基于DII 的十字花科作物育種專利技術(shù)全球創(chuàng)新態(tài)勢分析

王玲燕，董蘭軍，彭 東，朱紅彩，任福森，董彥琪

（1.河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453000； 2.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心 北京 100190；3.北京郵電大學(xué)圖書館 北京 100876）

十字花科（Brassicaceae）是植物中最繁盛的科之一，廣布于全世界。該科很多的種具有重要經(jīng)濟(jì)價值，并已為人類大量改變及引種馴化。近年來，蔬菜育種方式呈現(xiàn)多樣化、傳統(tǒng)育種方式與現(xiàn)代育種方式結(jié)合的特點(diǎn)。面臨種源“卡脖子”技術(shù)難題攻關(guān)，專利作為世界上最大的技術(shù)信息源，是國家、地區(qū)或企業(yè)、行業(yè)競爭優(yōu)勢的核心基礎(chǔ)之一，它能夠更好地揭示前沿核心領(lǐng)域技術(shù)，對推動現(xiàn)代種業(yè)的發(fā)展意義重大。

專利是技術(shù)創(chuàng)新最重要的成果形式之一。趙靜娟等對白菜分子育種領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行檢索、分類、整理、分析。劉勤等采用Innography 專利分析平臺，通過專利數(shù)據(jù)挖掘，明晰油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。靳軍寶等對生物育種技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)進(jìn)行分析，系統(tǒng)揭示了生物育種技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀、熱點(diǎn)以及技術(shù)布局。苗潤蓮等從專利視角分析國際辣椒育種技術(shù)的創(chuàng)新領(lǐng)域分布、主要創(chuàng)新區(qū)域和主要創(chuàng)新主體及其技術(shù)與市場布局策略。吳菲菲等基于德溫特數(shù)據(jù)庫，對玉米生物育種技術(shù)領(lǐng)域的專利進(jìn)行全景觀分析。崔遵康等依據(jù)專利導(dǎo)向的產(chǎn)業(yè)競爭情報分析框架，以核心專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從整體環(huán)境、技術(shù)布局和機(jī)構(gòu)競爭3 個方面剖析了糧食作物生物育種技術(shù)領(lǐng)域的全球創(chuàng)新布局及競爭態(tài)勢。楊艷萍等通過Thomson Innovation 專利平臺數(shù)據(jù)庫中相關(guān)專利的檢索，利用專利計量學(xué)的方法，對水稻分子育種技術(shù)國際發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行分析。

為了解十字花科作物育種領(lǐng)域的研發(fā)狀況，筆者從專利視角出發(fā)，通過專利大數(shù)據(jù)分析，梳理該領(lǐng)域的專利申請量及其發(fā)展趨勢、地域分布、研究機(jī)構(gòu)、重點(diǎn)申請人以及技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)的國際研發(fā)現(xiàn)狀與態(tài)勢，宏觀把握整個行業(yè)的發(fā)展趨勢，尋找發(fā)展空間，以期為我國政府部門制定發(fā)展規(guī)劃提供決策依據(jù)，為我國研究機(jī)構(gòu)和種子行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考信息。

本文利用德溫特創(chuàng)新索引國際專利數(shù)據(jù)庫（DII），采用定性定量的分析方法，從國際專利角度揭示十字花科作物育種領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新能力、發(fā)展態(tài)勢、競爭格局及市場戰(zhàn)略布局。

1 數(shù)據(jù)來源及分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

分析數(shù)據(jù)源自全球權(quán)威可靠的德溫特創(chuàng)新索引國際專利數(shù)據(jù)庫（DII）。DII 將“世界專利索引（WPI）”和“專利引文索引（PCI）”的內(nèi)容整合在一起，采用Web of Science 的界面，通過學(xué)術(shù)論文和技術(shù)專利之間的相互引證關(guān)系，建立了專利與文獻(xiàn)之間的鏈接。覆蓋全世界1963 年以來的1000 多萬基本發(fā)明專利，3000 多萬件專利。每周增加來自全球40 多個專利機(jī)構(gòu)（涵蓋100 多個國家）的、經(jīng)過德溫特專利專家深度加工的20 000 篇專利文獻(xiàn)。

