【国科报告厅】原创首发：基于专利的玉米育种发展态势分析
自国科农研院公众号面向全行业征集原创首发以来，我们得到了业界人士的热烈响应和积极支持。征集到了众多来自不同领域专家的文章，对行业发展的思考颇有见地。国科农研院在近期已经发布多篇，并署之以“原创首发”、“重磅原创”，后续仍会继续精心筛选并分期发送。本报告由北京市农林科学院农业信息与经济研究所授权刊发。报告采用主题检索方式进行专利检索。通过分析全球及我国玉米育种的专利态势分布，解读了全球及我国玉米育种专利分布、玉米育种技术热点、玉米技术市场等内容，并提出推动玉米种业产业化发展的建议。该报告思路清晰，数据详确，内容丰富。我们在此予以刊发，欢迎大家留言讨论。特别说明的是，在读者朋友们的建议下，国科农研院对原创作品开通了赞赏功能，欢迎大家对作者的辛苦付出、无偿分享予以肯定和支持。而由于微信公众号运营规则限制，赞赏账户统一设为国科农研院，后续会将赞赏悉数转给作者，感谢大家一直以来对国科农研院的关注和支持!一、数据采集
（一）检索分析工具
采用科睿唯安DerwentInnovation（DI）专利数据库开展相关专利检索，采用该数据库自带专利地图分析工具、DDA数据分析工具、智慧芽专利数据库分析及可视化工具和EXCEL软件进行相关数据统计分析。DI数据库（原汤森路透公司TI数据库）收录了德温特世界专利索引（DerwentWorld Patents Index，DWPI）和德温特专利引文索引（DerwentPatent Citation Index，DPCI）数据库的全部专利以及来自全球48个专利授予机构、90多个国家和地区的9300万篇专利信息，包含PDF全文原始数据和题录信息、法律状态信息等深加工的数据，同时还收录了INPADOC（InternationalPatent Documentation Center）法律状态信息。使用DI数据库中的数据作为数据来源，能够保证数据的充分性与可靠性。（二）检索边界
以玉米育种进行为主题进行专利检索，地域边界为全球专利数据，检索时间范围2013年1月1日至2018年7月27日，即本项目检索的专利为2018年7月27日前公开的近五年内申请的玉米育种全球专利。（三）检索策略
本报告采用主题检索方式进行专利检索。主题检索是指在全球范围内检索与玉米育种主题直接相关的专利信息。主题检索采用综合检索方法，即利用多个检索字段进行检索。具体工作步骤包括：（1）分析技术主题，明确检索要素及要素间的逻辑关系，选择相应要素的关键词；（2）根据选择的关键词结合布尔逻辑运算组成初步检索式进行检索；（3）根据初检获得的文献，补充同义词、近义词及相关国际专利分类号（IPC分类号），将其整合到检索式中，扩大检索范围避免漏检的同时过滤垃圾信息，提高查准率；（4）经反复试检调整，确定完整的检索式并开展检索。二、数据清洗
（一）去噪
通过检索获得玉米育种专利9610件，通过人工阅读对数据进行去噪，最终得到该领域相关专利8628件，基于该专利数据集开展相关分析。（二）申请人合并
同一专利申请人或专利权人的名称可能随时间有所变更，在不同专利文献中同一申请人或专利权人名称的写法也可能有所不同，针对这些情况，本项目通过DDA分析工具对申请人或专利权人的名称进行了合并和统一处理。三、全球专利态势分析
（一）技术来源国分析
一般来说，申请人会优先在本国申请专利，因此，一般将优先权国视为申请国，通过对优先权国进行分析可以了解本领域的主要技术来源国。图1显示了玉米育种专利的主要优先权国，可见，玉米育种专利申请主要来自美国和中国，美国在该领域申请专利5841件，占本领域专利申请总量的一半以上，是排名第二的中国其在该领域专利申请量的4倍，体现出美国在玉米育种领域具有的显著优势，先锋良种、陶氏益农、孟山都、杜邦等种业巨头均来自美国。中国在玉米育种领域的专利申请量为1499件，位列第二，主要申请人包括大北农、中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学等。此外，澳大利亚、韩国、英国、日本、德国和巴西在玉米育种领域的也有相关专利申请。综上分析，美国是玉米育种领域最主要的技术来源国，中国在该领域也有一定的技术储备，但从专利数量来看，与美国尚有较大差距。（二）全球市场分布
