在全球农业生产中，病虫害和杂草对粮食产量的威胁不容小觑。据联合国粮农组织（FAO）统计，世界粮食产量因病虫草鼠害造成的损失每年约为20 - 35%；若不使用农药，病虫害引起的减产率可高达53.4%，杂草引起的减产率可高达21.3%。在中国，若不采用农药等植保措施，每年粮食损失约2000亿斤，占总产量的15%以上。在这样的背景下，生物化学农药作为一种绿色，高效的农药类型，逐渐成为农业领域的研究热点，其在中国的发展也备受关注。
生物化学农药的定义和分类
中国对生物农药尚无统一明确的定义，中国现行的《农药登记资料规定》对生物农药也没有明确定义。但2017年，中国将生物化学农药定义为：生物化学农药应该是（should be）天然化合物；若为人工合成，其结构应该（should be）与天然化合物相同，如：合成化合物的主要成分的分子结构与天然存在的类似物（naturally occurring analogue）的分子结构相同。2019 年起，中国法规在生物农药的分类上增加了生物化学农药，此前仅有微生物农药和植物源农药（2019年调整后农用抗生素仍不包含在生物农药范围内）。
尽管生物化学农药在中国的发展起步较晚，但其潜力巨大。截至2024年7月31日，农业农村部登记的生物农药有效成分共152种，其中生物化学农药约占36%，微生物农药约占45%，植物源农药约占20%（图1）。尽管生物化学农药的有效成分数量相对较少，但其登记产品占比最高。[1]
图1. 中国登记生物农药有效成分种类数量占比
中国登记的生物化学农药包括五大类：昆虫生长调节剂、化学信息素、植物生长调节剂、植物诱抗剂，以及窒息、干燥等其他类别，共包含54种有效成分（截至2024年7月31日）。其中，登记为生物化学农药的昆虫生长调节剂仅有2个：诱虫烯、S-烯虫酯；登记为化学信息素有效成分共15个，均为昆虫性诱信息素，包括草地贪夜蛾性诱剂、二化螟性诱剂、斜纹夜蛾性诱剂、地中海食蝇引诱剂、绿盲蝽性信息素、梨小性迷向素等；植物生长调节剂有赤霉酸、吲哚乙酸等26种；植物诱抗剂有超敏蛋白、香菇多糖等10 种；此外还有胆钙化醇。五大类有效成分数量在生物化学农药中的占比如图2所示。
图2. 生物化学农药有效成分种类数量占比
生物化学农药产业现况
在中国，产量居前的5个生物化学农药有效成分分别为赤霉酸、氨基寡糖素、芸苔素内酯、三十烷醇、14-羟基芸苔素甾醇，占生物化学类农药的71%。[2] 在中国获得登记的含有这些成分的生物化学农药产品数量见表1（截至2025年2月18日）。
表1. 生物化学有效成分的登记产品数量
生物化学农药市场竞争较为激烈，但一些具有技术创新和产品特色的企业已拥有了一定的市场地位。
中捷四方在中国供应我国首个获登的水稻二化螟迷向产品。该产品是基于昆虫行为调控的绿色防控技术，其核心原理是利用缓释材料在田间释放高浓度的二化螟性信息素，掩盖雌虫位置，使雄虫难以找到雌虫交配，可大幅减少产卵数量，有利于虫口密度下降。目前产品种类包括二化螟迷向缓释袋、二化螟喷雾迷向素等。据公司介绍，其中的二化螟迷向缓释袋利用了中国唯一自主研发的缓释袋，持效期长达4个月以上，使用操作非常简便，可减少防治用药，节省人力成本。2024年，其以二化螟迷向技术为核心的水稻绿色防控集成技术入选″农业农村部2024年农业主推技术″。
图3. 中捷四方水稻二化螟迷向产品
郑氏化工吲哚丁酸产品以高纯度合成，绿色工艺为核心竞争力，兼具高效性与环境友好性。郑氏化工表示，其采用酶催化定向合成工艺与微通道连续流反应器，实现吲哚丁酸纯度≥98.5%（行业普遍为95%），并通过HPLC和GC-MS双重检测认证。分子筛层析纯化技术减少异构体杂质，相比传统工艺，收率提升12%，能耗降低30%，显著提升原药活性与稳定性。公司采用生物基溶剂替代苯类溶剂，构建闭环式生产系统，溶剂回收率达98.7%，三废排放量减少75%，并通过REACH认证和OECD生态毒性测试。从原料溯源到终端应用全程可追溯，符合FAO/WHO国际标准。产品出口至东南亚、南美等12国。
超限制造横空出世！改写生物化学农药生产格局
生物化学农药具有安全性高（无/低毒），用量少（高效性），生态安全（低残留），生物调控精准这些优势。但此类产品也存在一些问题：天然来源及量产难/成分复杂/品质不均，天然化合物溶解性和稳定性不足，区域差异造成施药环境复杂等。这些问题需要运用分子设计、剂型设计、制造工艺和应用技术来解决。
2018年9月，″超限制造″（Beyond Limits Manufacturing）概念在中国诞生。它是基于飞秒超快激光来制造新的化学或生物成分的流程和工艺，旨在使药物发现和生产更高效。[3] 华东师范大学搭建了超快激光系统，打造芯片内雕与精刻制造平台（微流通道器件）。由华东理工大学对该设计做出评价。
传统的化工生产中，参与反应的分子在大管道、大锅炉中处于散漫无序的状态，动量传递、热量传递、质量传递和化学反应（三传一反）的效率难以提升。而超限制造的原理在于，当输送反应物质的管道直径变细到微米级，尤其细小到200纳米左右时，分子会因空间变窄而只能以同一个姿势前行（图4）。通过控制管道环境，能让不同的化学分子以最适合参与 ″三传一反″ 的姿势在微纳空间相遇。这样一来，反应条件更加温和，反应速率大大提升，产物纯度也更高，以此使化工生产更加节能环保。