1.2 分析方法

1.2.1 檢索條件 采用主題檢索的方式進(jìn)行檢索，檢 索 式 為：TS=（turnip or“mustard greens”or“choy sum”or“oleracea”or“oilseed rape”or“napus”or“rapassp pekinensis”or“bok choy”or“ornamental kale”or“Crucifer”or“Brassica”or“Raphanus sativus”or“Sinapsis alba”or“Capsella bursa pastoris”or“Camelina sativa”or“Crambe abyssinica”or“Orychophragmus violaceus”or“Descurainia sophia”or“Thlaspi arvense”or“cabbage or broccoli or cauliflower”or“Chinese cabbage”or“canola or rape or pakchoi”or“non heading Chinese cabbage”or“caixin or wutacai or zicaitai or kohlrabi”or“Chinese kale”or“brussels sprouts”or“kale or collard or rutabaga”or“black mustard”or“ethiopian mustard”or“radish”or“white mustard”or“shepherd’s purse”or“false flax”or“crambe”or“zhugecai”or“flixweed”or “pennycress”and（“breed”or“seed cultivar”）。共得到全球十字花科作物育種技術(shù)專利族4015 個。數(shù)據(jù)檢索日期為2022 年4 月7 日。檢索專利的時間跨度為1980 年至2021 年12 月31 日。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析 借助德溫特數(shù)據(jù)分析軟件DDA對專利數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)引及規(guī)范化處理,然后對國際十字花科作物育種技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀及態(tài)勢進(jìn)行分析研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 十字花科作物育種技術(shù)創(chuàng)新歷程

十字花科作物育種技術(shù)專利申請趨勢如圖1所示。國際十字花科作物育種技術(shù)專利申請最早始于1980 年，2000 年以前專利申請數(shù)量較少，占全部申請量的3.55%；2000—2017 年專利申請數(shù)量增長迅速，占比68.99%；2017 年至今稍有下降趨勢。但由于專利公開時間和專利數(shù)據(jù)庫更新有一定的滯后性，所以最近2 年的數(shù)據(jù)會比實(shí)際數(shù)量少。

圖 1 1980—2021 年國際十字花科作物育種技術(shù)專利申請趨勢

2.2 主要細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新態(tài)勢

將國際十字花科作物育種技術(shù)專利數(shù)據(jù)按照國際專利分類號（IPC）對技術(shù)領(lǐng)域分類進(jìn)行統(tǒng)計，圖2 所示為十字花科作物研發(fā)熱點(diǎn)排名前10 的技術(shù)分類，A01H（組織培養(yǎng)技術(shù)的植物再生）、A23K（專門適用于動物的喂養(yǎng)飼料；其生產(chǎn)方法）、C12N（基因突變育種）、A01K（畜牧業(yè)；禽類、魚類、昆蟲的管理；捕魚；飼養(yǎng)或養(yǎng)殖其他類不包括的動物；動物的新品種）、C12Q（分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)）、A01G（栽培技術(shù)）、C07K（獲得肽的方法）、A01N（人體、動植物體或其局部的保存；殺生劑，例如作為消毒劑，作為農(nóng)藥或作為除草劑；害蟲驅(qū)避劑或引誘劑；植物生長調(diào)節(jié)劑）、A01C（種植；播種技術(shù)）、A01P（化學(xué)化合物或制劑的殺生、害蟲驅(qū)避、害蟲引誘或植物生長調(diào)節(jié)活性）。

圖2 國際十字花科作物育種技術(shù)的主要創(chuàng)新領(lǐng)域

十字花科蔬菜種類很多，根據(jù)檢索對象將其劃分為油菜類、甘藍(lán)類、根莖類、花菜類、白菜類、觀賞類、芥菜類、菜薹類以及其他類。將十字花科作物不同種類的國際專利數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計，如圖3 所示，油菜類作物申請專利數(shù)量件數(shù)最多，然后依次是甘藍(lán)類、根莖類、花菜類、白菜類、觀賞類、芥菜類、其他類、菜薹類。

