陳明迪, 程興茹, 徐博, 張海文, 王旺田*, 王友華*
(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,蘭州 730070; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所,北京 100081)
中國(guó)是世界上最大的油菜產(chǎn)地,也是世界上最大的油菜產(chǎn)區(qū),菜籽油是我國(guó)居民日常食用的主要食用油[1]。與常規(guī)油菜相比,轉(zhuǎn)基因油菜具有省工省力、高品質(zhì)、高效益等優(yōu)點(diǎn),種植面積逐年擴(kuò)大,對(duì)加拿大、美國(guó)等國(guó)家均產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1985 年,第一例轉(zhuǎn)基因油菜誕生[2];1995 年,轉(zhuǎn)基因油菜在加拿大和美國(guó)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[3];1996 年,加拿大成為世界上第一個(gè)將耐除草劑轉(zhuǎn)基因油菜商業(yè)化的國(guó)家[4];2008 年,轉(zhuǎn)基因油菜在加拿大的播種面積達(dá)到油菜播種總面積的80%[5];2016 年,油菜籽進(jìn)、出口數(shù)量分別為1 579 萬(wàn)、1 613 萬(wàn)t[6];2017 年,加拿大種植的油菜中95%為耐除草劑轉(zhuǎn)基因油菜,進(jìn)、出口數(shù)量保持在1 572 萬(wàn)、1 653 萬(wàn)t;2020 年,世界油菜籽進(jìn)、出口總量分別為1 709.2 萬(wàn)、1 731.1 萬(wàn)t;同年,我國(guó)油菜種植面積達(dá)680 萬(wàn) hm2,總產(chǎn)量1 400 萬(wàn)t,菜籽油的產(chǎn)量和消費(fèi)量分別為635.7萬(wàn)和825萬(wàn)t,在全球中的占比分別為21.9%和29.2%,油菜單產(chǎn)從2011 年的1.83 t·hm-2上升至2020 年的2.06 t·hm-2[7-9];2021 年,批準(zhǔn)商業(yè)化種植的轉(zhuǎn)基因作物涉及29個(gè)國(guó)家(地區(qū)),總面積達(dá)1.955億hm2,其中有997 萬(wàn)hm2是轉(zhuǎn)基因油菜[10]。雖然到目前為止,我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化種植[11],但關(guān)于轉(zhuǎn)基因油菜的研究一直十分繁忙。
通過對(duì)全球?qū)@尚畔⒌姆治隹梢愿玫卣莆占夹g(shù)創(chuàng)新與研發(fā)動(dòng)態(tài),對(duì)研發(fā)熱點(diǎn)、專利布局、產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)等方面有著重要的指導(dǎo)意義[12-14]。本研究擬從歐洲專利局、世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織及美國(guó)、中國(guó)、日本等100 多個(gè)國(guó)家(地區(qū)),全面檢索與轉(zhuǎn)基因油菜有關(guān)的專利文獻(xiàn),分析轉(zhuǎn)基因油菜的總體發(fā)展趨勢(shì),為我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜的研發(fā)提供參考數(shù)據(jù),并根據(jù)近幾年我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜的專利申請(qǐng)狀況,對(duì)轉(zhuǎn)基因油菜的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化前景進(jìn)行預(yù)測(cè)。
選取1985至2022年在轉(zhuǎn)基因油菜技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù),從世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(World Intellectual Property Organization,WIPO)、歐洲專利局及美國(guó)、中國(guó)、日本、韓國(guó),以專利申請(qǐng)日為數(shù)據(jù)收集的時(shí)間基準(zhǔn),檢索式為(genetically engineered or transgenic or gene modification or GMO or 轉(zhuǎn)基因or 基因工程 or 基因修飾)and(rape or 油菜)。選題范圍包括:申請(qǐng)年份、國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)類別、國(guó)際專利申請(qǐng)類別等。由于植物新品種權(quán)的全球保護(hù)存在較大差異,因此本研究將世界各國(guó)(地區(qū))關(guān)于植物新品種專利保護(hù)的法律規(guī)定剔除,以反映世界各國(guó)(地區(qū))對(duì)植物新品種專利研究的普遍性。由于1 項(xiàng)專利從申請(qǐng)到發(fā)表需要1.5~3.0 年的時(shí)間,因此2020—2022年的數(shù)據(jù)只作為參考。
運(yùn)用 Office、DrawVenn、Excel 等軟件,對(duì)收集到的專利數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行計(jì)量分析。
為了更好地展示與轉(zhuǎn)基因油菜有關(guān)的專利,以專利名稱、摘要、權(quán)利要求為主要內(nèi)容,從PatSnap 數(shù)據(jù)庫(kù)中共搜索到與轉(zhuǎn)基因油菜有關(guān)的專利1 641項(xiàng)。因1個(gè)重要的專利往往不止被1個(gè)國(guó)家申請(qǐng),因此將這些國(guó)家同樣的申請(qǐng)組成1 個(gè)專利同組,以每組簡(jiǎn)單同組為1 個(gè)專利代表,整理后獲得專利652 項(xiàng);通過自主排除“非轉(zhuǎn)基因”與“非油菜”等無關(guān)的專利73 項(xiàng),共得到了全世界范圍內(nèi)轉(zhuǎn)基因油菜方面的專利579項(xiàng)。
