基于专利的玉米生物育种技术景观分析
作者：北京工业大学经济与管理学院吴菲菲，栾静静，黄鲁成，苗红
面对我国供求形势日趋严峻的粮食问题，加快生物育种技术研究成为解决问题的首选。基于德温特数据库，采用技术景观分析法，从专利权人合作景观、热点技术分布景观和技术主题景观等多个层面，对玉米生物育种技术领域的专利进行全景观分析。结果表明，目前全球玉米生物育种技术研究主要集中于玉米的品种特质转换、品种交叉、基因轨迹和转基因等，但在这些热点技术领域我国仍面临极大的挑战。
技术景观分析是借用了景观的概念，“景观”(landscape)通常是指某核心对象与周围环境构成的全貌，如园林景观、城市景观。尽管国内外对于技术景观分析还没有明确的定义，但其本质是以某技术为对象，从时间、技术或空间维度全方位、多视角观察和分析，以揭示技术现状的全貌。技术景观分析不同于一般的专利计量分析，其不仅可以从宏观上了解技术的发展趋势，还能从微观上聚焦具体研究内容和热点。国外已有采用技术景观分析方法得到的研究成果。例如，Dara和Sangamwar从发明人、专利权人、合作网络、地理分布、专利趋势分析、技术评估引用地图、IPC和CPI代码等角度，对1993~2013年的抗癌专利进行技术景观与目标分析，不仅发现抗肿瘤技术的研究主要集中在遗传学和免疫学领域，而且指出肽技术是下一步基因治疗的主要技术。本文采用技术景观分析法，对玉米生物育种技术，从专利时间变化趋势、地域空间分布，以及专利技术内容、持有者、合作状态等多维度扫描，描绘玉米生物育种技术的全球发展现状，并据此提出中国玉米生物育种技术面临的挑战。
1数据与方法
1.1数据来源
德温特创新索引数据库(Derwent InovationIndex，DI)是世界上最全面的国际专利信息数据库，收录来自全球40多个专利机构(涵盖100多个国家)的1000多万条基本发明专利。为保证数据获取的可靠性，本文以文献中给出的生物育种检索式，结合主题词“玉米”进行精确检索，具体的检索式为：主题=“biological breding”、“cropbreding”、“plant breding”或biobreding，以及“corn”、“maize”、“Indian corn”、“ear of maize”、“mealie”，检索时间跨度为所有年份，数据下载时间为2015年6月20日，共获取170个专利族。
1.2分析方法及步骤
技术景观分析可以从宏观与微观两个视角展开。宏观分析重点描述技术随时间的总体变化趋势，以及技术的地域空间布局。宏观分析方法以专利数量的统计分析为主，结合可视化技术呈现分析结果。微观分析旨在揭示技术的研究内容、研究热点、合作申请专利情况、技术主要拥有者及技术战略。微观分析方法不仅采用专利数据的统计分析方法，还要运用文本挖掘和网络分析方法。
2玉米生物育种技术景观
宏观分析重点利用专利数量统计分析结合可视化技术，描述技术随时间的总体变化趋势，以及技术的地域空间布局。对全球玉米生物育种技术在时间上和空间上的技术景观分析，可以从整体上把握技术的发展全貌。
2.1玉米生物育种技术宏观分析
2.1.1专利时间变化趋势
专利时间变化趋势利用每年的专利族数量变化表示。图2显示了全球玉米生物育种技术的发展趋势。由于专利公开时间和数据库更新的滞后，近2~3年的专利数量统计不全，因此，本文分析数据截至2012年。从专利数量随时间变化来看，明显呈现出4个阶段。第一阶段1983~1997年，为技术起步阶段，此阶段专利族数量极少；第二阶段1998~2004年，为技术徘徊阶段，尽管专利族数量1998年较之以前有明显增长，但增长趋势没有保持，反而逐年略有下降；第三阶段2004~2010年，为快速发展阶段，专利族数量快速增长，2010年达到最高峰，有335个专利族；第四阶段2010~2012年，尽管年专利族数量较之前仍有增长，但增值率有下降趋势。玉米生物育种技术呈现出的时间变化趋势表明，该技术发展已经跃过了快速成长阶段，逐步进入稳定的技术发展成熟阶段，而此阶段恰恰是相关产业发展的重要时期。
2.1.2技术地域空间分布
技术的地域空间分布通过各个国家在玉米生物育种技术的专利族数量表示。
表 1 玉米生物育种技术各国专利族数量
由于专利可以在多个国家提交申请，为避免专利的重复计算，本文以优先权国家专利族数量为统计标准。表1显示各个国家在玉米生物育种技术的专利族数量。从表1可知，美国占据首位，有1714个专利族。加拿大和中国分别位于第二位和第三位，分别占有29个和28个专利族，数量远远少于美国。
将表1数据可视化得到图3技术地域空间分布世界地图。图中国家颜色的深浅代表专利数量的多少，颜色越深，专利数量越多，反之越少。从图3可知，玉米生物育种技术主要以北美洲和亚洲为主。玉米生物育种技术的地域空间分布状态表明，北美洲是该技术的主要拥有者，且专利数量明显领先，这既给后发者带来研究挑战，同时也为共同面对粮食危机问题提供了国际合作的可能。
2.2玉米生物育种技术微观分析
微观分析旨在揭示技术的研究热点、合作申请专利情况及研究内容。微观分析方法不仅采用专利数据的统计分析揭示技术的主要拥有者、技术战略，而且运用文本挖掘和社会网络分析揭示技术的研究热点、研究内容及合作申请专利情况。
