基于文獻計量和內容挖掘的轉基因玉米科研態勢研究

鄭瑩 劉家益 左璇 李圣彥 吳圣 聶鳳英

（中國農業科學院農業信息研究所，北京 100081）

基于文獻計量和內容挖掘的轉基因玉米科研態勢研究

鄭瑩 劉家益 左璇 李圣彥 吳圣 聶鳳英

（中國農業科學院農業信息研究所，北京 100081）

玉米是全球種植最廣泛谷類作物，在農業生產中具有重要地位。自20世紀80年代以來，轉基因玉米研究一直是農業科學領域一個熱點。為了解世界轉基因玉米的科研態勢，基于2005-2014年10年間Web of science收錄的轉基因玉米相關論文，分析了轉基因玉米影響力較高的國家、科研機構、重點期刊、優秀作者、高被引論文。用內容挖掘方法抽取10個主題的核心句集，分析了轉基因玉米研究的前沿熱點。結果表明，整體上，從發文量、研究作者、出版期刊和高被引論文等方面綜合分析，美國轉基因玉米科研居世界領先水平。中國科研機構發文量較大，但主要集中在少數幾個單位，而且中國的論文質量和影響力與美國有一定差距。刊載轉基因玉米論文的優秀期刊集中分布在美國、英國、德國和荷蘭。排名前16的高被引論文有9篇來自美國。轉基因玉米的研究主要集中于抗蟲、抗逆、環境的安全性評價以及作物性狀改良這四個方面。其中的一些研究，如利用RNAi技術抗蟲、玉米耐陰（耐密植）、雄性不育等方面，可能會成為未來轉基因玉米的研究熱點。

文獻計量；內容挖掘；轉基因玉米；態勢研究

玉米是全球種植范圍最廣、產量最大的谷類作物，也是重要的糧食、飼料及工業原料作物，在農業生產和國民經濟發展中占有重要的地位［1，2］。我國的玉米種植面積和總產量均居世界第2位和國內首位［3］。國家統計局數據顯示，2014年我國玉米種植面積和產量分別約占我國糧食種植面積和產量的33%和36%。隨著全球轉基因作物商業化迅猛發展，轉基因玉米已成為世界上種植面積最大的轉基因糧食作物［4］。轉基因在玉米上的應用有遺傳轉化方法、農藝性狀改良、安全風險評估等［5，6］。無論是國際還是國內，轉基因玉米在轉基因作物中都是熱門的研究領域之一。

文獻計量學以文獻體系和文獻計量特征為研究對象，采用一定的計量方法，客觀定量地反映學科研究的宏觀層面，揭示新理論、新研究發展的方向［7-9］。內容挖掘法是內容分析的一種，以文獻內容為研究對象，采用自然語言處理和數據挖掘方法，對文獻內容進行建模分析，揭示文獻所包表達的主要事實、觀點［10-16］。本研究從文獻計量和內容挖掘的角度，利用國內外轉基因玉米近10年科研文獻，分析轉基因玉米科研領域的國家/地區、機構、學者、出版刊物等研究現狀，而且對文獻記錄集的內容挖掘主要研究事實，揭示研究熱點、研究方向和發展趨勢，旨在為轉基因玉米科研工作者與管理決策者提供參考。

1 數據來源

基于Web of Science的核心合集數據庫，以“Genetically modified corn”，“Genetically modified maize”，“Genetically modified organism corn”，“Genetically modified organism maize”，“GM corn”，“GM maize”，“Transgenic corn”，“Transgetic maize”八個主題詞（主題詞之間用“or”連接）為聯合檢索詞，出版年選定為2005-2014年，共檢索到轉基因玉米相關的論文4202篇。

2 方法

2.1 文獻計量方法

本研究利用“文獻計量在線分析平臺”［17］對國家/地區、機構、作者、期刊、高頻被引論文等方面進行分析。

2.2 內容分析的研究方法

研究熱點通過CiteSpace和內容挖掘的方法共同得到。首先通過CiteSpace軟件進行自動聚類，生成自動聚類標簽視圖。時間閾值選擇：From 2005 To 2014，1 years per slice，節點閾值：Top 36 per slice。得到9個聚類，以及通過TF*IDF加權算法、對數似然率算法、互信息算法等三種不同算法得到的聚類標簽詞。聚類數是9，為下面的主題數選擇提供了參考，聚類標簽詞即為研究熱點。

本文設計了內容挖據的具體方法和算法，具體做法是將所有文獻的摘要切分成句子，形成句子集合，根據句子的TFIDF值、句子長度、句子所在文章的被引次數等權重因子，計算每個句子的權重值。權重越高，則認為該句子的內容越重要，越能揭示領域研究內容。將句子按照得分從高到低排序，得到句子的有序集合。

