本次专利检索分析，采用北京合享智慧科技有限公司开发的incoPat科技创新情报平台作为数据源 (https://www.incopat.com/)。为保证专利文献检索的全面性，检索式为“TI=(菌根or arbuscular mycorrihza*)”，检索了2020年3月31日之前的专利申请。初步检索到的结果进行人工去噪并标引，最终获取AMF领域的相关专利524件，其中中国的专利申请为255件。

基于incoPat数据库的专利分析平台，利用 Excel2016分析软件对AMF领域相关专利数据进行计量统计和可视化分析。分别以专利申请量、申请人、专利技术特征等为指标进行分析，揭示丛枝菌根真菌领域的专利文献分布现状、竞争态势、主要的技术特征以及研究热点和研究发展趋势。

对全球AMF专利申请量进行统计分析 (图1)，可以发现，全球AMF专利的年度申请量整体呈现快速上升的趋势。2000—2004年，专利申请量较少，专利申请人数量也较少，每年的申请量不到10件；2005—2017年，专利申请量呈现指数型增长，专利申请量从11件上升至62件，增幅为68%；2017年和2018年的专利申请量处于高峰，申请量超过50件。中国在AMF领域的专利变化趋势同国际的发展趋势保持一致。2009—2018年，中国的AMF专利数量得到快速、大幅增加，自2011年开始，中国的专利申请量占全球一半以上，2018年的申请数量达到49件，占全球该领域专利申请的90.7%。1999年以前，日本是丛枝菌根真菌主要的专利布局国家，其专利申请占全球的41.3%；2000年以来，中国是主要的专利布局国家，其次是印度和世界知识产权组织。

图  1  丛枝菌根真菌专利申请数量的年度变化趋势

Figure 1.  Annual variation trend of the number of patent applications on arbuscular mycorrhizal fungi

丛枝菌根真菌领域的申请人排名可以反映该领域主要的研发机构及其竞争态势。2019年之前全球AMF领域专利申请总量TOP10的申请机构年度申请情况见图2，TOP3申请机构均为企业，Top4-10的申请机构属于研究所或高校，中国有3家高校进入TOP 10。TOP10申请机构的专利申请量占总申请量的25.2%，其中1999年之前占比达到37.6%，2000—2019年间的占比为21.9%，2009年的占比高达53.8%。TOP10申请人的专利申请主要集中于2009年之后。专利申请量最多的是Idemitsu Kosan Co Ltd，专利申请量为22件，申请国别为日本，其申请时间在1991—1995年，目前这些专利都已失效。专利申请量排第二的Valent Biosciences LLC，专利申请量为19件，申请时间集中在2017年和2019年，专利在全球多个国家布局。法国国家科学研究中心 (French National Centre for Scientific Research) 最早专利申请是1984年，近年仍然有专利申请。Symplanta GmbH & Co KG的专利申请在2013—2016年间，在全球多个国家布局。University of Michigan State的专利申请在1989—1997年间，其专利在多国布局，之后未见申请。中国的南京农业大学、中国矿业大学 (北京) 和河南科技大学三家高校进入TOP10，他们的专利申请量分别是11件、9件和8件，专利申请国别为中国，申请时间在2009—2018年间，专利申请较为活跃。

图  2  主要研发机构的专利申请量的年变化趋势

Figure 2.  Annual variation trend of the number of patent applications from major research and development institutions

通过分析全球专利的技术构成 (图3)，丛枝菌根真菌的技术主要集中在A01G(水稻、蔬菜、果树、花卉等农林植物的栽培；灌溉) 领域。中国在A01G技术领域上的专利高达90件，占全球申请量的55.2%，其次日本在该技术领域的专利为25件。排在第二位的技术构成是C12N(微生物或酶；促进微生物生长的组合物；繁殖、保藏或维持微生物；变异或遗传工程；培养基)，中国在这个领域的专利40件，占42.1%。C05G(分属于C05大类下各小类中肥料的混合物；由一种或多种肥料与无特殊肥效的物质，例如农药、土壤调理剂、润湿剂所组成的混合物；固体肥料)、A01N(人体、动植物体或其局部的保存；杀生剂，例如作为消毒剂，作为农药或作为除草剂；害虫驱避剂或引诱剂；植物生长调节剂) 和C05F(不包含在C05B、C05C小类中的有机肥料，如用废弃物或垃圾制成的肥料) 技术领域的专利申请量分别列在第三、第四和第五位。国外专利集中在以上五个技术领域，中国专利有超过20件分布在A01H(新植物或获得新植物的方法，通过组织培养技术的植物再生) 和B09C(污染的土壤的再生) 技术领域。

