陳 佩 ， 馬彧博

（國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津 300304）

1 授粉器概述

人工授粉技術是用人工方法把植物花粉傳送到柱頭上以提高籽實率，或有方向性改變植物物種的技術措施。傳統(tǒng)的雜交授粉主要有點授和桿授[1]。目前，我國人工授粉技術存在勞動強度高、生產(chǎn)效率低、成本高等問題[2]，這些問題已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的絆腳石。而授粉器是人工授粉過程中使用的授粉設備，能夠方便、高效地完成授粉動作，節(jié)省人工勞動，提高授粉成功率，已成為現(xiàn)代化、精細化農(nóng)業(yè)中一項重要設備。隨著雜交技術的廣泛應用，針對不同雜交作物的授粉器也層出不窮。在小麥[3]、水稻[4]等糧食作物以及獼猴桃[5]、番茄[6]等園藝植物中以及落葉松[7]等林業(yè)植物中廣泛應用。近年來，還出現(xiàn)了通過直升飛機搭載航模，遙控實現(xiàn)授粉作業(yè)的技術[8]。有學者稱根據(jù)不同作物的高度、生長周期、葉面大小等方面進行綜合考慮，制定出合理的風場、飛行速度、高度等數(shù)據(jù)，依據(jù)不同種類的花蕊，采用科學的授粉計算方法，確定最佳授粉時期，實施無人機的趕花授粉，是機械化授粉發(fā)展的方向[9]。然而，現(xiàn)有的研究中僅僅針對個別、單一作物的授粉器進行介紹或研究，缺少對授粉機構(gòu)原理的梳理、總結(jié)和持續(xù)關注，導致授粉器技術難以形成系統(tǒng)理論并迭代更新，難以在不同作物之間相互借鑒和推廣，進而難以產(chǎn)業(yè)化。因此，本文對授粉器技術相關專利進行了分析，以推動我國授粉器技術的發(fā)展進步。

2 專利申請總體態(tài)勢及技術發(fā)展脈絡

截至2021年4月10日，在incopat同族數(shù)據(jù)庫檢索后經(jīng)過人工標引，得到授粉器技術相關專利申請共計1190項，圖1為授粉器相關專利全球申請趨勢以及技術來源國，由圖1可以看出，授粉器相關專利主要技術來源國是中國，申請量占82.9%，可能因為中國是農(nóng)業(yè)大國，中國農(nóng)業(yè)逐漸向省力化栽培的方向發(fā)展。而機械化是助力省力化栽培的重要方式，人工授粉是勞動力密集型生產(chǎn)技術，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，機械化授粉發(fā)展迫在眉睫。因此，授粉器專利相關的申請量逐年增加。其次是韓國、美國和日本，上述3個國家也是農(nóng)業(yè)強國。通過圖1的專利申請趨勢可以看出專利申請總體趨勢分為以下三個階段。

圖1 全球?qū)＠纳暾堏厔菁凹夹g來源國

1）2009 年之前的探索期。授粉器的專利年申請量在9項以下，申請人以個人申請為主。主要研究了授粉器的手動、電動形式，針對不同作物的便攜式設備、大型機械化設備，以及通過起動、噴霧、搖晃、電磁振動等工作原理。

