苜蓿产业技术国际专利态势分析

邢 颖， 董 瑜，杨艳萍

（1.中国科学院科技战略咨询研究院，北京 100190；2.中国科学院文献情报中心，北京 100190）

近年我国畜牧业特别是奶业快速发展，但是苜蓿（Medicago sativa L.）需求缺口巨大，2014 年进口苜蓿干草88.4万t，居全球第2位 （江影舟等，2016）；我国苜蓿的创新成果、技术和产品尚不能满足产业快速发展的需要，缺乏产业升级的突破性成果和关键性技术（孙启忠等，2013）。近年我国对苜蓿产业的发展越来越重视，出台了多项政策对苜蓿业的发展进行支持和调控。如2012年中央一号文件决定启动 “振兴奶业苜蓿发展行动”。2015年中央“一号文件”明确要求“支持苜蓿等饲草料种植”。农业农村部2015年印发《关于进一步调整优化农业结构的指导意见》《关于促进草食畜牧业加快发展的指导意见》《2015年畜牧业工作要点》等，提出一系列发展饲草料产业体系的指导意见。

目前针对苜蓿产业研发态势的研究主要是定性的文献回顾，应用定量的文献计量方法开展的相关研究很少，且基本是从研究论文的角度对国内的苜蓿研发态势和热点进行分析，如杨文静等（2016）和张小甫等（2017）利用文献计量和社会网络分析了国内苜蓿研究的热点。此外，还有少量研究针对牧草的论文和专利开展了文献计量研究（杨景宁等，2017；张燕飞等，2017；郑海朋等，2017）。综合来看，现有研究欠缺针对苜蓿且覆盖国际发展态势全局的专利分析。本研究以苜蓿为研究对象，围绕苜蓿种植、加工、利用等农产品与饲料产业链上的相关技术进行国际专利态势分析，重点针对总体研发态势、主要技术领域、研发热点，及主要国家、重要机构的研发产出与布局开展深入分析，全面揭示苜蓿相关产业技术的专利研发态势，为我国草牧业发展与技术创新管理决策提供参考。

1 研究方法

本研究主要综合利用了基于专利数据的文献计量分析方法和比较分析、内容分析等定性分析方法对苜蓿产业技术的专利态势进行研判。专利数据的文献计量分为专利数据采集，包括制定检索式、数据下载和清理，及专利数据分析两大步骤。专利数据分析采用了科睿唯安公司的Derwent Data Analyzer （DDA）、DI （Derwent Innovation）和Dialog公司的Innography等工具，分别对专利数量的年度变化、专利申请的国家分布、苜蓿产业链各技术领域的专利数量和主题、主要专利研发机构及核心专利进行了统计分析、聚类分析和图谱分析。

研究利用 “关键词+IPC国际专利分类号”的策略构建了苜蓿产业技术相关专利的检索式：TS=（Alfalfa or Medicago or Lucerne or"purple medic"or burclover or medick)and IP=（A23K*or A01G*or C12N*or C05G*or A01N*or A01H*or A01P*or A01C*or C12R*or C05F*or C07K*or A01B*or C12Q*or A01D*or A01F*or A23N*or A01M*or A01K*or C05D*or C07H-021/04)not IP=（B09C*）。

2 数据来源

本研究利用了多个专利数据库，包括科睿唯安的 DII（Derwent Innovation Index）数据库、DI数据库和Innography数据库。首先制定检索式在DII数据库中进行检索，分析过程中再将获得的数据集导入DI数据库和Innography数据库分别进行检索及相应的分析。这些数据库在数据收录范围、加工方式、清洗程度、同族数据等方面存在差别，因此数据量会略有差别，但不影响分析结果的总体趋势。其中，DII数据库中的专利是以专利家族为单位统计的。一项专利家族是具有共同优先权的在不同国家或国际专利组织多次申请、多次公布或批准的内容相同或基本相同的一组专利文献，包含一件或多件专利。DI数据库和Innography数据库中的专利以单件计量。

3 分析结果

3.1 专利申请宏观态势分析 本研究从DII数据库共检索得到专利家族5266项，从DI数据库获得22208件专利，从Innography数据库获得15797件专利。

3.1.1 专利申请数量年度变化 专利优先权是申请人在一个《保护工业产权巴黎公约》缔约国首次提出申请后，可以在一定期限内就同一主题向其他缔约国申请保护，其在后申请可被视为是在首次申请的申请日提出的。因此专利申请的优先权年基本可以反映一项专利技术的产生时间。5266项苜蓿相关同族专利按优先权年来看总体呈增加趋势（图1），数量的变化大体分为3个时间段，与杨春和王利明（2011）关于苜蓿产业发展趋势的判断相近。从1963—1995年，专利数量较少，年均不超过100项。1996—2004年，专利数量呈先快速上升，后保持稳定，每年接近300项的态势。同期，专利申请人数量经统计也大幅增加，从85个增长到566个，专利活动发展迅速（专利申请人数量对应的时间为申请年）。2005—2014年，专利数量和专利申请人数量再次快速上升，到2014年分别达到751项、1057人，10年增长了约一倍左右。