以專利的申請(qǐng)量和公開量作為第一、二維度對(duì)全球轉(zhuǎn)基因油菜專利進(jìn)行過濾,結(jié)果如圖1 所示。在1985—2022 年間,相關(guān)專利的年度申請(qǐng)數(shù)量和公開數(shù)量較少,呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。在此之前,世界范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)基因油菜處于研究的初級(jí)階段。從年度專利數(shù)量上分析,我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜經(jīng)歷了緩慢增長(zhǎng)期、相對(duì)穩(wěn)定期、探索期以及快速發(fā)展期。
圖1 全球轉(zhuǎn)基因油菜領(lǐng)域?qū)@暾?qǐng)與公開的趨勢(shì)情況Fig. 1 Trend of global patent application and publication in the field of transgenic rapeseed
1985至1997年,轉(zhuǎn)基因油菜技術(shù)研發(fā)開始起步,此階段處于緩慢增長(zhǎng)期;1997至1999年,專利申請(qǐng)數(shù)量略有提升,研發(fā)處于相對(duì)穩(wěn)定期;2001至2007 年,專利申請(qǐng)數(shù)量波動(dòng)較大,此期間處于探索期,說明轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)的坎坷與不易;2008至2014 年,專利申請(qǐng)數(shù)量仍波動(dòng),但整體呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì),說明轉(zhuǎn)基因油菜的研發(fā)正在向好的趨勢(shì)過渡;2016 至2019 年,專利數(shù)量快速增長(zhǎng),在2019年專利申請(qǐng)數(shù)量達(dá)到48件,說明轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展期??v觀整個(gè)申請(qǐng)情況,科學(xué)家通過運(yùn)用基因工程來達(dá)到農(nóng)作物育種的目標(biāo),利用多種優(yōu)良遺傳變異資源提高農(nóng)作物的產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性、抗病蟲害、耐除草劑等農(nóng)藝性狀,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步推進(jìn)了油菜轉(zhuǎn)基因和其他基因工程技術(shù)的發(fā)展,使得油菜轉(zhuǎn)基因技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。
因?yàn)閷@谏暾?qǐng)之后,要經(jīng)過一段時(shí)間審核通過后才能公布,所以公布的數(shù)量與申請(qǐng)的數(shù)量相比有所滯后。2019 年之后,轉(zhuǎn)基因油菜的申請(qǐng)數(shù)量在不斷減少,而公開的數(shù)量卻在不斷增加。在此期間,轉(zhuǎn)基因油菜的工業(yè)化進(jìn)程長(zhǎng)期保持在較高水平,相關(guān)研究和開發(fā)也進(jìn)入了相對(duì)成熟的階段,需要挖掘更多新的功能基因。目前,轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物的研發(fā)已從單純的抗蟲、抗除草劑轉(zhuǎn)向多基因、高品質(zhì)等,然而,目前所栽培的轉(zhuǎn)基因作物仍以抗蟲、抗除草劑為主,對(duì)新科技產(chǎn)品的工業(yè)需求不高。另外,受全基因組選擇、基因編輯等新興技術(shù)和轉(zhuǎn)基因大豆等油料作物的影響,我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜的申請(qǐng)與公開數(shù)量始終處于較低水平。
重點(diǎn)技術(shù)構(gòu)成主要分為以下幾個(gè)方面:優(yōu)良功能性狀的轉(zhuǎn)入、基因組整合至生物體、利用分子生物學(xué)和生物化學(xué)的方法對(duì)油菜進(jìn)行鑒定等,這些技術(shù)是目前轉(zhuǎn)基因油菜研究中主要的技術(shù)方向。根據(jù)《中國(guó)專利文摘》(1999 年版)收錄的中國(guó)專利分類號(hào),以IPC(International Patent Classification,國(guó)際專利分類號(hào))為分類基礎(chǔ),將中國(guó)專利進(jìn)行歸類分析,分別按照《國(guó)際專利分類表》中各大類進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表1所示。
表1 轉(zhuǎn)基因油菜專利重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域分布Table 1 Distribution of key technical fields of transgenic rapeseed patent
根據(jù)轉(zhuǎn)基因油菜各IPC 的專利申請(qǐng)數(shù)量,排名前10 的類別中以C12N 與A10H 為主。其中,C12N 有4 個(gè)子類別,共占總專利數(shù)量的44.89%;A10H 也有4 個(gè)子類別,共占專利總量的38.81%。在C12N 類別中,主要是作用于微生物或酶及其組合物、變異或遺傳工程、微生物學(xué)的試驗(yàn)介質(zhì)入;在A10H 中,主要是應(yīng)用于植物種質(zhì)資源、品種改良、組織培養(yǎng)技術(shù)與植物再生。除了上述兩大類之外,C07K 和C12Q 還包含了對(duì)轉(zhuǎn)基因油菜酶、核酸或微生物進(jìn)行檢測(cè)或檢測(cè)方法的研究,這些都與其核心技術(shù)有著密切的聯(lián)系。其中,以C07K為代表的多肽類化合物中以蛋白質(zhì)類為主,他們被認(rèn)為是未來二代轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物開發(fā)的重要方向。另外,也有屬于C12Q 類別的專利,它們是用于開發(fā)轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)所需的測(cè)試技術(shù)。從IPC 分布來看,目前轉(zhuǎn)基因油菜的研究主要集中在基因工程、遺傳育種和種質(zhì)資源的開發(fā),并逐步轉(zhuǎn)向新功能基因的發(fā)掘、二代轉(zhuǎn)基因作物的開發(fā)和共性技術(shù)的研究。