图  3  全球丛枝菌根真菌领域专利的技术分布

Figure 3.  Distribution of the technologies patented on arbuscular mycorrhizal fungi in the world

技术功效矩阵分析有助于寻找技术空白点、热点和突破点，从丛枝菌根真菌领域专利的技术功效矩阵分布图 (图4) 可以看出，菌种扩繁、菌种刺激物和菌种保存的研究是丛枝菌根真菌领域的重点和热点，农林应用和污染修复也得到关注。在技术效果上，菌种扩繁技术主要关注的是提高菌种产量，其次是提高菌种稳定性；菌种刺激物技术重点关注提高菌种活力；菌种保存的研发主要关注提高作物产量、作物抗逆性和保持菌种稳定性方面；农林应用关注的是提高作物产量、作物抗逆性和提高作物抗病性；污染修复的技术研发基本集中在修复效率的提升方面；检测技术重点是提高精度；研究方法则侧重提高效率方面。

图  4  丛枝菌根真菌技术功效矩阵

Figure 4.  Technical effect diagram of arbuscular mycorrhizal fungi technology

图5可以看出，2000年以前，AMF菌技术的研发侧重在菌种扩繁、菌种刺激物和菌种保存方面，菌种保存和菌种的农林应用也有涉及，污染修复和生态修复涉及不多。AMF领域在2000—2019年的演变趋势分为2000—2004年、2005—2013年、2014—2019年三个阶段。2000—2004年间，专利申请量较少，研究主题分散在菌种扩繁、菌种刺激物、菌种保存和农林应用；2005—2013年，菌种扩繁、菌种刺激物、菌种保存和农林应用仍然是主要方向，一些研发团队开始涉足污染修复、生态应用、检测技术和研究方法；2014—2019年，AMF领域的专利申请量有较大的增加，菌种扩繁、菌种刺激物、菌种保存和农林应用依然是主要方向，污染修复、检测技术和研究方法也有加强。

图  5  中国不同技术类别专利申请的年度发展趋势

Figure 5.  Annual development trend of patent applications in different technology categories in China

专利申请数量是技术产出的直接反映，AMF专利在全球地域分布显示，日本、欧洲和美国是较早申请专利的国家，具有较高影响力；2000年以来，中国是该领域专利申请数量最多的国家，中国和印度是该领域专利的主要申请国家 (图1)。通过对AMF专利技术生命周期的分析，2009年至2018年处于专利申请快速增长期，说明全球正处于AMF技术的发展期。同时，自2011年以来，中国的专利申请量占全球一半以上，表明该领域相关企业或战略投资者加大研发投入并在中国进行战略布局。全球排名TOP3 的AMF专利申请机构均企业，中国有3家高校进入TOP 10(图2)。中国企业的专利申请明显低于高校和科研机构，表明我国在该技术领域仍处于基础研究阶段，产业化程度低，研发与产业化存在较为明显的脱节。

丛枝菌根真菌专利所涉及的技术分类主要包括菌种扩繁、菌种保存、菌种刺激物、农林应用、污染修复、生态恢复、检测技术、研究方法 (图3、图4、图5)。2000年以前，AMF技术的研发侧重在菌种扩繁、菌种刺激物和菌种保存方面；2005—2013年，菌种扩繁、菌种刺激物、菌种保存和农林应用是研发的主要方向，一些研发团队开始涉足污染修复、生态应用、检测技术和研究方法；2014以来，AMF的污染修复应用、AMF检测技术和研究方法的专利数量有明显增加。

