程兴茹1，康宇立1，孟子云2，李楠3，唐巧玲1*，王友华1*
（1.中国农业科学院生物技术研究所，北京100081； 2.保定学院，保定071000；
3.中国农业科学院农业信息研究所，北京100081）
摘要:[目的/意义]通过对全球126个国家及地区的Bt 抗虫基因专利进行统计分析，探究国内外主要研发机构Bt 抗虫基
因研发的进展和策略，借此为中国在Bt 抗虫基因挖掘、产业化应用方面提供参考。[方法/过程]基于智慧芽全球专利数据库(PatSnap )，利用专利分析法，对收录的有关Bt 抗虫转基因的专利进行统计分析。从专利申请及公开趋势、基因类型、主要研发机构、技术研发热点领域等方面进行分析，研究全球Bt 抗虫基因专利的技术现状、研发热点与未来发展态势。[结果/结论]全球Bt 抗虫基因的研发趋势趋于稳定，中国在专利质量提升方面与国际先进仍有差距；跨国公司是Bt 抗虫基因的市场竞争主体，融合基因和基因叠加的复合性状研究潜力巨大。关键词:Bt；抗虫基因；专利；数据分析中图分类号:Q819;G25
文献标识码:A
文章编号:1002-1248(2022)11-0081-11
引用本文：程兴茹，康宇立，孟子云，等.基于全球专利的Bt 抗虫基因研发态势分析与展望[J].农业图书情报学报,2022,
34(11):81-91.
收稿日期：2022-05-19
基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项“2022年基本科研业务费所统筹———研究所发展战略支撑”（Y2021YJ14）
作者简介：程兴茹（1998-），本科，研究方向为知识产权。康宇立（1990-），硕士。助理研究员，研究方向为研究生管理、知识产权方
向。孟子云（2000-），本科，研究方向为知识产权。李楠（1983-），研究方向为学术期刊出版与信息情报学研究
*
通信作者：唐巧玲（1975-），博士，副研究员，研究方向为科研管理、生物安全及知识产权。Email：********************。王友华
（1983-），硕士，副研究员，研究方向为科研管理、知识产权。Email：******************
DOI :10.13998/jki.issn1002-1248.22-0368
1引言
当前经济市场背景下，不仅要重视农产品的产量，也要重视农产品的质量。在农业生产活动中，农作物病虫害时常发生，如果不采取措施，农产品的产量和质量都会受到影响[1]。据联合国粮农组织(FAO )调查显示，全球每年多达20%~40%的谷物量被病虫害而夺去，经济损失达2000亿美元，主要的害虫为棉铃虫、
玉米螟、草地贪夜蛾等。基因工程技术的出现，为防治病虫害提供了一条新途径，利用基因工程技术把外源抗虫基因转化到农作物中并使其表达，从而使农作物获得抗虫性状。
抗虫基因通常来源于苏云金芽孢杆菌的Bt 基因，其表达产物Bt 毒蛋白杀虫效果好、安全、高效等优点而成为应用最为广泛的转抗虫基因。1996年转基因作物商业化种植以来，转基因技术得到迅猛发展，至今已培育出多种转基因作物，涵盖了大部分粮食作物及
研究论文
经济作物，如棉花、玉米、水稻等，目的基因大部分为抗虫、耐除草剂、抗病和抗逆等抗性基因。其中，全球商业化程度最高的抗虫基因一直是植物基因工程研究和应用的热点。据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)已公布的最新数据,2019年全球抗虫基因作物、抗虫/耐除草剂复合性状转基因作物分别占全球转基因作物种植面积的12%和45%，具有抗虫性状的转基因作物总种植面积达到57%[2]。种植Bt抗虫转
基因作物不仅使每公顷农药投入减少48.9千克，打药次数减少13.2次[3-5]，平均单产比非Bt抗虫棉高9.6%，还使棉花、玉米等作物上棉铃虫的发生数量随着转Bt 抗虫棉花的种植呈显著下降趋势[6]。
为解决当前农业生产中面临的虫害问题，中国有序推进已获得生产应用安全证书抗虫转基因作物的产业化试点，结果表明增产增效和生态效果显著，所以未来中国市场对抗虫基因的需要会呈现快速增长趋势，包括现有的抗玉米螟、草地贪夜蛾等鳞翅目类害虫，也包括一些对未来可能会由次要害虫升级为主要害虫的抗性基因的研发，所以分析梳理了Bt抗虫基因的技术储备情况，能够掌握该领域目前的发展动态及预测未来的发展趋势。本文从全球视角分析30年Bt抗虫基因的专利申请情况，以期了解Bt抗虫基因的全球研发热点与动态、技术分布和竞争格局，为中国相关科研人员在新Bt基因的发掘和产业化应用部署方面提供决策参考，推进中国生物育种的产业化和可持续发展。2数据来源及方法
