孟 靜，唐 研

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟研究所，濟南 250100）

1 引言

小麥?zhǔn)鞘澜缟先蠹Z食作物之一，也是全球栽培范圍最廣的作物，年產(chǎn)量超6.2 億噸，是世界上35%以上人口的口糧，它的持續(xù)增產(chǎn)增效，關(guān)系全球糧食安全。中國既是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，也是糧食消費大國，作為中國重要的商品糧和戰(zhàn)備儲糧，小麥產(chǎn)量和消費量均位居世界首位[1]。迫于環(huán)境因素制約、收儲方式不精、耕地面積持續(xù)減少等壓力，對于中國這樣一個擁有14 億多人口的大國而言，未來糧食供求的結(jié)構(gòu)性矛盾仍將存在，培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)小麥就成為守好糧食安全底線的重要舉措。小麥種質(zhì)資源的搜集、整理、篩選與系統(tǒng)選育，使小麥產(chǎn)量初步結(jié)束了低產(chǎn)的歷史；雜交技術(shù)在小麥育種中廣泛應(yīng)用，使小麥育種跨入中高產(chǎn)階段；數(shù)量遺傳學(xué)的應(yīng)用，遺傳種質(zhì)的重組與創(chuàng)新，育種學(xué)、生理學(xué)和栽培學(xué)的密切結(jié)合、相互滲透，創(chuàng)造了高產(chǎn)育種的新局面[2]。

小麥遺傳育種就是應(yīng)用遺傳學(xué)的理論和方法來為小麥育種服務(wù)，通過改造小麥的遺傳性創(chuàng)造、改良新品種，主要的育種方法有雜交育種、人工誘變育種、單倍體育種以及多倍體育種等。當(dāng)前，全球小麥遺傳育種已取得豐碩的研究成果。HU 等通過近等基因系對特定位點擴增片段測序鑒定，發(fā)現(xiàn)位于7A 染色體上的TATGW-7A 對于提高小麥千粒質(zhì)量有重要的作用[3]；DAKOURI 等分析小麥種苗期和成株期葉銹病抗性特征，發(fā)現(xiàn)Lr34 是小麥成株期最重要的抗葉銹病基因[4]；ALLEN 等對5 種六倍體面包小麥群體進行單核苷酸多態(tài)性 （SNP） 位點篩選，發(fā)現(xiàn)了225 001 個用于構(gòu)建遺傳圖譜的SNP 標(biāo)記[5]；王珊珊等對11 個經(jīng)過航天誘變的小麥品系和1 個未經(jīng)過航天誘變的小麥品種 （對照）進行了主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量差異性分析，得到了適宜推廣種植的新品系[6]；楊雪峰等對wx 基因缺失效應(yīng)在強筋小麥品質(zhì)改良中的利用進行了研究，為面包面條兼用型強筋小麥育種提供理論依據(jù)[7]；翟勝男等利用TILLING 技術(shù)篩選EMS 誘變?nèi)后w，對類胡蘿卜素、ε-番茄紅素環(huán)化酶（LCYE） 的功能及遺傳調(diào)控機制進行研究，驗證了LCYE 的基因功能[8]。綜合來看，小麥抗病抗逆和高品質(zhì)品種選育、基因圖譜研究與應(yīng)用、生物技術(shù)在育種中的應(yīng)用等是國內(nèi)外學(xué)者的共同關(guān)注的研究課題。

在小麥遺傳育種技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，形成了大量的專利成果數(shù)據(jù)，這些專利集技術(shù)、法律和經(jīng)濟信息于一體，數(shù)量大、內(nèi)容覆蓋面廣，作為應(yīng)用成果轉(zhuǎn)化的重要載體，具有很強的科技情報價值，在推進農(nóng)業(yè)技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用。本文利用專利分析方法與規(guī)范化的數(shù)據(jù)分析手段，從申請總量及趨勢、國家/地區(qū)分布、技術(shù)布局與專利價值等方面分析了小麥遺傳育種技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢、研發(fā)熱點等，以期為未來育種研究的開展提供客觀、科學(xué)、有效的情報理論支撐。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)來源于智慧芽信息科技有限公司（PatSnap） 的全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫。智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫建立于2007 年，收錄覆蓋116 個國家和地區(qū)的專利數(shù)據(jù)超1.3 億條，并提供精準(zhǔn)、多維、可視的專利及研發(fā)情報[9]，采用智慧芽Insights 英策專利分析系統(tǒng)作為專利分析與價值評估的工具。