通過將IPC 重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域與申請(qǐng)量作為主要過濾項(xiàng)(IPC 主分類號(hào)為第一維度、申請(qǐng)量為第二維度)對(duì)全球轉(zhuǎn)基因油菜專利進(jìn)行分析,結(jié)果(圖2)表明,在前10 個(gè)重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域中,C12N15和A01H5 從1996 年始便居于轉(zhuǎn)基因油菜技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的最高位。在歷年油菜專利申請(qǐng)中,除1997 和2015 年的申請(qǐng)數(shù)量比A01H5 稍低外,C12N15的數(shù)量要高于其他技術(shù)領(lǐng)域;A01H5排在第二位,也一直保持在較高水平。這充分說明轉(zhuǎn)基因油菜專利技術(shù)主要分布在突變或遺傳工程、組織培養(yǎng)技術(shù)、重組技術(shù)、編碼植物蛋白質(zhì)及種質(zhì)資源方面,且有很大的發(fā)展與創(chuàng)新空間。在2000、2005 和2019 年之后,C12N15 的數(shù)量出現(xiàn)下滑,可能是隨著該技術(shù)體系的逐漸完善與成熟,研究達(dá)到臨界點(diǎn),領(lǐng)域投入與研發(fā)力度逐漸減緩,從而造成專利申請(qǐng)數(shù)量有所下降??偟膩碚f,各主要領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量下降與大型跨國(guó)企業(yè)的申請(qǐng)量下降有關(guān),這表明孟山都與杜邦先鋒等少數(shù)幾家跨國(guó)企業(yè)已經(jīng)成為轉(zhuǎn)基因作物專利申請(qǐng)量的主要來源,對(duì)全球?qū)@暾?qǐng)量產(chǎn)生重要影響。其中,在2014 年后A01H6 出現(xiàn)大幅度增長(zhǎng),這說明轉(zhuǎn)基因油菜的研發(fā)中越來越重視對(duì)油菜種子資源方面的改良。
圖2 轉(zhuǎn)基因油菜重點(diǎn)IPC領(lǐng)域?qū)@暾?qǐng)F(tuán)ig. 2 Patent application in key IPC fields of transgenic rape
從圖3可以看出,中國(guó)、美國(guó)、阿根廷、韓國(guó)、加拿大、德國(guó)是受理轉(zhuǎn)基因油菜專利數(shù)量排名前6的國(guó)家,占全球轉(zhuǎn)基因油菜專利受理總量的87.56%。
圖3 重點(diǎn)國(guó)家受理的轉(zhuǎn)基因油菜專利數(shù)量Fig. 3 Number of patents on genetically modified oilseed rape in priority receiving countries
油菜作為第一大油料作物,在我國(guó)的需求量較大。2012—2022 年,中國(guó)油菜籽油的進(jìn)口量由29萬(wàn)t上升至265萬(wàn)t。雖然目前我國(guó)還沒有種植轉(zhuǎn)基因油菜,但是基于油菜的進(jìn)出口、消費(fèi)與流動(dòng)性,中國(guó)已受理359 項(xiàng)專利,數(shù)量穩(wěn)居世界第一,占全球受理總量的62%。
在2021 年,美國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜的種植面積就已達(dá)81 萬(wàn)hm2,占世界轉(zhuǎn)基因油菜種植總面積的35%,且美國(guó)本土涵蓋了多種轉(zhuǎn)基因作物。許多跨國(guó)企業(yè)都將美國(guó)視為轉(zhuǎn)基因油菜及其相關(guān)技術(shù)的主要生產(chǎn)基地。美國(guó)是世界上最早使用轉(zhuǎn)基因技術(shù)的國(guó)家,已受理轉(zhuǎn)基因油菜專利96 項(xiàng),僅次于中國(guó),位居世界第二。這是因?yàn)橹袊?guó)轉(zhuǎn)基因油菜還未商業(yè)化,其擁有的土地與市場(chǎng)潛力巨大,通過加大轉(zhuǎn)基因油菜專利的受理布局中國(guó)市場(chǎng),為未來轉(zhuǎn)基因油菜的產(chǎn)業(yè)化提前做好準(zhǔn)備。
韓國(guó)和阿根廷受理的轉(zhuǎn)基因油菜專利均為17 項(xiàng),并列第三位。這2 個(gè)國(guó)家的轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)目前屬于起步階段,市場(chǎng)占據(jù)較小。加拿大和德國(guó)受理的轉(zhuǎn)基因油菜專利均為9 項(xiàng),并列第四位,在轉(zhuǎn)基因油菜的研發(fā)上具有廣闊的發(fā)展前景。
不同國(guó)家研發(fā)機(jī)構(gòu)在全球的專利申請(qǐng)量可以體現(xiàn)該國(guó)的研發(fā)能力水平。因此,選取世界上位于前5的經(jīng)濟(jì)體國(guó)家進(jìn)行分析,結(jié)果如圖4所示。中國(guó)研發(fā)機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)數(shù)量為344 項(xiàng),占全球申請(qǐng)總量的59%,位居第一;美國(guó)為113 項(xiàng),占比為20%,排名第二;德國(guó)、加拿大和韓國(guó)分別以29、27、19 項(xiàng)分列第三、四、五位。中國(guó)研發(fā)機(jī)構(gòu)專利申請(qǐng)量超過全球申請(qǐng)總量的50%,說明中國(guó)研發(fā)機(jī)構(gòu)的研發(fā)能力處于優(yōu)勢(shì),且自2006 年以后中國(guó)專利申請(qǐng)量穩(wěn)居世界第一,說明目前我國(guó)的研發(fā)能力已領(lǐng)先其他國(guó)家,在2019 年專利申請(qǐng)量達(dá)到頂峰。與美國(guó)、德國(guó)、加拿大和韓國(guó)的專利局相比,開設(shè)在中國(guó)的國(guó)外機(jī)構(gòu)專利申請(qǐng)量較少,這表明我國(guó)是專利技術(shù)的輸出國(guó)。美國(guó)的申請(qǐng)數(shù)量較受理數(shù)量高3%,說明美國(guó)的部分專利來自于其他國(guó)家。德國(guó)和瑞士等歐洲國(guó)家的申請(qǐng)量共36項(xiàng),約占世界申請(qǐng)總量的6.22%,高于歐洲專利局,這意味著他們都是技術(shù)出口國(guó),且都在自己國(guó)家之外相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了專利的注冊(cè)。