由于轉基因領域有多個子領域，而句子在各領域并非均勻分布。為使結果更加均衡，使用LDA算法，對有序句子集合進行聚類，從而將句子聚類至若干個子主題下。取每個主題的前N個句子，作為能代表該主題近10年研究內容的句子。

在該方法中，有兩個參數需要確定，一是主題數，二是每個主題的代表句子數。本研究通過多輪試驗以及與領域專家研判，最終確定主題數為10，代表句子數為5，這時最能準確揭示轉基因玉米近10年研究內容。

3 結果與分析

3.1 轉基因玉米研究國家、地區分析

Web of Science檢索到2005-2014年發表轉基因玉米研究論文的國家，圖1顯示了10年間每年發文量的情況，圖2顯示了發文量排名前10位的國家。

從圖1、圖2可以看出，全球轉基因玉米研究論文的發文量呈振蕩式上漲。排名前10的國家共發文3738篇，占文獻的89.0%，可見全球轉基因玉米研究主要集中于這10個國家。美國、中國兩國的轉基因玉米發文量處于領先地位，美國在2005-2012年間居首，2013年后被中國超過。德國、日本、英國等7國對轉基因玉米的研究呈下行趨勢。

圖1 2005-2014年文章發表數量

圖2 轉基因玉米研究論文發文量排名前10位的國家

3.2 轉基因玉米論文機構分析

以2005-2014年轉基因玉米研究論文發表機構為統計源，名列前10的研究機構按發文量和總被引頻次分別排序（表1）。發文量排名前10的機構共發文1 335篇，占總發文量的31.8%。在發文量上，中國農業科學院、中國農業大學、中國科學院表現優異，位居第二、三、六位?？傮w上，發文量排名前10位的國家中，有6個來自美國，3個來自中國，1個來自法國。從發文量排名前10的機構對應的篇均被引頻次來看，美國、法國居前，3個中國機構排名靠后?？偙灰l次排名前10位的機構集中于美國，有7個機構來自美國；中國僅有中國農業科學院在列。

表1 轉基因玉米各指標排名前10位的科研機構

這些充分凸顯了美國轉基因玉米優秀科研機構的整體實力和學術影響力，而中國農業科學院、中國農業大學、中國科學院等科研機構篇均被引頻次均在800名以外，學術影響力偏低。

3.3 轉基因玉米研究作者分析

以2005-2014年轉基因玉米研究論文作者為統計源，按各位作者的發文量和總被引頻次分別排序，取前10名，見表2。發文量排名前10的作者累計發文365篇，占總發文量的8.7%。

論文數量排名前10的作者中，美國和中國的作者分別有3位和4位?？偙灰l次上，日本、瑞士的作者各占3位，來自上海交通大學的中國作者有2位，美國、丹麥都僅有1位作者。

從發文量排名前10的機構對應的篇均被引頻次來看，作者排名從高到低分別是瑞士、美國、日本和中國。中國的優秀學者包括來自中國農業大學的

黃昆侖和羅云波以及來自上海交通大學的楊立桃和張大兵，他們主要對轉基因生物和食品安全評估和檢測開展相關研究工作。

表2 轉基因玉米研究各指標排名前10位的作者

3.4 轉基因玉米研究期刊分析

刊載轉基因玉米相關論文的多種國際期刊中，載文量排名前10的期刊累計載文達到900篇，占總文獻的21.4%。在統計范圍內，刊載轉基因玉米相關研究的載文量、總被引頻次排名前10名的期刊，見表3。

表3 轉基因玉米研究各指標排名前10的期刊

美國的《Journai of Agricultural and Food Chemistry》期刊發表轉基因玉米論文數量最多，10年間轉基因玉米載文量達174篇，超出排名第2的《Journal of Economic Entomology》62篇；總被引頻次也是最高的，達1469次，居首位；篇均被引頻次是8.44，這些表明此期刊在刊載轉基因玉米論文方面影響力較大。

轉基因玉米研究期刊的出版國家集中現象明顯，主要集中在歐美大型出版集團，如Springer（德國）。

3.5 高被引論文分析

Web of Science的基礎科學指標庫（Essential Science Indicators，簡稱ESI）定義的10年來的高被引文章指發表于10年內各領域中被引用次數在前1%的文章。列出10年來的高被引文章，可以了解具有長期影響的研究［18］。按照此定義，被引頻次大于103是高被引文獻，結果見表4。