图1 苜蓿专利家族数量和专利申请人的时间分布

3.1.2 专利优先权国家 由于专利申请人通常会在其所在国申请专利后，再利用优先权申请国外专利，因此专利申请人优先权所属国的数量分布大体可以反映各个国家在该领域的技术实力。统计苜蓿相关专利的优先权国家，结果见图2。以美国为优先权国的专利数量最多，有2547项专利；中国位居第2，有1415项专利。

图2 优先权专利拥有数量排名前10的国家

3.2 技术领域与技术主题分析

3.2.1 专利技术领域分布 根据IPC国际专利分类号的含义，所获专利可以分别归入育种、栽培农艺、病虫草害防控、肥料、收获储藏加工的工艺与设备、饲料与饲养6个技术领域，各领域所对应的IPC分类号和专利家族数量见表1。数据显示，苜蓿育种相关专利占专利数量的最大部分，有2534项专利，占专利总数的48.1%；以苜蓿为饲料或利用苜蓿饲养各种畜禽水产动物和病虫草害防控相关专利分别列第2、3位，占29.0%和19.8%；总体来说，育种领域由于受到近年生物技术迅猛发展的推动而拥有较多的专利产出。

表1 主要技术领域覆盖的IPC国际专利分类号及专利家族数量

3.2.2 各技术领域专利数量年度变化 分析6个技术领域的专利家族的优先权年分布 （图3）显示，育种领域与其他领域在时间发展趋势上差别较大，从1996年开始专利数量急剧上升，2004年左右有所波动，此后继续大幅上升。由于育种领域专利数量最多，因此该领域的专利时间趋势在很大程度上影响了苜蓿总体的专利数量时间分布。其他领域的专利数量也基本从1996年之后有明显增加，但增加幅度明显低于育种领域。其中，饲料领域和病虫草害防控领域的专利数量在2009年之后大幅上升，饲料领域在2014年接近育种领域的专利数量。

图3 主要技术领域专利家族数量的年度趋势

3.2.3 各技术领域专利优先权国家 分析优先权专利最多的10个国家6个技术领域的专利数量，结果显示：育种领域美国、加拿大和中国是拥有优先权专利数量排名前3位的国家；栽培农艺领域中国、美国和前苏联是排名前3位的国家；病虫草害防控领域美国、加拿大和欧洲是排名前3位的国家；肥料领域是中国、美国和加拿大；收获加工工艺与设备领域是美国、中国和前苏联；饲料与饲养领域是中国、美国与前苏联。美国与中国分别在不同领域表现突出。美国主要的优势在育种、病虫草害防控和收获加工工艺与设备领域；中国主要的优势在饲料与饲养、肥料和栽培农艺领域。

3.2.4 技术热点主题 利用DI数据库的聚类和可视化功能绘制技术热点主题聚类分布图，并结合对专利内容的判读分析相关专利的热点主题。其中，育种领域的研究热点最多最集中，热点主题主要是转基因育种方面的技术。包括核苷酸编码基因与启动子、提高氮吸收利用相关基因的分离与应用、生物量相关核酸序列、农杆菌介导等遗传转化方法。栽培农艺领域的研究热点主要是贫瘠土地种植方法和种子生产技术，病虫草害防控领域的研究热点是除草剂和植物生长调节剂。收获加工工艺及设备领域的研究热点主要是收获打捆设备与方法、干燥脱水加工的设备与方法、青贮微生物、种子包被技术与包衣剂。饲料领域主要是各种功能的饲料配方。

3.2.5 核心专利的技术领域布局 Innography数据库的专利强度指标是根据专利权利要求数量、引用先前技术文献数量、专利被引用次数、专利家族情况、专利申请时长、专利年龄、专利诉讼等十余个专利价值相关指标计算得到，反映了专利价值或专利重要程度。苜蓿相关专利中，专利强度在9～10的核心专利共有240件，占Innography数据库检索到的全部专利的1.1%。240件专利强度大于9的核心专利中，超过半数为育种相关专利，共136件，占77.3%，数量远超其他技术领域。病虫草害防控技术领域有50件核心专利，占28.4%，排第2位。饲料与饲养领域有27件核心专利，排第3位（表2）。

表2 各技术领域专利强度大于9的核心专利数量

3.3 专利申请机构分析

3.3.1 主要专利申请机构 苜蓿相关专利的申请机构见表3。全球排前20位的专利申请机构中，大型跨国公司是最主要的专利申请主体，杜邦、巴斯夫、孟山都、陶氏益农、拜耳公司和先正达公司分别位列第1～6位，共占专利总量的25.4%。此外，美国CERES公司和科氏农艺服务公司分别占据第9、14位。其他12家机构为研究机构和大学，主要来自中美两国。其中隶属中国的机构有中国农业科学院、中国农业大学和中国科学院，分别排在第7、11和12位。隶属美国的机构为美国加利福尼亚大学、康奈尔大学等。俄罗斯、加拿大和法国也分别有3家机构排入前20位。大型跨国农业技术公司最近纷纷开展整合、兼并，由于数据下载分析时期公司整合兼并尚未发生，因此本研究仍以之前的公司为分析对象。