圖4 不同國(guó)家轉(zhuǎn)基因油菜專利的申請(qǐng)量Fig. 4 Number of patent application on transgenic rape in different countries
中國(guó)是全球?qū)@暾?qǐng)量最多的國(guó)家,2006—2010年,專利申請(qǐng)量一直保持在較高水平;2010—2011 年,專利申請(qǐng)量出現(xiàn)明顯下滑;此后,專利申請(qǐng)量不斷攀升,并于2019 年出現(xiàn)峰值(圖5)。2008 年,我國(guó)頒布并實(shí)施《轉(zhuǎn)基因作物新品種培育科學(xué)技術(shù)計(jì)劃》,受此政策的推動(dòng),轉(zhuǎn)基因作物的研發(fā)進(jìn)入新一輪的高度,各國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜專利的申請(qǐng)量也有了明顯增長(zhǎng),大大促進(jìn)了我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜的基礎(chǔ)研究與專利布局。美國(guó)在2005—2007 年間的專利申請(qǐng)數(shù)量有所減少,但其受理的專利申請(qǐng)數(shù)量有所增加;在2015 年,其專利申請(qǐng)數(shù)量與中國(guó)接近。德國(guó)在1999 和2009 年有過2次申請(qǐng)高峰,之后一直處于平穩(wěn)狀態(tài)。
圖5 不同國(guó)家轉(zhuǎn)基因油菜專利的年度申請(qǐng)量Fig. 5 Annual application status of transgenic rapeseed patent in different countries
對(duì)轉(zhuǎn)基因油菜領(lǐng)域?qū)@琶? 位國(guó)家的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行分析,結(jié)果(圖6)表明,C12N15與A01H5 領(lǐng)域是每個(gè)國(guó)家的主要技術(shù)布局方向,主要涉及突變或遺傳工程、組織培養(yǎng)技術(shù)、重組技術(shù)、編碼植物蛋白質(zhì)和種質(zhì)資源方面,是轉(zhuǎn)基因油菜技術(shù)的重中之重。除此之外,A01H6、C07K14、C12Q1 的數(shù)量也較高,主要涉及外源基因片段的編碼與調(diào)控、油菜種質(zhì)資源、基因改造與改良、多肽的檢測(cè)方法等。
圖6 不同國(guó)家技術(shù)聚焦及應(yīng)用布局情況Fig. 6 Technology focus and application layout in different countries
美國(guó)、德國(guó)、加拿大、韓國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)基因油菜的研究方向基本一致,都將C12N15 和A01H5 列為重點(diǎn)研究方向,并在C07K14和C12Q1領(lǐng)域也取得了部分專利。在申請(qǐng)數(shù)量較多的5 個(gè)技術(shù)領(lǐng)域,中國(guó)都處在第一位,其中在C12N15 領(lǐng)域有312 項(xiàng)。美國(guó)、德國(guó)和加拿大在C12N15、A01H5 與C07K14領(lǐng)域的申請(qǐng)量存在一定差距。美國(guó)在A01H6 和C12Q1 領(lǐng)域的專利數(shù)量較少,僅占4.93%,遠(yuǎn)少于其他3個(gè)領(lǐng)域;德國(guó)和加拿大在這2個(gè)領(lǐng)域的專利數(shù)量也較少。
轉(zhuǎn)基因油菜專利主要涉及創(chuàng)制油菜新種質(zhì)資源及優(yōu)良功能基因的利用等。根據(jù)專利中的權(quán)利要求,對(duì)抗生物脅迫、抗非生物脅迫、品質(zhì)改良、產(chǎn)量、生長(zhǎng)發(fā)育與株型改良5 個(gè)性狀及其子性狀進(jìn)行標(biāo)引分析,結(jié)果如圖7 所示。由于有些專利涉及2 個(gè)或多個(gè)性狀,因此性狀分析的專利總和超過579 項(xiàng)。在這些專利中,以抗生物脅迫為目標(biāo)性狀的共計(jì)189 項(xiàng),占32.42%;以抗非生物脅迫為目標(biāo)性狀的共144項(xiàng),占24.70%;以品質(zhì)改良為目標(biāo)性狀的共153 項(xiàng),占26.24%;以產(chǎn)量為目標(biāo)性狀的共64 項(xiàng),占10.98%;以生長(zhǎng)發(fā)育與株型改良為目標(biāo)性狀的共33 項(xiàng),占5.66%。在以抗非生物脅迫為目標(biāo)性狀的專利中,耐除草劑作為全球主要產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的性狀,是全球研發(fā)機(jī)構(gòu)與科研院校的重點(diǎn)聚焦方向,因此占比較高,以10%排在第一位;倒伏是轉(zhuǎn)基因油菜種植的主要問題之一,因此占比也較大。在以抗生物脅迫為目標(biāo)性狀的專利中,主要以抗蟲、抗病和抗真菌為主,其占比分別為10%、10%和8%。脂肪酸具有提供和儲(chǔ)存能量、幫助脂溶性維生素吸收、保護(hù)人體器官等作用,因此在品質(zhì)改良中的占比較大。轉(zhuǎn)基因油菜的生長(zhǎng)發(fā)育與株型改良也是重要的目標(biāo)性狀。
圖7 各目標(biāo)性狀的專利申請(qǐng)F(tuán)ig. 7 Patent of target trait in transgenic rapeseed
