙地结合起来，产生了一种极为组合化学）巧妙地结合起来，产生了一种极为有效的发现药物靶标分子高亲和性配体的方法，称为有效的发现药物靶标分子高亲和性配体的方法，称为SAR-by-NMR，大大提高了先导化合物发现的速度和有效性。大大提高了先导化合物发现的速度和有效性。SAR-by-NMR和组合化学的相

105、似之处是两者都须经过筛选和组合化学的相似之处是两者都须经过筛选大量化合物，都充分利用了有机化合物结构多样性的特点，大量化合物，都充分利用了有机化合物结构多样性的特点，从中获得高活性的先导化合物。从中获得高活性的先导化合物。两者的差别在于组合化学两者的差别在于组合化学是先制备由大量化合物组成的化合物库，然后对这些化合是先制备由大量化合物组成的化合物库，然后对这些化合物库进行直接筛选，而物库进行直接筛选，而SAR-by-NMR筛选的是未经组合（筛选的是未经组合（ 连接）的小分子化合物库，得到结合于靶蛋白亚活性位点连接）的小分子化合物库，得到结合于靶蛋白亚活性位点的低亲和性配体，经优化后再组装成高亲

106、和性的配体。的低亲和性配体，经优化后再组装成高亲和性的配体。SAR by NMR原理原理 “SAR by NMR”这种新方法包含了这种新方法包含了5个步骤：个步骤： (1) 从低分子量化合物库中筛选并识别结合于靶标蛋白从低分子量化合物库中筛选并识别结合于靶标蛋白(酶酶)第一配体；第一配体； (2) 优化结合于这一部位的第一配体；优化结合于这一部位的第一配体； (3) 筛选并确定结合于第一配体部位的邻近部位的第二配体；筛选并确定结合于第一配体部位的邻近部位的第二配体； (4) 通过筛选结构相关类似物优化结合于这一部位的第二配通过筛选结构相关类似物优化结合于这一部位的第二配体；体； (5) 通过多

107、维通过多维NMR方法或方法或X射线衍射方法确定三元配合物中射线衍射方法确定三元配合物中两配体的位置及取向，然后再根据这一结构信息将两配体通过一两配体的位置及取向，然后再根据这一结构信息将两配体通过一个连结子个连结子(linker)连接起来，以合成高亲和力的配体连接起来，以合成高亲和力的配体-目标药物目标药物分子，因为这种方法主要依赖于分子，因为这种方法主要依赖于NMR来完成来完成,所以称之为所以称之为“SAR by NMR”。 但但SAR-by-NMR需要知道靶蛋白确切的需要知道靶蛋白确切的 NMR三维结三维结构，所以除了必须提供足够量的构，所以除了必须提供足够量的15N标记的靶蛋白用以筛标记

108、的靶蛋白用以筛选和结构测定之外，还受到选和结构测定之外，还受到 NMR技术本身解析蛋白质三技术本身解析蛋白质三维结构能力的限制。目前维结构能力的限制。目前SAR-by-NMR在医药设计中发现在医药设计中发现先导化合物（高亲和性配体）方面已显示了巨大的潜力，先导化合物（高亲和性配体）方面已显示了巨大的潜力，同时这一方法也为农药先导化合物的发现提供了一个新的同时这一方法也为农药先导化合物的发现提供了一个新的思路和方法。思路和方法。5.3研究实例研究实例-基于结构的基于结构的3D抑制剂的合理设计抑制剂的合理设计黑色素生物合成途径黑色素生物合成途径 SD与这些抑制剂结合时存在着刚性活性位点和柔性活性与

109、这些抑制剂结合时存在着刚性活性位点和柔性活性位点，当抑制剂与位点，当抑制剂与SD作用时，抑制剂是被埋在作用时，抑制剂是被埋在SD之内的，说之内的，说明明SD有柔性位点可以开启和关闭以使抑制剂进入结合空腔。有柔性位点可以开启和关闭以使抑制剂进入结合空腔。 我国的农药研究长期以仿制国外品种为主，因而创制研我国的农药研究长期以仿制国外品种为主，因而创制研究起步很晚，基础很薄弱究起步很晚，基础很薄弱!新农药创制途径也多以随机合成新农药创制途径也多以随机合成筛选和类同合成法为主，农药发现过程相当简单，缺乏生筛选和类同合成法为主，农药发现过程相当简单，缺乏生物化学以及其他相关学科研究的配合。近几年，在国家

110、的物化学以及其他相关学科研究的配合。近几年，在国家的大力扶持下，新农药创制的基础研究得到重视和加强，农大力扶持下，新农药创制的基础研究得到重视和加强，农药的创制研究也逐步由盲目筛选走向对靶合成、生物合理药的创制研究也逐步由盲目筛选走向对靶合成、生物合理设计。由于生物合理设计在思路和方法上不同于传统的分设计。由于生物合理设计在思路和方法上不同于传统的分子设计方法，要求运用这一方法的农药分子设计及研究开子设计方法，要求运用这一方法的农药分子设计及研究开发人员具备更深更广的知识，更高的研究水平，更先进的发人员具备更深更广的知识，更高的研究水平，更先进的研究手段和更好的协作精神。总之，采用生物合理设计

111、的研究手段和更好的协作精神。总之，采用生物合理设计的方法进行新农药的创制研究会具有更大的难度，会面临许方法进行新农药的创制研究会具有更大的难度，会面临许多未知领域和挑战性的课题，但也会获得新的科学机遇。多未知领域和挑战性的课题，但也会获得新的科学机遇。 随着科学技术的进步，分子生物学等相关学科的发展，随着科学技术的进步，分子生物学等相关学科的发展，各种生化作用机制的阐明，将为生物合理设计方法的应用各种生化作用机制的阐明，将为生物合理设计方法的应用提供更广阔的前景。相信不久的将来，通过农药活性分子提供更广阔的前景。相信不久的将来，通过农药活性分子的生物合理设计，我们将会获得更多的结构新型、作用机

