技术的发展的新趋势、研发领域的分布、跨国种业集团的产业布局。利用MS Excel和Innography等分析软件，采用图表分析方法对世界转基因玉米生物育种的专利文献进行定性分析和定量分析。结果发现，中国是转基因玉米生物育种的主要研发国家之一，其中基因编辑技术处于领头羊；我国创新主体仍以大专院校、科研院所为主，缺乏科研成果的转化动力，需要加大对转基因技术产业的扶植力度和知识产权服务。研究结果旨在为研究者确定研究方向、跟踪竞争对手的研究进展、分析跨国种业集团的产业布局、制定产业高质量发展政策等提供参考建议。
转基因玉米（genetically modified maize），简称GM玉米，是指利用转基因技术，通过基因工程方法导入外源基因培育的具有特定性状的玉米品种。20世纪80年代开始，转基因技术获得了迅速发展，目前已培育出了抗虫、抗除草剂、抗旱、抗病等多种转基因玉米品种 ［1］ 。转基因玉米在美国和欧洲一些国家已形成一定的产业规模，并成为全世界种植培养面积第二的转基因作物。
在我国，玉米是种植范围最广、用途最广、产量最高的粮食作物，可持续发展玉米产业对于满足市场需要和保障粮食安全具备极其重大作用。转基因玉米作为发展生物育种技术和拓宽生产领域的创新技术，为实现玉米稳产增产发挥了重要的作用。我国在2009年8月首次为玉米转基因作物品种颁发安全证书。国家《“十三五”国家科学技术创新规划》提出推进新型抗虫棉、抗虫玉米、抗除草剂大豆等重大产品产业化的要求 ［2］ 。2019年12月30日农业农村部公告拟为2种转基因玉米和1种转基因大豆品种颁发安全证书，并于2020年1月21日正式获批 ［3］ 。此外，我国在十三五规划（2016—2020年）、十四五规划（2021—2025）中提出“加速推动基因组学等生物技术大规模应用，推进生物育种等新一代生物技术产品和服务的规模化发展”的纲要，极大地推动了转基因玉米生物育种技术的发展。
随着技术的持续不断的发展，除了农杆菌介导法、DNA直接插入法、花粉管通道法和病毒介导法等传统转基因技术之外，近年来发展的基因编辑技术，也被世界各国投入玉米生物育种的研究中。基因编辑技术最重要的包含基因敲除技术和定点插入技术，由于前者可产生不含外源基因的作物而被视为非转基因育种技术 ［4］ ，这将推动中国转基因玉米商业化的突破。
专利文献是记载科学信息和创新技术的重要载体，不仅能反映出转基因技术的发展现状，还能从中分析跨国种业集团所取得的最新科技成果、专利布局和战略发展趋势，从而为研究者提供科研立项的依据，规避知识产权保护壁垒，同时能为政府在制定产业高质量发展政策上提供参考依据。因此，本文通过统计分析全球转基因玉米的专利文献，运用文献计量和可视化方法，研究了转基因玉米技术发展形态趋势、主要技术领域、研发活动特点、跨国种业集团的专利布局，以期为确定相关的研究方向、跟踪竞争对手的研究进展、分析跨国种业集团的产业布局、制定产业高质量发展政策等提供参考建议。
考虑到使用专利全文数据库进行检索，会产生大量噪声，因此本文以国家知识产权局收录的德温特专利索引数据库（Derwent Innovation Index，DII）和中国专利文摘数据库（China Patent Abstract Database，CNABS）分别作为全球范围和中国范围的专利文献数据来源。利用以上描述的专利数据库的摘要及摘要附图、权利要求书、关键词等为索引，结合涉及转基因生物育种技术的专利分类号进行检索，能有实际效果的减少噪声，提高准确率。
在分析方法上，本文采用专利分析中常见的图表分析方法的定性分析和定量分析。在分析工具上，综合应用MS Excel和Innography等分析软件进行统计分析。
由于中国专利从申请日到公开日的周期通常在6个月左右，国外专利的公开周期通常在18个月左右，致使在2021年提交的国内外专利申请中，仍有相当比例的申请数量未被公开，因此2021年的数据仅供参考。
