生物技术是20世纪后期人类科技史上最令人瞩目的高新技术，也是国际科技竞争乃至经济安全的重点^[1]。生物技术是以现代生命科学理论为基础，利用生物材料或生物系统，应用工程学原理，并遵循生物学的规律来设计、构建具有预期形状的新个体以及新型生物制品的一种综合性技术体系^[2]。农业生物技术是农业科学与生物技术相结合形成的综合性交叉学科^[3]，是生物技术在农业领域应用的统称^[4]。农业生物技术是指运用基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程及分子育种等生物技术，改善动植物及微生物品种生产形状、培育动植物及微生物新品种，生产生物农药、兽药与疫苗的新技术^[5]。农业生物技术不仅是整个生物技术研究及其产业化发展的基础，而且在解决人类面临的粮食、资源、环境、能源及效率等可持续发展瓶颈问题的过程中扮演着重要的角色，发挥着巨大的作用^[4]，正深刻改变着农业生产。

经过多年的发展，我国农业生物产业也已经有了一个良好的基础，表现为生物技术水平不断提高、技术产业化进程不断加快。尽管与国际先进水平还有不少差距，但农业生物产业已经成为国家战略性新兴产业的重要组成部分，未来将得到国家政策的大力倾斜，农业生物技术产业的未来前景将十分广阔。农业生物技术的最终目标是产业化，而产业化的核心和关键是拥有自主知识产权的重要功能基因。在新的竞争环境下，知识产权保护战略已成为参与竞争的重要战略选择^[6]。专利文献作为科技创新成果的重要载体和表现形式，快速地反映着当今世界技术发展的最新前沿水平，是指导技术创新的重要信息来源之一。计量分析是以文献、专利及其知识单元为对象，对其进行数理统计分析以揭示信息流过程的各种数量关系和变化规律的经典情报学定量分析方法^[7]。因此对专利信息进行深度挖掘和计量分析成为当前信息情报研究的一种重要手段。通过对专利文献进行计量分析，可以更好地了解和掌握农业生物技术研究的发展态势。

本研究以Incopat数据库为数据源，根据各IPC号与农业生物技术的相关程度，并结合专家论证，通过主、副IPC号进行限制，获取农业生物技术领域的专利数据集。检索式为（ipc-main=（c12n or c07k14/195 or c07k14/37）AND ipc=（a01h or a01n or a23k））OR ipc-main=（a61k38/00 or a61k39/00 or a61k48/00）OR ipc=（c05f11/08 or c05f15/00 or c07k14/415 or a01h1/00 or a01h4/00），检索时间范围截止至2017年12月14日。采用文献计量分析的原理与方法，利用科睿唯安的数据分析工具Derwent Data Analyzer（DDA）实现统计分析与数据清洗功能。借助于Incopat数据库专利分析平台以及EXCEL等数据处理软件对农业生物技术的相关专利进行计量和可视化分析。分别从专利申请趋势、国家和机构竞争态势、技术领域构成以及高价值专利进行领域发展态势分析，通过统计分析揭示生物技术领域的发展趋势。

1 专利申请总体态势分析 1.1 全球农业生物技术专利申请态势分析

全球农业生物技术专利的申请态势整体呈上升趋势，在一定时间范围内，经历了萌芽、增长、高峰和迂回阶段，现阶段迂曲平稳增长。

在农业生物技术领域，全球最早的专利申请出现在1908年，是瑞士个人提交的涉及一种植物再生肥技术的保护（CH41006A）。澳大利亚的第一篇农业生物技术专利出现在1967年（AU1719767A）。日本的第一篇农业生物技术专利出现在1971年（JP48026554A）。中国的第一篇农业生物技术专利出现在1985年，由河北省科学院微生物研究所提交的涉及一种棉籽壳生料栽培香菇的技术方法（CN85101598A）。美国的第一篇农业生物技术专利出现在1993年，是由个人提交的涉及一种新的蛋白质-多聚阳离子偶联物技术（US20030027773A1）。

从农业生物技术的专利申请趋势判断，研发虽然仍在持续，但专利激增阶段已经过去，目前进入平稳增长期，推测农业生物技术已经进入大规模产业化阶段（近2年的专利申请数据受公开时滞影响，仅供参考，下同）。