表4 轉基因玉米研究中被引用高的16篇論文

16篇高被引論文有9篇來自美國，顯示了美國在轉基因玉米研究領域的強大科研實力，緊隨其后的是瑞士、德國。文章集中發表在《Nature Biotechnology》、《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》和《Critical Reviews in Plant Sciences》3種期刊，3種期刊上的論文占56.3%，表明轉基因玉米研究的論文發表有集聚效應。

這些文章主要發表于2005-2009年，這表明2005-2009年期間是轉基因玉米研究的高峰期，論文產出質量高且影響力大。同時，我們可以看出，高被引頻次的轉基因玉米研究的論文涉及抗旱、耐鹽性、抗蟲、作物品質改良、轉基因作物的風險評估等方面，可見這些研究受到相關學者的廣泛關注，說明抗蟲，抗逆，風險評估以及作物品質改良是當時熱點前沿課題。

3.6 近10年轉基因玉米研究領域的主要熱點

通過CiteSpace對轉基因玉米研究進行聚類，生成自動聚類標簽視圖（圖3）和聚類匯總表（表5），通過譜聚類算法提取的標簽詞，能反映轉基因玉米的研究前沿。從標簽詞可以看出，主要聚類為結構和性狀、抗蟲、抗逆、食品安全、風險評估以及實驗方法和材料的選擇等方面，這些反映了玉米研究

領域的主要熱點，但仍然無法顯示轉基因玉米研究領域主要熱點的研究事實。

圖3 轉基因玉米研究論文的自動聚類標簽視圖

表5 轉基因玉米研究論文的聚類匯總表

3.7 近10年轉基因玉米研究領域的主要研究事實分析

通過內容挖掘方法，對70 000余句子集合進行聚類，將句子聚類至10個主題下，每個topic代表一個主題，是關鍵詞、每個關鍵詞權重的組合的整體表示；句子的權重值代表句子的重要程度，數值越大，句子越重要。取每個主題的前5個句子，能集中反映該主題近10年主要研究內容。通過對挖掘出的50個最具代表意義的句子進行內容分析，句子列表部分見表6。將其中涉及的轉基因玉米研究領域歸納為以下6個方面：轉基因抗逆玉米及抗逆機制的研究、轉基因抗蟲玉米的研究、轉基因作物的環境安全性評價、作物性狀改良、昆蟲抗性治理、玉米轉化體系的優化。

表6 轉基因玉米研究10個主題的核心句

對這50個核心句子涉及到的六個研究方面的內容總結如下：

（1）轉基因抗逆玉米及抗逆機制的研究主要集中于抗旱和耐鹽方面的研究，涉及耐寒，耐陰及葉片衰老方面的研究。例如，在玉米中過表達ZmNFYB2基因能夠增加玉米的耐旱性；APETALA2-like基因調控玉米葉片由嫩葉向老葉的轉變；通過對一些耐寒植物如甘孜州青稞（Craterostigma plantagenium），冰葉日中花（Mesembryanthemum crystallinum），小鹽芥（Thellungiella halophila）的研究解析植物的耐寒性機制。

（2）轉基因抗蟲玉米的研究中利用Bt殺蟲蛋白進行抗蟲仍是研究的主要方向，此外還有利用RNA干擾（RNA interfere）技術及植物內源的間接防御

系統進行抗蟲。如，在玉米中表達西部玉米根葉甲（Western corn rootworm，WCR）的dsRNA能夠顯著的減少西部玉米根葉甲對玉米的危害；在人工飼料中添加西部玉米根葉甲的dsRNA能夠影響西部玉米根葉甲的生長發育。

（3）轉基因作物的環境安全性評價涉及轉基因作物對非靶標昆蟲及微生物群落的影響，基因漂移的環境影響。主要是通過階梯式方法或利用公共數

據庫的資源對轉基因作物的環境安全性進行評價。雖然已有的研究結果表明，轉Bt作物對非靶標昆蟲或細菌群落的影響要小于其他環境因素的影響，但對于轉基因作物的環境安全性評價仍然會持續進行及討論。

（4）作物性狀改良的研究中涉及提高木質素的含量，提高植酸酶的含量，提高類胡蘿卜素的積累，促進生長和養分的吸收，提高生物產量，提高產量，雄性不育。如，表達八氫番茄紅素合成酶（phytoene synthase，psy）基因能夠提高類胡蘿卜素的積累；增加植物的分蘗和種子數量以提高產量；orf79的表達會引起配子體雄性不育。

（5）昆蟲抗性治理中涉及昆蟲出現抗性的原因及延遲昆蟲抗性的策略。延遲昆蟲抗性的因素包括抗性的隱性遺傳，非Bt植物提供的庇護所，多種Bt蛋白聯合作用；利用抗性檢測數據的相關信息可能有助于提高轉基因作物的殺蟲持久性。