丛枝菌根真菌产品化包括菌种扩繁、菌种保存和菌种刺激物的过程，也是AMF技术应用的前提。AMF扩繁方法有活体培养 (盆钵培养法、培养基培养法、静止营养液培养法、流动营养液培养法、雾化培养法、玻璃珠分室培养法、大田培养法)、离体纯培养和离体双重培养。静止营养液和流动营养液培养法产生孢子量较少，双重无菌培养法和玻璃珠培养法操作和技术难度大且产孢子数量少，大田培养法是菌剂易受到污染，这些方法均不适用于商业化生产。盆钵培养法和雾化培养法是目前商业化生产的主要方法。AMF的离体纯培养还处于探索阶段，没有突破性的进展，从而限制了其研究的深入及其在生产实践中的大规模应用^[8-11]。AMF菌种扩繁的专利申请包括生产AMF的培养方法、培养基质、装备、工艺等技术及改进，发明主要关注提高菌种产量、缩短生产时间和提高菌种稳定性等方面。最早的AMF菌种扩繁的专利是National Research Development Corporation于1980年在德国、欧洲专利局、奥地利和英国提出菌根真菌的生产工艺的保护申请 (DE3067307，EP80300367，AT30036780，GB8004133)，该申请公开了一种基于营养膜培养生产AMF菌剂的方法，同年该研发团队又在日本、西班牙、美国、以色列、南非、澳大利亚申请了专利保护。French National Centre for Scientific Research于1984年在法国公开了水培条件下连续大规模扩繁AMF的方法 (FR84011725)，1985年该研发团队在德国、欧洲专利局、奥地利、加拿大申请了专利保护。2008年开始，中国的高校、研究机构、企业和个人才开始申请菌种扩繁的专利保护。中国最早关于AMF菌种扩繁的专利是2008年钟明基等公开的一种培养从枝菌根真菌的接种菌的方法及装置 (CN200810067947.9)，该专利利用气栽法培养AMF接种菌，提高了AMF菌种的纯度，便于贮藏和运输。2009年开始，浙江师范大学、贵州省烟草科学研究所、上海弘升科技发展有限公司、中国矿业大学 (北京)、兰州大学、南京农业大学等陆续申请了AMF扩繁的技术保护；2016年开始，菌种扩繁的中国专利申请超过全球申请的一半。

丛枝菌根真菌的繁殖体通常包括孢子、菌丝、侵染的植物根段，或三者的混合物^[4]。AMF菌种保存的吸附载体通常分为固体和液体两大类。固体菌剂是以土壤-沙子及一定比例的添加物如泥炭、蛭石、珍珠岩等混合物作为AMF 繁殖体载体制成的菌剂，一般为粉状或颗粒状，是目前农业和生态上使用最广泛的菌剂类型^[12]。胶囊菌剂以聚丙烯酰胺或海藻酸盐为载体，将目的AMF 菌种繁殖体及生物添加剂 (如营养元素、植物激素、黄酮类物质等) 包埋其中，制成胶囊^[13]。液体菌剂一般以液体如植物油、水及合成有机聚合物等作为AMF 繁殖体载体，其成分明确、可控^[14]。AMF菌种保存的专利申请内容包括吸附剂、填充剂等辅助材料的选择及制作，使得菌种在应用中充分发挥提高植物表现 (产量)、作物品质、植物抗逆性、菌种稳定性等功效。最早的AMF菌种保存的专利申请是Huels Chemishe Werke AG于1984年的申请 (接种植物AMF的吸附剂的生产和使用，DE3416315)，该发明采用膨胀黏土作为吸附剂保存AMF孢子，并首次在德国公开。1985年，Huels Chemische Werke AG、Int Biotech Lab、Ruhr Stikstoff AG就该技术在多个国家申请了专利保护 (JP60093940、AU4190585、DE3566944、AT10389885、CA480511、ZA8503276、BRPI8502098)。Weritz Juergen Dipl Agr ING于1989年在德国申请了以辉绿岩棉作为AMF菌种保存的发明，该载体的多孔结构较膨胀粘土具有许多优点。2000年以前，AMF菌种保存的专利在中国布局较少，仅西贝尔农业研究有限公司于1994年在中国申请了包含营养素和使磷酸盐增溶的真菌的肥料 (CN94194264.3) 的专利。2006年开始，连续有AMF菌种保存的专利在中国布局。2006年，天津市植物保护研究所申请的一种克服蔬菜连作障碍的生物土壤添加剂配方 (CN200610130054.5) 专利，AMF作为土壤改良剂的重要成分之一，以解决设施蔬菜栽培的连作障碍。2007年，云南神宇新能源有限公司申请了一项AMF菌种保存专利 (CN200710195056.7)；2008年和2009年，新疆农业科学院微生物应用研究所每年各申请了一项AMF菌种保存专利 (CN200810072945.9、CN200910113461.9)；2012年开始，AMF菌种保存的中国专利申请占全球该领域专利申请的主要位置，尤其在2017年和2018年中国专利申请均超过10件，中国在菌种保存技术领域具有巨大的市场潜力。