2.2.1玉米生物育种技术研究热点
研究热点是指在某一段时间内，有内在联系、数量相对较多的一组论文所探讨的科学问题或专题。本文采用国际专利分类号(IPC)对技术领域分类进行统计，通过主要技术的共现网络揭示玉米生物育种技术领域的热点技术。表2列出了玉米生物育种技术领域专利数量排名前10位的技术分类。从表2可知，A01H-005/00专利数量最多，该分支对应的技术领域是“有花植物，即被子植物”，但该分类还不足以揭示热点技术，利用专利分类号的共现网络可以识别相关领域的关键技术，突出热点技术在整个网络结构中的重要作用，更准确具体地揭示技术的研究热点。图4是玉米生物育种主要技术的共现网络，图中节点大小代表专利中IPC出现频次的多少，连线粗细代表IPC共现关系的强弱。
从图4可知，A01H-005/00(有花植物，即被子植物)、A01H-005/10(种籽)和A01H-001/00(改良基因型的方法)三者不仅出现频次多，而且共现关系强，说明目前玉米生物育种技术的研究热点为有花植物种籽基因改良方法。此外，从共现关系和出现频率看C12N-005/04(植物细胞或组织)，A01H-001/02(杂交的方法或设备，人工授粉)、C12N-015/82(种间融合得到的细胞)也是目前被关注的热点技术。
2.2.2不同公司玉米生物育种技术战略
技术战略是公司如何选择与开发利用技术的决策与计划，研发投入是技术战略实施和目标实现的核心因素。本文的技术战略通过技术高产机构持续的专利产出反映。根据专利数量的统计得到玉米生物育种技术排名前10位的高产机构。从表3可知，玉米生物育种技术主要集中在美国的公司，其中先锋良种国际有限公司的专利数量最多，所占比例高达75.75%。
图5显示了排名前10位的专利权人的活跃程度。从图5可知，先锋良种国际有限公司不仅专利申请时间早于其他公司，而且专利申请活动持续。采用相似技术战略的还有先正达公司、孟山都公司和杜邦公司。
迪卡遗传学公司尽管专利申请时间较早，但专利申请不持续，同样没有显示持续研发的还有印第安纳波利斯公司、霍尔顿种子有限责任公司、鲁滨孙种子有限公司、巴斯夫植物科学公司和斯泰恩种子农场公司。
不同公司的技术战略分析对于准确确定竞争对手和选择自己的竞争战略具有重要的价值，持续研发投入的公司成为现有主要竞争者，但未有持续专利产出的公司，因其曾经占有的专利，仍会在竞争中拥有一席之地。
2.2.3玉米生物育种技术专利合作申请情况
基于Java的Aduna聚类地图，可将创新合作关系可视化呈现。企业间的创新合作可以实现知识与技能的共享与传递，还可以有效降低科研成本、节约学术资源、提高科研效率与学术竞争力等。图6显示了专利数量排名前10位的高产机构之间的合作关联关系。不同颜色代表不同的机构，多种颜色交汇区域点的数量代表机构合作申请的专利数量。
从图6可知，目前玉米生物育种技术主要拥有者以独立研究为主，仅出现2个小规模的合作网络，分别是以先锋良种国际有限公司和杜邦公司为主的合作团队，以及以迪卡遗传学公司和孟山都技术有限公司为主的合作团队。从合作专利数量看，前者的合作强度高于后者，但目前整体上合作强度较低。先正达公司虽然专利数量多，但是与其他高产机构未见明显的合作关系。现有的合作关系表明，强强联手是合作关系的特点，要想获取共同研发的机会要提高自身的能力。
2.2.4玉米生物育种技术主题景观
技术主题景观是通过文本挖掘，对1770个专利族的标题和摘要字段聚类而得，再利用技术景观图的形式可视化展示。图中等高线刻画了专利的数量，形成地形图，地图中技术主题聚集的地方形成山峰，一个主题中专利数量越多，其山峰将越高。图中每个点代表1篇专利，点与点的距离表示专利主题的近似程度。图7显示了玉米生物育种技术的主题景观图。
图7中红色标注的4个区域专利密集，从图可解读出：玉米生物育种技术专利内容主要涉及玉米品种特质转换、玉米品种的交叉、玉米基因轨迹和转基因技术。其余区域的专利主题相对分散，也比较均匀。技术主题景观为确定今后的研发方向提供了信息支持。
3结果与启示
通过玉米生物育种技术景观分析，可得到如下结果：1玉米生物育种技术已进入成熟发展阶段，对相关产业的发展提供了有力的技术支撑；2玉米生物育种专利主要掌握在美国和加拿大的公司手中，中国在亚洲占有一定的优势；3玉米生物育种技术的研发热点为有花植物种籽基因改良方法；4多数技术优势企业的技术战略为持之以恒的持续投入；5目前技术优势企业间的合作关系强度不高；6目前技术研究内容集中于玉米品种特质转换、品种交叉、基因轨迹和转基因技术。
我国人口压力大，资源紧缺且环境恶化亟待改善，粮食中长期供求形势依然十分严峻。玉米是我国主要的粮食作物，因此，加强玉米生物育种技术研发意义重大。上述对全球玉米生物育种技术的景观分析结果，给我们如下重要启示：1目前玉米生物育种技术专利主要掌握在美国的公司手中，因此，我国在该技术领域的研发创新面临着巨大的挑战；2拥有技术优势的公司持续研发投入战略实施，进一步增加了我国在该技术领域有所建树的难度；3强强合作是提高创新效率的有效方式，因此，寻找国际合作和国内合作机会值得认真思考；4应基于目前的研究热点和研究主题，选择我们的创新方向，形成自身的创新特色。
来源：《中国生物工程杂志》，有删节