112、的生物合理设计，我们将会获得更多的结构新型、作用机制独特、具有商品化前景的活性化合物。制独特、具有商品化前景的活性化合物。第十章第十章 农药专利申请的策略农药专利申请的策略1. 1. 我国农药领域专利保护的发展进程我国农药领域专利保护的发展进程 我国从我国从19851985年年4 4月月1 1日起正式实施专利法。日起正式实施专利法。19921992年第一年第一次修改专利法，从次修改专利法，从19931993年年3 3月月1 1日起施行。这次专利法的修日起施行。这次专利法的修改，对化学领域影响最大。改，对化学领域影响最大。20002000年第二次修改专利法，自年第二次修改专利法，自2001200

113、1年年7 7月月1 1日起施行，第二次修改专利法，没有涉及化学日起施行，第二次修改专利法，没有涉及化学领域的内容。领域的内容。1.1 1.1 化学物质的保护化学物质的保护 1985 1985年起开始实施的专利法，将化学物质以及药品、年起开始实施的专利法，将化学物质以及药品、食品、饮料、调味品排除在专利保护之外。那时我国化学食品、饮料、调味品排除在专利保护之外。那时我国化学领域的科技状况比较落后，创新产品极少，而国外在创新领域的科技状况比较落后，创新产品极少，而国外在创新产品上占很大优势。因此，对专利保护做这样的限制有利产品上占很大优势。因此，对专利保护做这样的限制有利于我国化学产品的研制从落后

114、时期，或者说从摸索和仿制于我国化学产品的研制从落后时期，或者说从摸索和仿制时期向成熟和创制时期过渡。时期向成熟和创制时期过渡。 1.2 1.2 农药组合物的保护农药组合物的保护 1985 1985年在中国专利局受理专利申请之初，受药品不能年在中国专利局受理专利申请之初，受药品不能授予专利权的影响，曾经一度认为：新化合物配制的农药授予专利权的影响，曾经一度认为：新化合物配制的农药组合物，由于配制的各种剂型是常规的，其中的各种助剂组合物，由于配制的各种剂型是常规的，其中的各种助剂和配制方在化学物质得不到专利保护的情况下，由于农药和配制方在化学物质得不到专利保护的情况下，由于农药组合物是一种产品专利

115、，保护力度比化学物质制备方法的组合物是一种产品专利，保护力度比化学物质制备方法的保护力度要强，所以申请人一般首先选择以农药组合物的保护力度要强，所以申请人一般首先选择以农药组合物的形式，再加上化学物质的制备方法来保护新的农药化合物。形式，再加上化学物质的制备方法来保护新的农药化合物。 1.3 1.3 农药专利的保护类型农药专利的保护类型 1.3.1 1.3.1 产品专利产品专利 （1 1）化合物，化合物包括：）化合物，化合物包括： a. a.可以用化学分子式或者结构式定义的化合物，例如可以用化学分子式或者结构式定义的化合物，例如化合物、中间体、旋光异构体、盐、水合物等形式；化合物、中间体、旋光

116、异构体、盐、水合物等形式； b. b.用参数定义的化合物，例如用用参数定义的化合物，例如用X-X-射线衍射图谱定义射线衍射图谱定义的晶型；的晶型； c. c.不能够用化学分子式或者结构式定义，但可以用物不能够用化学分子式或者结构式定义，但可以用物理化学性质或制备方法定义的物质。例如：抗菌素、淀粉、理化学性质或制备方法定义的物质。例如：抗菌素、淀粉、纤维素等。纤维素等。 （2 2）组合物，农药组合物，是指用于防治农、林、）组合物，农药组合物，是指用于防治农、林、牧、渔业的病虫害、根治杂草以及调节植物生长，由至少牧、渔业的病虫害、根治杂草以及调节植物生长，由至少一种化合物作为活性成分和其他有效成分

117、组成的组合物。一种化合物作为活性成分和其他有效成分组成的组合物。例如杀虫剂、杀螨剂、驱虫剂、土壤改良剂、除草剂、植例如杀虫剂、杀螨剂、驱虫剂、土壤改良剂、除草剂、植物生长调节剂等。其中包括：以新化合物作为有效成分的物生长调节剂等。其中包括：以新化合物作为有效成分的组合物、含具有协同作用的化合物的组合物、以非活性组组合物、含具有协同作用的化合物的组合物、以非活性组分（农药新剂型）为特征的组合物。分（农药新剂型）为特征的组合物。 1.3.2 1.3.2 方法专利方法专利 方法专利包括化合物制备方法和组合物的制备方法，方法专利包括化合物制备方法和组合物的制备方法，方法专利应当具体说明原料物质、工艺步

118、骤和条件、专用方法专利应当具体说明原料物质、工艺步骤和条件、专用设备等。设备等。 1.3.3 1.3.3 用途专利用途专利 用途专利包括化合物的用途和组合物的用途。具体用途专利包括化合物的用途和组合物的用途。具体包括：杀虫用途、除草用途、杀菌用途、降低对作物药害包括：杀虫用途、除草用途、杀菌用途、降低对作物药害用途等。用途等。1.4 1.4 国家知识产权局第八十号公告国家知识产权局第八十号公告 1985 1985年的专利法规定，发明专利的保护期为年的专利法规定，发明专利的保护期为1515年年,1993,1993年的专利法规定发明专利的保护期限为二十年。由年的专利法规定发明专利的保护期限为二十年

119、。由于于8080号公告公开的比较突然，一些科研和企业没有事先准号公告公开的比较突然，一些科研和企业没有事先准备，已经开发研制了一些备，已经开发研制了一些1515年即将过期的专利产品，但这年即将过期的专利产品，但这些产品的专利权被延长至些产品的专利权被延长至2020年后，造成研发单位无法实施年后，造成研发单位无法实施该项技术，这给科研机构和企业带来了一些经济上的损失，该项技术，这给科研机构和企业带来了一些经济上的损失，典型的如烟嘧磺隆等农药品种。因此我们对典型的如烟嘧磺隆等农药品种。因此我们对19931993年之前的年之前的中国农药专利，在仿制时一定要注意其专利权是否被延期，中国农药专利，在仿制