2.2 研究方法

據(jù)世界知識產(chǎn)權(quán)組織 （WIPO） 有關(guān)統(tǒng)計表明，全球每年90%～95%的發(fā)明創(chuàng)造成果都可以在專利文獻中查到，專利作為發(fā)明創(chuàng)造，其本身包含著技術(shù)創(chuàng)新價值，依靠專利數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析可以更好的把握技術(shù)動態(tài)、了解技術(shù)布局與競爭力。

專利分析法就是對有關(guān)的專利文獻進行篩選、統(tǒng)計和分析，使之轉(zhuǎn)化成可利用信息的方法，分定量分析與定性分析兩種。定量分析即對專利文獻的外部特征 （專利文獻的各種著錄項目） 按照一定的指標(biāo) （如專利數(shù)量） 進行統(tǒng)計，并對有關(guān)的數(shù)據(jù)進行解釋和分析，以取得動態(tài)發(fā)展趨勢方面的情報；定性分析是以專利的內(nèi)容為對象，按技術(shù)特征歸并專利文獻，使之有序化的分析過程，一般用來獲得技術(shù)動向、特定權(quán)利狀況等方面的情報[10]。本文運用定量和定性相結(jié)合的分析方法，綜合考察多種分析指標(biāo)，充分挖掘技術(shù)創(chuàng)新價值，以期達到良好的分析效果。

3 專利概況與指標(biāo)分析

在智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫中使用高級檢索，選擇標(biāo)題和摘要字段，設(shè)置檢索式為：((wheat* OR Triticum aestivum* OR Aegilops tauschii*) AND (gene*OR DNA OR RNA OR SSR OR SNP OR GWAS OR molecul* mark* OR translocation line OR nucleotide)AND (breed* OR cultivat* OR hybridizat*)) OR ((小麥OR 山羊草)and(遺傳OR 分子標(biāo)記OR 染色體OR 基因OR 易位系OR 核苷酸) AND (育種OR 培育OR 選育OR 雜交))，檢索時間為2022 年4 月26 日。經(jīng)數(shù)據(jù)清洗后，共得到4 914 項專利，99.5%的專利為發(fā)明專利，0.5%的專利為實用新型專利。其中，有效專利占31.13%，審查中專利占19.59%，失效專利占40.89%。由于專利自申請到公開存在1 年半到3 年的滯后期[11]，2020—2022 年之間的專利數(shù)量無法完全代表這3 年的申請量，因此，趨勢分析時間段截止到2019 年。

3.1 專利申請趨勢

某一領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的生命周期大體可分為萌芽期、成長期、成熟期和飽和期[12]。全球小麥遺傳育種技術(shù)相關(guān)的最早一件專利申請見于1977 年，是由定誼科技股份有限公司申請的 “Hybrid wheat” （申請?zhí)朥S05/833444），該專利介紹了利用含有至少一個特定核基因的異質(zhì)小麥種子和與特定核基因或基因相互作用，保持植物可育的細胞質(zhì)，用誘變劑處理，以獲得具有突變核基因的胚胎種子。隨著全球小麥遺傳育種技術(shù)的發(fā)展，專利的申請和技術(shù)布局由此開始。專利申請趨勢如圖1 所示。

圖1 全球/中國小麥遺傳育種技術(shù)專利申請趨勢 （1977—2019 年）Fig.1 The annual distribution of wheat genetics and breeding technology patents applications from 1977 to 2019

