基于文獻計量的國內外小麥遺傳育種研究進展

孟靜 唐研 徐淑良

摘要：小麥遺傳育種是將已有的遺傳和變異理論應用于實踐，通過人工選擇、雜交和定向培育等手段來創造新的小麥品種的過程。采用文獻計量法和對比分析法，借助Citespace軟件，對Web of Science和中國學術期刊全文數據庫（CNKI）中小麥遺傳育種的文獻進行統計分析，繪制知識圖譜。從時間和空間兩大序列和發文量、國家、機構、關鍵詞、主題詞等5個方面，進行定量對比分析，以可視化的形式呈現研究進展、熱點與前沿。結果顯示，近年來我國小麥遺傳育種研究發展迅速，發文量和研究水平正逐步趕超發達國家，主要研究內容為小麥遺傳性狀、品質改良、種質資源、抗病性及抗逆性等。

關鍵詞：小麥;遺傳育種;文獻計量;研究進展

中圖分類號： S512.103 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）03-0064-09

小麥是世界范圍內種植面積最廣、產量最多、貿易額最高的糧食作物，小麥是我國第二大糧食作物，播種面積占全國耕地面積的20%～30%[1]。小麥遺傳育種始于19世紀中葉，早期的育種工作主要側重于對自然變異的選擇育種，經過幾百年的發展，形成了以雜交育種為中心，以遠緣雜交、誘變育種、倍性育種、優勢利用等相結合的多種育種途徑，選育出了許多高產、穩產的優質品種，對小麥產量的提高起到了重要的作用[2]。

當前，國內外小麥遺傳育種已取得了一定的研究成果。從國外研究來看，Hu等通過近等基因系對特定位點擴增片段測序鑒定發現，位于7A染色體上的TATGW-7A對于提高小麥千粒質量有重要的作用[3];Dakouri等分析小麥種苗期和成株期葉銹病抗性特征，發現Lr34是小麥成株期最重要的抗葉銹病基因[4];Allen等對5種六倍體面包小麥群體進行單核苷酸多態性（SNP）位點篩選，發現了225 001個用于構建遺傳圖譜的SNP標記[5]。國內研究方面，趙俊杰借助競爭性等位基因特異性PCR（KASP）分型檢測技術，分析改良過程中基因組上留下的選擇印跡，發現我國地方品種和育成品種的11個農藝性狀在3個環境下的表型差異顯著[6];鄒景偉等利用高通量的KASP標記技術對株高、抗葉銹病、抗條銹病、抗赤霉病、抗穗發芽和加工品質等性狀相關的基因進行了檢測[7];宮文萍等利用寡聚核苷酸原位雜交（FISH）方法對2份雙二倍體進行分析，建立了可用于鑒定山羊草細胞遺傳標記輔助的回交群體[8]。

本研究采用文獻計量學方法，對國內外學術文獻進行定量對比分析，并試圖解答以下4個問題：（1）發文的年代分布特點;（2）發文國家、機構分布情況;（3）發文的關鍵詞和主題詞統計情況;（4）研究熱點與前沿。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

1.1.1 國外數據 國外文獻樣本以Web of Science數據庫作為數據源，設置檢索條件：主題=（“wheat breeding” OR “wheat genetic breeding”），時間跨度為2008—2018年，文檔類型（document type）為文章（article），檢索日期為2018年9月26日，對結果數據進行清洗，得到3 012篇文獻，以此作為國外文獻研究的數據樣本。

1.1.2 國內數據 國內文獻樣本以中國學術期刊全文數據庫（CNKI）作為數據源，設置檢索條件：主題=（“小麥育種”或者“小麥遺傳育種”），時間跨度為2008—2018年，數據庫來源類別為“學術期刊”跨庫檢索，對結果數據進行清洗，得到1 204篇文獻，以此作為中文文獻的研究樣本。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻計量法 文獻計量法是一種基于數理統計的定量分析方法，以科學文獻的外部特征為對象，研究文獻的分布結構、數量關系、變化規律和定量管理，探討科學技術的某些結構、特征和規律[9]。利用文獻計量法分析國內外小麥遺傳研究現狀，揭示該領域的研究熱點和前沿問題，以期為未來育種工作的開展提供科學依據。

1.2.2 對比分析法 對比分析法是把客觀事物加以比較，從數量上展示和說明研究對象規模的大小、水平的高低、速度的快慢以及各種關系是否協調，以達到認識事物本質和規律并作出正確評價的方法[10]。利用該方法將國內外小麥遺傳育種文獻進行對比分析，發現國內外研究差異，為國內小麥遺傳育種的發展提供有利的參考和借鑒。