圖3 十字花科作物種類的國際專利數(shù)量分布

2013 年為分界點(diǎn)，將細(xì)分技術(shù)專利數(shù)據(jù)劃分為2013 年前（含2013 年）和2013 年后兩個時間段，分別代表早期階段和近期階段，早期專利數(shù)量占專利總數(shù)量的41.1%，在41.1%處畫一條基準(zhǔn)線，超過基準(zhǔn)線代表技術(shù)熱點(diǎn)的遷移（圖4）。

圖4 國際十字花科作物育種技術(shù)主要細(xì)分技術(shù)遷移

綜合圖2、4 可知，2013 年后十字花科作物育種技術(shù)研發(fā)熱點(diǎn)為A23K、A01K、A01C、A01G 等。

2.3 主要創(chuàng)新國家

2.3.1 主要優(yōu)先權(quán)國家分布 專利申請的優(yōu)先權(quán)地域分布可以反映各個國家的技術(shù)創(chuàng)新實(shí)力，由于專利可以在多個國家提交申請，為避免專利的重復(fù)計算，本文以優(yōu)先權(quán)國家專利族數(shù)量為統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)。從圖5 可以看出，中國以3090 件專利位居首位，占比達(dá)68.8%；美國以619 件專利排位第2，之后依次是加拿大、韓國、日本、澳大利亞、巴西、英國、德國。

圖5 國際十字花科作物育種技術(shù)專利主要優(yōu)先權(quán)國家分布

2.3.2 主要國家技術(shù)創(chuàng)新趨勢 通過對主要國家十字花科作物育種技術(shù)專利申請趨勢進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)（圖6），中國專利申請最早開始于1986 年，2000年后申請量一直處于增長趨勢，2017 年達(dá)到申請峰值。說明我國在種業(yè)發(fā)展中，非常重視該領(lǐng)域的研發(fā)工作。美國1998 年前專利申請數(shù)量極少，1999年后陸續(xù)增加。其他幾個國家各年度的申請量都相對較低。

圖6 1980—2021 年國際十字花科作物育種技術(shù)專利主要國家申請趨勢

2.4 主要創(chuàng)新主體

2.4.1 主要創(chuàng)新主體分布 根據(jù)專利授權(quán)量的統(tǒng)計得到十字花科作物育種技術(shù)排名前10 位的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)（圖7），其中排名前3 位的專利權(quán)人依次為：先鋒良種國際有限公司183 項(xiàng)，所占比例高達(dá)21.97% ；巴斯夫植物科學(xué)公司152 項(xiàng)，占比18.25%；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)101 項(xiàng)，占比12.12%。中國機(jī)構(gòu)表現(xiàn)不俗，共有7 家機(jī)構(gòu)進(jìn)入前10，可以看出，在十字花科作物育種技術(shù)領(lǐng)域，我國的研究機(jī)構(gòu)和高校具有一定實(shí)力。

圖7 國際十字花科作物育種技術(shù)專利主要申請人分布

2.4.2 主要創(chuàng)新主體專利數(shù)量變化趨勢 專利申請數(shù)量可以反映出主體的創(chuàng)新能力。從表1 可以看出，先鋒良種國際有限公司最早于1988 年開始專利申請，隨后幾年，專利申請時斷時續(xù)；從1997年開始，專利申請活動開始活躍，專利申請量逐漸增多，2015 年申請量為32 件，形成一個申請高峰。巴斯夫植物科學(xué)公司在2001—2002 年、2004—2011 年、2014 年、2016 年、2018 年度中申請量最多。其他幾個機(jī)構(gòu)各年度申請數(shù)量相對較少。

表1 國際十字花科作物育種技術(shù)專利主要申請人歷年專利申請數(shù)量 件

2.4.3 主要發(fā)明主體技術(shù)布局 由表2 可以看出，在技術(shù)布局中，巴斯夫植物科學(xué)公司和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所在基因突變育種領(lǐng)域布局最多，北京市農(nóng)林科學(xué)院在分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)領(lǐng)域布局最多，其他機(jī)構(gòu)都在通過組織培養(yǎng)技術(shù)的植物再生領(lǐng)域布局了最多的專利。美國先鋒良種國際有限公司在包括通過組織培養(yǎng)技術(shù)的植物再生在內(nèi)的10 個技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠季?82 頻次，其中在通過組織培養(yǎng)技術(shù)的植物再生、基因突變育種、分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)領(lǐng)域布局專利數(shù)量較多；鎮(zhèn)江瑞繁農(nóng)藝有限公司布局相對集中，其他機(jī)構(gòu)均與先鋒良種國際有限公司布局相同。