在創(chuàng)造轉(zhuǎn)基因新種質(zhì)時(shí),研究人員往往會(huì)導(dǎo)入多個(gè)功能基因,因此1 項(xiàng)專利中也會(huì)涉及多個(gè)性狀。對(duì)這部分交叉疊加性狀進(jìn)一步分析,結(jié)果(圖8)表明,同時(shí)涉及3 個(gè)或3 個(gè)以上目標(biāo)性狀(品質(zhì)改良+非生物脅迫+生物脅迫)的專利共43 項(xiàng),其中抗非生物脅迫+生長(zhǎng)發(fā)育與株型改良+產(chǎn)量的有2 項(xiàng);生長(zhǎng)發(fā)育與株型改良+產(chǎn)量+品質(zhì)改良的有4 項(xiàng);抗生物脅迫+生長(zhǎng)發(fā)育與株型改良+產(chǎn)量的有2 項(xiàng)。部分專利擁有2 個(gè)交叉疊加性狀,包括抗非生物脅迫+生長(zhǎng)發(fā)育與株型改良的2 項(xiàng)、抗生物脅迫+品質(zhì)改良的1 項(xiàng)、品質(zhì)改良+產(chǎn)量的5 項(xiàng)等。性狀復(fù)合多表現(xiàn)在生長(zhǎng)發(fā)育及株型改良、高產(chǎn)、抗逆、品質(zhì)改良等多個(gè)領(lǐng)域。
圖8 各目標(biāo)性狀的分布Fig. 8 Distribution of target traits
從申請(qǐng)單位來看,排名前3 的分別是:孟山都(美國(guó))35 個(gè),中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院(中國(guó))19 個(gè),巴斯夫(德國(guó))10 個(gè)。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和西南大學(xué)分別以8個(gè)和6個(gè)位居中國(guó)第二和第三位,其研究開發(fā)領(lǐng)域相對(duì)集中,較美國(guó)、德國(guó)的大公司而言,其專利布局在國(guó)際上有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。在轉(zhuǎn)基因油菜產(chǎn)量方面,排名前3 的研發(fā)單位均為中國(guó)的科研院校,分別是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院9 項(xiàng)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)8項(xiàng)、西南大學(xué)6項(xiàng);除此之外,美國(guó)陶氏益農(nóng)公司擁有2 項(xiàng),孟山都擁有1 項(xiàng)。綜上說明,我國(guó)在轉(zhuǎn)基因油菜方面的研發(fā)速度已逐漸與國(guó)際接軌,具備巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)與良好的發(fā)展前景。
歐美國(guó)家種植的轉(zhuǎn)基因油菜多為耐除草劑與抗蟲轉(zhuǎn)基因油菜,如2017 年加拿大種植的油菜中95%為耐除草劑轉(zhuǎn)基因油菜,但加拿大受理的專利中目標(biāo)性狀只涉及產(chǎn)量、抗病和品質(zhì)改良,而沒有耐除草劑相關(guān)的性狀。與之相比,中國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜專利目標(biāo)性狀的布局較為全面,各種性狀都有涉及,但主要集中在抗逆與品質(zhì)改良方面,關(guān)于抗性和生長(zhǎng)發(fā)育方面的研究和開發(fā)整體水平偏低。
專利申請(qǐng)量體現(xiàn)了全球轉(zhuǎn)基因油菜技術(shù)研發(fā)的活躍、集中與壟斷程度。表2 列出了轉(zhuǎn)基因油菜專利數(shù)量排名前10 的研發(fā)機(jī)構(gòu)。其中,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、孟山都、西南大學(xué)、浙江大學(xué)、陶氏化學(xué)、江蘇大學(xué)、巴斯夫8 家研發(fā)機(jī)構(gòu)共獲得專利218 項(xiàng),約占世界轉(zhuǎn)基因油菜專利數(shù)量的38%。排名前10 的研發(fā)機(jī)構(gòu)中,中國(guó)研發(fā)機(jī)構(gòu)的數(shù)量多于歐美國(guó)家,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院等7 個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)的專利數(shù)量為177 項(xiàng),在專利的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和戰(zhàn)略布局等方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)用整合能力;在歐美國(guó)家中,孟山都、陶氏化學(xué)和巴斯夫是重要的研發(fā)機(jī)構(gòu)。
表2 全球轉(zhuǎn)基因油菜專利重點(diǎn)申請(qǐng)機(jī)構(gòu)情況Table 2 Status of key application agencies for GM rapgenic rapeseed paten
2.8.1中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利受理情況 進(jìn)一步分析在中國(guó)專利局關(guān)于轉(zhuǎn)基因油菜專利申請(qǐng)量排名前10 的研發(fā)機(jī)構(gòu),結(jié)果(圖9)表明,排在前10 位的都是中國(guó)的研發(fā)機(jī)構(gòu),主要集中于科研院所和高等院校,其中,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的專利申請(qǐng)量為73 項(xiàng),位居第一;華中農(nóng)業(yè)大學(xué)為35 項(xiàng),位居第二;西南大學(xué)位居第三。
圖9 中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利受理情況Fig. 9 Patent acceptance of China Intellectual Property Office