丛枝菌根真菌孢子萌发、侵染植物根系和菌根植物共生的发展涉及复杂的分子对话，获得调控AMF共生行为的物质/植物激素 (菌种刺激物) 是实现AMF离体纯培养和高效应用的基础，一直是本领域科研人员关注的焦点^[15-17]。菌种刺激物的发明是出于提高菌种应用时的活力，通过添加外源物质、改变使用环境、调整菌种组合等方法实现AMF高效侵染植物并发挥作用的目的。最早的AMF刺激物的专利是University of Michigan State于1989年在美国公开了一项创造 (刺激泡囊丛枝菌根真菌方法和组合物，US07444838)，也是以类异黄酮物质提高AMF孢子活力促进AMF侵染植物以提高植物的表现。1990年，University of Michigan State以该技术为基础，在澳洲、加拿大、日本、英国、匈牙利和巴西申请了专利保护。2004年，University Paul Sabatier Toulouse III和French National Centre for Scientific Research在法国公开了菌种刺激物独脚金内酯 (Strigolactones，SLs)，2006年在美国也申请了相关专利。Agronomique Inst Nat Rech、Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.) 和University Paul Sabatier Toulouse III于2009年在中国、欧洲专利局、世界知识产权组织、巴西等公开了脂壳寡糖 (Lipochito-oligosaccharides) 促进AMF活力的技术。Valent Bioscience LLC于2017年公布了聚乙二醇 (Lolyethylene glycol)、乳糖和木质素磺酸钠等激发AMF活力的物质，并在16个国家布局，2019年又在其他3个国家申请专利保护。2017年以来，菌种刺激物的发明明显增加，中国的企业和高校也逐渐进入该领域。清华大学于2018年公开了独脚金内酯促进AMF侵染植物根系的方法，在中国和WIPO申请专利；浙江世佳科技有限公司于2018年分别公开了芸苔素内酯和植物生长调节剂右旋脱落酸 (S-Abscisic Acid) 在促进菌种活力的2项申请；2019年济南大学和浙江海洋大学各有1项申请，分别公开了植物源烟水和菌糠提取物促进AMF菌种活力的方法。一些发明采用多胺 (亚精胺)、芸苔素内酯、植物源烟水等作为AMF菌种刺激物，以激发AMF的AMF孢子活力、增强AMF侵染植物根系的效率。

丛枝菌根真菌的应用主要包括农业、林业、药材种植、污染修复、生态恢复等。AMF能够促进植物吸收水分、养分、改良土壤理化性质以及提高植物抵抗逆境胁迫的能力^[2,18]。在农林领域，AMF技术主要应用在大田作物、蔬菜、果树、花卉、中药材、草坪等方面，侧重于提高植物表现 (产量)、抗病性、抗逆性和品质等效果。最早的专利申请是Idemitsu Kosan Co Ltd于1991年在日本提出的培育植物的方法 (JP03099840)，该专利公开了接种AMF以提高植物生长的方法。2000年以前的9项关于AMF农林应用的专利都是在1995年之前申请的，且申请国别均为日本，其中Idemitsu Kosan Co Ltd的申请7件，Osaka Gas Co Ltd和Central Glass Co Ltd申请各1件。1996—2002年，全球没有AMF农林应用方面的专利申请。2003年和2004年，Parvatam Giridhar等和Dongbu Hannong Chemicals Co Ltd分别在美国 (US10402241) 和韩国 (KR1020040098318) 各有一项申请。中国最早的AMF农林应用专利是北京市农林科学院于2009年公开的丛枝菌根真菌菌株及其在抗根结线虫中的应用 (CN200910242394.0)，该发明接种AMF能够明显抑制根结线虫对黄瓜根系的危害。2011年开始，中国科学院新疆生态与地理研究所、云南省烟草农业科学研究院、西南大学、南京农业大学、中国中医科学院中药研究所等高校研究所陆续申请AMF农林应用的中国专利，2016—2019年间AMF农林应用专利均是中国申请。