图2显示了玉米育种全球专利地域分布情况，从图中可以看出，玉米育种专利申请分布国前三分别为美国、中国和加拿大，向这三个国家申请的玉米育种专利占全球该领域专利总量的一半以上，是该领域主要的专利布局国；其中，向美国申请的专利最多，达到3006件，约占全球玉米育种专利总量的三分之一，是排名第二的中国专利申请的2倍，是玉米育种领域最重要的专利布局国。此外，在印度、澳大利亚、欧盟地域、巴西、阿根廷、墨西哥、日本、韩国、菲律宾也有百件以上的专利布局。一般来说，销售市场与专利布局有一定的相关性，在进入某一市场之前往往会在相关地域申请专利，提前进行专利布局；向某一地区申请的专利数量越多，说明该地区是本领域关注的主要市场。综上分析可见，全球玉米种子销售市场主要分布在美国和中国，美国是更为重要的销售市场。（三）申请人分析
对全球玉米育种专利的专利权人/申请人进行分析（见图3），专利申请量排名前十的申请人中包括9家企业和1家科研院所，企业涵盖了先锋良种、陶氏益农、孟山都、杜邦、先正达等种业巨头，1家科研院所为中国科学院。一般来说，专利申请人类型与相关技术成熟度及产业化程度有一定的相关性，从申请人类型来看，排名前十的申请人以企业为主，反映出全球玉米育种领域技术已经比较成熟，进入了产业化阶段。排名前三的专利申请人先锋良种、陶氏益农和孟山都，这三家企业的专利申请量占全球专利申请总量的47%，基本形成了垄断市场。近年来，为了获取技术、种质资源、销售渠道，节约研发成本，开展新兴技术布局以及实现利益最大化，寡头之间的并购较为活跃。在杜邦收购先锋良种之后，2017年杜邦先锋与陶氏进行了并购，2018年拜耳完成了对孟山都的收购。这些并购足以映射出该领域异常激烈的市场竞争。排名前十的申请人5位来自美国，包揽了排名前四的席位，包括先锋良种、陶氏益农、孟山都、杜邦和ATHENIXCORP，其专利申请总量在全球玉米育种专利申请总量的占比达一半以上，体现出美国在玉米育种领域较强的技术储备和实力，而且5位专利申请人均为企业，反映出美国玉米育种进入产业化阶段。排名前十的专利申请人中有两位中国申请人分别为大北农和中国科学院，反映出两者在玉米育种领域有较强的研发实力和研发热度，大北农是进入排名前十的唯一一家中国企业，反映出该企业在玉米育种领域有较多的技术储备，是中国该领域的龙头企业，但与国际种业巨头相比，在专利储备量方面仍有较大差距。（四）技术分布
手工代码是德温特的标引人员分配给每个专利至少一个相对应的手工代码，以反映专利的核心内容和创新之处。表1显示了玉米育种领域专利排名前二十的手工代码，“基因序列”和“转基因植物”类别的专利最多，专利量超过5000件，是玉米育种领域研究关注的热点。从技术要点来看，能够表达目标性状的基因序列、载体、质粒、转座子等表达载体的构建、细胞重组技术、杂交技术是玉米育种领域的主要热点技术。从育种目标性状来看，抗虫、抗逆、调控植物生长、抗除草剂是育种关注的重要农艺性状。表 1玉米育种领域专利derwent 手工代码TOP20对玉米育种领域专利排名前十的德温特手工代码进一步分析其时间分布情况，“基因序列”和“转基因植物”类别的相关专利呈现显著增长趋势，研究热度持续上升，一定程度上反映出两者将是玉米育种领域未来关注的热点。应当说明的是，由于专利从申请到公开存在时间滞后，因此近几年，尤其是2016、2017、2018年的专利数据仅显示了当前公开的专利数，并不是实际专利申请量，在此仅供参考。图 4玉米育种领域专利derwent 手工代码TOP10 时间分布四、我国专利态势分析
（一）来华申请国分析
图5显示出我国玉米育种专利的来源国分布情况，可见，我国的玉米育种专利主要来自本国申请，占比约81%，来华申请约占19%，美国是最主要的来华申请国，占比约为15%，是我国玉米育种领域的主要技术输入国。就我国市场来看，外国申请人在玉米育种领域布局的专利占比较少，反映出外国申请人在我国玉米种业领域的市场份额占比较小，本国申请人占有主要市场份额。（二）本国申请省市分布