图1显示了全球范围及中国范围内涉及转基因玉米生物育种技术的专利逐年申请情况。从图中能够准确的看出，从1997年全球范围首次出现专利申请后，直至2008年一直呈平稳增长的态势，其中申请人以国外申请人为主。2009年之后，虽世界范围和中国范围内提交的专利申请量均呈现快速增长的态势，但中国范围内与全球范围内在专利申请数量上差距被逐渐拉大。自2017—2020年，中国范围内的专利申请数量急剧增加，显著缩小了与全球范围内专利申请数量的差距。这得益于中国政府在转基因作物的研发领域的投入不断加大；截至2016年，中国在转基因研发方面累计投入200多亿元，取得了众多研究成果 ［5］ 。此外，我国在十三五规划和十四五规划中提出“加速推动基因组学等生物技术大规模应用，推进生物育种等新一代生物技术产品和服务的规模化发展”的纲要。通过资金扶持和政策激励，我国不但缩小了与国际研究水平的差距，并在2018—2020年中国范围内的专利申请数量显著增加，缩小了与世界范围内的申请数量的差距。
图2、图3分别为世界范围和中国范围内主要专利国排名情况。如图2所示，美国是专利申请的第一梯队，中国是第二梯队，申请数量约相当于美国的44%，欧洲国家及日本、澳大利亚等国申请量不足中国的1/5，欧洲合计申请量也仅分别相当于中国2/3、美国的1/3，这说明中美两国是研究转基因玉米育种技术的主要国家，其研究成果远远领先于世界其他国家。
如图3所示，在中国范围内提交专利申请的主要国家中，中国专利申请量占比远远超过美国和欧洲。图2和图3中欧洲国家无论是申请数量，还是申请数量占比，均远远落后于中美两国，这可能与欧洲国家严格的转基因技术管理制度相关，从而影响了其转基因产业化的发展。
据统计，中国申请人在世界范围内提交了2 006件专利，其中在中国提交了1 823件专利，即中国申请人仅仅提交了183件国际申请，占比仅为9.12%。这一方面表明中国申请人在国内的申请量相比于国外申请量占优势，另一方面也表明中国申请人并未将研究成果积极向国外推广，这或许与中国申请人对研究成果的知识产权保护存在认识不足有关。
图4显示世界范围内专利申请数量前15的申请人排名，其中美国先锋集团（1 689件）、孟山都集团（1 233件）的申请量处于第一梯队，二者在前15名申请人的申请总数中占比为54.51%；瑞士先正达集团（448件）、美国陶氏集团（390件）、德国巴斯夫集团（383件）的申请量处于第二梯队，其数量占比22.77%，即第一、第二梯队申请总数已经达到申请总数的77.28%，远超处于第三梯队的中国农业科学院（201件）、中国科学院（187件）、杜邦集团（174件）、中国农业大学（121件）、大北农集团（91件）、四川农业大学（87件）申请量的总和。据报道，目前全世界80%的转基因作物出自上述第一梯队、第二梯队的跨国种业集团 ［6］ ，说明这些跨国种业集团在转基因作物的技术开发及推广应用上具有明显优势，同时图4的统计数据也客观反映了世界转基因玉米生物育种技术的研究分布地区。
注：以上申请人均包含下属公司或下属机构，如美国先锋集团包括先锋国际良种公司、先锋高级育种国际公司等，中国科学院包括所属各研究所等。
虽然处于第三梯队的中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学、大北农集团、四川农业大学的申请量远不及第一、第二梯队的申请量，并且以他们为代表的中国申请人的申请量仅占全球申请总量的13.99%，但这些创新主体的专利授权率均超过了50%，尤其是深圳华大基因公司的专利授权率达到96.83%（图4），反映出中国创新主体具有明确的市场应用需求和务实的申请策略。
图5显示中国范围内专利申请数量前15名的申请人排名，其中中国农业科学院、中国科学院和先锋集团的申请量处于第一梯队；中国农业大学、孟山都集团、美国陶氏集团、四川农业大学、大北农集团、华中农业大学、杜邦集团的申请量处于第二梯队；巴斯夫集团、先正达集团、深圳华大基因公司、安徽省农业科学院以及浙江大学的申请量处于第三梯队。