植物修复是一种有前途的污染修复技术，该技术利用绿色植物去除污染物或将其对受污染生态系统的有害影响降至最低。前人研究发现AMF-植物共生体不仅能够修复重金属污染土壤，而且具有降解化学农药、多环芳烃等复杂有机污染物的能力，可明显提高植物耐性和修复效率^[19-22]。与传统的物理化学修复方法相比，该方法具有成本低且无二次污染，公众的高度认可正逐渐被采用。为此，AMF技术正逐渐在污染修复中发挥着重要作用。AMF污染修复的专利申请主要包括AMF在农田、场地和矿区土壤修复等领域的应用，技术的重点是利用AMF侵染修复植物，实现修复植物在逆境中生长以达到修复目标。2000年前，仅有两项专利申请涉及污染修复。最早的专利申请是Green Tec KK、Osaka Gas Co Ltd和Hitachi Shipbuilding Eng Co于1996年在日本提出的空气清洁器 (JP08243483)，该发明将菌根植物种在空气清洁器中，通过植物健康生长，能够有效净化空气。Bothe Hermann于1998年在欧洲专利局公开了重金属、放射性核素、除草剂或盐分污染土壤的修复技术 (EP98119803)，该发明采用AMF与植物共生，以实现修复的目的。2000—2002年和2004—2006年间，未见AMF污染修复的专利申请。中国科学院生态环境研究中心和中国农业大学于2003年在中国公开了一种提高砷污染土壤植物修复效率的方法 (CN200310123407.5)，该发明对砷超富集植物-蜈蚣草接种AMF，菌根化的蜈蚣草适应砷污染特殊环境，提高蜈蚣草对贫瘠土壤和复合污染的抗性以及获取必需矿质养分的能力，促进蜈蚣草生长，从而加速砷污染土壤植物修复过程。2007年，有3件AMF污染修复的专利申请，包括Gnu Nauchno Issledovatel' Skij Institute Agrarnkh Problem Khakasii So Raskhn、中国科学院生态环境研究中心和Korea University Industrial Academic Collaboration Foundation分别在俄罗斯、中国和韩国的申请 (RU2007117479，CN200710099333.4，KR1020070093827)。其中，中国科学院生态环境研究中心公开了一种提高土壤中有机污染物降解效率的方法 (CN200710099333.4)，该发明通过在有机污染物阿特拉津、滴滴涕或多环芳烃菲的污染土壤中种植菌根化的玉米或苜蓿，可以促进有机污染物在土壤中的降解。2009年开始，每年都有AMF污染修复的专利，且以中国的专利申请为主；2017年，AMF污染修复的专利申请达到高峰。值得一提的是，Tesch Rainer于2016年在欧洲专利局公开了一种用于处理石油或天然气的方法 (EP16206423)，该发明通过在石油或天然气污染土壤上种植菌根化的甘草属植物的方法降解污染物。2017年，Tesch Rainer将该技术分别在中国、美国、墨西哥、欧洲专利局、加拿大、世界知识产权组织、欧亚专利组织进行了布局。