图5显示了我国玉米育种专利本国申请的省市分布，可以了解本国主要的技术来源省市。由图可见，北京、山东和安徽是我国玉米育种领域的主要技术来源省市，其专利在本国申请的占比约43%，主要申请人包括大北农和中国农业大学、中国科学院、中国农业科学院、安徽农业科学院、山东农业科学院等农业类院校及科研院所。（三）申请人分析
我国玉米育种领域的主要专利申请人如图7所示，我国该领域专利申请人排名前十者包括7位本国申请人和3家外国申请人，外国申请人均为企业，分别为陶氏益农、先锋和杜邦，其中陶氏益农和先锋位列第二和第三，反映出外国申请人在该领域具有较强的研发实力，技术较为成熟，产业化程度较高。7位本国申请人包括1家企业和6所高校及科研院所，6所高校及科研院所分别为中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学、四川农业大学、安徽省农业科学院和山东省农业科学院，可见农业类科研院所和高校在玉米育种领域的研发热度较高；大北农是专利申请人排名前十的唯一一家本国企业，反映出该企业在玉米育种领域有较多的技术储备和研发投入，是我国该领域的龙头企业；综上反映出我国玉米育种领域处于研发与产业化并行的阶段，关键技术集中在龙头企业和农业类高校及科研院所。（四）技术分布
通过对我国玉米育种专利进行文本聚类分析及可视化显示，得到我国本领域的主要技术分布情况（图8），主要包括以下技术分支：（1）涉及表达载体构建、编码基因、核酸序列、特异性表达、特异性检测的转基因技术（2）与耐盐性、特定蛋白和酶、表达载体构建、特异性表达与检测、抗虫相关的基因序列和氨基酸序列（3）通过杂交技术获得高产、抗病玉米品种的方法（4）调控外源基因特异性表达的启动子及包含其在内的外源基因构建体（5）与含有外源基因的转基因玉米特异性检测相关的分子标记试剂盒、定量PCR检测的引物及探针。与全球玉米育种技术分布情况相比，我国在育种技术分布上呈现一致性，均以转基因技术和基因序列为主要技术热点，在育种目标性状方面以耐盐性、抗虫、高产和抗病为关注的主要农艺性状，在调控植物生长和抗除草剂方面关注较少。五、技术热点分析
采用科睿唯安DI专利数据库专利地图工具，提取玉米育种专利名称和摘要中的关键词进行文本聚类，并通过可视化方法制作了该领域的专利地图，通过专利地图分析该领域的技术热点。图9为玉米育种的专利地图，图中每个点代表一篇专利文献，相似的专利形成山峰，专利集中区域形成白灰色的山峰，每个山峰的标签代表所属专利的技术主题，通过对山峰区域的专利进行解读获得玉米育种领域的技术热点主要集中在：（1）通过杂交技术或近亲繁殖获得具有特定农艺性状的植物；（2）通过转基因技术转入具有特定性状（如抗虫、抗除草剂、抗病性、抗逆性）的基因，并通过数量性状位点（QTL）等位基因分析，鉴定/选择具有特定性状的植物；（3）将包含目标基因的表达载体导入植物组织的转化方法及提高转化率的方法；（4）与转基因技术相关的调节目标基因表达的启动子；（5）转基因植物的鉴定检测；（6）通过RNA干扰获得转基因抗虫植物；（7）获得抗虫转基因植物的抗虫基因挖掘及应用；（8）通过转基因技术获得高产植物和抗除草剂植物；（9）制备转基因植物的重组DNA构建体；（10）通过位点特异性核酸酶在基因组特异性位点进行断裂和整合的基因编辑技术。六、结论
全球玉米育种领域的主要技术来源国为美国和中国，来自美国的玉米育种专利申请最多，专利申请人排名前四的先锋良种、陶氏益农、孟山都、杜邦均来自美国，美国是该领域最主要的技术来源国，在该领域具有显著优势，具有较强技术实力，基本进入产业化阶段。全球玉米种子销售市场主要分布在美国和中国，美国是更为重要的销售市场。据报道，2016年我国种子市场总规模约为840亿元，仅次于美国，成为全球第二大种子市场。玉米育种领域主要申请人包括先锋良种、陶氏益农、孟山都、杜邦、巴斯夫、先正达、大北农、拜耳、中国科学院和ATHENIXCORP，排名前三的专利申请人先锋良种、陶氏益农和孟山都，其专利申请总量占全球专利申请总量的47%，基本形成了垄断市场。目前，全球玉米育种领域技术已经比较成熟，进入了产业化阶段。