在中国范围内，中国申请人的申请量占比为72.78%，远远超过外国申请人的申请量，但比较图4和图5可知，中国申请人的申请量和授权率没有明显变化，这说明中国申请人主要以本国作为知识产权的保护国，即主要在本国提交专利申请以保护研究成果，缺乏向外推广科研成果的意识，这也印证了中国申请人仅提交9.12%国际申请的情况。
通过以上比较可知，第一，中国经过长期对转基因玉米研究的投入，形成了一定的研究成果，因此能够在专利申请数量上与国外申请人形成抗衡之势。第二，与其他领域国外申请人的授权率远远超过中国申请人授权率的局面不同 ［7］ ，在转基因玉米研究领域中，中国申请人的授权率远远超过国外申请人的授权率（如深圳华大基因公司的授权率超过96%，大北农集团的授权率约80%），这说明中国申请人的研究创新水平紧跟国外申请人，并能针对中国专利的审查标准制定务实的申请策略。第三，中国科学院和中国农业科学院的申请量汇集了下属众多研究所的申请量，而中国单一申请人的申请量远远少于国外跨国种业集团，并且仅有大北农和华大基因两家企业进入专利申请数量前15名。
综上，虽然跨国种业集团已经在中国进行专利技术布局，有序地实施专利战略，但是中国申请人的研究水平已经处于紧跟国外研究者的水平，从而在申请数量和申请质量上初步体现出能与之抗衡的局面。因此，我国转基因玉米技术的研发需要以此为契机，尽快推动和形成以企业为创新主体的技术创新体系，使得企业成为转基因技术的研发和应用主体，这既有利于企业在国内进行专利技术布局，也有利于提高我国转基因玉米相关专利的申请质量。
根据国际专利分类表IPC第八版的分类，统计汇总转基因玉米育种的分类号分布如表1所示。表1中分类号为汇总项，分别统计世界范围和中国范围的专利申请数量，结果如图6所示。
就世界范围的专利技术领域的分布而言，各国研究主要集中于组培育种领域（A01H）、增产杀虫抗逆的编码基因领域（C12N15/63-15/84、C12N15/09-15/62）、转基因表达系统（C12N15/63-15/84）。其中，组培育种领域涉及植物组织、器官、种子以及品种，国外对上述领域的发明客体进行专利保护，这能使得专利权人的利益得到最大化，因此该领域的专利数量远远超过其他技术领域的专利数量。增产杀虫抗逆的编码基因领域和转基因表达系统领域分别代表研究转基因玉米过程中需要的目的编码基因，以及用于表达该编码基因的载体和表达系统。随着各种新功能的编码基因不断被发现，将所发现或改造的编码基因及其表达系统应用于转基因玉米的研究，成为另一个研究热点。增产杀虫抗逆的功能蛋白领域（C07K）涉及提质增产、杀虫抗逆的转基因所表达的蛋白产物。由于蛋白产物是编码基因的最终表达产物，如果发生改变或突变易于导致功能异常，其相对于编码基因而言具有序列稳定性，导致用于转基因玉米的功能蛋白相对于编码基因的数量较少，因此其专利数量排名第三。而由于转基因宿主和细胞领域（C12N1/10-1/21和C12N 5/10-5/14）和转基因检测技术领域（C12Q）的专利保护力度不如组培育种领域，导致这两个领域的专利量最少。
中国范围的专利技术领域的分布与世界范围的最大区别在于转基因表达系统领域是最主要的研究热点。原因在于发现新的编码基因和蛋白产物难度较大，缺少成功的预期性。但如何改进上述基因和蛋白新的表达技术，如研究新的构建载体、表达宿主或表达系统等，属于在已有研究基础上作出的进一步改进，在研究方向上具有可预期性。这说明中国申请人的开创性研究较少，改进性研究较多。增产杀虫抗逆的编码基因领域的专利量多于增产杀虫抗逆的功能蛋白领域的专利量，与世界范围内该领域的专利量分布趋势相同，这也表明中国研究者与国外研究者具有相同的研究思路，即在获得相同蛋白产物的基础上，通过改造和修饰获得新的编码基因，是提高和改善转基因作物性状的重要技术手段。转基因宿主和细胞领域的专利量远远多于组培育种领域的专利申请量，原因在于中国对于具有独立繁育能力的植物品种、器官和种子不授予专利权，但对于转基因细胞和宿主可授予专利权，导致该领域的专利量分布明显不同于世界范围的专利申请量分布。