（6）玉米轉化體系的優化涉及篩選適合農桿菌轉化的玉米品種。不同基因型的玉米對于農桿菌菌株的反應是不同的，選擇適合農桿菌轉化的玉米品種對于轉基因玉米的研究而言是非常重要的。

除以上內容外，還包含對轉基因作物應用情況的統計，涉及到轉基因作物的應用范圍，種植面積，種植的轉基因作物的性狀及轉Bt作物控制靶標害蟲的效果。統計結果表明近十年的轉基因作物應用范圍顯著增加，種植面積顯著增長，種植的轉基因作物主要以抗除草劑的轉基因作物為主，轉Bt作物在控制靶標害蟲方面取得了顯著的效果。

分析結果表明，2005-2014年轉基因玉米的研究主要集中于抗蟲，抗逆，環境的安全性評價以及作物性狀改良這4個方面。其中的一些研究，如利用RNAi技術抗蟲、玉米耐陰（耐密植）、雄性不育等方面，可能會成為未來轉基因玉米的研究熱點。

4 結論

本研究通過Web of science數據庫對轉基因玉米進行檢索，基于文獻計量和內容挖掘方法，對轉基因玉米研究進行了較全面的計量分析。在轉基因玉米研究方面，美國、中國的論文產出最高；優秀的科研機構主要集中在美國和中國，美國機構的論文影響力較大；轉基因玉米研究期刊的出版國家主要集中在歐美大型出版集團，包括Springer（德國）等。日本、瑞士學者是轉基因玉米研究領域的優秀學者，國際影響力較大。轉基因玉米的研究熱點主要集中于抗蟲，抗逆，環境的安全性評價以及作物性狀改良這四個方面。其中的一些研究，如利用RNAi技術抗蟲、玉米耐陰（耐密植）、雄性不育等方面，可能會成為未來轉基因玉米的研究熱點。 近10年來，中國轉基因玉米研究論文數量一直處于上升態勢，發文量已居世界首位，中國農業科學院、中國農業大學、中國科學院是中國優秀的轉基因玉米科研機構，但中國在轉基因玉米研究領域的優秀論文的影響力較美國等國家還有一定差距，科技論文質量有待不斷提升。

在此次分析中，存在以下幾點不足：一是基于Web of science的核心合集數據庫進行檢索，來源期刊分布的不平衡性對分析結果有一定的影響。二是本研究僅分析了2005-2014年的數據。三是按“轉基因玉米”的八個主題詞進行檢索，可能會檢索出涉及轉基因玉米的綜合類文獻以及個別涉及轉基因玉米而非以轉基因玉米為主要研究對象的論文。

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（責任編輯 李楠）

Research Situation of Transgenic Corn Based on Bibliometrics and Content Mining

ZHENG Ying LIU Jia-yi ZUO Xuan LI Sheng-yan WU Sheng NIE Feng-ying
（Agricultural Information Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）

Corn is the most widely cultivated cereal crop in the world，thus it possesses critical niche in agricultural production. Since the 80's of last century，the research of genetically modified corn（GMC）has been being a hotspot in the field of agricultural science. In order to understand the research situation of transgenic corn in the world，we analyzed the items that have great influence in this field，such as countries，research institutions，key journals，outstanding authors，and high cited papers，based on the papers of 10 years（2005 - 2014）on GMC collected in the Web of Science. With the content mining method，we extracted 10 core sentences in this topic，and analyzed the research hotspot of transgenic corn. The results showed that the United States and China led the world research level of GMC. China's scientific research institutions issued larger amount papers，but the papers issued from United States were in higher quality and caused larger impact in GMC field. The key journals publishing transgenic corn were concentrated in United States，Britain，Germany，Australia，Kenya，Ireland and Holland. Among the top 20 high cited papers，10 were from the United States. The research hotspot of the transgenic corn focused on the 4 aspects：the pest resistance，the anti-reverse，the risk assessment of environment，and the improvement of crop performance. Some studies，such as the use of RNAi technology against insects，shade-tolerant corn（resistant to high density），male sterility，etc.，could become the next hot topics on GMC in the future.

bibliometrics；content mining；transgenic maize；situation research

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.12.031

2015-11-01

中國農業科學院科技創新工程（CAAS-ASTIP-2015），農業科技競爭情報技術團隊（CAAS-ASTIP-2015-AII-08）

鄭瑩，女，碩士，助理研究員，研究方向：科研管理、農業科技競爭情報、農業經濟管理；E-mail：zhengying@caas.cn

聶鳳英，女，博士，研究員，博士生導師，研究方向：糧食安全、畜牧經濟；E-mail：niefengying@caas.cn