表3 专利家族数量/项排名前20的重要专利申请机构

选取专利数量较多的专利申请机构，同时综合考虑专利申请机构的国家分布和机构性质，确定对杜邦等10个专利申请机构进行重点分析。

3.3.2 主要专利申请机构的技术领域布局 统计主要专利申请机构各技术领域的专利数量，利用比较优势指数可分析不同专利申请机构分别在6个技术领域中的比较优势。计算公式如下 （王婷等，2011）：

RCAij=（Xij/Xi）/（Xj/X）；

式中：RCAij为某专利申请机构i在j子技术领域的专利比较优势指数，Xij为专利申请机构i在j子技术领域的专利数，Xi为专利申请机构i的专利数量，Xj为子技术领域j的专利总量，X为全部技术领域的专利总量。若结果中RCAij＞1，则表示该专利申请机构在该子技术领域具有比较优势；RCAij＜1，则表示该专利申请机构在该子技术领域不具有比较优势，RCAij接近1则表示比较优势或劣势不明显。该指标剔除了专利申请机构专利数量波动和不同领域专利数量波动的影响，可以较好地反映一个专利申请机构某一技术领域的专利数量与全体专利申请机构某一技术领域平均水平比较的相对优势。计算结果见表4。

表4 主要专利申请机构在各技术领域上的比较优势指数

数据显示，在育种领域，孟山都、美国加州大学、杜邦、巴斯夫和先正达的比较优势明显，表明这5家机构相对全部专利申请机构在育种领域的专利数量布局上具有更大的相对优势。在栽培农艺领域，3家中国机构相对其他机构具有明显的数量比较优势。在病虫草害防控领域，陶氏益农、拜耳、先正达和巴斯夫具有明显的比较优势，比其他机构更重视该领域的专利申请。在肥料领域，中国科学院、中国农科院比较优势较明显。在收获加工工艺设备领域，中国农业大学优势十分明显。在饲料与饲养领域，只有中国农业大学相对全体专利申请机构具有一定的数量比较优势。

对比分析6大跨国公司和3家中国机构热点专利主题的结果显示，6大跨国公司的专利基本覆盖了育种和病虫草害防控领域和牧草青贮加工的微生物菌制剂；热点研究主题较多集中在转基因技术相关的核苷酸编码基因与启动子、提高氮吸收利用相关基因的分离与应用、生物量相关核酸序列，以及除草剂等几个主题方向上。中国农科院、中国农业大学和中科院3家机构的专利主要分布在栽培农艺、收获加工工艺及设备、饲料与饲养等领域，在育种和病虫草害防控领域的分布很少；较集中的热点主题主要是苜蓿在干旱、盐碱地和贫瘠地的种植方法，耐非生物胁迫等。

3.3.3 主要专利申请机构的技术实力 基于Innography数据库，主要专利申请机构拥有的专利强度大于9的核心专利数量的统计结果见表5。在10家公司与机构中，核心专利基本上均隶属于6大跨国公司所有。其中，孟山都最多，达33件；其次是杜邦，有17件；巴斯夫、先正达、陶氏益农和拜耳的核心专利数量均小于或等于5；美国加州大学有1件。3家中国机构中，中国农业科学院和中国科学院在Innography数据库没有检出数据。中国农业大学的40件专利中没有专利强度大于9的核心专利，其主题是改进苜蓿种子质量和体积的方法。

表5 主要专利申请机构拥有核心专利的数量

4 结论

通过对苜蓿种植、加工、利用产业链上主要技术的专利申请与布局态势进行分析，得出主要结论包括：（1）苜蓿产业专利产出近年快速发展。（2）苜蓿育种技术领域的专利申请数量及核心专利数量最多，转基因相关技术是数量最多、最集中的研发热点主题。（3）美国和中国专利数量领先，技术布局各有侧重。（4）重要专利申请机构主要来自美国、德国和中国，大型农业跨国公司是最主要的专利申请主体。

基于以上结论，建议：（1）抓住我国发展畜牧业的历史机遇，大力推动苜蓿等重要牧草生产、利用的专利研发、申请和运营，提升苜蓿产业技术实力，支撑产业的创新发展。（2）重点加强育种、病虫草害防控、收获储藏加工等关键技术领域的研发布局，保持在饲料与饲养领域的技术研发优势。（3）引导研究机构、大学与企业根据自身研发基础与优势，调整研发领域布局，促进企业与研究机构、大学开展全产业链布局的技术合作。