图4. 不同管道环境中流动反应示意图，流动环境中的颜色分布表示浓度分布，（a）在平面上，（b）在大管道中（>2000 微米），（c）在小管道中（0.2-2000 微米），（d）在纳米管道中（<0.2 微米）[4]
超限制造对于生物化学农药产业乃至整个流程工业都具有极其重要的意义。在产业变革方面，它将在微纳尺度水平通过大规模缩微集成，颠覆性地改变传统产业的宏观形态。就如同计算机从占地170平方米，重达30吨的庞然大物发展到如今可随身携戴，且性能成亿倍提升一样，传统化工制药也将从工业园区向连续流微化工，乃至微纳化工（″掌上工厂″）演进。[5] 这不仅会带来生产力的极大提升，还有望将人类社会引向更加绿色低碳的生产模式。
在推动工业切入量子时代方面，超限制造是关键钥匙。随着第二次量子革命和人工智能（AI）的涌现，电子工业已先行靠近这道时代门槛，而流程工业也在寻找切入契机。超限制造能够让人类在微纳尺度操控不同粒子，提升反应效率和产物质量，从而推动流程工业切入呈现微纳效应的量子时代，使相关产业在全球竞争中占得先机。
超限制造在生物化学农药中的应用案例
生物化学农药开发应用中，超限制造微纳流控技术成果显著。传统多杀霉素悬浮剂和RNAi农药问题重重，经该技术改良后性能卓越，为生物化学农药发展开辟新路径。[3]
基于超限制造微纳流控技术的纳米多杀霉素悬浮剂展现出了卓越的性能。在传统制备方法中，多杀霉素悬浮剂在储存稳定性、均一性和分散性方面存在不足，影响其杀虫活性和使用效果。而采用超限制造技术制备的纳米多杀霉素悬浮剂，在低温、常温和高温环境下均显现出良好的储存稳定性。即使反复冻融5次（-20℃- 45℃），依然具有非常好的均一性与分散性（97 nm，PDI<0.1），其杀虫活性也优于市售多杀霉素悬浮剂。（多杀霉素为应该归类为生物化学农药的农用抗生素）
RNAi农药作为一种新型生物化学农药（目前中国尚未有此类产品获得登记），具有广阔的应用前景，但面临着dsRNA稳定性不高，难以高效递送以及低成本大批量合成的难题。基于超限制造微纳流控技术的纳米RNAi农药，利用脂质纳米颗粒包裹递送dsRNA（dsRNA@LNP），通过连续制备工艺，大大提高了液面的脂质流，使制得的dsRNA@LNP颗粒的均一性和分散性良好。
此外，新的RNAi农药底盘技术——自折叠纳米RNAi农药，基于碱基特异性识别原理即可折叠成形状、大小确定的纳米结构。它可依据任意序列或编码RNA进行构筑组装，兼容性强；相较于普通RNA，稳定性和环境耐受性更强，具备良好的生物相容性，操作简单。这种技术变革了传统线性dsRNA农药的制备方式，先将设计的编码序列合成为单链RNA，再自组装形成特定纳米构型的dsRNA，其靶标可拓展，可直接胞吞介导进入细胞，沉默靶标基因，无需引入纳米载体，直接喷洒使用，绿色安全，环境友好。
中国生物化学农药产业的前沿发展展望
中国生物化学农药产业的未来，将在技术创新和绿色农业转型的推动下迎来突破性发展。随着全球对粮食安全、生态保护与碳中和目标的关注持续升级，生物化学农药作为连接高效农业与可持续发展的重要纽带，其战略地位将进一步提升。
中国生物化学农药产业在不断发展的过程中，超限制造技术的应用为其注入了新的活力。该技术将持续推动生物化学农药的研发和生产创新，不仅在现有产品的性能提升上取得突破，还将助力开发更多新型，高效，安全的生物化学农药产品。同时，随着微纳工厂时代的到来，相关制度设计也将逐步完善，以适应产业的快速发展。中国生物化学农药产业将在技术创新和制度保障的双重推动下，朝着更加绿色，高效的方向迈进，在全球生物化学农药市场中占据重要地位。
在全球竞争格局中，中国有望凭借"技术+政策"的双重优势占据先机。"一带一路"框架下的技术输出，可将昆虫信息素迷向技术、植物诱抗剂等成熟方案转化为国际标准。此外，欧盟"从农场到餐桌"战略对化学农药使用限制，也带来了中国生物化学农药企业全球化布局的历史机遇。通过技术合作与产能共建，该行业将持续推动全球农业向绿色可持续方向转型。
参考：
[1]《中国生物防治学报》2019年第5期
[2]《农药》2025年1月
[3] 钱旭虹院士在中国农药发展与应用协会第四届会员代表大会上所做报告《生物化学农药与超限制造》
[4] Liu P, Zhao F, Zhang J, et al. Micro/nano flow chemistry by Beyond Limits Manufacturing [J]. Chinese Chemical Letters, 2024,35(05):29-38.
[5] 《″超限制造″在上海源起并走向现实：未来工业园区只需一层楼》，来源：文汇报
本文的英文原文首登于AgroPages世界农化网新出版的《2025 China Pesticide Industry Watch》。点击下图，阅读更多精彩内容。
