1 世界农药市场概述
1990年以来,世界农药及转基因种子销售额如图1。
2013年销售额相比往年均呈上涨趋势。2003—2013年全球农药销售额如表1。
表1 2003—2013年全球农药销售额(百万美元)
时间(年) |
作物用农药 |
非作物用农药 |
转基因种子 |
常规种子 |
2003 |
27,961 |
4,445 |
3,709 |
13,521 |
2004 |
32,204 |
4,675 |
4,476 |
14,524 |
2005 |
32,814 |
4,905 |
5,095 |
14,657 |
2006 |
32,508 |
5,150 |
5,855 |
14,485 |
2007 |
35,885 |
5,365 |
7,062 |
14,648 |
2008 |
43,187 |
5,655 |
9,150 |
16,870 |
2009 |
40,147 |
5,860 |
10,570 |
17,185 |
2010 |
41,291 |
5,880 |
12,870 |
17,950 |
2011 |
46,539 |
6,290 |
15,685 |
18,810 |
2012 |
49,549 |
6,372 |
18,495 |
19,065 |
2013 |
54,208 |
6,481 |
20,100 |
19,325 |
2013年,全球作物用农药销售额为542.08亿美元,同比增长9.4%;非作物用农药的销售额为64.81亿美元,同比增长1.7%。这一年,全球农药总销售额为606.89亿美元,同比增长8.5%。
2013年,全球转基因种子的销售额为201.00亿美元,同比增长8.7%;常规种子的销售额为193.25亿美元,同比增长1.4%。这一年,全球种子的总销售额为394.25亿美元,同比增长5.0%。
预计2018年,全球作物用农药销售额可达615.06亿美元,2013—2018年复合年增长率为2.6%。2018年,全球转基因种子的销售额预计为229.28亿美元,2013—2018年复合年增长率为2.7%(表2)。
表2 2018年全球农药及转基因种子市场预测(百万美元)
|
除草剂 |
杀虫剂 |
杀菌剂 |
其他 |
作物用农药 |
转基因种子 |
总计 |
2013年 |
23,685 |
14,885 |
14,008 |
1,630 |
54,208 |
20,100 |
74,308 |
2018年 |
26,650 |
16,665 |
16,387 |
1,804 |
61,506 |
22,928 |
84,434 |
2013—2018年复合年增长率(%) |
+2.4 |
+2.3 |
+3.2 |
+2.0 |
+2.6 |
+2.7 |
+2.6 |
2012年,全球杀菌剂总销售额为141.15亿美元,占全球537.32亿美元农药总销售额的26.3%。其中,甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂占据首位,所占份额为22.8%(表3)。
表3 2012年全球杀菌剂市场分布(按化学类型分)
所占份额 甲氧基丙烯酸酯类 22.8% 三唑类 20.7% 其他唑类 7.7% 二硫代氨基甲酸盐类 6.2% 无机类 5.8% 琥珀酸脱氢酶抑制剂 5.4% 邻苯二甲酰亚胺类 3.7% 苯并咪唑类 3.4% 苯基酰胺类 2.8% 其他多作用位点类 2.7% 吗啉类 2.5% 苯胺基嘧啶类 1.7% 双酰胺类 1.4% 其他脱甲基抑制剂 0.3% 其他 12.9% 合计 100.00%
由图7可见,琥珀酸脱氢酶抑制剂类(SDHI)杀菌剂2012年销售额同比增长约20.0%,2007—2012年复合年增长率也约为20.0%,在各类杀菌剂中居于首位。虽然甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂2007—2012年复合年增长率较高,但其2012年同比增长率较低。
表4 2012年各作物用杀菌剂市场分布
作物 |
所占份额 |
谷物 |
20.5% |
大豆 |
11.8% |
葡萄 |
7.3% |
水稻 |
7.3% |
马铃薯 |
5.3% |
玉米 |
3.9% |
梨果 |
3.7% |
油菜 |
3.4% |
其他果蔬 |
