除草剂配方研发提速4倍：Indovinya的Bioefficacy.AI利用光合作用生物效能评分技术大幅提升除草剂开发效率

摘要：除草剂是现代农业中最重要的工具之一，它通过有效地控制杂草来争夺养分、水分和阳光，在保护作物生产力方面发挥着关键作用。它们的使用可确保作物更健康并最大限度地提高产量，从而维持粮食安全和可持续农业实践。

除草剂是现代农业中最重要的工具之一，它通过有效地控制杂草来争夺养分、水分和阳光，在保护作物生产力方面发挥着关键作用。它们的使用可确保作物更健康并最大限度地提高产量，从而维持粮食安全和可持续农业实践。

然而，开发这些重要作物保护工具的道路上充满了重大挑战。开发新除草剂是一个复杂且苛刻的过程，涉及有效活性成分的筛选及确保其有效输送。这需要全面的研究、细致的测试以及创新的制剂策略。其中关键环节是助剂的选择，其不仅确保制剂的稳定性和安全性，还能提升活性成分对目标杂草的输送效率，从而增强药效并改善杂草防除效果。

结果

在配方开发阶段完成之后，必须严格评估潜在候选配方的有效性。一种被广泛认可的评估方法是生物效能测定。该技术涉及视觉分析，所以相对简单，但由于它依赖于人类的解释而引入主观性和误差，存在准确性低的风险。

除了准确性低的风险外，视觉生物功效评估既耗时又相当昂贵。该过程需要多次重复以确保可靠的结果，每次测试需要15到30天才能产生结果。这一延长的时间框架对及时决定候选配方、拖延进展和增加成本构成了挑战。

为提升与客户及合作伙伴在除草剂配方开发中的协作效率，Indorama Ventures的化学特种业务部门Indovinya开发了一款基于人工智能的快速筛选工具，可预测配方候选配方的生物活性评分。该创新方法较传统筛选方法快四倍，资源消耗更少，大幅减轻工作量，从而简化开发流程并提升整体效率。

Bioefficacy.AI基于对光合作用的深入理解，并将其作为一种能够预测除草剂制剂施用后数天内植物行为的方法学。

为何选择光合作用？

对于植物生理学家而言，光合作用是植物生存的基石——这一关键代谢过程通过调控生长并激活耐受性和韧性机制，使植物适应胁迫条件。在极端胁迫条件下（如除草剂施用后），光合作用预计会通过衰老和死亡信号传递等形式展现胁迫响应。

鉴于其重要性，测量光合作用已成为筛选除草剂制剂的有效方法。除草剂对植物施加显著压力，触发光合作用过程中的衰老和死亡信号。尽管光合作用测量无法明确作用机制，但其能有效反映除草效果，类似于生物效能评分。

光合作用测量采用红外气体分析仪（IRGA）进行。该设备配备有精确控制二氧化碳和水浓度的反应室。通过比较反应室与叶片间二氧化碳和水浓度的差异，IRGA可精确评估植物光合作用活性，实现准确可靠的分析。

IRGA系统可高精度计算超过20个变量且变异性极低。然而，解读这些结果的复杂性要求进行多元分析以识别揭示特定除草剂最有效表面活性剂组合的模式。为简化决策流程并以用户友好格式呈现光合作用数据，我们整合了人工神经网络技术，实现更快更精准的洞察。

人工神经网络（ANN，图1）是一种学习和解决复杂问题的方法。ANN在参数估计方面快速简便，适应不同情况的能力强，与数学模型或视觉评估相比，具有提供更精确和一致结果的潜力。因此，我们的目标是基于除草剂施用后数天内收集的初始光合作用数据，开发一个人工神经网络以优化生物效能结果的数据采集时间。

图1：本技术采用人工神经网络

评估Bioefficacy.AI的有效性：以草铵膦制剂开发为例

将8种草铵膦铵盐（AG；SL型制剂；200 g/L；3 g AI/ha）制剂用于控制巨型藜（Amaranthus retroflexus L.）植株。施药后24至72小时内，使用红外光合辐射分析仪（IRGA，LI-6800；Li-Cor Biosciences）采集光合活性数据。随后通过我们的技术对数据进行处理，以评估制剂性能和药效。

仅在光合作用测量后72小时内，即可准确预测7至28天内的生物效能评分。这种快速分析还使我们能够利用光合作用数据确定不同制剂的最适亚剂量，显著提升除草剂研发中的决策效率。