從全球小麥遺傳育種技術(shù)專利申請趨勢來看，1977—1997 年專利申請數(shù)量較少且增長緩慢，處于技術(shù)萌芽期；1998—2009 年，申請數(shù)量開始有所增長，進入成長期；2010 年以后，受市場對小麥遺傳育種技術(shù)需求增長的驅(qū)動，專利申請數(shù)量大幅提升，并在2017 年達到申請量峰值，逐步向成熟期過度。專利申請整體趨勢雖存在波動，但總體呈現(xiàn)上揚態(tài)勢。隨著21 世紀(jì)以來生物技術(shù)與基因工程的快速興起，小麥遺傳育種技術(shù)的研究逐步走向成熟，此期間蛋白標(biāo)記、DNA 分子標(biāo)記、誘變育種、雜交育種和轉(zhuǎn)基因等技術(shù)開始廣泛應(yīng)用，小麥遺傳育種技術(shù)研發(fā)體系日漸完善。

中國小麥遺傳育種技術(shù)專利申請始于1988 年，2003 年開始申請量出現(xiàn)小規(guī)模增長，直到2008 年，隨著國家 “轉(zhuǎn)基因生物新品種培育科技重大專項” 的啟動實施，作物遺傳、基因編輯技術(shù)得以快速發(fā)展，專利申請量開始大幅提升。雖然中國的專利申請起步晚于全球技術(shù)發(fā)端10 余年，但在2008 年之后，中國的專利申請量增長趨勢與全球水平趨于一致，并成為全球最大的專利申請國。

3.2 專利國家/地區(qū)分布情況

3.2.1 專利來源國/地區(qū)分析

專利的主要來源國家/地區(qū)，可以顯示該國家/地區(qū)的技術(shù)創(chuàng)新能力和活躍程度，選擇公開日最新的文本進行統(tǒng)計 （圖2），小麥遺傳育種技術(shù)專利申請數(shù)量排名前5 位的國家/地區(qū)依次是中國、美國、歐洲、澳大利亞和日本。其中，中國為小麥遺傳育種技術(shù)專利的主要來源國，專利數(shù)量為1 727 項，占全部專利的50.81%。美國專利數(shù)量為1 076 項，占比31.66%。其他國家的專利數(shù)量均較低。

圖2 全球小麥遺傳育種技術(shù)專利主要來源國家/地區(qū)Fig.2 Main countries and regions of global wheat genetic and breeding technology patents

3.2.2 專利受理國家/地區(qū)分析

國家/地區(qū)的專利受理情況，可以反映出該技術(shù)主要布局在哪些國家/地區(qū)以及目標(biāo)市場的受關(guān)注程度，選擇公開日最新的文本統(tǒng)計 （圖3），小麥遺傳育種技術(shù)專利受理數(shù)量排名前5 位的國家/地區(qū)依次是中國、美國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、加拿大和澳大利亞。其中，中國受理專利1 716 項，占比50.49%，是全球最受重視的目標(biāo)市場。

圖3 全球小麥遺傳育種技術(shù)專利主要受理國家/地區(qū)Fig.3 Global wheat genetic and breeding technology patents accepted by countries and regions

3.2.3 五局流向分析

分析中、美、歐、日、韓五大局的技術(shù)發(fā)源和市場布局情況，選擇公開日最新的文本統(tǒng)計 （圖4），根據(jù)專利技術(shù)來源與技術(shù)布局之間的關(guān)系來看，中國既是最大的技術(shù)來源國，又是最受重視的技術(shù)布局市場。受限于市場競爭意識薄弱、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化應(yīng)用能力的滯后，中國持有技術(shù)向他國流向的趨勢較弱，全球技術(shù)市場還留有很大的布局空間。相比之下，美國和日本的全球技術(shù)市場布局更加全面。