1.2 中国农业生物技术专利申请态势分析

我国农业生物技术专利的申请态势整体呈现上升趋势，在一定时间范围内，经历了萌芽、增长、高峰阶段，现阶段迂曲平稳增长。最早的在华农业生物技术专利出现在1985年，是河北省科学院微生物研究所提交的涉及棉籽壳生料栽培香菇的技术（CN85101598A）。1985年至1993年，在华农业生物技术专利年度申请量不超过50件。1993年开始，在华农业生物技术专利年度申请量（50-1 000件/年）增加迅速，2008年开始进入增长高峰期，年度申请量超过1 000件/年。从在华农业生物技术的专利申请趋势判断，研发虽然仍在持续，但专利激增阶段已经过去，进入了迂回平稳增长期。

2 国家和机构竞争态势分析 2.1 国家专利布局分析

专利布局体现了某一技术领域在专利应用国的申请情况，可表明对市场的抢占情况和专利布局的情况。农业生物技术相关专利在全球布局广泛，共涉及20多个国家/地区组织。其中，主要布局国家是中国，其次是日本和美国。从国际市场布局看，中国、日本和美国是农业生物技术研发机构比较关注的市场。图 3列出了TOP15国家/地区的专利布局情况。

2.2 机构竞争态势分析

农业生物技术专利申请量排名可以反映出该领域的活跃机构，并体现出技术的集中与垄断程度。图 4列出了农业生物技术专利重点申请机构的情况。美国陶氏杜邦公司、德国拜耳公司、德国巴斯夫公司、中国化工公司、中国科学院是农业生物技术相关专利申请量最多的前5家专利权机构，专利量均在1 500项以上。

从TOP20专利权机构的类型来看，属于企业的有8家，属于高校的有8家，属于科研机构有4家，且排名前4位的机构均来自企业。可以看出，生物技术领域的相关技术研发和专利申请主要是由企业主导。从TOP20专利权机构国别来看，有7家机构来自美国，7家机构来自中国，3家机构来自德国，2家机构来自日本，1家来自瑞士。美国的7家机构中不仅有陶氏杜邦、罗氏公司等跨国公司，还有加州大学等世界知名大学。中国的7家机构，中国化工由于收购了先正达，专利数量位居第4，其余6家均没有企业，说明中国的企业在农业生物技术研发比较垄断。

从研发机构专利的技术构成（IPC分类）看，TOP10机构的专利主要集中在C12N（微生物或酶；其组合物）等13个技术方向上。其中，在C12N（微生物或酶；其组合物）、A01H（新植物或获得新植物的方法；通过组织培养技术的植物再生）和肽（C07K）3个方向上的专利量最多（图 5）。可以看出，在农业生物技术领域，关于微生物及其组合物、植物组织培养技术和肽方面的研究是当前研究的主要关注点。

通过对各机构在华的专利申请分析可以看出，中国科学院、中国农业科学院在该领域具有绝对的优势，3家农业类学校优势也相对明显。在TOP16家机构中，有5家机构为海外机构。从机构性质上看，在华TOP16家专利权机构中，高等院校8家、企业5家、科研院所3家，但科研机构的专利申请量排名靠前（图 6）。

企业科技竞争力的提升，除了依靠自身的技术学习与积累之外，一条重要途径就是加强产学研合作^[8]。加强产学研之间的合作，既是建设国家创新体系的内在要求，也是我国企业推进技术创新的必然选择^[9]。相比其它几个主要国家，科研机构和高校在我国生物技术领域，特别是在通过产学研合作推进我国相关技术快速进步及产业化发展进程中发挥了重要作用。

3 技术领域态势分析

本节主要从宏观技术领域（IPC分类号）和微观技术领域（技术功效矩阵）来对农业生物技术的主要研发方向进行分析。通过技术领域态势分析可以了解农业生物技术目前涉及的技术领域以及技术领域的专利分布情况。

3.1 农业生物技术研发方向 3.1.1 全球农业生物技术研发方向

国际专利分类（IPC）是国际通用的、标准化的专利技术分类体系，蕴含着丰富的专利技术信息。通过对专利的IPC进行统计分析，可以准确、及时地获取该领域涉及的主要技术主题和研发重点^[10]。

