1、研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1研究論文分析

總體論文分析：通過(guò)關(guān)鍵詞在Web of Science平臺(tái)中的Science Citation Index Expanded（SCIE）數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索作物育種領(lǐng)域相關(guān)研究論文。其中作物包括水稻、小麥、玉米、棉花、油菜、大豆、大白菜、馬鈴薯、番茄、黃瓜；模式植物包括擬南芥、苜蓿、短柄草。育種領(lǐng)域創(chuàng)新鏈包括種質(zhì)資源鑒定與利用、基因組學(xué)研究、育種關(guān)鍵技術(shù)(遠(yuǎn)緣雜交、自交不親和、雜種優(yōu)勢(shì)利用、單倍體、多倍體、無(wú)融合生殖、基因編輯、全基因組選擇育種、分子設(shè)其中作計(jì)育種、轉(zhuǎn)基因育種)等環(huán)節(jié)。篩選的文獻(xiàn)類型包括Article、Letter、Meetinga bstract和Editorial material。數(shù)據(jù)時(shí)間跨度為2017年1月1日至2017年12月13日。

高水平論文分析：利用關(guān)鍵詞+高水平期刊的檢索策略，在SCIE數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)作物育種領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索。其中，高水平期刊是指影響因子大于5或在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究人員公認(rèn)的重要期刊。通過(guò)上述方法，本研究共遴選出39種重要期刊。

研究主題分析：基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)的方法，利用VOSviewer可視化工具對(duì)育種領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)進(jìn)行聚類，通過(guò)人工判讀后，分別對(duì)每個(gè)聚類簇進(jìn)行命名和分析。


1.2專利文獻(xiàn)分析

通過(guò)關(guān)鍵詞+IPC分類號(hào)的檢索策略，在Derwent Innovation數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索作物育種領(lǐng)域相關(guān)專利。與研究論文一樣，作物種類涉及農(nóng)作物、蔬菜和模式植物三大類，以公開(kāi)年作為檢索依據(jù)，專利數(shù)據(jù)時(shí)間跨度為2017年1月1日至12月6日。

研發(fā)主題分析：通過(guò)Derwent Innovation平臺(tái)中的THEMES主題分析功能，對(duì)作物育種領(lǐng)域的研發(fā)主題進(jìn)行可視化，形成類似等高線地形圖。其中，地圖中的點(diǎn)為單篇專利，山峰表示相似專利形成的不同技術(shù)主題，白色表示專利集中領(lǐng)域和熱點(diǎn)。

2、作物育種領(lǐng)域科技文獻(xiàn)產(chǎn)出特點(diǎn)分析

2.1在育種創(chuàng)新鏈環(huán)節(jié)中，育種技術(shù)的研究論文數(shù)量位居首位

在SCIE數(shù)據(jù)庫(kù)共檢索到2723篇作物育種相關(guān)的研究論文。從育種創(chuàng)新鏈看，育種技術(shù)相關(guān)研究論文數(shù)量最多，為1818篇，占作物育種領(lǐng)域發(fā)文量的67%；其次是基因組學(xué)領(lǐng)域，發(fā)文954篇，占作物育種領(lǐng)域發(fā)文量的35%；種質(zhì)資源鑒定與利用的論文數(shù)量相對(duì)較少，共438篇，占作物育種領(lǐng)域發(fā)文量的16%(圖1)。





在高水平論文中，育種技術(shù)相關(guān)研究論文數(shù)量仍然最多，為366篇，占作物育種領(lǐng)域高水平發(fā)文總量的77%；其次是基因組學(xué)研究，發(fā)文178篇，占作物育種領(lǐng)域高水平發(fā)文總量的37%；種質(zhì)資源鑒定與利用論文數(shù)量相對(duì)較少，共43篇，占作物育種領(lǐng)域高水平發(fā)文總量的9%(圖2)。




2.2在各物種中，水稻研究論文數(shù)量最多，玉米育種專利數(shù)量最多，大豆專利授權(quán)比例最高

在總體論文中，水稻相關(guān)的研究論文數(shù)量最多，達(dá)到618篇，占比為22.7%，小麥相關(guān)的研究論文數(shù)量排名第2，達(dá)到554篇，占比為20.3%，擬南芥、短柄草等模式植物相關(guān)的研究論文數(shù)量排名第3，達(dá)到356篇，占比為13.1%。玉米、大豆、棉花相關(guān)的論文數(shù)量分列第4、5、6位；大白菜的相關(guān)論文數(shù)量最少，只有24篇(表1)。



在高水平論文中，水稻、小麥和玉米等作物發(fā)文數(shù)量較多。其中，水稻相關(guān)論文數(shù)量最多，共計(jì)120篇；小麥相關(guān)論文數(shù)量為116篇，位居第2；玉米相關(guān)論文數(shù)量為71篇，排名第3(表2)。