2.8.2國(guó)內(nèi)外主要研發(fā)單位發(fā)展策略與競(jìng)爭(zhēng)比較分析 由圖10 可知,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作為我國(guó)科研院所的典型代表,在數(shù)量增長(zhǎng)、學(xué)術(shù)驅(qū)動(dòng)、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)3 個(gè)方面在世界上處于遙遙領(lǐng)先的地位,但是IPC 類別集中率較低,專業(yè)化的研究開發(fā)水平也不高;巴斯夫的轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)已在國(guó)際上站穩(wěn)腳跟,優(yōu)于其他4 家機(jī)構(gòu);先正達(dá)集團(tuán)股份有限公司的轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)種類多樣化且具有專業(yè)性;陶氏合作性較優(yōu)。從學(xué)術(shù)驅(qū)動(dòng)層面來看,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院對(duì)學(xué)術(shù)驅(qū)動(dòng)的作用較多,這表明其在專利技術(shù)創(chuàng)新上對(duì)學(xué)術(shù)驅(qū)動(dòng)的追蹤非常密切,但與其他跨國(guó)企業(yè)的水平差異較小;在多樣化上,5 家機(jī)構(gòu)層次明顯,先正達(dá)集團(tuán)排在第一位,陶氏、孟山都和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院分別排在第二、三和四位,其中中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的多樣化布局良好,但在同類研究領(lǐng)域的引文量較少,需要提高,巴斯夫在多樣化上的布局較少;在國(guó)際合作上,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的專利申請(qǐng)數(shù)量接近于0,這表明其專利技術(shù)的聯(lián)合創(chuàng)新十分缺乏,而陶氏的聯(lián)合創(chuàng)新表現(xiàn)的尤為突出,優(yōu)于其他研究機(jī)構(gòu)。
圖10 主要研發(fā)單位發(fā)展策略與競(jìng)爭(zhēng)比較分析Fig. 10 Development strategy and competition of major R & D units
從1997 年起,世界轉(zhuǎn)基因油菜專利申請(qǐng)數(shù)量大幅增長(zhǎng),轉(zhuǎn)基因油菜相關(guān)技術(shù)快速發(fā)展,國(guó)際上對(duì)轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)技術(shù)的關(guān)注也越來越高。我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜專利的申請(qǐng)數(shù)量也逐年增加,隨著“國(guó)家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項(xiàng)”和“中央一號(hào)文件”等項(xiàng)目和政策的實(shí)施,我國(guó)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)研發(fā)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。自2006 年以來,我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜的專利申請(qǐng)量一直位居世界第一,擁有著豐富的研究和開發(fā)技術(shù),在國(guó)際市場(chǎng)上與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)拉開了距離。
目前,世界轉(zhuǎn)基因油菜專利的申請(qǐng)量以美國(guó)、德國(guó)、中國(guó)3 個(gè)國(guó)家為主,其申請(qǐng)量約占總量的83.94%;專利申請(qǐng)量排名前20 位的研發(fā)機(jī)構(gòu)中,有16 家屬于中國(guó),其中高等院校有10 所,專利申請(qǐng)量占總量的23.83%;科研機(jī)構(gòu)有3家,分別為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,專利申請(qǐng)量約占總量的15.72%;企業(yè)有2家,分別為先正達(dá)集團(tuán)有限公司與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)有限公司,占專利申請(qǐng)總數(shù)的3.45%;還有1 家食品檢驗(yàn)技術(shù)中心。美國(guó)與德國(guó)都是以孟山都、陶氏和巴斯夫等企業(yè)為主,專利申請(qǐng)量占總量的17.44%。綜合來看,國(guó)外的申請(qǐng)主體以企業(yè)為主,轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)的目標(biāo)性狀主要集中于品質(zhì)改良、種質(zhì)資源開發(fā)與檢測(cè)等方面;國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)主體以高等院校、科研機(jī)構(gòu)為主,轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)的目標(biāo)性狀主要集中在抵抗生物與非生物脅迫方面,但其核心技術(shù)原創(chuàng)性不高,在轉(zhuǎn)基因油菜產(chǎn)業(yè)化過程中缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。
從2011 年開始,我國(guó)成為專利申請(qǐng)量最多的國(guó)家,但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比專利質(zhì)量不高。雖然我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜技術(shù)研發(fā)儲(chǔ)備雄厚,但在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面尚處于起步階段,與國(guó)際科研機(jī)構(gòu)、高等院校和跨國(guó)企業(yè)的合作研究也非常欠缺,因此,應(yīng)加強(qiáng)科研院所與企業(yè)間的協(xié)作研究,提高我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力。目前,我國(guó)在專利技術(shù)協(xié)作方面的研究尚不完善,專利質(zhì)量不高,轉(zhuǎn)化效率較低,難以對(duì)國(guó)家的創(chuàng)新發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)產(chǎn)生積極影響,這與我國(guó)當(dāng)前的科技項(xiàng)目立項(xiàng)、科技成果考核評(píng)價(jià)體系有一定的關(guān)系。