通过对IPC分类进行分析，全球农业生物技术相关专利主要集中在人类生活必需（A类）和化学冶金（C类）中，此外，还涉及物理（G类）、作业运输（B类）、纺织造纸（D类）、机械工程（F类）、电学（H类）等技术类别。可见，农业生物技术是领域交叉较为广泛的技术。从细化的角度分析生物技术的技术研发方向，发现微生物、酶及其组合物是生物技术相关专利最关注的技术方向，其次是蛋白质医药，即医用、牙科用或梳妆用的配置品和新植物或获得新植物的方法。对微生物、酶及其组合物和蛋白质医药两个聚集度较强的技术进一步细化，发现在微生物或酶技术中，突变或遗传工程/遗传工程涉及的DNA或RNA/载体（如质粒）或其分离/制备或纯化、未分化的人类/动物或植物细胞、微生物本身及其组合物、酶是研发重点方向；在蛋白质医药中，含肽的医药配制品、含有抗原或抗体的医药配制品、含有插入到活体细胞中的遗传物质以治疗遗传病的医药配制品及基因治疗是研发重点方向。

3.1.2 中国农业生物技术研发方向

从IPC分类来分析，在华农业生物技术相关专利主要集中在人类生活必需（A类）和化学冶金（C类）中，此外，少量专利涉及作业运输（B类）、纺织造纸（D类）、物理（G类）等技术类别，可见，农业生物技术是领域交叉较为广泛的技术。从细化的角度分析农业生物技术的技术方向布局，发现微生物或酶是在华生物技术相关专利最关注的技术方向，其次是新植物或获得新植物的方法和肽。对微生物或酶和新植物或获得新植物的方法两个聚集度较强的技术进一步细化，发现在微生物或酶技术中，突变或基因遗传工程/遗传工程涉及的DNA或RNA/载体（如质粒）或其分离/制备或纯化、微生物本身及其组合物、未分化的人类、动物或植物细胞、酶及其组合物是研发重点方向；在新植物或获得新植物的方法技术中，通过组织培养技术的植物再生、有花植物、改良基因型的方法是重点研发方向。

将中国农业生物技术领域主要技术方向与全球相比，排名第一的技术均是微生物、酶或其组合物。在全球农业生物技术的主要研发技术中，蛋白质医药相关技术排名第二，但在中国关注度较低，排名第五。通过将中国与全球农业生物技术领域主要技术方向进行对比，可以发现中国与全球的不同点，从而可以为该领域下一步的研究方向和研发重点的制定提供参考。

3.2 农业生物技术领域分类

为了进一步探索农业生物技术领域的主要技术，我们在专利分析中引入专家智慧。通过专家知识对专利IPC的解读进行归纳和汇总。基于专业理解，农业生物技术领域可以分为生物技术育种、应用化学、农业/乳制品和动物科学、蛋白质医药、微生物/酶或其组合物等子技术。其中，生物技术育种技术又分为基因改良、植物培养技术，应用化学又分为各种剂、各种肽和有机肥料技术，农业/乳制品和动物科学主要为饲料技术。我们选取基因改良技术作为下一步技术功效分析的技术领域。

3.3 基因改良技术领域技术功效分析

由表 2可知，基因改良技术领域对应的IPC是A01H1/00，相关专利15 669件。通过合并同族，得到10 082个专利家族，即10 082项专利（一项专利即为一个专利家族，可对应多件专利）。再经过专家判读，获得密切相关的专利6 163项。以密切相关专利为分析对象，从申请布局维度进行基因改良技术的专利布局分析。