120、时一定要注意其专利权是否被延期，确认专利权确实过期后，才可以实施该专利。还要注意这确认专利权确实过期后，才可以实施该专利。还要注意这一批专利申请的保护期，最晚要持续到一批专利申请的保护期，最晚要持续到20122012。1.5 1.5 专利审查指南的修改专利审查指南的修改 2006 2006年年7 7月月1 1日，中国专利局再次修改了审查指南，在这日，中国专利局再次修改了审查指南，在这次指南修改中与化学和农药领域相关的修改主要有下述两点。次指南修改中与化学和农药领域相关的修改主要有下述两点。一是对新化合物的新颖性的要求趋于严格一是对新化合物的新颖性的要求趋于严格。即：专利申请要。即：专利申请要求

121、保护一种化合物的，如果在一份对比文件里已经提到该化求保护一种化合物的，如果在一份对比文件里已经提到该化合物，即推定该化合物不具备新颖性，但申请人能提供证据合物，即推定该化合物不具备新颖性，但申请人能提供证据证明在申请日之前无法获得该化合物除外。证明在申请日之前无法获得该化合物除外。二是对专利申请二是对专利申请中的实施例在申请日后补交予以限制中的实施例在申请日后补交予以限制，由于化学领域属于实，由于化学领域属于实验性学科，多数发明需要经过实验证明，因此说明书中通常验性学科，多数发明需要经过实验证明，因此说明书中通常应当包括实施例，例如产品的制备和应用实施例。新指南还应当包括实施例，例如产品的制备

122、和应用实施例。新指南还指出，判断说明书是否公开，以原说明书和权利要求书记载指出，判断说明书是否公开，以原说明书和权利要求书记载的内容为准，申请日之后补交的说。的内容为准，申请日之后补交的说。 2. 2. 申请专利的策略申请专利的策略 2.1 2.1 以申请专利为目的制定工作实施计划以申请专利为目的制定工作实施计划 研制出能够获得国内外专利权的化学物质是各国农药研制出能够获得国内外专利权的化学物质是各国农药和化学工业立足于国际市场之必需。因此，在化学物质研和化学工业立足于国际市场之必需。因此，在化学物质研制起步前，应当按照最终获得专利权的要求制定将要实施制起步前，应当按照最终获得专利权的要求制定

123、将要实施的工作计划。通过研究一些有几十年申请专利经验的国外的工作计划。通过研究一些有几十年申请专利经验的国外公司的专利，我们可以获得有价值的专利保护范围与工作公司的专利，我们可以获得有价值的专利保护范围与工作量关系的信息，从中有助于得出获得最大专利保护范围需量关系的信息，从中有助于得出获得最大专利保护范围需要做多少工作的结论。要做多少工作的结论。 2.2 2.2 最大限度地谋求专利保护最大限度地谋求专利保护 2.2.1 2.2.1 对专利技术进行全方位的保护对专利技术进行全方位的保护 通过研究各国申请的专利，可以发现其中的共同特点通过研究各国申请的专利，可以发现其中的共同特点之一便是，要求尽可

124、能大的保护范围，最大的专利保护范之一便是，要求尽可能大的保护范围，最大的专利保护范围可以通过一份申请得到，也可以通过多份申请来实现。围可以通过一份申请得到，也可以通过多份申请来实现。这其中即包括基本专利申请，也包括外围的网状专利申请。这其中即包括基本专利申请，也包括外围的网状专利申请。对此科研人员可以引为借鉴，对研制的新化学物质做好预对此科研人员可以引为借鉴，对研制的新化学物质做好预测，选择适合于自身条件的方式，争得到最大专利权的覆测，选择适合于自身条件的方式，争得到最大专利权的覆盖范围。盖范围。 通过专利文献我们还可以发现，国外专利的另一个显通过专利文献我们还可以发现，国外专利的另一个显著特

125、点，即在同一系列的专利申请中，由大范围到小范围著特点，即在同一系列的专利申请中，由大范围到小范围提出多个专利申请，在初次专利申请中，权利要求撰写的提出多个专利申请，在初次专利申请中，权利要求撰写的范围极大，在其后的专利申请中，均是该核心专利的选择范围极大，在其后的专利申请中，均是该核心专利的选择发明，选择发明对于化合物而言是从许多公开的化合物较发明，选择发明对于化合物而言是从许多公开的化合物较大范围中，有目的地选出其中未提到的小范围或具体化合大范围中，有目的地选出其中未提到的小范围或具体化合物的发明，从第一个专利的申请到后续的专利申请可以相物的发明，从第一个专利的申请到后续的专利申请可以相隔数

126、年，因此，从第一个专利的保护期算起到后续专利保隔数年，因此，从第一个专利的保护期算起到后续专利保护期已不止是护期已不止是2020年，这种专利申请的方式可以使这一主题年，这种专利申请的方式可以使这一主题的发明获得更长时期的保护。的发明获得更长时期的保护。 在基本的化合物专利得到充分保护后，国外申请人非在基本的化合物专利得到充分保护后，国外申请人非常重视外围网状专利的申请，比如不断地申请化合物生产常重视外围网状专利的申请，比如不断地申请化合物生产的新方法专利，改进生产工艺和技术；进一步研究化合物的新方法专利，改进生产工艺和技术；进一步研究化合物的各种旋光异构体、晶型、盐、水合物等；申请农药组合的各

127、种旋光异构体、晶型、盐、水合物等；申请农药组合物专利，充分的研究各种剂型和混用制剂。比如对于草甘物专利，充分的研究各种剂型和混用制剂。比如对于草甘膦这种专利期已经过了多年的除草剂，孟山都公司每年都膦这种专利期已经过了多年的除草剂，孟山都公司每年都要申请数篇新的制备工艺和制剂的专利申请，以保持其技要申请数篇新的制备工艺和制剂的专利申请，以保持其技术的领先地位。术的领先地位。2.3 2.3 专利权的保护专利权的保护 国外法律规范，对法律的理解和认同度高，故意侵犯国外法律规范，对法律的理解和认同度高，故意侵犯专利权的行为较少见。一旦出现侵权行为，专利权人一般专利权的行为较少见。一旦出现侵权行为，专利