目前,轉(zhuǎn)基因油菜產(chǎn)業(yè)化國(guó)家主要為加拿大和美國(guó),核心技術(shù)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)也主要掌握在美國(guó)、德國(guó)的一些農(nóng)業(yè)巨頭手中,市面上正在工業(yè)化使用的轉(zhuǎn)基因油菜種子,近90%的專利都來源于美國(guó)孟山都。作為轉(zhuǎn)基因油菜種子的龍頭行業(yè),美國(guó)孟山都已牢牢把握市場(chǎng),德國(guó)跨國(guó)公司拜耳與其強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手,更加擴(kuò)大了它的農(nóng)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)的研發(fā)機(jī)構(gòu)已經(jīng)擁有大量的轉(zhuǎn)基因油菜技術(shù)儲(chǔ)備,但目前還未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)缺乏經(jīng)驗(yàn)。從主要跨國(guó)企業(yè)對(duì)轉(zhuǎn)基因油菜專利的布局和工業(yè)化應(yīng)用能力來看,在一定時(shí)期內(nèi),跨國(guó)企業(yè)仍然是轉(zhuǎn)基因油菜市場(chǎng)的主要競(jìng)爭(zhēng)者。
從2012 年以來,我國(guó)轉(zhuǎn)基因油菜的專利申請(qǐng)量一直保持著平穩(wěn)增長(zhǎng)。我國(guó)目前對(duì)轉(zhuǎn)基因油菜的研究和開發(fā)多集中在科研院所和高等院校,只有少數(shù)幾家高科技公司從事相關(guān)研究,其中中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲得的轉(zhuǎn)基因油菜專利最多,從2010至2020 年,共有49 個(gè)轉(zhuǎn)基因油菜專利,皆為中國(guó)本土專利;華中農(nóng)業(yè)大學(xué)是申請(qǐng)數(shù)量最高的高等院校,從2010 年至2020 年共有29 項(xiàng),且每年的申請(qǐng)數(shù)量整體趨于穩(wěn)定。相較于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院,華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的轉(zhuǎn)基因油菜專利申請(qǐng)相對(duì)滯后,但也呈現(xiàn)出不斷發(fā)展的趨勢(shì),其專利申請(qǐng)的種類和國(guó)際專利數(shù)量都非??捎^,顯示出了巨大的發(fā)展?jié)摿?,未來很大程度上?huì)參與到轉(zhuǎn)基因油菜行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中來。
持續(xù)推進(jìn)轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)要重視研發(fā)人才與國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)科技企業(yè)。研發(fā)能力的提升需要高端的技術(shù)人才,我國(guó)雖然是人口大國(guó),但在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)人才及精英較少,因此需要加強(qiáng)科研人員培養(yǎng)并提高其待遇薪資,對(duì)于優(yōu)秀研發(fā)人員應(yīng)進(jìn)行政策及經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)。對(duì)于未來研發(fā)道路上遇到的阻礙與技術(shù)壟斷,研發(fā)團(tuán)隊(duì)要能夠頂住壓力,適應(yīng)當(dāng)今轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展需求。與國(guó)際農(nóng)業(yè)跨國(guó)公司相比,我國(guó)的大型轉(zhuǎn)基因技術(shù)集團(tuán)很少,農(nóng)業(yè)企業(yè)的科技水平較為落后,生物技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化還處于起步階段,與國(guó)外存在較大差距;且我國(guó)的研發(fā)力量主要集中于科研機(jī)構(gòu)與高等院校,未來應(yīng)加強(qiáng)科企聯(lián)合,重視轉(zhuǎn)基因油菜專利在企業(yè)的布局,加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)研發(fā)與創(chuàng)新型科技企業(yè)的大力扶持[15-17]。
隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展,新的作物育種技術(shù)已經(jīng)越來越成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的熱門話題。其中,基因編輯[18-19]、全基因組選擇育種[20-21]、基因疊加等技術(shù)已經(jīng)成為育種領(lǐng)域的重要方法。這些技術(shù)不僅可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì),還可以培育出抗蟲、抗除草劑、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的新品種。基因編輯技術(shù)作為一種人工干預(yù)的方法,可以對(duì)作物基因進(jìn)行精準(zhǔn)的修飾和改造??茖W(xué)家們利用該技術(shù),通過點(diǎn)突變、插入、刪除等方式對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行編輯,從而改良目標(biāo)性狀[22]。全基因組選擇育種技術(shù)則是利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)整個(gè)基因組進(jìn)行篩選,以加速育種進(jìn)程,幫助育種人員更快、更準(zhǔn)確地篩選出優(yōu)異的基因型,縮短育種周期,快速培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病的作物新品種。基因疊加技術(shù)可以聚合多個(gè)目標(biāo)性狀,從而培育出多性狀優(yōu)良的復(fù)合型新品種[23]。