在作物育種專利中，大田作物中玉米育種專利數(shù)量最多，高達(dá)1311件；其次是水稻和大豆，專利數(shù)量分別為889件和803件；小麥、棉花和油菜的專利數(shù)量依次為371件、348件和225件。蔬菜中番茄育種專利數(shù)量最多，達(dá)240件；馬鈴薯、黃瓜和大白菜的專利數(shù)量依次為184件、132件和54件。模式植物中，擬南芥育種相關(guān)專利最多，達(dá)161件；苜蓿和短柄草專利量均較少，分別為64件和11件(圖3)。




從專利授權(quán)情況看，大田作物中，大豆的專利授權(quán)比例最高，達(dá)48.6%；其次為玉米，其專利授權(quán)比例為47.6%；棉花的專利授權(quán)比例為36.7%，排在第3位。蔬菜作物中，番茄的授權(quán)專利占比最高，為33.8%；模式植物中，短柄草的授權(quán)專利占比最高，為36.4%(圖3)。

2.3作物育種研究論文主要涉及基因組學(xué)研究、分子標(biāo)記輔助育種、抗生物/非生物脅迫研究、基因編輯等主題

通過(guò)作者關(guān)鍵詞的共現(xiàn)聚類，育種領(lǐng)域的研究論文共聚成3個(gè)大簇，分別為基因組學(xué)研究、分子標(biāo)記輔助育種、抗生物/非生物脅迫研究。在分子標(biāo)記輔助育種聚類簇中，小麥、玉米和大豆等作物相關(guān)研究論文數(shù)量最多，研究?jī)?nèi)容主要涉及QTL、全基因組關(guān)聯(lián)分析、遺傳多樣性等。在基因組學(xué)研究聚類簇中，主要涉及代謝組、基因組、蛋白質(zhì)組等組學(xué)以及基因編輯技術(shù)。在抗生物/非生物脅迫研究聚類簇中，主要涉及水稻、擬南芥等模式物種，內(nèi)容包括病蟲(chóng)害等生物脅迫以及鹽、氧化、冷等非生物脅迫抗性相關(guān)研究(圖4)。




高被引論文(Highly Cited paper)分析是基于基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)(ESI)中的31篇育種領(lǐng)域相關(guān)的高被引論文或熱點(diǎn)論文的解讀?？傮w而言，高被引論文涉及了玉米、小麥、水稻、番茄和模式植物等物種，研究?jī)?nèi)容主要集中在基因編輯技術(shù)(7篇)和抗生物/非生物脅迫(7篇)等方面。

2.4中國(guó)和美國(guó)表現(xiàn)突出，是作物育種領(lǐng)域科技產(chǎn)出大國(guó)

在總體論文中，中國(guó)發(fā)文量最多，以964篇位居第1，占該領(lǐng)域總發(fā)文量的35%，是美國(guó)發(fā)文量的2倍多；美國(guó)發(fā)文405篇，排名第2；印度發(fā)文數(shù)量為169篇，排名第3；韓國(guó)發(fā)文數(shù)量為100篇，排名第4；日本發(fā)文99篇，排名第5；德國(guó)、澳大利亞、巴西、加拿大、法國(guó)和意大利緊隨其后，發(fā)文數(shù)量分別為89篇、67篇、58篇、56篇、46篇和46篇(表3)。



在高水平論文中，作物育種相關(guān)的高水平論文共計(jì)477篇。其中，中國(guó)發(fā)表的高水平論文數(shù)量最多，為136篇；其次是美國(guó)，共117篇；德國(guó)排名第3，發(fā)文量為38篇(表4)。



從專利申請(qǐng)量來(lái)看，位居前5位的國(guó)家分別為中國(guó)(1414件)、美國(guó)(725件)、瑞士(92件)、韓國(guó)(52件)和荷蘭(61件)；中國(guó)和美國(guó)是作物育種專利申請(qǐng)大國(guó)，兩個(gè)國(guó)家專利申請(qǐng)量的總和占前5位國(guó)家專利申請(qǐng)總量的91.3%。在上述5個(gè)國(guó)家中，對(duì)其專利授權(quán)量進(jìn)行排名，依次為美國(guó)(975件)、中國(guó)(447件)、瑞士(99件)、韓國(guó)(71件)和荷蘭(17件)。此外，比利時(shí)、德國(guó)和日本等國(guó)家的專利申請(qǐng)量不高，均在40件以下，但相對(duì)而言，其專利授權(quán)數(shù)量較高，分別為32件、17件和27件(圖5)?？傮w而言，中國(guó)的作物育種專利申請(qǐng)量最多，而美國(guó)則是授權(quán)專利數(shù)量最多的國(guó)家。



