基于全球黄瓜分子育种专利技术的创新态势分析

摘    要：为研究黄瓜分子育种领域的全球专利发展趋势、研发热点、区域分布和技术布局，揭示黄瓜分子育种的创新态势，笔者的研究基于德温特创新索引国际专利数据库（DII），借助DDA分析工具对1987—2022年全球黄瓜分子育种技术发展态势进行了归纳分析。结果表明，黄瓜分子育种技术整体呈快速发展的趋势；植物基因工程与遗传育种是各大技术布局的核心；中国的申请量最多，美国申请量第二；孟山都、先正达、拜尔以及陶氏、巴斯夫等国际育种巨头企业均在主要国家进行了专利布局，中国在该领域专利数量较多，中国农业科学院、上海交通大学、中国农业大学以及南京农业大学4家机构入围全球前10；深入分析表明，种质鉴定与创新、抗生物胁迫、方法改进与技术革新是黄瓜分子育种技术领域当前的研发热点。综上，分子育种是黄瓜育种领域的前沿技术，发展速度快，种质材料创新、抗性与技术革新是研发热点，我国的专利申请量和研究机构最多，是全球最受重视的技术市场。这些研究结果可为我国在黄瓜生物育种技术领域合理部署、完善知识产权布局提供一定借鉴。

关键词： 黄瓜； 分子育种； 专利技术； 态势分析

中图分类号： S642.2 文献标志码： B 文章编号： 1673-2871（2024）02-143-07

Innovation situation analysis based on global patent technology of cucumber molecular breeding

WANG Lingyan， PENG Dong， HU Xiaoqiang， LI Junli， WU Jiajing， ZHU Hongcai

（Xinxiang Academy of Agricultural Sciences， Xinxiang 453000， Henan， China）

Abstract： In order to study the global patent development trend， research and development hot spots， regional distribution and technical layout in the field of cucumber molecular breeding， and reveal the innovation trend of cucumber molecular breeding， this paper summarizes and analyzes the global development trend of cucumber molecular breeding technology from 1987 to 2022 based on Derwent Innovation Index International Patent Database（DII） with the help of DDA analysis tool. The results show that， the molecular breeding technology of cucumber is developing rapidly. Plant genetic engineering and genetic breeding are the core of each technology layout. China has the largest number of applications， with the US being the second. Monsanto， Syngenta， Bayer ， Dow， BASF， etc. have all carried out patent layout in major countries， and China has a relatively large number of patents in this field， with Chinese Academy of Agricultural Sciences， Shanghai Jiaotong University， China Agricultural University and Nanjing Agricultural University among the top 10 institutions in the world. In-depth analysis shows that germplasm identification and innovation， resistance to biological stress， method improvement and technology innovation are the research and development hotspots in the field of molecular breeding technology of cucumber. In conclusion， molecular breeding is the preface technology in the field of cucumber breeding， with a rapid development trend. The innovation of germplasm materials， resistance and technological innovation are the hot spots of research and development. China has the largest number of patent applications and research institutions， making it the most valued technology market in the world. The results of this study provide a reference for the rational deployment of cucumber biological breeding technology and the improvement of intellectual property distribution in China.

Key words： Cucumber; Molecular breeding; Patented technology; Situation analysis

黄瓜（Cucumis sativus L.）属葫芦科一年生草本植物，在世界范围内广泛栽培，在全球蔬菜供应中具有举足轻重的地位[1-2]。2020年全球黄瓜种植面积约225万hm2[3]，其中，中国黄瓜产量约占世界总产量的70%。分子育种技术可以实现基因的直接选择和有效聚合，大幅度提高育种效率，缩短育种年限，实现“精确育种”[4-5]。我国在水稻（Oryza sativa L.）、玉米（Zea mays L.）、大豆[Glycine max （L.） Merr.]、棉花（Gossypium herbaceum L.）、番木瓜（Carica papaya L.）等农作物，以及畜禽疫苗的转基因技术研发方面，已经取得了突破性进展[6]。2009年，我国主持完成黄瓜全基因组的测序和分析[7]。