3.3 專利申請人分布情況

申請人專利申請量排名可以反映技術(shù)領(lǐng)域的活躍機構(gòu)，并體現(xiàn)技術(shù)的集中度。對申請人擁有的專利總量進行統(tǒng)計 （圖5），全球小麥遺傳育種技術(shù)排名前10位的專利申請人依次是先鋒國際良種公司、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、孟山都科技公司、聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、巴斯夫歐洲公司、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所。由此可見，國內(nèi)外的技術(shù)研發(fā)主體存在較大差異，排名前10 位的專利申請人中，國內(nèi)高校和科研機構(gòu)占據(jù)6 席，是該技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)活躍機構(gòu)；國外的技術(shù)主體則以大型跨國公司為主，市場驅(qū)動力和技術(shù)布局能力明顯更具優(yōu)勢。

圖5 全球小麥遺傳育種技術(shù)主要申請人Fig.5 Main applicants of global wheat genetics and breeding technology

4 專利技術(shù)主題分析

4.1 技術(shù)構(gòu)成分析

通過IPC （國際專利分類號） 分類統(tǒng)計，分析小麥遺傳育種技術(shù)研究中重點領(lǐng)域構(gòu)成的小類分布及主要技術(shù)分支的占比情況 （表1）。全球小麥遺傳育種專利的主要技術(shù)構(gòu)成有C12N15 突變或遺傳工程 （占比33.8%）、A01H5 被子植物 （占比23.07%）、C12Q1 酶與核酸或微生物的測定與檢驗方法 （占比17.59%）、A01H1 改良基因型的方法以及C07K14 氨基酸肽 （占比9.29%） 等。結(jié)合專利受理國家/地區(qū)分布可以看出，C12N15 和C12Q1 領(lǐng)域在中國市場的布局較廣，這兩個領(lǐng)域主要涉及基因工程修飾和核酸測定與檢驗方法，是遺傳育種技術(shù)的關(guān)鍵，C12N15 領(lǐng)域在美國、加拿大、世界知識產(chǎn)權(quán)組織和澳大利亞的市場布局中同樣具有占據(jù)優(yōu)勢地位，由此可見基因工程修飾是各大技術(shù)布局的核心。

表1 全球小麥遺傳育種專利主要技術(shù)構(gòu)成與受理國家/地區(qū)分布Table 1 Main technical distribution and accepted countries and regions of wheat genetics and breeding technology patents

中國小麥遺傳育種技術(shù)專利的主要技術(shù)構(gòu)成為C12N15、C12Q1、A01H5、A01H1 和C07K14，集中在植物基因工程與遺傳育種、植物種植資源與改良、品質(zhì)改良基因的檢測與表達等方面，與全球技術(shù)構(gòu)成基本一致，只是技術(shù)側(cè)重點略有不同，這也說明了中國在該技術(shù)領(lǐng)域的市場已與全球技術(shù)戰(zhàn)略接軌。

4.2 熱點技術(shù)主題聚類

利用關(guān)鍵詞提取算法對專利進行文本挖掘和主題聚類，構(gòu)建具有層級關(guān)系的熱門技術(shù)詞旭日圖（圖6）。通過旭日圖可以看出，全球小麥遺傳育種專利的技術(shù)熱詞主要有抗性基因、組織培養(yǎng)、組合物、核酸分子、谷蛋白、轉(zhuǎn)基因、條銹病、咪唑啉酮、生物技術(shù)及分子標(biāo)記。對技術(shù)熱詞進行層級拆分，可以看出抗病性基因的研究、耐除草劑和殺蟲劑研究、分子標(biāo)記輔助育種研究、轉(zhuǎn)基因小麥研究、小麥DNA 序列研究、小麥籽粒營養(yǎng)元素優(yōu)化研究是全球小麥遺傳育種技術(shù)專利申請中的熱點技術(shù)主題，中國專利的熱點技術(shù)主題與全球基本一致。

圖6 全球小麥遺傳育種技術(shù)熱詞旭日圖Fig.6 Global hot words map of wheat genetics and Breeding technology