128、权人一般能够理性的采取各种措施来解决，一般是采用考虑签订许能够理性的采取各种措施来解决，一般是采用考虑签订许可协议或是进行侵权诉讼。即使是进行侵权诉讼，对国外可协议或是进行侵权诉讼。即使是进行侵权诉讼，对国外企业来讲也是非常平常的商业行为的一部分，其最终目的企业来讲也是非常平常的商业行为的一部分，其最终目的在于是否获利，这和国内打官司难的现状相比差异很大。在于是否获利，这和国内打官司难的现状相比差异很大。 国外专利权人诉国内企业侵权的案例并不是很多，排国外专利权人诉国内企业侵权的案例并不是很多，排除纯技术的因素，有一种倾向值得我们重视。那就是国外除纯技术的因素，有一种倾向值得我们重视。那就是国

129、外专利权人正在利用他们在法律和技术方面的优势，为其企专利权人正在利用他们在法律和技术方面的优势，为其企业谋求更大的利益。在这种压力下，国内企业的状况是由业谋求更大的利益。在这种压力下，国内企业的状况是由于对专利法了解不够，对一些明显不侵权的行为，也不敢于对专利法了解不够，对一些明显不侵权的行为，也不敢大胆地做，在侵权纠纷中明显处于劣势。大胆地做，在侵权纠纷中明显处于劣势。 3. 3. 国内农药专利申请中应注意的问题国内农药专利申请中应注意的问题 3.1 3.1 正确认识申请专利的目的，恰当选择申请专利时机正确认识申请专利的目的，恰当选择申请专利时机 申请人应向社会公布其发明创造的技术内容，使之

130、为全申请人应向社会公布其发明创造的技术内容，使之为全社会知晓。但对不很成熟技术内容、研究思路，采用技术秘社会知晓。但对不很成熟技术内容、研究思路，采用技术秘密保护的形式更有效，过早的公开，会出现给别人的研发提密保护的形式更有效，过早的公开，会出现给别人的研发提供思路的问题。还可以采取特定的处理方式，公开披露信息，供思路的问题。还可以采取特定的处理方式，公开披露信息，防止别人申请。防止别人申请。 对有市场潜在价值的发明创造，应尽快申请专利，获对有市场潜在价值的发明创造，应尽快申请专利，获得专利保护。因为大多数国家的专利法都采用先申请制，得专利保护。因为大多数国家的专利法都采用先申请制，只有抢在竞

131、争对手前申请专利，才能保证自己占有此项专只有抢在竞争对手前申请专利，才能保证自己占有此项专利。与盲目申请专利相对的是，国内企业常在产品要上市利。与盲目申请专利相对的是，国内企业常在产品要上市时才申请专利，企业由于急于获得专利权，常常抱怨正常时才申请专利，企业由于急于获得专利权，常常抱怨正常专利审查程序的拖拉，其实如果企业较早的申请专利，就专利审查程序的拖拉，其实如果企业较早的申请专利，就可以避免这种问题。可以避免这种问题。 所以什么样的发明有必要申请专利，什么时机申请专所以什么样的发明有必要申请专利，什么时机申请专利，是国内企业和科研单位在实践中应不断探讨的问题。利，是国内企业和科研单位在实践

132、中应不断探讨的问题。我们应当明确申请专利的目的，以能否获得最大的商业价我们应当明确申请专利的目的，以能否获得最大的商业价值为依据，恰当地掌握专利申请的时机。同时还要避免受值为依据，恰当地掌握专利申请的时机。同时还要避免受其他人为因素，比如职称的评定、成果奖励等的影响，将其他人为因素，比如职称的评定、成果奖励等的影响，将自己的技术过早的公开。自己的技术过早的公开。3.2 3.2 基本专利申请基本专利申请 基本专利申请，就是将核心技术或基础研究作为基本基本专利申请，就是将核心技术或基础研究作为基本方向，抢先申请专利，这是利用专利权来控制基本技术的方向，抢先申请专利，这是利用专利权来控制基本技术的策

133、略。申请基础专利一定要注意保护核心技术，在申请专策略。申请基础专利一定要注意保护核心技术，在申请专利时要注意权利要求书和说明书，权利要求将得到尽可能利时要注意权利要求书和说明书，权利要求将得到尽可能大的保护范围，使对方绕不过去，防止对方变相侵权。大的保护范围，使对方绕不过去，防止对方变相侵权。 目前的国内化合物专利申请，由于经验不足，在撰写目前的国内化合物专利申请，由于经验不足，在撰写申请文件时，常常出现一些公开不充分的错误。比如，在申请文件时，常常出现一些公开不充分的错误。比如，在一些专利申请中，没有在说明书中公开所研究的化合物的一些专利申请中，没有在说明书中公开所研究的化合物的结构；还有由

134、于不了解新化合物的理化数据、至少一种制结构；还有由于不了解新化合物的理化数据、至少一种制备方法和用途是新化合物公开的一部分，在申请文件中对备方法和用途是新化合物公开的一部分，在申请文件中对其没有作充分的公开。有的科研机构，在研发中，发明了其没有作充分的公开。有的科研机构，在研发中，发明了200200多个新化合物，而在专利申请中只对其中的药效最好多个新化合物，而在专利申请中只对其中的药效最好的一个化合物要求专利保护。不懂得通过结构通式对权利的一个化合物要求专利保护。不懂得通过结构通式对权利要求的范围进行概括，以谋求大范围的专利保护。要求的范围进行概括，以谋求大范围的专利保护。 对于这种在先申请没

135、有充分公开的问题，对于这种在先申请没有充分公开的问题，在申请的一在申请的一年之内，可以通过要求国内优先权的方式补充年之内，可以通过要求国内优先权的方式补充；超过了一；超过了一年或专利申请已经公开，年或专利申请已经公开，可以通过后续再申请系列专利申可以通过后续再申请系列专利申请的方式进行弥补请的方式进行弥补。 3.3 3.3 网状专利申请网状专利申请 3.3.1 3.3.1 何种专利技术可以申请网状专利何种专利技术可以申请网状专利 网状专利申请也称为外围专利申请，是指企业在申请网状专利申请也称为外围专利申请，是指企业在申请基本和核心技术专利时，还应对基本专利不断进行研究开基本和核心技术专利时，还