应当指出的是，通过图6可知，中国范围的专利技术的分布区域，完全落入世界范围的专利技术的分布区域中，这说明中国范围的转基因玉米育种技术研究仍然紧跟国外的研究技术，其研究范围并未突破国外的研究范围，导致我国在研究技术创新方面处于落后地位。
近年来以CRISPR/Cas9为代表的新型基因编辑技术成为转基因领域关注的热点。从技术原理上来讲，基因编辑技术主要是对作物自身的基因进行精准改造，一般不插入作物原本没有的外源基因，最后得到的产品与自然突变的、传统育种获得的产品具有很高的相似性，这是基因编辑与转基因技术的最大区别 ［8］ 。
如表2所示，中国在基因编辑技术处于国际研究水平的第一梯队，并在世界范围内提交的玉米基因编辑技术的技术领域中具有明显的专利数量优势，甚至可以认为中国在玉米基因编辑技术领域占有主导地位。
相比于中国申请人在转基因玉米领域只提交了9.12%的的国际申请专利，中国申请人在玉米基因编辑领域提交了15.57%的国际申请专利，这表明该领域的中国研究者已经具有强烈的知识产权保护意识，并开始尝试在国内外进行专利布局，以构建本国的专利体系来抗衡国外创新主体的专利挑战。略显不足的是，目前中国仅获得2项国际申请专利，还需要进一步加大对国际申请的投入，提高国际申请的质量。
鉴于我国在玉米的基因编辑领域取得的突破性进展，农业农村部于2022年1月发布了《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》 ［9］ 。该政策将极大地促进我国基因编辑育种技术的产业化发展，同时将显著增加玉米基因编辑的专利申请量。
3.1 在转基因技术领域中国紧跟世界发展步伐，部分领域处于领先地位，总体上受政策调控的影响较大
数据显示，中国和美国是转基因玉米最主要的研发国家，两国专利数量分别占世界专利总数的24.93%、56.84%，全面领先欧洲和日本、韩国、澳大利亚等国的专利数量，这与两国采用比较积极的转基因发展政策有关。在基因编辑玉米育种技术中，中国专利数量约占世界专利数量的71.86%，明显超过世界各国的专利数量。这说明，虽然中国在生物育种领域中的优异核心种质、现代育种技术和转基因技术等方面暂时落后于国际先进水平，但在基因编辑技术水平上处于国际领先地位，这预示着中国可以在该领域利用先发优势，实现玉米转基因技术的重大突破。
然而，中国的专利数量在2009—2017年进入较为缓慢的增长期，随着国家在十三五、十四五时期颁布了一系列加强发展生物育种和转基因生物技术研究的政策，2017—2020年的专利数量飞速增加，显著缩小了与全球范围内专利数量的差距。这说明，中国的转基因技术总体上受到政策调控的影响较大。
国外创新主体以科研企业为研发主体，并已经在中国及全球范围进行了专利申请布局。而中国创新主体除了种子培育型的大北农集团和转基因检测型的华大基因两家企业，仍然是以大专院校、科研院所为研发主体，还未形成以企业为市场主体进行科技创新和推广应用的趋势。
相比于国外创新主体更关注在转基因玉米研究中所获得的产品，如转基因种子和品种、编码基因和功能蛋白，中国创新主体更关注对于转基因技术手段或检测方法的改进，这说明中国创新主体更多关注于技术追踪和改进，在产品发明方面缺乏创新能力。
此外，我国专利申请主体与国外跨国企业相比，缺乏开拓市场的意识，其申请专利的目的多是证明科研成果的创新性，因此少有国际专利申请，这不利于我国领先技术的专利布局和知识产权保护。
3.3 政府仍需加大对转基因技术的产业扶植力度和知识产权服务意识以及科普宣传工作，切实保障粮食安全