16.9% |
其他 |
7.9% |
非作物 |
12.0% |
总计 |
100.0% |
2 国内外农药创制动态
据巴斯夫公司的一项调查,创制一个新化合物,通常要筛选14万个化合物,花费2亿欧元,耗时10年时间。1995年以来,发现和开发一个新农药的费用逐年提升(图9)
表5 2012年农药大公司研发投入(百万美元)
公司 |
农药 |
种子/生物技术 | ||||
销售额 (A) |
研发投入 (B) |
B/A (%) |
销售额 (A) |
研发投入 (B) |
B/A (%) | |
先正达 |
10,785 |
753 |
6.98 |
3,237 |
475 |
14.67 |
拜耳 |
9,539 |
633 |
6.64 |
1,237 |
372 |
30.07 |
巴斯夫 |
6,014 |
553 |
9.20 |
0 |
194 |
— |
陶氏益农 |
5,022 |
330 |
6.57 |
1,360 |
260 |
19.12 |
杜邦 |
3,173 |
280 |
8.82 |
7,253 |
794 |
10.95 |
住友化学 |
1,905 |
149 |
7.82 |
0 |
0 |
— |
富美实 |
1,764 |
95 |
5.39 |
0 |
0 |
— |
石原产业 |
541 |
75 |
13.86 |
0 |
0 |
— |
科麦农 |
1,027 |
57 |
5.55 |
0 |
0 |
— |
联合磷化物 |
1,448 |
48 |
3.31 |
0 |
0 |
— |
孟山都 |
3,994 |
45 |
1.13 |
10,010 |
1,467 |
14.66 |
纽发姆 |
2,201 |
39 |
1.77 |
135 |
1 |
0.74 |
马克西姆-阿甘 |
2,649 |
28 |
1.06 |
0 |
0 |
— |
组合化学 |
481 |
26 |
5.41 |
0 |
0 |
— |
爱利思达 |
1,527 |
20 |
1.31 |
0 |
0 |
— |
由图12可见,1986年全球上市新农药数量最多,超过20个。1997年为上市新农药数量的次高年,其后新上市农药数量基本呈现下降态势。
农药创制的方法多种多样,其中包括me too、随机合成、对天然产物的模拟、组合化学和基于结构的设计(structure-based design,SBD)等。
任何一个产品,都是由两个或多个中间体或原料经过化学反应得到。本文作者通过多年的研究实践,并在总结他人研究成果的基础上提出了一种新农药创新研究方法,即“中间体衍生化方法”。该方法的实质就是利用有机中间体可进行多种有机化学反应的特性,从化学的角度出发,把新药先导发现的复杂过程简单化。
中间体衍生化方法内涵有三:直接合成法、替换法、衍生法。
1)直接合成法:利用中间体进行化学反应,设计合成新化合物,然后筛选,发现先导化合物,再经优化发现新农药品种;该法属于随机筛选,可以研制出结构全新的化合物,需要长期的积累与努力。研究实例包括除草剂吡氟酰草胺和氯磺隆等。
2)替换法:利用简单的原料,通过化学反应合成新的中间体,利用该中间体替换已知农药或医药品种化学结构中的一部分,得到新的化合物,经筛选,发现新的先导化合物,尤其是发现专利保护范围外的新先导化合物,再经优化、快速发现新农药品种。其实例有:2,3-二氯-5-三氟甲基吡啶、杀菌剂氟吡菌胺(fluopicolide)和氟吡菌酰胺(fluopyram)等。
3 近10年开发的杀菌剂
近10年开发的杀菌剂61个,其中包括酰胺类杀菌剂(27个)、三唑类(1个)、甲氧基丙烯酸酯类化合物(13个)、氨基酸衍生物(3个)、磺酰胺类化合物 (3个)、二芳酮类化合物(2个)、肟醚类化合物(4个)、异噁唑啉类化合物(2个)及其它类化合物(6个)。
3.1 酰胺类杀菌剂
3.1.1 啶酰菌胺(boscalid)
啶酰菌胺(boscalid,试验代号:BJL-994)是巴斯夫公司开发的线粒体呼吸链中琥珀酸辅酶Q还原酶抑制剂(SDHI),主要防治白粉病、灰霉病、各种腐烂病、褐腐病和根腐病等,与其它杀菌剂无交互抗性,于2004年在英国、德国和瑞士首次登记。使用剂量为285~770 g/hm2。2012年销售额为3.55亿美元。
3.1.2 氟吡菌胺(fluopicolide)
