南开化学百年贡献：高效生态友好谷子除草剂单嘧磺隆的创制开发

粮食、人口、资源和环境已成为当今世界普遍关注的重大问题。农业作为国民经济的基础产业，直接关系到国家的稳定和发展。农药是用来影响和调控有害生物生长发育或繁殖的特殊功能分子。2011年联合国世界粮农组织FAO公布由于病虫害造成的庄稼减产幅度达30%～40%，每年全世界有10亿吨左右的庄稼毁灭于病虫草害，农药对人类社会和畜牧业间流行的诸多严重传染病（霍乱、伤寒、鼠疫、血吸虫、寄生虫等）也能有效控制。因此农药自发明以来就在人类发展史中扮演重要角色，直到今天在发达国家现代化中作用仍然不可替代。

改革开放后，南开大学杨石先老校长始终主张科研工作要坚持“繁荣经济、发展学术”的指导思想，先后主持研制了有机磷32号及47号、灭锈一号、除草剂一号、大豆激素、矮健素、螟蛉畏、燕麦敌、叶枯净、多霉净、久效磷新工艺、氯氰菊酯转位新技术等，填补了国内技术空白，多次获得国家科研奖励。当时我国创制基础十分薄弱，主要依靠仿制外国的农药品种发展起来。由于国际对知识产权保护的日益重视，少数科技发达国家垄断了世界新农药科研主流方向。中国作为世界人口大国，用世界7%的耕地，供养世界22%的人口，拥有自主知识产权的绿色创制农药，对我国农业的发展和粮食安全都有着重大意义。

李正名，南开大学讲席教授，我国著名有机化学家和农药学家。1931年出生于上海，在上海、苏州完成小学和中学。1948年苏州东吴大学高中毕业后考取了美国私立大学联合奖学金。1949年赴美求学，就读于位于南卡州的Erskine大学化学专业，1953年毕业。当时由于国际局势剧变，李正名决定放弃美国优越的学习与生活条件，回到祖国投身新中国的建设。回国后教育部分配李正名到南开大学工作，担任杨石先校长的科研助手，随后攻读杨校长的研究生。1956年研究生毕业于南开大学化学系。曾先后担任南开大学元素有机化学研究所所长、元素有机化学国家重点实验室主任、农药国家工程研究中心（天津）主任、化学院副院长等职务。1980—1982年在美国国家农业研究中心做访问学者。1995年当选中国工程院院士。曾参加国家科技攻关项目12项，国家自然基金课题8项，国际合作项目3项。指导研究生170名（含71名博士生与博士后），发表研究论文700篇，申请中国发明专利17项，主编专业书籍5本。曾获全国科技大会奖、国家自然科学二等奖、国家科技进步一等奖，日本农药学会成立20周年外国学者表彰奖等。

新中国成立以来，中国农药生产水平不断提升，到目前为止，生产能力已达到世界领先水平，但创制能力很薄弱。国际公认新农药创制难度大，且新农药品种必须同时满足“高效、安全、经济、对环境生态友好”的要求。据多年前Phillips McDougall公司统计，成功上市1个新农药品种，平均需要筛选16万个化合物，耗资约3亿美元，耗时12年，农药创制之艰巨性可见一斑。

中国是世界上最大的农药产品生产国，农药使用面积也居世界前列。但中国农药产品面临的突出问题在于曾大量仿制工艺简单、成本低廉的高毒农药（国外20世纪80年代起已被禁用）造成农药残留、环境污染以及农药中毒事件等。在2002年北京香山科学会议中，作为绿色农药的主要倡导者之一，李正名在共同主持的第188次学术讨论会上提出“绿色农药创制”的指导思想，在大会报告中阐述了绿色农药的定义和具体内涵，殷切希望大家开拓绿色农药化学研究的方向。农药具有保护农作物免受各种有害生物体严重侵害功能，重要的是除了要求高效无毒外，特别要对人类的环境安全、生态平衡、非靶生物体、农业可持续发展负起其社会责任，使“绿色农药”为我国农业现代化做出应有的贡献。

众所周知，经济发达国家的农业现代化都离不开除草剂大面积使用，在高产优种推广中，最大威胁来自各类杂草群的激烈竞争，与农作物争夺水分、营养和阳光。一般导致作物减产20%～30%，严重情况下造成绝产。原来农业依靠人工除草费用往往占总用工50%以上，而化学除草由于效果好、成本低及大幅度减轻劳动强度等优点，除草剂在发达国家早已普遍采用。我国除草剂长期依靠进口和仿制生产。李正名决定将研究工作重心转移到自主创制对环境生态友好的新型绿色除草剂。

李正名团队在20世纪90年代启动新磺酰脲除草剂的创制研究工作，从长期基础研究中首次发现含单取代嘧啶环的磺酰脲新结构分子呈现卓越药效。因其结构不符合国际公认的Levitt构效规则，李正名在1999年联合国工业发展组织（UNIDO）国际会议上提出了磺酰脲除草剂三点构效新规则，指导合成了近千个新结构分子，从中发现单嘧磺隆（编号#92825）等5个新分子具有超高效除草活性。