136、应对基本专利不断进行研究开发，围绕它申请一系列外围专利，形成专利网，以加强企发，围绕它申请一系列外围专利，形成专利网，以加强企业或者研究单位在这一领域牢不可破的垄断地位。业或者研究单位在这一领域牢不可破的垄断地位。 如果将一种新化合物或一大类通式化合物的专利申请如果将一种新化合物或一大类通式化合物的专利申请作为基本专利的话，在基本专利申请中，一般可以要求保作为基本专利的话，在基本专利申请中，一般可以要求保护新化合物、新化合物的制备方法、以新化合物为有效成护新化合物、新化合物的制备方法、以新化合物为有效成分的农药组合物、新化合物的用途。上述类型的权利要求分的农药组合物、新化合物的用途。上述类型的

137、权利要求之间是具备单一性的，可以合案申请，即在一项专利中申之间是具备单一性的，可以合案申请，即在一项专利中申请。这些类型的权利要求实质上保护的是化合物本身。请。这些类型的权利要求实质上保护的是化合物本身。 在申请了新化合物的基本专利之后，对新化合物的进在申请了新化合物的基本专利之后，对新化合物的进一步开发和研究，都可以作为外围专利的形式申请，比如：一步开发和研究，都可以作为外围专利的形式申请，比如： （1 1）以新化合物为母核进行基团置换，开发的其他类）以新化合物为母核进行基团置换，开发的其他类化合物；化合物； （2 2）新化合物的盐、溶剂化物、旋光异构体和各种晶）新化合物的盐、溶剂化物、旋光

138、异构体和各种晶体形式；体形式； （3 3）合成新化合物的新的路线和改进的方法；）合成新化合物的新的路线和改进的方法； （4 4）新化合物的各种制剂；）新化合物的各种制剂； （5 5）新化合物的各种混用制剂；）新化合物的各种混用制剂； （6 6）新化合物防治病虫草害的各种新用途等。）新化合物防治病虫草害的各种新用途等。 这种改进专利可以延续许多年，甚至可以延续到新化这种改进专利可以延续许多年，甚至可以延续到新化合物生命周期的结束。比如，用量最大的除草剂品种草甘合物生命周期的结束。比如，用量最大的除草剂品种草甘膦，目前每年仍有许多件专利申请涉及其新的制备工艺路膦，目前每年仍有许多件专利申请涉及其新

139、的制备工艺路线和各种新的剂型。线和各种新的剂型。 我国申请人对外围专利刚刚接触，其中有许多发明没我国申请人对外围专利刚刚接触，其中有许多发明没有被重视，白白地向社会公开了，啶虫脒这个品种就是一有被重视，白白地向社会公开了，啶虫脒这个品种就是一例。日本申请人在最初的组合物专利申请中，仅具体公开例。日本申请人在最初的组合物专利申请中，仅具体公开了在水稻上的两种农业害虫上的药效。了在水稻上的两种农业害虫上的药效。而国内的厂家在实而国内的厂家在实践中将这种产品应用到多种作物上，防治多种病虫害，这践中将这种产品应用到多种作物上，防治多种病虫害，这些防治的作物和害虫谱，都是可以作为农药化合物或者组些防治的

140、作物和害虫谱，都是可以作为农药化合物或者组合物的用途发明，申请专利保护的。合物的用途发明，申请专利保护的。 3.3.2 3.3.2 在研发时借鉴在先专利和生产中使用在先专利的区别在研发时借鉴在先专利和生产中使用在先专利的区别 我们讲专利是一种先进的制度，是因为专利法中规定的我们讲专利是一种先进的制度，是因为专利法中规定的专利权是一种排他权，禁止在专利权被授予后，任何单位或专利权是一种排他权，禁止在专利权被授予后，任何单位或者个人未经专利权人许可，都不得实施其专利，即不得为生者个人未经专利权人许可，都不得实施其专利，即不得为生产经营目的制造、使用、许诺销售、销售、进口其专利产品，产经营目的制造、

141、使用、许诺销售、销售、进口其专利产品，或者使用其专利方法以及使用、许诺销售、销售、进口依照或者使用其专利方法以及使用、许诺销售、销售、进口依照该专利方法直接获得的产品。该专利方法直接获得的产品。 专利法没有排除根据在先专利进一步进行发明创造的专利法没有排除根据在先专利进一步进行发明创造的权力，对于搞发明创造的发明人来讲，在先的专利技术就权力，对于搞发明创造的发明人来讲，在先的专利技术就是一篇公开的文献，是一篇公开的文献，它和其他非专利文献一样可以供我们它和其他非专利文献一样可以供我们在研发时参考在研发时参考。专利权对进一步的发明创造没有任何限制，。专利权对进一步的发明创造没有任何限制，反而因为

142、专利技术快速、及时和技术内容的充分公开，起反而因为专利技术快速、及时和技术内容的充分公开，起到了促进科学技术发展的作用，到了促进科学技术发展的作用，反之如果我们借助在先技反之如果我们借助在先技术进行以经营目的生产或使用，那就侵犯了专利权术进行以经营目的生产或使用，那就侵犯了专利权。 3.4 3.4 产品输出国专利申请产品输出国专利申请 由于专利的地域性，所以要充分考虑到产品的市场，由于专利的地域性，所以要充分考虑到产品的市场，选择申请专利的国家和地区，将技术向企业所投资和输选择申请专利的国家和地区，将技术向企业所投资和输出产品的国家或地区申请专利，以保护今后在投资和产出产品的国家或地区申请专利

143、，以保护今后在投资和产品输出国或地区的专利独占权，达到以专利控制市场，品输出国或地区的专利独占权，达到以专利控制市场，限制他人对市场的占有。这是国际大公司占领国际市场限制他人对市场的占有。这是国际大公司占领国际市场的重要手段。的重要手段。 我国专利法规定：中国单位或者个人将其在国内完成我国专利法规定：中国单位或者个人将其在国内完成的发明创造向外国申请专利的，应当先向国务院专利行政的发明创造向外国申请专利的，应当先向国务院专利行政部门申请专利，委托其指定的专利代理机构办理。申请人部门申请专利，委托其指定的专利代理机构办理。申请人提出专利国际申请的，也应当先申请中国专利。由于中国提出专利国际申请的