5 專利市場價值分析

專利價值評估方法包括市場基準(zhǔn)的專利價值評估方法和非市場基準(zhǔn)的專利價值評估方法[13]。智慧芽專利價值計算模型遵循QS9000 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)——FMEA（Failure Mode and Effect Analysis，實效模式與影響分析） 管理模式[14]，運用市場法和機器學(xué)習(xí)模型，整合專利價值相關(guān)的80 多個指標(biāo) （包括引用、專利國家規(guī)模、專利存活期、法律狀態(tài)等），結(jié)合歷史上的專利成交案例等進行調(diào)整，最終得出專利價值的評估數(shù)值。

專利價值評估結(jié)果顯示，全球小麥遺傳育種技術(shù)專利總價值為135 558 600 美元，有專利價值的簡單同族專利數(shù)量為1 373 組。按每組簡單同族一個專利代表的去重規(guī)則進行統(tǒng)計，并選擇同族中有專利價值的任意一件專利。市場價值前10 位的專利如表2 所示。在全球小麥遺傳育種技術(shù)領(lǐng)域，市場價值前10 位的專利中有6 項的專利權(quán)人位于美國、2 項位于日本、2 項位于歐洲，還有1 項位于澳大利亞。全球各國家/地區(qū)專利價值分布不均衡，高價值專利主要集中在歐美發(fā)達國家，專利權(quán)人主體以國外大型跨國公司為主。

表2 全球小麥遺傳育種技術(shù)市場價值前10 位的專利Table 2 Top 10 patents of global wheat genetics and breeding technology market value

中國小麥遺傳育種技術(shù)專利總價值為37 643 700美元，有專利價值的簡單同族專利數(shù)量為895 組，數(shù)量占全球總量的65.16%，價值卻僅占27.77%，這也說明中國的技術(shù)研發(fā)雖勢頭強勁，但專利活躍度低，技術(shù)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用較為謹(jǐn)慎，導(dǎo)致了專利價值無法得到充分實現(xiàn)。另外，國內(nèi)高價值專利的專利權(quán)人大多數(shù)為高校和科研機構(gòu)，在產(chǎn)業(yè)驅(qū)動力上與跨國公司相比還相差很遠。

高價值專利的技術(shù)主題主要涉及：利用重組DNA技術(shù)，使用載體引入外來遺傳物質(zhì)，改良轉(zhuǎn)基因植物的性能，制備富含抗性淀粉的小麥新品種；檢測植物個體基因突變/野生型等位基因的方法，使用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴增、包含等位基因特異性和基因特異性引物的新組合物進行檢測；高效率進行小麥屬植物轉(zhuǎn)化的基因?qū)敕椒ê娃D(zhuǎn)化植物的制作方法；利用基因改良，研發(fā)除草劑、殺蟲劑耐性強的小麥品種；多核苷酸的表達調(diào)節(jié)植物的雄性育性，利用小麥MS45 啟動子序列，連接雄性育性多核苷酸或其片段或變體等。

6 討論

從專利申請趨勢看，全球小麥遺傳育種技術(shù)研究正在邁向成熟階段，中國的專利申請量增長趨勢與全球水平基本一致，專利技術(shù)構(gòu)成與世界接軌，由此可見小麥遺傳育種技術(shù)在中國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域擁有著舉足輕重的地位。從專利申請人分布看，國外大型跨國公司是該技術(shù)領(lǐng)域的活躍機構(gòu)，國內(nèi)申請人則以高校和科研機構(gòu)為主，面向國際市場的技術(shù)布局不足。從專利技術(shù)主題方面看，主要技術(shù)構(gòu)成包括植物基因工程與遺傳育種、植物種植資源與改良、品質(zhì)改良基因的檢測與表達等，熱點技術(shù)主題有抗病性基因的研究、耐除草劑和殺蟲劑研究、分子標(biāo)記輔助育種研究、轉(zhuǎn)基因小麥研究等，中國的技術(shù)研究領(lǐng)域已接軌全球技術(shù)高點。從專利市場價值角度，全球高價值專利主要集中在大型跨國公司手中，中國的高價值專利較少，有待進一步深耕。