氟吡菌胺(fluopicolide,试验代号:AVF-002)由拜耳公司开发,主要用于防治卵菌纲病害,如霜霉病、疫病等,与其它类化合物无交互抗性。田间试验结果表明,叶面施药不仅具有很好的防效,且持效期长。使用剂量为70~100 g/hm2。2012年销售额为0.60亿美元。
3.1.3 氟吡菌酰胺(fluopyram)
氟吡菌酰胺由拜耳公司开发的琥珀酸脱氢酶抑制剂(SDHI)类杀菌剂。主要用于防治白菜黑斑病、葡萄灰霉病以及大麦网斑病等病害。使用剂量为200~250 g/hm2。2012年销售额<0.1亿美元。
3.1.4 呋吡菌胺(furametpyr)
呋吡菌胺(furametpyr,试验代号:S-82658)是由日本住友化学株式会社开发的SDHI类杀菌剂。具有内吸活性,且传导性能优良,因此具有优异的预防和治疗效果。对水稻纹枯病具有适度的长持效活性。使用剂量为300~400 g/hm2。2012年销售额<0.10亿美元。
3.1.5 吡噻菌胺(penthiopyrad)
吡噻菌胺(penthiopyrad,试验代号:MTF-753)是日本三井化学株式会社开发的SDHI类杀菌剂。其杀菌谱较广,不仅对锈病、菌核病有优异的活性,且对灰霉病、白粉病和苹果黑星病也显示出较好的杀菌剂活性,与其他杀菌剂无交互抗性。2012年销售额<0.3亿美元。
3.1.6 联苯吡菌胺(bixafen)
联苯吡菌胺(bixafen)是由拜耳公司开发的SDHI类杀菌剂。主要开发用于叶斑病和叶锈病的防治,并有望成为杀菌剂抗性治理的重要品种。该品种于2011年上市,公司期望其潜在销售额超过4.3亿美元。2012年销售额为1.00亿美元。
3.1.7 氟唑菌酰胺(fluxapyroxad)
氟唑菌酰胺(fluxapyroxad,试验代号:BAS700F)是由巴斯夫公司开发的SDHI类杀菌剂,对谷类、大豆、玉米和油菜上的病害具有优良防效,具有非常优异的内吸传导活性。使用剂量为100~200 g/hm2。2012年销售额为0.95亿美元。
3.1.8 氟唑菌苯胺(penflufen)
氟唑菌苯胺(penflufen,试验代号:BYF14182)是由拜耳公司开发的SDHI类杀菌剂,主要用于玉米、棉花、油菜、蔬菜、水稻和大豆等作物上的病害防治,主要用作种子处理。2012年销售额<0.30亿美元。
3.1.9 氟唑环菌胺(sedaxane)
氟唑环菌胺(sedaxane)是由先正达开发的SDHI类杀菌剂,市场定位是用于种子处理。2012年在澳大利亚上市,随后在美国、欧盟取得登记。2012年销售额<0.30亿美元。
3.1.10 吡唑萘菌胺(isopyrazam)
吡唑萘菌胺(isopyrazam,试验代号:SYN520453)是由先正达开发的SDHI类杀菌剂,2011年获准在英国登记。具有广谱活性,市场定位包括果树、蔬菜和谷类作物上的病害,对三唑类和甲氧基丙烯酸酯类抗性品系病菌高效,该杀菌剂兼具保护与治疗作用,其持效期长,施药7周后仍表现出明显效果,保护期比三唑类杀菌剂长两周左右。销售额<0.30亿美元。
3.1.11 苯并烯氟菌唑(benzovindiflupyr)
苯并烯氟菌唑(benzovindiflupyr,试验代号:SYN545192)是先正达正在开发的SDHI类杀菌剂。对小麦叶枯病、花生黑斑病、小麦全蚀病及小麦基腐病均有很好的防治效果,尤其对小麦白粉病、玉米小斑病及灰霉病有特效,且可以与多种杀菌剂复配,无交互抗性。
3.1.12 噻呋菌胺(thifluzamide)
噻呋菌胺(thifluzamide,试验代号:Mon24000)是美国孟山都公司研制、陶氏益农公司开发的SDHI类杀菌剂,可防治多种植物病害,特别是担子菌丝核菌属真菌所引起的病害,同时具有很强的内吸传导性。使用剂量为125~250 g/hm2。2012年销售额为0.30亿美元。
3.1.13 氟吗啉(flumorph)
氟吗啉(flumorph)是1994年沈阳化工研究院开发的我国第一个创制的含氟农药品种,第一个获得美国、欧洲发明专利的农药品种,也是第一个具有自主知识产权的创制杀菌剂,第一个获得世界知识产权组织和中国知识产权局授予的发明专利奖金奖的、第一个获准正式登记并产业化的、第一个获得ISO通用名称的、第一个在国外登记销售的创新农药品种。