1921年的專利US1528664A 公開了最早的授粉器，一種利用手動雙向活塞泵對果樹進行氣動采粉、授粉的裝置，它具有維持花粉活性的加熱器和惰性承載介質(zhì)。1932年的專利US1923217A公開了一種針對室內(nèi)番茄的搖晃式授粉器，通過電動蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)實現(xiàn)搖動板的運動，能夠?qū)崿F(xiàn)所有植株同時搖晃授粉。1940—1955年的專利US2257036A 、US2709320A 、US2749664A和 US2775065A公開了一種大田授粉車，通過車載人力踏板或其他動力源驅(qū)動鏈條機構(gòu)，實現(xiàn)細長旋轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)動，進而對車后較大面積的苜蓿進行授粉，提高了大田授粉效率。1946年的專利US2548487A公開了最早的授粉槍，通過手動氣囊提供壓縮氣體，吹動花粉儲存器內(nèi)的花粉經(jīng)過延伸管達到高大果樹的雌蕊，方便高效。1977年的專利US4087937A首次提出了專門應用于雜交的授粉器，先將玉米父本、母本間作，后利用車載振動器搖晃中間多排父本使其花粉脫落，引風機抽吸花粉并同時排出給兩側(cè)多排母本，極大提高了雜交效率。1978年的專利US4159596A公開了一種人工定向授粉袋，將自交玉米的雌雄花套袋連接，以產(chǎn)生高純度。1980年前蘇聯(lián)勞動紅旗農(nóng)學院的專利SU921478A1公開了一種授粉器，具有電磁波音頻振蕩器和氣動式脈動器，用于采集花粉并使之膨松化；高壓靜電場，用于對花粉除塵，減少了機械機構(gòu)對花粉的損傷，提高了花粉純度。1985年的專利US4644683A公開了一種授粉直升機，安裝有丙烷燃燒器，直接加熱苜蓿花附近的空氣，高溫使花朵開放，下沉氣流的攪動促進花粉在田間傳播，從而提高授粉率。

2）2010—2014年的快速發(fā)展期。年申請量從21項逐漸增加到47項，中國申請人研究活躍，申請量占比從57%逐漸提高到85%左右。主要在上一階段相關技術分支上進一步研究，首次出現(xiàn)了專門搭載于無人機的授粉器，授粉作業(yè)空間進一步拓展。

2012年的專利CN203251753U公開一種氣流式授粉器噴頭，具備增壓分流頭。動力氣流由增壓分流頭的氣流入口進入增壓分流頭，然后由增壓分流頭的兩個氣流出口增壓分流進入花粉罐，氣流攪動花粉罐內(nèi)的花粉，使花粉在花粉罐的上部空間呈粉塵狀，粉塵狀的花粉隨氣流由花粉罐上端的噴粉孔噴出。該授粉器噴頭結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，性能穩(wěn)定可靠。2012年珠海羽人飛行器有限公司的專利CN103503764B 公開了一種具有氣力授粉裝置的無人直升機，懸吊徑向進風的風機在植株尖端掠飛，強力吹動花粉，并可將部分花粉吸入風機后吹出，授粉效果好，作業(yè)效率高。2013年華南農(nóng)業(yè)大學的專利CN103238513B公開了一種適用于無人機授粉作業(yè)的機載裝置，通過將垂直方向的風場轉(zhuǎn)變水平方向的風場，從而提高了授粉的效率和效果，同時還有效隔離了飛行器形成的風場對授粉的影響。2014年先鋒國際良種公司的專利CN103929949A公開了一種對多個植物批量授粉的授粉裝置，其將多個已知花粉粒載入批量花粉分配裝置，使用電子傳感器檢測目標授粉位置，當電子傳感器檢測到目標授粉位置并到達預定距離時，批量花粉分配裝置將花粉粒分配至多顆植物，完成多顆植物的授粉。2014年天津澤宇農(nóng)產(chǎn)品種植公司的專利CN203708989U公開了一種針對水稻雜交制種輔助授粉機械裝置，通過設置橫梁、焊接與機動車鏈接的連接耳、托架、立板、牽引環(huán)等，通過機動車的牽引作用，實現(xiàn)了機械化拉花授粉，改善了人工拉花授粉不均勻現(xiàn)象，最大程度實現(xiàn)了機械輔助授粉，提高了拉花效率和制種產(chǎn)量。2014年成都錦匯科技有限公司公開了一種電動授粉器，通過設置電機、蓄電池、轉(zhuǎn)動齒輪、傳輸皮帶、花粉收集器可以達到收集花粉更加方便、效果好、避免花粉浪費的技術效果，且結(jié)構(gòu)簡單適合果樹的授粉。