经与澳大利亚Duggleby教授团队协作进行了与AHAS靶酶成功对接，观测到其作用机制与经典磺酰脲除草剂有细微差别。从国内原料综合考虑出发选定了单嘧磺隆进一步田间试验，发现其除草效果虽然突出但对狗尾草无效。根据辩证思维的推论，证明了单嘧磺隆对与狗尾同族的谷子具有特殊优越的安全性。同时也确认了其除草效果很好（药效＞90%）、施药量少（2克/亩）、对温血动物基本无毒性（LD50＞4640 mg/kg、比日用牙膏毒性低25倍）、土壤降解时间短（DT50=5.82天），谷子增产30%以上，单嘧磺隆的最大特色是对谷苗和下茬作物都十分安全，解决了我国多年探索所有商品除草剂对谷苗都有药害的瓶颈问题。

从基础研究、专利申请、技术开发、质控检测、工艺开发、中试验收到最后阶段已耗时十几年。除此之外，作为自主创制的新农药还必须接受国家有关领导部门对毒理、环境、生态等38项基础指标的严格评审，通过了农业部农药鉴定所的全部安全评审程序，然后申请国家颁发的创制新除草剂的国家级三证（农药正式登记证、农药生产批准证书、质检证），最终国家正式同意单嘧磺隆投入生产和进入市场，达到了原来我们创制开发具有自主知识产权的“绿色除草剂”的总目标。2018年南开大学已将其单嘧磺隆绿色工艺技术独家转让给石家庄河北兴柏药业集团有限公司投入市场。

单嘧磺隆曾以Monosulfuron，Dan Mi Huang Long，NK92825等命名被收录入2010年英国新农药品种手册（Ag Chem New Compound Review V.28，73-74）。

创制新除草剂#92825研发流程图（1991—2006）

改革开放以来，农村劳动力大规模向城市转移成为中国经济快速发展中的一道亮丽风景线。在我国农业劳动力剧烈减少的情况下农业产量仍能稳定发展，除草剂的贡献功不可没。(www.xing528.com)

全国单嘧磺隆（商品名称“谷友”）已示范推广累计600万亩。以推广单位河北治海农业科技公司为例，截至2019年在河北省邢台市、保定市、石家庄市，以及河南省、山西省等地区与当地政府合作，采用“张杂谷”（张家口农科所赵治海教授成功开发的高产优种）+“单嘧磺隆（谷友）除草剂”被誉为“黄金搭档”推广使用100多万亩，支援地方脱贫致富为农民增产粮食1亿公斤，增加农民收入3.5亿元。河北治海农业科技有限公司自2015年起，在河北省总计推广200万亩谷田，以每亩增产125公斤计算，累计增产谷子2.5亿公斤，达到经济效益10亿元以上。

由于非洲大部分地区严重干旱缺粮，近年我国政府启动对非洲农业援助项目。“张杂谷优种”配合“单嘧磺隆（谷友）除草剂”作为我国自主创新的重要科技成果被埃塞俄比亚、乌干达、纳米比亚、尼日利亚等国家先后引进并推广，将在非洲等干旱国家的粮食生产中发挥巨大作用，造福世界。

李正名团队自主研发创制的单嘧磺隆，是新中国成立后第一个有自主知识产权的绿色超高效除草剂，打破了发达国家在创制新除草剂领域在我国的长期垄断，使中国成为继美国等发达国家之后，很少数的几个仍在独立进行创制新除草剂的国家。李正名及团队在不同阶段荣获以下奖励：1999年获教育部科技进步二等奖；2004年获天津市发明专利金奖和天津市科学技术发明奖一等奖；2006年获全国发明创业奖；2007年获国家技术发明二等奖和中国农药工业“杰出成就奖”；2012年获天津市最有价值发明专利称号；2014年获天津市科技成果重大成就奖；2016年获天津市优秀共产党员和中国化工学会农药专业委员会终生成就奖。

前后参加单嘧磺隆研究者：王玲秀、贾国峰、王素华、王建国、赖成明、马翼、李永红、王立坤、么恩云、钱宝英、黑中一、王红学、童军、寇俊杰、郑占英、鞠国栋、王海英、王满意、陈沛全等

专家顾问：R.G.Duggleby教授（澳大利亚Queensland大学教授）；董宇辉（中科院高能所研究员）；赵治海（张家口农科院研究员）

本组科研成果“创制谷子除草剂单嘧磺隆”曾参加各展览会如下：

1.代表南开大学入选改革开放40周年高校科技创新成就展览会（北京，2018）；

2.代表教育部参加国家“985”工程成果展览会（北京，2020年6月）；

3.代表南天大学参加中国工程院专家成果展示与转化中心（IEID 2020）展览会（上海，2021年4月）；

4.应邀参加中国国际服务贸易交易会成果展览会（北京，2021年9月）。