美国、日本、澳大利亚等发达国家注重对功能基因的分析、挖掘、利用以及分子机制的研究，在水稻、小麦（Triticum aestivum L.）、玉米、棉花和大豆等作物上拥有的基因专利数量超过全球总数的70%[8-9]。黄瓜是我国园艺作物中鲜少依赖外国品种的作物，为进一步把握我国黄瓜种业发展的主动权，持续领跑国际黄瓜产业的国际领先地位，我国众多科研单位在黄瓜基础研究、应用基础研究等领域取得了重要进展和显著成就，如南京农业大学[10]开展了黄瓜分子育种研究，在种间杂交和渐渗育种、单倍体/双单倍体培养、目标基因的发掘与应用，以及优良品种的选育与应用等方面取得了突破性进展。上海交通大学[11]构建了6张高质量的黄瓜分子标记遗传图谱，并不断更新，一直是国内外黄瓜领域最有代表性的分子标记遗传图谱。共检测了包括花、果实、侧枝、抗病性等18个相关性状的130 quantitative trait locus（QTL）。对黄瓜的性型、果瘤、抗白粉病、表皮毛等4个性状进行了精细定位，并首次图位克隆和鉴定了这些基因的功能。河南农业大学[12]针对西瓜、黄瓜等瓜类作物育种中的瓶颈问题和关键技术难题，重点围绕株型、抗逆、品质等性状的优异基因定位和分子育种技术开展研究，已精细定位到多个与株型、耐低温和品质等相关的基因，为瓜类作物轻简化生产和品质育种提供了具有自主知识产权的基因资源。

专利作为技术信息最有效的载体，能够更好地揭示技术创新程度，囊括了全球90%以上的最新技术情报[13-14]。因此，对黄瓜分子育种技术领域的专利分析有利于研发人员了解该技术的创新情况、成熟状况以及发展前景等。笔者基于德温特创新索引国际专利数据库（Derwent innovations index，DII），利用德温特数据分析软件（Derwent data analyzer，DDA），通过对1987—2022年全球黄瓜分子育种专利进行深入分析，全面了解该领域发展趋势、研发热点、区域分布和技术布局。以期为我国政府和科研部门制定发展规划提供决策依据。

1 数据集构建及分析工具

1.1 数据来源

分析数据源自汤森路透公司推出的德温特创新索引国际专利数据库（DII），该数据库合并了德温特世界专利索引（Derwent world patents index，DWPI）与德温特专利引文索引（Derwent patents citation index，DPCI）。可以通过DII数据库检索专利文献以及专利引用情况，也可以使用Derwent Chemistry Resources（德温特化学资源数据库）进行化学结构式检索。数据可回溯至1963年。

1.2 检索条件

采用主题词的方式进行检索，在DII数据库中，利用检索式：TS=cucumber* and （molecular near/1 breed* or “molecular mark*” or“ transgen*”or “gene edit*” or “genome* select*”）进行检索。共得到全球黄瓜分子育种技术945个专利家族。关键词选取包括：申请年份、IPC分类、国家地区分类等。检索数据的时间跨度为1987年1月1日至2022年12月31日。数据检索日期2023年2月17日。

1.3 分析工具

借助科睿唯安公司的德温特数据分析工具（Derwent data analyzer，DDAV11），将论文数据导入DDA软件进行数据清洗等操作并导出数据作图分析。对全球黄瓜分子育种专利技术创新现状及态势进行分析研究。

2 结果与分析

2.1 全球黄瓜分子育种专利的发展趋势分析

黄瓜分子育种技术专利申请趋势如图1所示。从整体时序分布上看，国际黄瓜分子育种相关核心专利于1987年开始出现，申请量整体呈上升趋势。1987—1998年为萌芽阶段，年度申请数量较少，年均不超过4项，仅占全部申请量的2.63%；1999—2014年处于波浪式上升阶段，专利申请数量大幅提升，年均55项，2014年最多，105项，此期占比57.33%；2015年之后申请数量稍有下降。此外，由于专利自申请到公开存在一定的滞后期，所以，2020—2022年数据仅供参考。

2.2 全球黄瓜分子育种专利重点技术领域分析

按照国际专利分类号（International Patent Classification，IPC）对技术领域分类进行统计，根据1987—2022年全球黄瓜分子育种IPC小组专利申请量统计结果（表1），研发热点排名前10的相关技术涉及较多分支领域，主要集中于C12N-015/82、A01H-005/00、C12N-015/29、A01H-001/00、C07K-014/415、A01H-005/10、C12N-005/10、C12N-015/11、C12N-005/04、C12Q-001/68等领域。从IPC分布可以看出，目前在植物基因工程与遗传育种、植物种质资源与改良、品质改良基因的检测与表达等方面是黄瓜分子育种研究领域的重点。