對(duì)作物育種PCT專利分析表明，美國(guó)和中國(guó)擁有的PCT專利數(shù)量位居前兩位，其專利數(shù)量及占比分別為42件(35.9%)和19件(16.2%)；比利時(shí)和荷蘭均以6.8%的占比并列第3，PCT專利量為8件；英國(guó)和日本均以6件的申請(qǐng)并列第4，占比為5.1%；并列第5的國(guó)家為法國(guó)和意大利，PCT申請(qǐng)量均為4件，占比3.4%。澳大利亞、瑞士、西班牙、韓國(guó)等國(guó)家的PCT專利數(shù)量均在3件以下(圖6)。中國(guó)的PCT申請(qǐng)專利內(nèi)容涉及植物雄性育性相關(guān)蛋白及其編碼基因、植物抗性基因、抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆和水稻、光溫敏核不育水稻、玉米淀粉調(diào)控基因、小麥抗性植株培育等。



2.5中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院等公益性機(jī)構(gòu)是基礎(chǔ)研究論文的發(fā)文主體，孟山都、杜邦先鋒等跨國(guó)企業(yè)是專利技術(shù)的研發(fā)主體

在總體論文中，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院在該領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量最多，為73篇；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)緊隨其后，分別發(fā)文57篇和56篇。我國(guó)機(jī)構(gòu)在作物育種發(fā)文量上表現(xiàn)突出，全球發(fā)文量在15篇以上(含15篇)的機(jī)構(gòu)有20個(gè)，我國(guó)機(jī)構(gòu)占據(jù)其中13個(gè)席位(圖7)。




在高水平論文中，中國(guó)科學(xué)院在作物育種領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量最多，為19篇，排名第1；華中農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)文15篇，排名第2；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)發(fā)文11篇，排名第3，美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局發(fā)文10篇，排名第4。在排名前11位的機(jī)構(gòu)中，我國(guó)機(jī)構(gòu)占據(jù)了4個(gè)(圖8)。



從專利申請(qǐng)量來(lái)看，前5位機(jī)構(gòu)的排序依次為孟山都(247件)、陶氏益農(nóng)(174件)、杜邦先鋒(165件)、先正達(dá)(91件)和拜耳作物科學(xué)(70件)；中國(guó)機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)量與國(guó)外機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)量差距明顯，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等5家中國(guó)機(jī)構(gòu)的專利申請(qǐng)量在44件以下，排在第6~10位。從專利授權(quán)量來(lái)看，排名前5位的機(jī)構(gòu)依然為上述農(nóng)業(yè)跨國(guó)企業(yè)，依次為孟山都(415件)、杜邦先鋒(286件)、陶氏益農(nóng)(187件)、先正達(dá)(96件)和拜耳作物科學(xué)(41件)。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的專利授權(quán)量排在第6位，為35件。由此可見(jiàn)，孟山都、陶氏益農(nóng)、杜邦先鋒、先正達(dá)和拜耳作物科學(xué)等農(nóng)業(yè)跨國(guó)企業(yè)在作物育種領(lǐng)域的專利申請(qǐng)非?；钴S(表5)。





PCT專利中，杜邦先鋒公司以13件PCT專利排名第1，專利內(nèi)容涉及大豆、玉米種質(zhì)資源鑒定與利用，研發(fā)重點(diǎn)是重要農(nóng)藝性狀基因的挖掘，包括花期調(diào)控基因、抗倒伏基因、抗褐莖腐病分子標(biāo)記等。

拜耳作物科學(xué)的PCT專利申請(qǐng)量排在第2位(11件)，專利內(nèi)容涉及黃瓜產(chǎn)量QTL、西瓜育種、分子標(biāo)記及其在小麥等G型細(xì)胞質(zhì)雄性不育育性恢復(fù)基因中的應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所以3件PCT專利申請(qǐng)量與其他6家國(guó)外機(jī)構(gòu)并列第4，專利內(nèi)容主要涉及通過(guò)核苷酸定點(diǎn)替換獲得抗草甘膦水稻的方法、植物雄性育性相關(guān)的蛋白及其編碼基因的應(yīng)用以及抗白粉病小麥植株培育(表6)。