6.1 全球小麥遺傳育種技術(shù)研究將持續(xù)推進

為抵御全球氣候變化與耕地銳減而導(dǎo)致糧食減產(chǎn)的風(fēng)險，提高主要糧食作物小麥的產(chǎn)量，將一直是提升全球糧食安全的不懈追求。在高投入的生產(chǎn)系統(tǒng)中，遺傳育種技術(shù)的應(yīng)用大大提高了小麥產(chǎn)量，新品種逐漸積累的遺傳變異對關(guān)鍵產(chǎn)量參數(shù)、抗病性、養(yǎng)分利用效率、光合效率和籽粒質(zhì)量都有著積極影響[15]。隨著全球作物育種技術(shù)的不斷發(fā)展，繼第一代傳統(tǒng)雜交育種、第二代分子標(biāo)記育種之后，育種家們的 “一條腿” 已跨入了第三代育種時代——基因組育種[16]。利用基因組輔助育種技術(shù)，對遺傳結(jié)構(gòu)進行評價，通過全基因組預(yù)測，標(biāo)記輔助選擇與籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)的表型指征和遺傳變異，可發(fā)掘更廣泛的性狀改良的潛力[17]。從專利申請趨勢角度，全球小麥遺傳育種技術(shù)專利還未達到飽和期，技術(shù)研究將持續(xù)推進。

專利的本質(zhì)是對新技術(shù)的保護，更是專利成果應(yīng)用推廣的催化劑，世界各國都在通過提升專利技術(shù)儲備力爭在國際競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位。先鋒國際良種公司、孟山都公司和巴斯夫公司等全球知名的大型跨國公司優(yōu)先對小麥遺傳育種技術(shù)進行了全球性的專利布局，通過并購形成穩(wěn)定的專利陣營，其他技術(shù)雄厚的科研院所和新興公司的加入，讓全球小麥遺傳育種技術(shù)研發(fā)迸發(fā)出新的生命力，專利申請向高質(zhì)量高價值轉(zhuǎn)變，全球化的競爭逐漸走向多元化。

6.2 中國小麥遺傳育種技術(shù)專利申請前景展望

在近年中國專利申請量持續(xù)快速增長并成為世界第一專利申請目標(biāo)國的背景下[18]，中國專利申請已進入前所未有的機遇期。隨著中國小麥遺傳育種技術(shù)研究水平邁入國際一流行列，專利申請也呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的勢頭，不管是申請數(shù)量還是技術(shù)布局都取得了一定的國際影響力。與此同時，中國小麥遺傳育種技術(shù)專利的申請也面臨著一系列的挑戰(zhàn)：首先專利質(zhì)量與國際水平還存在一定差距，專利成果的轉(zhuǎn)化率低，制約了專利價值的增值；其次專利技術(shù)輸出能力不足，專利的全球性布局視野較窄，自主知識產(chǎn)權(quán)保護意識有待提升；最后專利的市場化和產(chǎn)業(yè)化驅(qū)動力較為薄弱，技術(shù)創(chuàng)新的資源優(yōu)勢未能得到充分發(fā)揮。

高水平的科研團隊是技術(shù)研發(fā)和專利申請的保障，中國小麥遺傳育種技術(shù)專利申請主體與國外研發(fā)主體差異度大，高校和科研院所研發(fā)實力強，而成果轉(zhuǎn)化能力弱，亟需新興農(nóng)業(yè)科技企業(yè)的進入來激活市場的應(yīng)用潛力。因此，提高專利的質(zhì)量和價值，加大企業(yè)參與研發(fā)力度、增強科研成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化能力將是下一步重點完善的方向。同時，中國專利技術(shù)布局應(yīng)打破地域局限，主動參與到全球化的技術(shù)競爭中去，延伸拓展專利技術(shù)的全球布局，積極推動小麥遺傳育種技術(shù)走出去，不斷推進國際產(chǎn)業(yè)化進程，讓中國小麥遺傳育種技術(shù)的研發(fā)與專利申請走在世界的前列。