表2 國際十字花科作物育種技術(shù)主要發(fā)明主體技術(shù)布局 件

3 結(jié)論與討論

3.1 專利技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)

在分析過程中，既對十字花科作物育種技術(shù)相關(guān)專利進(jìn)行了宏觀整體分析，又對技術(shù)熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢等微觀角度進(jìn)行了全面分析。研究發(fā)現(xiàn)：

2000 年以來，國際專利申請整體呈現(xiàn)穩(wěn)定增加的態(tài)勢，2017 年申請量達(dá)最高值。中國、美國、加拿大等為國際主要技術(shù)創(chuàng)新國家，其中中、美兩國申請量合計占比高達(dá)82.58%。國際主要創(chuàng)新主體中，美國先鋒良種國際有限公司以絕對領(lǐng)先優(yōu)勢位居第一。中國有7 家機(jī)構(gòu)入圍前10，高校和科研機(jī)構(gòu)是主力軍，企業(yè)較少。通過組織培養(yǎng)技術(shù)的植物再生、基因突變育種、分子標(biāo)記輔助育種等是領(lǐng)域熱點(diǎn)技術(shù)，各主要國家均進(jìn)行了重點(diǎn)布局，其他技術(shù)領(lǐng)域有少量專利布局。十字花科作物中油菜類申請專利數(shù)量件數(shù)最多。中國專利總數(shù)量排名第一，占比達(dá)68.80%，專利技術(shù)申請多集中在通過組織培養(yǎng)技術(shù)的植物再生、基因突變育種、分子標(biāo)記輔助育種等未來新技術(shù)生長點(diǎn)可能出現(xiàn)的潛在領(lǐng)域，且均是美國的優(yōu)勢領(lǐng)域。

因此，我國應(yīng)該抓住機(jī)遇，及早進(jìn)行功能基因定位、測序、挖掘利用以及基因編輯等生物技術(shù)領(lǐng)域?qū)W科前沿研發(fā)布局，搶占技術(shù)制高點(diǎn)，加快培育具有國際競爭力的大企業(yè)，進(jìn)一步提升國際十字花科作物育種技術(shù)核心競爭力。

3.2 發(fā)展建議

國際種業(yè)巨頭在十字花科蔬菜育種領(lǐng)域仍處于優(yōu)勢地位，我國在該領(lǐng)域的研發(fā)創(chuàng)新面臨著巨大的挑戰(zhàn)，今后我國十字花科生物技術(shù)育種應(yīng)在基因組測序、合成生物學(xué)等新興技術(shù)領(lǐng)域搶占先機(jī)、狠抓專利創(chuàng)新質(zhì)量；同時，也要注重國際合作和國內(nèi)合作機(jī)會，彌補(bǔ)專利布局不完善不健全、創(chuàng)新質(zhì)量低和能力不足等問題，使我國由專利大國變?yōu)閷＠麖?qiáng)國。

我國專利總數(shù)雖位居世界前列，但申請機(jī)構(gòu)規(guī)模小，轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化少，國際競爭能力較弱。所以，應(yīng)構(gòu)建中國特色現(xiàn)代種業(yè)創(chuàng)新技術(shù)體系，面向生物育種技術(shù)謀劃戰(zhàn)略性育種創(chuàng)新機(jī)制，進(jìn)一步完善知識產(chǎn)權(quán)和成果轉(zhuǎn)化制度，從政策、資金、稅收等方面給予大力支持，鼓勵科技人員攻克“卡脖子”難題，突破關(guān)鍵核心技術(shù)。同時，捕捉十字花科生物育種技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠瞻c(diǎn)，積極布局海外專利，增強(qiáng)專利自主創(chuàng)新核心競爭力，占領(lǐng)國際市場，推動全球產(chǎn)業(yè)發(fā)展，滿足世界市場需求。