丛枝菌根真菌及其寄主植物之间形成菌丝体时，寄主植物根部的土壤接触面积会扩大，从而改善植物的养分和水分吸收，并提高抗逆性^[2,23]。AMF技术的该特性越来越多地用于生态修复领域，例如在耕地复垦、矿区生态恢复、水土保持、边坡地绿化、盐碱土治理等方面^[24-26]。AMF生态恢复的专利申请总共13件，主要包括AMF在耕地复垦、水土保持和盐碱土治理等领域的应用，发明侧重于提高植物表现 (产量) 和抗逆性以实现高效的生态修复。最早的专利申请是Hokkaido University和Nittoc Constrution于2010年在日本提出的边坡绿化方法 (JP2010125861)，该专利公开了接种AMF以提高边坡植物在强酸性土壤上生长的方法。2011年和2015年，未见AMF生态恢复领域的专利申请；2012—2013年和2016—2019年间，均有专利申请，其中2016年和2017年分别是2项和4项专利申请，其他年份仅1项，以上专利都是中国申请。2012年，哈尔滨工业大学宜兴环保研究院公开了一种新型冷季型禾草早春高效建植的方法 (CN201210436586.7)，该技术通过建立高侵染率的菌根—冷季型禾草互利共生体，显著提高共生抗寒能力和生理功能，从而更大限度的截留早春地表径流中所含有的氮、磷等面源污染物质，减少对受纳河流的污染。中国矿业大学 (北京) 于2013年公开了一种提高沙地苗木成活的栽植方法 (CN201310240790.6)，该发明提出了沙地苗木接种AMF有利于沙地生态恢复的技术。贵州大学于2014年申请了应用AMF技术快速恢复喀斯特石漠化地区植被的方法 (CN201410385551.4)，该发明应用AMF技术，采用乔灌草三结合的立体种植方式，能够快速实现喀斯特石漠化地区植被恢复。

检测技术和研究方法的创新有助于AMF技术的突破。近些年来，随着生物、材料、信息等学科的发展，AMF的检测技术和研究方法也有了长足进步^[27-28]。AMF检测技术的专利申请内容涵盖了检测AMF侵染植物根系能力、优良AMF菌株的筛选、分子检测AMF侵染植物的引物、利用AMF筛选特定植物等技术，该技术多侧重于提高检测精度和速度。最早的AMF检测的专利申请是The Regents of the University of California于2003年的申请 (一种丛枝菌根真菌¹⁵N同位素标记装置及制作方法，US10739736)，该专利可准确量化AMF菌丝对植物吸收氮的相对贡献，易于操作，制作简单，便于试验设置。第2项专利AMF检测的专利申请人也是来自于The Regents of the University of California，是于2004年在世界知识产权组织提出的快速测定AMF侵染效率和菌根化的方法 (WOUS04033301)，该方法公开了快速检测植物与丛枝菌根真菌共生的参数。2005—2009年、2014年、2015年和2017年，没有AMF检测技术的专利申请；2010—2013年间，每年各有1项专利申请。2016年、2018年和2019年，分别有2项、3项和5项申请，其中2019年5项专利包括世界知识产权组织申请1项和中国专利申请4项。AMF研究方法的专利申请包括实验室或野外开展科学研究工作中所涉及AMF的培养、采集、观察、分析的装置或方法，发明多侧重于提高AMF研究的深度、广度和速度。AMF研究方法的专利申请共21件，均在中国申请，大部分由中国的高校和研究所提交。最早的申请是河南科技大学于2011年公开的一种丛枝菌根菌整体孢子玻片标本的制作方法 (CN201110054516.0)，该方法制成的标本可使大且壁不坚实的AMF孢子在标本中保持完整的外观形态，不破裂。除了2016年未见AMF研究方法的专利申请外，2012年以来，每年均有AMF研究方法的专利申请，特别是2017年以来，AMF研究方法的专利申请明显增加，表明近年来AMF研究方法获得中国学者的关注。

近年来，我国丛枝菌根真菌领域技术发展呈突破式发展，该技术处于生命周期的发展期。AMF的菌种扩繁、菌种保存和菌种刺激物等产品化技术研发不断加强，AMF应用领域正从农林应用向污染修复领域拓展，不仅用于重金属污染土壤修复，也处理有机污染降解等复杂土壤问题。结合分子生物、材料和信息技术等新兴技术发展，AMF检测技术和研究方法正在发展，新的研发充分考虑了AMF产品化和应用的结合。全球排名TOP10 的3家中国专利申请人均为高校，缺乏具有自主创新能力的企业，企业参与度较低，亟需加强产学研用联合攻关及合作研发。