3）2015 年以后的爆發(fā)期。年申請量從71項逐漸增加到2018年的215項（2019年之后的專利未全部公開），中國申請人更加活躍，申請量占比達到95%左右。主要在上一階段相關技術分支上進一步研究，授粉器技術趨近多元化、自動化、智能化。

2015年俄羅斯聯(lián)邦國家預算科學研究所的專利RU2588451C1公開了一種無人機授粉裝置，具備授粉用螺旋槳及其控制偏心機構(gòu)，能夠精確控制授粉用螺旋槳吹風方向，提高了授粉質(zhì)量。2016年黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所的專利CN205357552U公開了一種太陽能手持式采粉和授粉于一體的電動裝置，進一步拓展了授粉器能源范圍。2017年的專利CN108782223A 公開了一種自動飛行授粉設備，具有圖像采集裝置、圖像識別裝置及授粉裝置，圖像采集裝置采集農(nóng)作物航拍影像，圖像識別裝置儲有默認的農(nóng)作物花朵圖像數(shù)據(jù)庫而辨識出目標花朵的種類和位置，進而自動控制飛行構(gòu)件，調(diào)整無人飛行裝置的飛行動作，實現(xiàn)了完全自動授粉。2017年華南農(nóng)業(yè)大學的專利CN107347628B公開了一種用于多旋翼飛行器的涵道授粉裝置，可調(diào)整涵道風扇的作業(yè)角度，產(chǎn)生水平方向的風場，從而使風場的方向與花粉的擴散方向吻合，利于花粉的擴散，提高了授粉的效率。且涵道授粉裝置可以有效隔離多旋翼飛行器產(chǎn)生的垂直風場對植株授粉的影響，保證了授粉的效果。2018年先正達法國公司的專利FR3078859B1公開了一種具備空氣流量放大器的授粉器，空氣流量放大器利用康達效應以在輸送通道內(nèi)誘導空氣從花粉收集裝置流向花粉分配裝置的流動，節(jié)約了能源。2020年鄭玨的專利CN112189558A公開了一種收粉率高的農(nóng)用授粉無人機，其通過在花粉箱中設置降溫管，降溫管中裝冷卻液循環(huán)流動，可防止溫度升高影響花粉活性。另外，還通過設置放電針放電，使得噴出的花粉帶有電荷，更容易附著在花朵上，提高授粉成功率。

3 主要申請人分析

圖2顯示了授粉器相關專利主要申請人，由圖2可以看出，授粉器相關專利主要申請人均來源中國，排名第一的是四川農(nóng)業(yè)大學，其申請量有14項，第二和第三分別是成都錦匯科技有限公司和中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，分別為12項和11項。其次是湖南農(nóng)業(yè)大學和安徽科技學院，申請量均為10項。申請量排名前10位的還包括個人申請，總體而言，科研院所和高校占比較大，公司以及個人申請量占比較低。說明我國授粉器專利主要以科研為主，產(chǎn)業(yè)化進程緩慢。

圖2 全球?qū)＠暾埲伺琶▎挝唬喉棧?/p>

4 結(jié)語

授粉器技術的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。探索期的專利申請以個人申請居多，主要研究了各種授粉器的基礎結(jié)構(gòu)和工作原理，但未形成產(chǎn)業(yè)化?？焖侔l(fā)展期內(nèi)中國申請人研究活躍，主要在上一階段基礎上進一步研究，出現(xiàn)了通用零部件；無人機的使用進一步拓展了授粉作業(yè)空間，爆發(fā)期內(nèi)中國申請人更加活躍，申請量占比達到95%左右；授粉器技術趨近多元化、自動化、智能化。未來，隨著雜交技術進一步推廣，農(nóng)業(yè)機械化水平進一步提高，授粉器技術有望成為智慧農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)的重要推動力。