3.3.1 基因改良技术的“技术—功效”框架

结合资料调研情况及专家知识，将基因改良技术进一步分为A核酸序列、B转基因植物、C转基因微生物、D新植物或获得新植物的方法、E特殊用途酶和F其他培育方法5个一级子技术。其中，A核酸序列包括A1基因序列、A2调控序列、A3载体、A4基因组编辑和A5其他技术5个二级子技术；B转基因植物包括B1抗虫植物、B2抗病植物、B3耐除草剂植物、B4品质改良植物、B6抗逆境植物、B7特殊用途转基因植物或组织和B8其他技术8个二级子技术；C转基因微生物包括C1抗虫微生物和C2次生产物生产2个二级子技术；D新植物或获得新植物的方法包括D1改良基因型的方法、D2改良表现型的方法、D3植物生长调节剂和D4氨基酸取代、缺失、添加技术4个二级子技术。对二级子技术进行技术拆分，可拆分为31个三级子技术。

将技术产生的影响（即功效）分为提高土地利用率、环境友好、提高营养、降低成本、提高效率、扩大应用范围、产生优良新品、提高安全性、其他用途以及无应用/没有实际功能10种一级功效。针对每个子技术构成的关键技术和功效具体产生作用环节细分后的具体技术构成和功效分解见图 9。

基于基因改良技术分解框架，结合基因改良技术的10个重要的功效指标，构建出基因改良技术的“技术-功效”矩阵，并由专家对专利逐条解读。一项专利可能同时从多个方面提升基因改良技术的多个性能，因此一项专利可能属于多个“技术-功效”单元。以此为基础，分析基于技术功效框架下的全球基因改良技术专利的布局情况，发现未来研发的优势区、机会区和空白区。

3.3.2 全球专利布局分析

表 3展现基因改良相关技术点专利申请布局，从表中可以看出基因改良技术专利保护的密集区和稀疏区。表中用橙色标注技术保护相对密集区（申请量高于100项），用绿色标注技术保护稀疏区（申请量少于10项）。

基于技术-功效框架的专利申请布局看，基因序列和改良基因型的方法（专利申请量超过500件）相对于其他子技术的专利申请更为活跃。从解决的问题看，国际基因改良技术最主要的研发目的是提高土地利用率、降低成本、提高效率、扩大应用范围和产生优良新品。其中，通过杂交/自交的方法或设备达到产生优良新品的专利最多（529项），其次是通过发育控制技术达到提高土地利用率（527项），另外通过其他培育方法的创新提高效率（474项）、通过色其他转基因植物技术提高土地利用率（347项）、通过杀虫蛋白表达技术降低成本（237项）、通过营养优化植物提高营养（236项）这几个技术点也是专利保护密集区。

基因改良技术领域现有的5大子技术分类（A核酸序列、B转基因植物、C转基因微生物、D新植物或获得新植物的方法、E特殊用途酶、F其他培育方法）中，通过转基因植物产生优良新品和提高安全性是专利保护的空白点，即目前还没有专利申请，其他基因改良技术的专利保护已经深入到技术的各个环节。从功效来看，提高安全性方面的专利保护相对稀疏。

4 高价值专利分析

Narin等^[11]认为，专利被引次数作为确认企业重要专利的指标，如果一项专利被后来的许多专利所引用，则表明该专利是一项比较核心和重要的技术，并且专利的引用在公布后的2-4年能够达到峰值。韩志华^[12]则给出核心专利的定义，即在某一技术领域中处于关键地位。黄鲁成等^[13]认为高价值专利指的是对技术发展具有突出贡献的，对其他专利或技术具有重大影响的，并且具有重要经济价值的专利。

本文的高价值专利依据Incopat数据库的合享价值度进行筛选。合享价值度主要依赖于合享新创自主研发的专利价值模型实现，该专利价值模型融合了专利分析行业内最常见和重要的技术指标：专利类型、被引证次数、同族个数、同族国家数量、权利要求个数、发明人个数、涉及IPC大组个数、专利剩余有效期等20余个。在此基础上，进一步根据每个指标对价值度的影响力，设定各指标的影响因子，实现对每篇专利进行专利强度自动评价，为遴选重点专利提供参考。价值度分为10个等级，从低到高位1-10。

从全球农业生物技术的专利价值度分布分析，价值度在8-10之间的专利居多，占比接近45%。本研究遴选了价值度为10的专利作为高价值专利。可以发现，高价值专利的申请时间集中在2003-2007年，主要侧重于微生物或酶及其组合物/繁殖、保藏或维持微生物/变异或遗传工程、培养基医用、牙科用或梳妆用的配制品、肽、新植物或获得新植物的方法/通过组织培养技术的植物再生等技术。拜耳（MONSANTO COMPANY）、巴斯夫（BASF PLANT SCIENCE GMBH）、陶氏杜邦等是高质量农业生物技术专利的主要申请人。