氟吗啉主要用于防治卵菌纲病原菌产生的病害,如霜霉病、晚疫病、霜疫病等。作为保护剂使用时,使用剂量为50~100 g a.i./hm2;作为治疗剂使用时,使用剂量为100~200 g a.i./hm2。
3.1.14 丁吡吗啉(pyrimorph)
丁吡吗啉(pyrimorph)是中国农业大学、江苏耕耘化学有限公司和中国农业科学院植物保护研究所联合研究开发的酰胺类杀菌剂,它对番茄晚疫病具有很好的保护防治效果,对致病疫霉、辣椒疫霉、立枯丝核菌也有很好的抑制效果。
3.1.15 稻瘟酰胺(fenoxanil)
稻瘟酰胺(fenoxanil,试验代号:AC382042)是由壳牌公司研制,巴斯夫和日本农药公司共同开发的酰胺类杀菌剂。其为黑色素(melanin)生物合成抑制剂,具有良好的内吸和残留活性,主要用于防治稻瘟病。使用剂量为120~150 g/hm2。2012年销售额<0.10亿美元。
3.1.16 噻唑菌胺(ethaboxam)
噻唑菌胺(ethaboxam,试验代号:LGC-30473)由LG生命科学公司开发。主要用于防治卵菌纲病原菌引起的病害,如葡萄霜霉病和马铃薯晚疫病等。使用剂量为125~250 g/hm2。2012年销售额<0.10亿美元。
3.1.17 双炔酰菌胺(mandipropamid)
双炔酰菌胺(mandipropamid,试验代号:NOA 446510)由先正达报道,主要对卵菌纲病害具有很好的防效。双炔酰菌胺最好是用作预防性喷洒,但在潜伏期中也可以提供治疗作用,且稳定高效,持效期长。使用剂量为100~150 g/hm2。2012年销售额为1.15亿美元。
3.1.18 噻酰菌胺(tiadinil)
噻酰菌胺(tiadinil,试验代号:NNF 9850)由日本农药公司开发。其作用机理主要是阻止病菌菌丝侵入邻近的健康细胞,并能诱导产生抗病基因。且噻酰菌胺可以提高水稻本身的抗病能力。主要对稻瘟病及白粉病等病害有特效。2012年销售额<0.30亿美元。
3.1.19 isotianil
isotianil(BYF-1047)主要用于防治稻瘟病。可以与吡虫啉、多杀霉素以及噻呋酰胺复配。使用剂量为100~300 g/hm2。2012年销售额<0.30亿美元。
3.1.20 苯酰菌胺(zoxamide)
苯酰菌胺(zoxamide,试验代号:RH-7281)由罗门哈斯公司(现为道农业科学公司)开发。主要用于防治卵菌纲病害,如马铃薯和番茄晚疫病,黄瓜霜霉病和葡萄霜霉病等;对葡萄霜霉病有特效。使用剂量为100~200 g/hm2。2012年销售额<0.30亿美元。
3.1.21 环丙酰菌胺(carpropamid)
环丙酰菌胺(carpropamid,试验代号:KTU 3616)由拜耳公司开发。与现有杀菌剂不同,环丙酰菌胺无杀菌活性,不抑制病原菌菌丝的生长。其具有两种作用方式:抑制黑色素生物合成和在感染病菌后可加速植物抗菌素如momilactone A 和sakuranetin 的产生。主要用于防治稻瘟病。使用剂量为75~400 g/hm2。2012年销售额<0.10亿美元。
3.1.22 环酰菌胺(fenhexamid)
环酰菌胺(fenhexamid,试验代号:TM 402)由拜耳公司开发。与现有杀菌剂无交互抗性。主要用于防治各种灰霉病以及相关的菌核病、黑斑病等。使用剂量为500~750 g/hm2。2012年销售额为0.55亿美元。
3.1.23 硅噻菌胺(silthiopham)
硅噻菌胺(silthiopham,试验代号:Mon 65500)由孟山都公司开发。作为种子处理剂,主要用于防治小麦全蚀病,具有良好的保护活性,残效期长。使用剂量为5~40 g/100 kg种子。2012年销售额<0.30亿美元。
3.1.24 KC10017
KC10017是由韩国化学研究所正在开发中的杀菌剂,主要用于水稻防治水稻稻瘟病,为黑色素抑制剂。
3.1.25 tolprocarb
Tolprocarb(试验代号:MTF-0301)是日本三井化学公司正在开发的杀菌剂,对水稻稻瘟病有非常好的防治效果。
3.1.26 isofetamid
Isofetamid(试验代号:IKF-5411)是日本石原产业株式会社正在开发的酰胺类杀菌剂,可用于防控灰霉病和菌核病等病害。主要开发用于欧洲、日本及美国等市场,有望于2016年获得日本和欧盟登记。
(未完待续)
(本刊编辑根据刘长令教授在“第二届杀菌剂发展与推广应用交流会”上的报告整理)