中国是转基因玉米的研究大国，但不是转基因玉米的市场应用大国。截至2020年，中国转基因作物种植面积仅为286.67万hm 2 ，位列世界第7 ［10］ ，远远落后于美国（7 500万hm 2 ）、巴西（5 126.67万hm 2 ）、阿根廷（2 393.33万hm 2 ）、加拿大（1 273.33万hm 2 ）、印度（1 160万hm 2 ） ［11］ 。其中，大规模种植的转基因作物仅为转基因抗虫棉花和木瓜，这导致中国一方面投入了大量的科研经费，另一方面还花费巨额资金进口大量玉米用于榨油和饲料，其中多数为转基因玉米和大豆。出现这种不合理现象的原因主要在于国内非转基因玉米的品质不佳和生产成本高，同时，国内对于转基因玉米多关注于转基因技术方法或检测方法的改进，而缺乏涉及提质增产、杀虫抗逆的转基因核心技术，以致于无法发展与跨国种业集团相当的转基因作物，因此必须进口大量转基因玉米来弥补国内生产的需要 ［12］ 。另外，公众对于转基因技术安全性的不信任，也影响了中国转基因玉米的推广应用。
我国一直很重视对转基因育种技术的研究。2007年以来，曾有8份中央一号文件提到转基因育种或分子育种。其中，2015年的中央一号文件明确指出，要加强农业转基因生物技术探讨研究、安全管理和科学普及 ［13］ 。此外，2021年中央一号文件再次强调“农业现代化，种子是基础。加快实施农业生物育种重大科技项目，加强育种领域知识产权保护” ［14］ 。2022年1月，农业农村部发布了《农业用基因编辑植物安全评价指南（试行）》，主要针对没有引入外源基因的基因编辑作物，“将依据可能产生的风险申请安全评价，通过中间实验后，可申请生产应用安全证书”，这表明我国基因编辑育种技术的产业化将步入正轨，可改变我国在基因编辑农作物产业化一直处于落后的局面。同时，根据2021年11月公布的田间试验和安全要求的拟议修订 ［15］ ，中国可能会批准首次商业化种植转基因玉米和大豆。
目前，优质良种尤其是转基因种子的技术被跨国种业集团垄断，而中国属于农业大国，大力发展现代种子技术，离不开转基因育种技术的发展，这不仅是保障中国粮食安全和提供稳定的饲料用粮和工业用粮的重要技术手段，同时也是打破跨国种业集团技术封锁的必经之路。因此，本文从以下几方面提出建议。
第一，国内科研院所应根据自身的技术优势，加强编码基因、功能蛋白相关研究，争取在中国特有的生物遗传资源获得核心专利，并围绕该专利进行布局，将外围相关技术纳入专利保护范围。同时，国家及地方政府在科研政策、市场采购、专利资助、知识产权保护等方面出台相关政策，引导科研院所与企业积极开展合作研发和成果转化，形成企业为创新和应用主体的局面，从而推进科研成果转化为生产力。
第二，各级政府相关单位应主动提高知识产权服务意识，提升我国转基因作物新品种培育领域专利控制力。例如，建立知识产权全过程管理机制服务，提升创新成果的专利保护和技术市场的价值创造。通过针对企业开展专利竞争情报服务工作，引导企业加强对于复合性状和棉花品种的研究和专利布局，并合理利用届满专利，节约研发成本。积极开展针对企业的专利培训，增强企业专利布局意识，提升企业专利撰写水平，提升我国转基因育种关键技术的专利质量。
第三，针对中国在少数领域（如玉米基因编辑的领域）处于国际领头羊的有利条件，设法改变“科研院所占研究主导地位，企业参与度不高，产业化程度较低”的现状，通过项目管理协调，加强“产学研知”创新主体一体化。鼓励企业大胆走出国门，加强专利合作条约（patent cooperation treaty）海外专利布局，借力海外市场驱动国内产业创新链。为促进有关技术的应用及产业化，建议参照麻省理工学院博德研究所和哈佛大学共同创建非独占的CRISPR/Cas9联合许可专利池的模式，建立我国在有关技术领域的专利池/联盟。
第四，加强对转基因食品的科普宣传，促进公众对于转基因食品的正确认识。一方面，要鼓励科研工作者与公众积极对话，用事实来解答公众的疑惑，将转基因食品的争议应还原到科学技术上进行讨论；另一方面，不能回避转基因技术的安全争议，主动形成民主讨论的空间，只有让公众充分明白转基因技术带来的利与弊，公众才能理解和支持转基因技术，从而促进转基因技术产业化政策的制定和实施。
引用本文：党星,郅斌伟,曹克浩等.转基因玉米生物育种技术的专利分析及产业高质量发展建议[J].生物技术进展,2022,12(04):614-622.
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