专利数据来源于商业数据库智慧芽数据库(Pat-Snap)，此数据库是全球专利检索数据库，深度整合了从1790年至今的全球126个国家/地区超过1.61亿条的专利数据。本研究利用智慧芽数据库将专利的标题、摘要和权利要求作为检索的重点，数据采集时间从1992年1月1日以来至2021年12月31日30年间，检索式为TAC_ALL:((苏云金杆菌OR苏云金芽孢杆菌OR Bt基因OR杀虫蛋白OR抗虫基因OR Bacillus thuringiensis)AND(基因OR gene)AND(作物OR crop OR大豆OR soybean OR水稻OR rice OR棉花OR cotton OR玉米OR maize OR油菜OR oliseed rape)) AND ISD:[*TO20211231]。利用国际专利分类号Inter-nationalPatent Classification,IPC)筛选和人工筛选，如,C12N15、A01H5、C07K14等，排除与Bt抗虫基因无关的专利。
3结果与分析
本文检索出的数据经过人工筛选，剔除“Bt菌株”“检测方法”“Bt杀虫试剂”等与抗虫基因无关的专利，得到全球与Bt抗虫基因相关的专利2988件，全部为发明专利，申请数量是2016年束长龙等统计数据的1.9倍[7]，其中授权专利915件。
3.1Bt抗虫基因专利申请及公开情况
从国内外Bt抗虫基因专利的申请和公开趋势来看(1992—2021年)(图1)，整体呈现上升趋势，说明Bt相关研究仍然是目前国内外的研究热点。从全球来看,1996年首个Bt抗虫基因大面积产业化应用，使Bt基因研
究进入高峰期，呈现较热状态，专利申请数量整体呈现增加趋势。
从国内来看，中国对Bt抗虫基因研究起步于1991年,1995年获得知识产权，比其他国家的研究有所延迟，但2008年以后，在国家重点计划、转基因重大专项等一系列国家重大项目的支持下，经过十几年的积累，中国Bt基因的专利申请数量占全球申请数量的比重越来越大，这一趋势显示了中国在Bt抗虫基因研究领逐渐赶上并进入世界先进行列。2019—2021年，数量突然下降原因在于世界各国的专利公开有一定的时间差，比如中国的专利从申请到公开大概有18个月的时间间隔[8]，因此近两年申请的专利信息不全面，在图中表现出突然下降的现象。
3.2Bt抗虫基因专利保护基因家族分类情况
Bt抗虫基因家族主要有cry、cyt、和vip，其编码的杀虫晶体蛋白对多种昆虫具有活性,cry和cyt主要
DOI:10.13998/jki.issn1002-1248.22-0368研究论文
图2受专利保护的Bt 抗虫基因序列类型和数量Fig.2Type and quantity of Bt gene sequence protected by patents
Fig.1Annual trends of global and domestic patent disclosure involved in Bt insect resistant genes
是通过插入靶膜并形成小孔来溶解中肠上皮细胞发挥作用的，而vip 的杀虫机理前面两者不同，通过诱发中肠细胞凋亡，最终导致昆虫死亡[9]。应用最广泛的cry 家族，对无脊椎动物中4个门和节肢动物门中
9个目的500余种有害生物具有杀虫活性，并且这些基因拥有各自独特的杀虫谱，如cry1、cry3、cry4、cry5可分别毒杀鳞翅目、鞘翅目、双翅目等有害昆虫;cry2对鳞翅目、双翅目昆虫有活性[10]。
通过对检索到的抗虫专利进行分析，结果如图2
所示。Bt 抗虫基因主要分布在对鳞翅目、鞘翅目害虫有活性的cry1、cry2、cry3、cry6、cry34、cry35、vip3
中，其中cry1基因为主要的申请对象，占比51%，在Bt 抗虫基因的产业化应用中，应用最多的是cry 基因[11];
其它基因专利申请数量相对较少，这能在一定程度说明这几类基因有较大挖掘潜力，可加大相关基因的挖掘力度，并利用知识产权将这些基因和技术转化为自己独占的权利。
3.3Bt 抗虫基因全球受理国家地区及机构分析
全球受理Bt 抗虫基因专利申请量为前五位的国家或地区专利局依次为中国、美国、欧洲专利局、世界知识产权局、加拿大，占总申请量的56.76%。
中国作为世界第一人口大国，对粮食作物及经济作物的需求巨大，且随着食品、服装
、饲料等行业的发展，对粮食作物和经济作物的需求也逐渐增加。然而，中国人均耕地面积排在全球126位以后，病虫害呈现加重发生态势，造成农作物严重减产，使中国农产品贸易整体呈逆差状态[12]。考虑到抗虫转基因农作
物在中国巨大的市场化潜力和价值，中国成为各专利申请机构的首要受理国家，受理量位居世界第一，占全球总受理量的18.71%。
美国在Bt 抗虫基因的研究方面始终走在世界的前列，截至2019年，转Bt 抗虫基因作物的种植面积达83%，其产业化程度极高，因此众多研究机构和跨国公司均把美国作为Bt 抗虫基因技术产业化的重点地区
cry1, 959, 51%
cry2cry3, 212, 11%
cry6cry34vip3, 71, 4%
程兴茹，康宇立，孟子云，李楠，唐巧玲，王友华
基于全球专利的Bt 抗虫基因研发态势分析与展望
之一，受理量达381件，位居第二位。欧洲专利局作为世界五大专利局之一，具有一定权威性，成为各专利申请机构重点布局的专利局之一，专利受理量以315件位列全球第三。