144、，也应当先申请中国专利。由于中国专利局是国际专利（专利局是国际专利（PCT)PCT)专利申请受理的国际局，所以一专利申请受理的国际局，所以一般也应先向中国专利局申请国际专利。在申请日的一年之般也应先向中国专利局申请国际专利。在申请日的一年之内，向国外申请专利时，申请人可以要求在中国的优先权，内，向国外申请专利时，申请人可以要求在中国的优先权，以在中国专利申请的申请日为优先权日。以在中国专利申请的申请日为优先权日。 3.5 3.5 获得专利权时应注意的问题获得专利权时应注意的问题 在获得专利权时，除了要考虑有关新颖性、创造性和在获得专利权时，除了要考虑有关新颖性、创造性和实用性等实质性问题，以及

145、有关专利文件撰写等形式条件实用性等实质性问题，以及有关专利文件撰写等形式条件外，还应该注意程序的要求，其中包括各种时限、费用、外，还应该注意程序的要求，其中包括各种时限、费用、文件的递交。发明专利申请后文件的递交。发明专利申请后十八个月十八个月，专利局公开专利，专利局公开专利申请文件；如果申请人希望提前公开专利申请，可以向专申请文件；如果申请人希望提前公开专利申请，可以向专利局提出。在申请人提交实质审查请求后，发明专利启动利局提出。在申请人提交实质审查请求后，发明专利启动实审程序，申请人自申请日起实审程序，申请人自申请日起三年内三年内可以提出实审请求，可以提出实审请求，逾期专利申请视为逾期专利

146、申请视为自动撤回自动撤回。 专利授权时间的早晚，申请人本人掌握是可以适当掌专利授权时间的早晚，申请人本人掌握是可以适当掌握的。这其中包括：是否要求提前公开；是否很快提交实握的。这其中包括：是否要求提前公开；是否很快提交实审请求和对专利局的各种通知书是否及时答复。如果希望审请求和对专利局的各种通知书是否及时答复。如果希望很快获得专利权，就可以要求提前公开、尽快提实审和快很快获得专利权，就可以要求提前公开、尽快提实审和快速答复专利局的审查意见。相反，可以在许可的范围内，速答复专利局的审查意见。相反，可以在许可的范围内，主动拖延各种时间，观察市场情况，再作决策。主动拖延各种时间，观察市场情况，再作决

147、策。 在获得专利的过程中，对审查意见的答复和权利要求在获得专利的过程中，对审查意见的答复和权利要求书的修改，起着非常重要的作用。具体地讲：对审查员未书的修改，起着非常重要的作用。具体地讲：对审查员未提出的问题不要主动发表意见，而应对其中提到的所有问提出的问题不要主动发表意见，而应对其中提到的所有问题有针对性地逐条回答。比如审查员没有提出专利申请不题有针对性地逐条回答。比如审查员没有提出专利申请不具备新颖性，那就意味着根据其当时检索的对比文件，他具备新颖性，那就意味着根据其当时检索的对比文件，他对专利申请具有新颖性的默认。对专利申请具有新颖性的默认。 4.4.农药领域专利申请应满足的基本条件农药

148、领域专利申请应满足的基本条件 一项发明创造要想获得专利权，必须同时满足两个方一项发明创造要想获得专利权，必须同时满足两个方面的条件：面的条件：一是发明创造本身应具有专利法规定的新颖性、一是发明创造本身应具有专利法规定的新颖性、创造性和实用性，并属于专利法保护的范围内；二是申请创造性和实用性，并属于专利法保护的范围内；二是申请文件在形式上必须符合专利法及其实施细则规定的要求。文件在形式上必须符合专利法及其实施细则规定的要求。前者称为实质性条件，后者称为形式条件。二者缺一都不前者称为实质性条件，后者称为形式条件。二者缺一都不能取得专利权。对于农药领域的发明主要包括新化合物和能取得专利权。对于农药领

149、域的发明主要包括新化合物和农药组合物。农药组合物。4.1 4.1 化合物发明化合物发明4.1.1 4.1.1 化学物质发明的公开化学物质发明的公开（1 1）化学产品的确认）化学产品的确认 化合物发明说明书中应当说明化学名称及结构式（包括化合物发明说明书中应当说明化学名称及结构式（包括各种官能基团、分子立体构型等）或分子式，对化学结构的各种官能基团、分子立体构型等）或分子式，对化学结构的说明应当明确到使本领域的技术人员能确认该化合物的程度；说明应当明确到使本领域的技术人员能确认该化合物的程度；并应当公开与发明要解决的技术问题相关的化学、物理性能并应当公开与发明要解决的技术问题相关的化学、物理性能

150、参数（包括各种定性或定量数据和谱图等），例如，化合物参数（包括各种定性或定量数据和谱图等），例如，化合物应当有紫外光谱、红外光谱、质谱、氢谱或碳谱等数据，如应当有紫外光谱、红外光谱、质谱、氢谱或碳谱等数据，如果是晶体，还需有果是晶体，还需有X-X-衍射图谱和数据等。总之，使申请的化衍射图谱和数据等。总之，使申请的化合物与已知化合物之间的区别能被清楚地辨认。合物与已知化合物之间的区别能被清楚地辨认。（2 2）化学产品的制备）化学产品的制备 对于化学产品发明，说明书中必须至少公开一种制备对于化学产品发明，说明书中必须至少公开一种制备方法，并且该方法应当具体地说明原料物质、工艺步骤和方法，并且该方法

151、应当具体地说明原料物质、工艺步骤和条件、专用设备等，使所属领域的技术人员能够实施。条件、专用设备等，使所属领域的技术人员能够实施。（3 3）化学产品的用途和使用效果的公开）化学产品的用途和使用效果的公开 化学产品的申请，应当充分公开该产品的用途和使用化学产品的申请，应当充分公开该产品的用途和使用效果，即使是结构首创的化合物，也应当至少公开一种用效果，即使是结构首创的化合物，也应当至少公开一种用途；如果一种新化合物与已知化合物相比，在结构上接近，途；如果一种新化合物与已知化合物相比，在结构上接近，则应当充分公开它的用途和效果。则应当充分公开它的用途和效果。 新的农药化合物，应当公开其具体农药用途