我国玉米育种专利申请量排名第二，具有一定的技术储备，但与美国相比尚有较大差距。我国的玉米育种专利以本国申请为主，美国是主要的来华申请国和技术输入国。就我国市场来看，外国申请人在我国玉米种业领域的市场份额占比较小，本国申请人占有主要市场份额。我国玉米育种领域的主要技术来源省市为北京、山东和安徽，主要申请人包括大北农和中国农业大学、中国科学院、中国农业科学院、安徽农业科学院和山东农业科学院，以农业类院校及科研院所为主，我国玉米育种领域处于研发与产业化并行的阶段。玉米育种技术热点主要集中在：（1）通过杂交技术或近亲繁殖获得具有特定农艺性状（如雄性不育、高产、碳水化合物、脂肪、氨基酸代谢改善）的植物；（2）转基因技术在植物育种中的研究与应用，主要涉及数量性状位点（QTL）等位基因分析、转基因鉴定与检测、转化方法、以启动子为核心的表达载体构建方法和重组DNA构建体；（3）通过抗虫基因表达抗虫蛋白和RNA干扰获得转基因抗虫植物；（4）基因编辑技术在植物育种中的研究与应用。在育种目标农艺性状方面主要包括雄性不育，高产，碳水化合物、脂肪、氨基酸代谢改善，抗逆性，抗虫，抗除草剂等，其中高产、抗虫和抗除草剂是研究的热点农艺性状。七、相关建议
从全球视角来看，目前玉米育种技术基本成熟，基本实现产业化，以先锋种业、陶氏益农、孟山都、杜邦等种业巨头为代表的美国在玉米育种技术储备和市场份额方面都拥有绝对优势。面对强大的国际竞争压力，我国玉米育种产业发展首先应当加强自主创新，突破关键技术，重视基因编辑技术、转基因技术在玉米育种领域的深入研究与应用，在目标基因挖掘、启动子、转化方法、数量性状位点、重组DNA构建体等热点技术分支方面加强研发，培育更多优良玉米品种并及时将技术创新成果进行专利保护，获得一批核心专利。其次，应当注重对国际种业巨头核心专利的跟踪和预警，通过技术跟踪，了解其研发重点和热点，明晰其技术研发脉络，在此基础上开展技术挖掘和布局，进行后续开发和外围专利申请，以获得实力较强企业的专利技术交叉许可，积极争取市场话语权。随着全球经济一体化进程的深入，在满足本国市场需求的前提下，企业积极响应国家“走出去”发展战略和“一带一路”倡议，在走出去国门、进军海外市场之前，需要注重提前开展海外专利布局。通过分析玉米育种领域的专利分布国，可见美国和中国是玉米育种领域重要的销售市场，我国育种企业应当发挥本土优势，及时将研发成果进行专利申请，在获得本国专利权的基础上，积极部署海外专利布局。对于美国这一热点市场，育种基本实现产业化，垄断格局基本形成，专利布局较为完善，潜在的侵权风险较大。因此，在选择新进入市场方面，可以优先考虑目前尚未有相关专利布局或者专利布局较少的地区和国家等，如东南亚地区（菲律宾、南非、越南、俄罗斯、印度尼西亚、以色列）、西亚、非洲地区等。从全球视角来看，目前玉米育种领域处于产业化阶段，技术尚未完全成熟，美国作为最主要的技术来源国，且该领域的专利和核心技术由几家企业所掌握，基本实现产业化。相比之下，我国玉米育种领域的专利技术主要集中在农业类院校及科研院所，我国在该领域尚处于研发与产业化并行的阶段。从我国玉米育种领域专利申请人排名可以发现，目前我国企业已成为该领域重要的创新主体，但整体来看，仅有个别龙头企业具有较多的技术储备和较高的研发积极性，主要研发力量集中在农业类科研院所和高校。基于此现状，一方面需要进一步提高企业研发积极性，如从宏观层面出台相关资助和补贴政策、制度，提高玉米育种企业开展玉米育种技术研发及产业化的积极性，培育一批玉米育种领域的龙头企业，获得具有自主知识产权的优良玉米种质资源；另一方面鼓励产学研合作，加强国内技术合作，重视产学研合作与交流，从我国玉米育种专利申请人排名可以看出，中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学、四川农业大学、安徽省农业科学院和山东省农业科学院在该领域具有较强研发实力，企业可以通过与相关高校和科研院所，开展技术合作实现成果转化和技术升级，加快玉米育种产业化进度。（本报告作者 贾倩）
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