世界知识产权局作为申请国际专利的重要枢纽，在全球范围内的商业化应用中发挥重要的作用；各研究机构和跨国公司利用世界知识产权局进行专利的全球化布局，专利受理量为257件，位于全球第四；加拿大作为全球最早转基因商业化应用的5个国家之一，也是全球五大转基因作物种植国之一，是各研究机构和跨国公司的重点受理国，受理量为184件(图3)。
3.4Bt 抗虫基因重点技术领域统计分析
转Bt 抗虫基因作物主要由植物基因工程、苏云金芽孢杆菌结晶肽以及微生物产物3个主要技术所构建，本文利用IPC (国际专利分类号)来做技术统计分析，将Bt 抗虫基因研发中重点技术领域及分布凸显出来，为研究Bt 抗虫基因的科学家选择研究方向和领域提供
一定参考。
表1显示的是Bt 抗虫基因排名前5名IPC 大组专利的申请情况,C12N 类别为核心技术，分C12N15/82和C12N1/32两大组，主要涉及植物细胞、芽孢杆菌结晶蛋白质，涉及该技术专利总数达2661件;Bt 抗虫基因还涉及植物部分的被子植物(A01H5/00)、苏云金芽孢杆菌结晶肽(C07K14/325)和由微生物或动物制造或获得的物质(A01N63/02)技术领域，从IPC 分布可以看出，本领域的研究聚焦在植物细胞的重组和芽孢杆菌结晶蛋白质高效表达。
3.5抗虫基因不同国家专利技术流向分析
借助起源地(专利最早优先权国家/地区)与技术扩散地(专利受理国家/地区)之间的关系，可以探讨专利数量排名前4的国家间的技术流向特点。从图4中可以看出，这4个国家有一个共同的技术流向是世界知识产权组织(WIPO )，它是申请国际专利的重要枢纽，因此各国通过此来进行专利全球布局。其中通
图3Bt 抗虫基因专利重点受理国家地区及机构分析
Fig.3Analysis of countries,regions and institutions that accept Bt insect resistant gene patents
序号 IPC 分类号 专利数量/件 涉及技术领域
1 C12N15/8
2 1 792 用于植物细胞
2 A01H5/00 1 557 特征在于其植物部分的被子植物，即有花植物；特征在于除其植物学分类之外的特征的被子植物
3 C07K14/325 1 352 苏云金芽孢杆菌结晶肽（δ-内毒素）
4 C12N15/32 869 芽孢杆菌结晶蛋白质
5
A01N63/02
193
由微生物或动物制造或获得的物质
表1Bt 抗虫基因专利重点技术领域布局
Table 1Layout of key technical fields of Bt insect resistant gene patents
*注：因一个专利可能涉及个技术领域,
故表格中的专利数量要比专利总数多0
100200300400500600中国
美国
欧洲专利局世界知识产权局加拿大
DOI :10.13998/jki.issn1002-1248.22-0368
研究论文
图4Bt 抗虫基因专利申请数量排名前4的国家技术流向
Fig.4Technology flows in Top 4countries with the highest number of patent applications for Bt insect resistance genes
过经美国、瑞士和德国专利局输出的专利比例都较高，美国共有81.02%的专利流向其他国家，并且专利申请量是专利受理量的2.9倍，说明美国在该领域是技术输出大国。瑞士全部的专利都流向其他国家，德国94.03%的专利流向其他国家，专利申请量远高于专利受理量，说明两国为技术输出国家。唯独经中国输出的专利最少，仅在其他国家专利局申请了全部专利数量的13.72%，其专利申请量比专利受理量低23.61%，说明中国目前还处于技术输入阶段，但近几年中国在Bt 抗虫基因研究领域发展迅猛，专利数量逐年提升。德国虽然专利申请总量排名第四，但尤其重视在美国、欧洲和中国的专利布局，在这3个国家申请的专利数
量占比很高。从整体来看，相较与其它3个国家，中国既是最大的技术来源国又是最受重视的技术布局市场，受限于市场竞争意识薄弱、产业转移转化应用能力的滞后，中国持有技术向他国流向的趋势较弱，全球技术市场还留有很大的布局空间，中国科研机构应在专利技术布局、地域分析等方面要考虑全面和细致一些。
3.6Bt 抗虫基因主要申请机构竞争力分析
各研究机构的Bt 抗虫基因专利申请量排名可以反映出该机构的活跃情况，并体现出技术的集中与垄断程
度。图5列出了Bt 抗虫基因专利重点申请机构情况。
从研究机构类型上看，目前Bt
抗虫基因研发的主
图5Bt 抗虫基因专利重点申请机构情况
Fig.5Key patent application institutions of Bt insect resistant
genes
程兴茹，康宇立，孟子云，李楠，唐巧玲，王友华
基于全球专利的Bt 抗虫基因研发态势分析与展望
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