目前,我國(guó)企業(yè)對(duì)于轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)的參與度較低,專利申請(qǐng)與技術(shù)研發(fā)多集中于科研院所與高等院校。美國(guó)所種植的轉(zhuǎn)基因作物種子80%以上產(chǎn)自跨國(guó)企業(yè)孟山都,這些跨國(guó)公司已牢牢占據(jù)轉(zhuǎn)基因油菜領(lǐng)域的主導(dǎo)地位[24-25]。我國(guó)必需自主研發(fā)轉(zhuǎn)基因油菜,在未來市場(chǎng)開放產(chǎn)業(yè)化中形成自身競(jìng)爭(zhēng)力,國(guó)家可通過政策支持推動(dòng)與提高企業(yè)的參與度,向轉(zhuǎn)基因研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化適當(dāng)傾斜。就目前的形勢(shì)來看,新一輪的農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)革命是圍繞生物育種技術(shù)展開,依照當(dāng)前轉(zhuǎn)基因作物在全球的發(fā)展應(yīng)用來看,未來轉(zhuǎn)基因種子的使用與普及將大大提高,我國(guó)對(duì)此應(yīng)有長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃與布局,雖然國(guó)內(nèi)高等院校、科研院所與企業(yè)在轉(zhuǎn)基因油菜方面的研發(fā)和專利申請(qǐng)已占據(jù)一定優(yōu)勢(shì),但保障油菜專利居于高位的同時(shí)更要注重產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn),完成通過企業(yè)主導(dǎo)油菜育種創(chuàng)新到推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的整體鏈條式布局,提高我國(guó)企業(yè)在全球轉(zhuǎn)基因油菜領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[26]。
通過增進(jìn)貿(mào)易順逆差來提高轉(zhuǎn)基因油菜全球化競(jìng)爭(zhēng)。目前,中國(guó)的油菜總產(chǎn)量仍然無法滿足國(guó)內(nèi)的需求,過去幾年,我國(guó)油菜大量從國(guó)外進(jìn)口,而且進(jìn)口量還在持續(xù)攀升,2022年4月我國(guó)從加拿大進(jìn)口7.89 萬(wàn)t 油菜籽[27-28]。提高油菜良種供應(yīng)力、改善轉(zhuǎn)基因油菜用于飼料與加工附加值等有利于提高轉(zhuǎn)基因油菜的全球化競(jìng)爭(zhēng)。通過轉(zhuǎn)基因和新型生物技術(shù),針對(duì)轉(zhuǎn)基因油菜產(chǎn)業(yè)化需求,研制耐除草劑、抗蟲等油菜新品種;成立轉(zhuǎn)基因油菜研發(fā)團(tuán)隊(duì),立足于基礎(chǔ)科學(xué)與創(chuàng)新性技術(shù),加強(qiáng)資金投入,牢牢掌握核心技術(shù),保護(hù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),從而補(bǔ)足競(jìng)爭(zhēng)缺口,強(qiáng)化轉(zhuǎn)基因油菜在全球的競(jìng)爭(zhēng)力。
原創(chuàng)型研發(fā)與企業(yè)收購(gòu)、并購(gòu)并存,多元化的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)方式以及企業(yè)之間和研發(fā)機(jī)構(gòu)之間的相互授權(quán),都將促進(jìn)轉(zhuǎn)基因油菜在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用。2018 年,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部新批準(zhǔn)進(jìn)口的5 種農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物中有2 種為轉(zhuǎn)基因油菜,包括巴斯夫的耐除草劑油菜RF3 與孟山都的耐除草劑油菜MON 88302[29]。由于政策的限制,我國(guó)的轉(zhuǎn)基因油菜雖然尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣,但轉(zhuǎn)基因油菜的技術(shù)儲(chǔ)備已經(jīng)具備了與國(guó)際接軌的能力。目前,我國(guó)已在開展轉(zhuǎn)基因玉米、大豆的產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)工作,轉(zhuǎn)基因的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用將逐步常態(tài)化[30]。轉(zhuǎn)基因油菜作為主要油料作物之一,油菜領(lǐng)域面臨的產(chǎn)業(yè)困境需求與產(chǎn)業(yè)難題,如優(yōu)良種質(zhì)資源數(shù)量不足、病害頻發(fā)、油酸含量較低、品質(zhì)較差、進(jìn)口依賴度較高等,使得轉(zhuǎn)基因油菜將得到進(jìn)一步釋放。政府的推動(dòng)、政策的加持、全球企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)都預(yù)示著轉(zhuǎn)基因技術(shù)將改變世界農(nóng)業(yè)發(fā)展格局。在此基礎(chǔ)上,要抓住市場(chǎng)推進(jìn)轉(zhuǎn)基因油菜試點(diǎn)工作,積極推動(dòng)轉(zhuǎn)基因油菜走向產(chǎn)業(yè)化,從而推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域邁向新的臺(tái)階。