从在华农业生物技术的专利价值度分布分析，价值度在4-5之间的专利居多，占比接近45%。对高价值度专利进行分析，专利的申请时间集中在2008-2011年，主要侧重于微生物或酶及其组合物/繁殖、保藏或维持微生物/变异或遗传工程、新植物或获得新植物的方法/通过组织培养技术的植物再生、医用、牙科用或梳妆用的配制品等技术，对高质量专利进行聚类分析，发现主要集中于耐逆性、抗原呈递细胞、复合微生态制剂、水解产物、昆虫抗性等技术。中国科学院、中国农业科学院、拜耳公司、陶氏杜邦公司、中国农业大学、南京农业大学、巴斯夫公司、诺维信公司是在华高质量专利的主要申请人。

将在华专利和全球专利价值度比较可以看出，在华专利价值度相对较低，价值度在4-5之间的专利居多，而全球专利价值度在8-10之间的专利居多。另外，在华专利高价值专利申请的时间集中年份相对靠后。最后，在华专利的高价值专利申请人主要集中在科研机构和大学，而全球的高价值专利申请人主要集中公司。

5 结论与建议

本文通过对农业生物技术领域竞争态势进行了总体概括和具体分析，通过领域专利分析可以发现世界和中国的生物技术研究力量的分布情况，了解各国、各机构之间的研发重点，进一步了解生物技术当前发展情况和未来的发展潜力，为我国政府和企业制定下一步的计划提供了科学可靠的依据。通过分析可以得出：

（1）国际农业生物技术研发热度下降，而我国正日渐升温。全球农业生物技术专利申请呈现出新趋势：2010年前专利量的增长主要是以杜邦、巴斯夫、拜耳、收购前的孟山都、收购前的先正达等为代表的跨国公司或农业生物技术公司所引起的；2010年之后这些公司的专利申请呈现出下降趋势。特别是近两年，业务模式相对单一的孟山都公司和先正达公司分别被农化巨头拜耳和我国的中国化工所收购，这正是国外农业生物技术研发热度下降的一种真实写照。反观，目前我国的农业生物技术正处于迅速发展阶段，并成为2010年之后的全球农业生物技术专利申请量增长的主要贡献者。

（2）国际大公司依然处于优势地位，而我国机构正在打破这种局面。目前，杜邦、巴斯夫、拜耳和陶氏公司，特别是杜邦、巴斯夫和拜耳的专利量均超3000件以上，拥有绝对性的优势。当2010年之后，我国的科研和高等教育机构所科研已成为全球农业生物技术专利申请量增长的主要贡献者，如中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学等正在打破原有的以跨国农化巨头所垄断的研发格局。同时，我国化工行业的巨头—中国化工通过收购先正达公司，也步入农业生物技术的研发竞争格局中。

（3）我国农业生物技术增长速度较快，但质量有待提高。我国生物技术产业虽然起步较晚，但近些年发展态势良好，以基因工程为核心的研制开发颇具规模。但我国农业生物技术的质量相对较低，市场转化率低，难以发挥助推经济创新发展和转型升级的作用。专利撰写水平，专利的被引，转化许可等产业应用有待提高；专利技术的产业化程度还很不足，尤其是科研院所和高校与企业间的技术产业化市场化转化程度较低。

（4）在基因改良技术领域，基因序列和改良基因型的方法相对于其他子技术的专利申请更为活跃。解决的问题大多集中在提高土地利用率、降低成本、提高效率、扩大应用范围和产生优良新品。其中，通过杂交/自交的方法或设备达到产生优良新品、通过发育控制技术达到提高土地利用率以及通过其他培育方法的创新提高效率、通过其他转基因植物技术提高土地利用率等也是专利保护密集区。基因改良技术领域中通过转基因植物产生优良新品种和提高安全性是专利保护的空白点，提高安全性方面的专利保护相对稀疏，相关研究机构应加强研发和布局。