152、、药效、新的农药化合物，应当公开其具体农药用途、药效、有效量及使用方法；应当提供对于本领域技术人员来说，有效量及使用方法；应当提供对于本领域技术人员来说，足以证明发明的技术方案可以达到预期要解决的技术问题足以证明发明的技术方案可以达到预期要解决的技术问题或效果的实验室试验或者大田试验的定性或定量数据。有或效果的实验室试验或者大田试验的定性或定量数据。有效量和使用方法或制剂方法等应当公开至该领域的技术人效量和使用方法或制剂方法等应当公开至该领域的技术人员能实施的程度。员能实施的程度。 表示发明效果的性能数据，应当说明测定它的方法，表示发明效果的性能数据，应当说明测定它的方法，并且应当是所属领域中

153、通用的或标准的方法。若为特殊方并且应当是所属领域中通用的或标准的方法。若为特殊方法，应当加以说明，使所属领域的技术人员能实施该方法。法，应当加以说明，使所属领域的技术人员能实施该方法。 4.1.2 4.1.2 实施例实施例 具体实施方式对于充分公开、理解和再现发明，支持具体实施方式对于充分公开、理解和再现发明，支持和解释权利要求的保护范围都是极为重要的。实施例是对和解释权利要求的保护范围都是极为重要的。实施例是对发明优选的具体实施方式的举例说明。实施例的数量应当发明优选的具体实施方式的举例说明。实施例的数量应当根据发明的性质、所属技术领域、现有技术状况以及要求根据发明的性质、所属技术领域、现有

154、技术状况以及要求保护的范围来确定。保护的范围来确定。4.1.3 4.1.3 化合物的新颖性化合物的新颖性 （1 1）如果在一篇现有技术文件里已经提到该化合物，）如果在一篇现有技术文件里已经提到该化合物，所属领域的技术人员由该文件的指导能制造或者能分离出所属领域的技术人员由该文件的指导能制造或者能分离出该化合物，则该化合物缺乏新颖性。这里所谓该化合物，则该化合物缺乏新颖性。这里所谓“提到提到”的的含义是：明确定义或说明了该化合物的化学名称、分子式含义是：明确定义或说明了该化合物的化学名称、分子式（或结构式）、理化参数和（或结构式）、理化参数和/ /或一种制备方法（包括原料）。或一种制备方法（包括

155、原料）。 （2 2）如果一篇现有技术文件只公开化合物的上述前四）如果一篇现有技术文件只公开化合物的上述前四部分内容，所属领域的技术人员不能从这篇文件中或公知部分内容，所属领域的技术人员不能从这篇文件中或公知的常识中理解到如何得到所要求的化合物，则这篇文件不的常识中理解到如何得到所要求的化合物，则这篇文件不能用来破坏该化合物的新颖性。能用来破坏该化合物的新颖性。 （3 3）在化合物的名称和分子式难以辨认的情况下，一）在化合物的名称和分子式难以辨认的情况下，一篇现有技术文件所公开的理化参数、或鉴定化合物用的其篇现有技术文件所公开的理化参数、或鉴定化合物用的其他参数等，可以用来破坏发明化合物的新颖性

156、，但必须是他参数等，可以用来破坏发明化合物的新颖性，但必须是所属领域的技术人员根据这篇文件能制造或分离出该产品。所属领域的技术人员根据这篇文件能制造或分离出该产品。 （4）通式不能破坏该通式中一个具体化合物的新颖性。）通式不能破坏该通式中一个具体化合物的新颖性。一个具体化合物的公开使包括该具体化合物的通式权利要一个具体化合物的公开使包括该具体化合物的通式权利要求丧失新颖性，但不影响该通式所包括的除该具体化合物求丧失新颖性，但不影响该通式所包括的除该具体化合物以外的其他化合物的新颖性。一系列具体的化合物能破坏以外的其他化合物的新颖性。一系列具体的化合物能破坏这系列中相应的化合物的新颖性，一个范围

157、的化合物（例这系列中相应的化合物的新颖性，一个范围的化合物（例如如C1C4）能破坏该范围内两端具体化合物）能破坏该范围内两端具体化合物C1和和C4的新的新颖性，但若颖性，但若C4化合物有几种异构体，则化合物有几种异构体，则C1C4化合物不能化合物不能破坏每个单独异构体的新颖性。破坏每个单独异构体的新颖性。 （5）天然物质的存在本身并不能破坏该发明物天然物质的存在本身并不能破坏该发明物质的新颖性，只有现有技术中已公知的与发明物质质的新颖性，只有现有技术中已公知的与发明物质的结构和形态一致或直接等同的天然物质，才能破的结构和形态一致或直接等同的天然物质，才能破坏该发明物质的新颖性。坏该发明物质的新

158、颖性。4.1.4 4.1.4 化合物的创造性化合物的创造性 （1 1）结构上与已知化合物不接近的、有新颖性的化合）结构上与已知化合物不接近的、有新颖性的化合物，并有一定用途和效果，便可以认为它有创造性。结构物，并有一定用途和效果，便可以认为它有创造性。结构接近的化合物，它们必须有相同的基本核心部分或者基本接近的化合物，它们必须有相同的基本核心部分或者基本的环。的环。现有技术现有技术申请申请以上化合物以上化合物1 1与化合物与化合物2 2的结构不接近，有创造性。的结构不接近，有创造性。 （2 2）发明化合物与已知化合物结构上接近）发明化合物与已知化合物结构上接近 a. a.没有预料不到的用途和效

159、果，没有创造性没有预料不到的用途和效果，没有创造性 氨基氨基- -磺酰脲磺酰脲3 3与甲基与甲基- -磺酰脲磺酰脲4 4的结构接近，只的结构接近，只有有NH2NH2和和CH3CH3之区别，但是两者的用途一样，效果相之区别，但是两者的用途一样，效果相同，因此无创造性。同，因此无创造性。 b. b.具有预料不到的用途或效果，有创造性，具有与最具有预料不到的用途或效果，有创造性，具有与最接近发明化合物不同的用途，即新用途。接近发明化合物不同的用途，即新用途。 磺胺是抗菌素磺胺是抗菌素5 5而磺酰脲而磺酰脲6 6是抗糖尿药，结构接近，是抗糖尿药，结构接近，但药理作用不同，有创造性。但药理作用不同，有创