3、國(guó)內(nèi)外作物育種領(lǐng)域科技產(chǎn)出對(duì)比分析

3.1我國(guó)的論文總量和高水平論文數(shù)量均較高，美國(guó)的高水平論文比例較高，德國(guó)的發(fā)文少而精

從總體研究論文數(shù)量來(lái)看，我國(guó)在育種領(lǐng)域占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，以964篇位居第1，約占該領(lǐng)域總發(fā)文量的35%。從發(fā)文機(jī)構(gòu)來(lái)看，我國(guó)機(jī)構(gòu)在作物育種發(fā)文量上表現(xiàn)突出：全球發(fā)文量Top20機(jī)構(gòu)中，我國(guó)占據(jù)其中13個(gè)席位，并且排名前5位的機(jī)構(gòu)中有4家來(lái)自中國(guó)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院以73篇排名全球第1。同時(shí)，我國(guó)在高水平論文中也表現(xiàn)突出，以136篇位居首位。
以育種領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量為橫坐標(biāo)，高水平期刊發(fā)文數(shù)量為縱坐標(biāo)，繪制發(fā)文數(shù)量TOP10國(guó)家的對(duì)比圖。結(jié)果表明，我國(guó)在作物育種領(lǐng)域表現(xiàn)突出，不僅總體發(fā)文數(shù)量遙遙領(lǐng)先，而且高水平論文數(shù)量也最多；美國(guó)的總體論文數(shù)量雖不及中國(guó)一半，但是高水平論文數(shù)量接近中國(guó)，其高水平論文比例明顯高于中國(guó)；德國(guó)的總體論文數(shù)量雖然不多，但是高水平論文數(shù)量接近本國(guó)發(fā)文量的一半，研究論文質(zhì)量較高(圖9)。



3.2我國(guó)在育種創(chuàng)新鏈以及各類作物的基礎(chǔ)研究布局中，均有較明顯優(yōu)勢(shì)

從創(chuàng)新鏈環(huán)節(jié)來(lái)看，除了全基因組選擇和自交不親和技術(shù)外，我國(guó)在種質(zhì)資源鑒定與利用、基因組學(xué)研究和其他7種育種技術(shù)的發(fā)文量均排名第1，并且在基因組學(xué)、遠(yuǎn)緣雜交、雜種優(yōu)勢(shì)利用、分子設(shè)計(jì)育種、轉(zhuǎn)基因育種領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)十分明顯(圖10)。



從作物種類來(lái)看，除了番茄外，我國(guó)在水稻、小麥、玉米、模式植物等10種物種中發(fā)文量均排名第1，并且在除馬鈴薯和番茄外的其他9種物種中的發(fā)文數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，尤其是在水稻中，比排名第2位的印度發(fā)文數(shù)量多出近200篇(圖11)。




3.3中、美兩個(gè)受理國(guó)的作物育種專利申請(qǐng)呈現(xiàn)出各自特點(diǎn)

從圖12可知，全球作物育種領(lǐng)域?qū)＠难邪l(fā)熱點(diǎn)涉及雜種優(yōu)勢(shì)利用、分子標(biāo)記、玉米育種、大豆育種、組織培養(yǎng)、基因重組表達(dá)、基因定量檢測(cè)、耐除草劑與抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因大豆培育等。在中國(guó)，受理的相關(guān)專利主要集中在雜種優(yōu)勢(shì)利用、基因重組表達(dá)、組織培養(yǎng)、分子標(biāo)記和基因定量檢測(cè)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，專利申請(qǐng)主體為大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)。在美國(guó)，受理的相關(guān)專利主要集中在大豆、玉米的自交系培育，專利申請(qǐng)主力軍為孟山都和先正達(dá)等跨國(guó)企業(yè)(圖12)。



3.4中、美兩國(guó)高被引研究論文數(shù)量并列第1，各國(guó)研究主題不盡相同

中國(guó)和美國(guó)各擁有8篇高被引論文，并列第1(表7)。其中，美國(guó)主要發(fā)文機(jī)構(gòu)既包括美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局等研究機(jī)構(gòu)或大學(xué)，也有跨國(guó)企業(yè)如杜邦先鋒；其研究?jī)?nèi)容涉及作物基因編輯(小麥、玉米和番茄)、全基因組關(guān)聯(lián)分析、基因組注釋等。中國(guó)主要發(fā)文機(jī)構(gòu)為中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)等公益性研究機(jī)構(gòu)。相關(guān)研究?jī)?nèi)容涉及作物基因編輯(水稻和小麥)、連鎖圖譜及QTL等；從作物種類來(lái)看，水稻相關(guān)研究成果較為突出，共有4篇高被引論文；小麥高被引論文數(shù)量為2篇，位居其后。

德國(guó)發(fā)表了3篇高被引論文，涉及小麥抗白粉病基因、玉米不同生長(zhǎng)期生物量的遺傳分析、基因編輯等。荷蘭發(fā)表了2篇高被引論文，均來(lái)自瓦赫寧根大學(xué)，涉及了植物?病原菌互作、植物應(yīng)對(duì)多重脅迫的響應(yīng)分子機(jī)理。澳大利亞發(fā)表了2篇高被引論文，涉及小麥抗逆、小麥抗銹病基因等。

來(lái)源：《植物遺傳資源學(xué)報(bào)》，2018，19(3):399?409