160、造性。 4.2 4.2 农药组合物发明农药组合物发明 4.2.1 4.2.1 农药组合物的类型农药组合物的类型 （1 1）以新化合物作为有效成分的组合物）以新化合物作为有效成分的组合物 一种新化合物，除了可以要求化合物保护外，还可一种新化合物，除了可以要求化合物保护外，还可以要求农药组合物的权利要求。由于化合物是新化合物，以要求农药组合物的权利要求。由于化合物是新化合物，包含新化合物的组合物也一定是具有新颖性的。在化合物包含新化合物的组合物也一定是具有新颖性的。在化合物具有创造性的前提下，很显然新化合物也会给该农药组合具有创造性的前提下，很显然新化合物也会给该农药组合物带来意外农药活性。物带来

161、意外农药活性。 所以申请人一般在申请新化合物的专利申请的同时，所以申请人一般在申请新化合物的专利申请的同时，在同一份申请中要求保护：在同一份申请中要求保护：“一种农药组合物，其中包含一种农药组合物，其中包含新化合物新化合物A”A”。我们将农药组合物权利要求，视为新化。我们将农药组合物权利要求，视为新化合物的一种应用产品形式的权利要求。合物的一种应用产品形式的权利要求。 （2 2）含具有协同作用的化合物的组合物）含具有协同作用的化合物的组合物 这种类型的组合物，主要是已知或未知农药活性成分这种类型的组合物，主要是已知或未知农药活性成分的混用组合物。由于国内申请人对土壤、气候、栽培品种的混用组合物

162、。由于国内申请人对土壤、气候、栽培品种和病虫草害相对比较熟悉，在防治病虫害的实践中，会发和病虫草害相对比较熟悉，在防治病虫害的实践中，会发明出一些新的混用品种。明出一些新的混用品种。 对于新化合物的混用组合物研制，在开发新化合物对于新化合物的混用组合物研制，在开发新化合物时越来越受到重视。目前通常的做法是，在申请新化合物时越来越受到重视。目前通常的做法是，在申请新化合物的同时，或这之后不久，就对新化合物的混用制剂进行广的同时，或这之后不久，就对新化合物的混用制剂进行广泛的研究，以期开发出提高药效、扩大防治谱、降低使用泛的研究，以期开发出提高药效、扩大防治谱、降低使用量的品种。这种做法值得我们在

163、开发新化合物时借鉴。量的品种。这种做法值得我们在开发新化合物时借鉴。 （3 3）以非活性组分（农药新剂型）为特征的组合物）以非活性组分（农药新剂型）为特征的组合物4.2.2 4.2.2 农药组合物的公开农药组合物的公开 组合物发明应当用组合物的组分或者组分和含量等组组合物发明应当用组合物的组分或者组分和含量等组成特征来表征。组合物权利要求有开放式、封闭式及半开成特征来表征。组合物权利要求有开放式、封闭式及半开放式三种表达方式。关于公开的具体要求如下：放式三种表达方式。关于公开的具体要求如下： （1 1）已知农药成分：应当给出其中英文通用名，必）已知农药成分：应当给出其中英文通用名，必要时要注明

164、分子结构式。应当用农药有效成分进行说明，要时要注明分子结构式。应当用农药有效成分进行说明，而不能直接用有效成分的制剂进行说明。而不能直接用有效成分的制剂进行说明。 （2 2）说明组合物中各种成分配合采用的是何种比例，）说明组合物中各种成分配合采用的是何种比例，如重量比、体积比等；清楚地说明配合的比例范围，必要如重量比、体积比等；清楚地说明配合的比例范围，必要时还应公开有效成分在制剂组合物中的含量。时还应公开有效成分在制剂组合物中的含量。 （3 3）组合物中的农药，应以其有效成分来表示，不组合物中的农药，应以其有效成分来表示，不能直接采用农药制剂进行复配。能直接采用农药制剂进行复配。 （4 4）

165、对组合物中的助剂，应当清楚地说明其化学成）对组合物中的助剂，应当清楚地说明其化学成分，对混合助剂应说明其中各种成分的配合比，最低限度分，对混合助剂应说明其中各种成分的配合比，最低限度要注明厂家和牌号要注明厂家和牌号 。 （5 5）具体介绍农药组合物采用的剂型、使用量、使）具体介绍农药组合物采用的剂型、使用量、使用时间、使用对象物、适用的农作物及其生长阶段等内容。用时间、使用对象物、适用的农作物及其生长阶段等内容。 （6 6）新化合物的农药组合物，要说明组合物的药效；）新化合物的农药组合物，要说明组合物的药效；混用组合物应提供混剂增效作用的试验数据。混用组合物应提供混剂增效作用的试验数据。 4.

166、2.3 4.2.3 实施例实施例 首先要清楚地公开组合物的组分和配合比，在实施例中，首先要清楚地公开组合物的组分和配合比，在实施例中，这种组分应该是具体的组分，各种组分的含量应该是具体的这种组分应该是具体的组分，各种组分的含量应该是具体的含量点，不应以含量范围的形式撰写实施例。对于组合物一含量点，不应以含量范围的形式撰写实施例。对于组合物一般要求公开其作为农药的使用效果。对于混用组合物，必须般要求公开其作为农药的使用效果。对于混用组合物，必须提供宽广范围下的试验数据的实例，以证实其增效作用。因提供宽广范围下的试验数据的实例，以证实其增效作用。因为采用已知农药成分混用，各种单剂成分具有一定的药效是为采用已知农药成分混用，各种单剂成分具有一定的药效是公知的技术，混剂的发明在于农药成分混用带来的意外的增公知的技术，混剂的发明在于农药成分混用带来的意外的增效效果。对于以新化合物为活性成分的农药混剂，也应从混效效果。对于以新化合物为活性成分的农药混剂，也应从混用组合物药效，来判断混用组合物是否有意外的效果。发明用组合物药效，来判断混用组合物是否有意外的效果。发明的重点应立足于混用组合物上，而不应放在新化合物上。的重点应立足于混用组合物上，而不应放在新化合物上。