2 國外文獻統計分析

2.1 時間序列上的文獻特點

在年代分布上，國外文獻總量呈平穩增長態勢（圖1），2017年達發文量峰值，2013年和2016年發文量有所回落。小麥遺傳育種在國際上仍然是一個成長中的研究點，發展中雖存在波動，但近年來的研究成果仍保持在較高的狀態。2018年數據尚不完善，這里所討論的文獻為從2008年開始的近10年數據。

2.2 空間序列上的文獻特點

2.2.1 各國研究實力 國外文獻共涉及87個國家（地區），發文量排名前10位的見表1。中國發文量居首位，其他依次是美國、澳大利亞、德國、印度、墨西哥、巴基斯坦、英國、法國、加拿大等，我國小麥遺傳育種的研究成果在世界范圍內已名列前茅。用Citespace繪制國家分布知識圖譜（圖2），合作網絡中，各國之間的聯系普遍較為緊密，印度、美國、德國、墨西哥、英國等國家的中心性較高，占有更高的國際合作比例，在國際合作中優勢顯著;中國發文量雖高，但中心性較低，僅為0.01，反映出我國當前與其他國家的交流合作還有待進一步的加強。

2.2.2 主要研究機構 文獻共涉及2 518個機構，發文量排名前10位的機構如表2所示。根據普賴斯定律，N=0.749ηmax，ηmax=167（最高產研究機構的發文量），核心研究機構的發文量應在10篇以上，由此，該研究領域的核心研究機構共59個。發文量最高的機構為中國農業科學院，其次為美國農業部、堪薩斯州立大學、國際玉米小麥改良中心等。

利用Citespace繪制機構分布知識圖譜（圖3），從整體上看，核心發文機構主要為農業科研院所和高校;從節點中心性上看，國際玉米小麥改良中心、中國農業科學院和華盛頓州立大學的中心性較高，研究合作較多。西北農林科技大學（未入前10名）、四川農業大學、中國農業大學（未入前10名）等的發文量較高，但中心性低，說明國內農業高校在世界的影響力不足，應加強科研走出去與團隊合作，推進協同創新。

2.3 研究熱點分析

關鍵詞是查找文獻的重要檢索點，是文獻主旨的精煉，高頻關鍵詞常被視為一個領域的研究熱點[11]。通過篩選、合并、剔除同義詞等數據清洗方式，建立高頻關鍵詞表（表3），利用Citespace繪制關鍵詞共現知識圖譜（圖4）。除wheat、bread wheat和Triticum aestivum L.等與小麥定義直接相關的關鍵詞外，高頻關鍵詞還有cultivar、genetic diversity、winter wheat、identification、yield、durum wheat等。

以出現頻次最高的小麥為中心點，通過網絡連線尋找其他高頻關聯詞，有品種栽培、糧食產量、分子標記、微衛星標記、抗逆等。聚類分析后歸納出5個研究熱點：（1）小麥品種，包括大麥（barley）、硬質小麥（durum wheat）、春小麥（spring wheat）、冬小麥（winter wheat）、六倍體小麥（hexaploid wheat）等;（2）小麥遺傳性狀，包括基因（gene）、基因組（genome）、數量性狀基因位點（quantitative trait loci）、分子標記（molecular marker）等;（3）小麥種質資源，包括種質（germplasm）、產量（yield）、質量（quality）、蛋白質（protein）、多樣性（diversity）等;（4）小麥抗病性，包括條銹病（stripe rust）、葉銹?。╨eaf rust）、赤霉?。╯cab resistance）、白粉?。╬owdery mildew）、紋枯?。╯heath blight）、全蝕?。╢ull rot）等;（5）小麥抗逆性，包括抗性（resistance）、抗病性（disease resistance）、耐性（tolerance）、耐干旱性（drought tolerance）、耐熱性（heat tolerance）等。

2.4 研究前沿分析

對Web of Science中小麥遺傳育種文獻的主題詞按出現時間排序，利用時間序列尋找該領域的研究前沿，近5年出現的主題詞如表4所示。借助Citespace的突顯詞檢測（Brust Detection）功能，繪制主題詞共現圖譜（圖5）和時間序列（Time Zone）圖譜（圖6）。按由近及遠的時間順序（含2018年），凸顯的主題詞依次為全變異（total variation）、重組自交系（recombinant inbred line）、候選基因（candidate genes）、連鎖基因圖譜（genetic linkage map）、全基因組關聯研究（genome-wide association study）、環境互作（environment interaction）、全基因組關聯映射（genome-wide association mapping）、葉銹病（leaf rust）、性狀標記關聯（marker-trait association）、未來育種項目（future breeding program）、花期（flowering time）、品質性狀（quality traits）等。

國外小麥遺傳育種的研究前沿主線十分鮮明，與研究熱點存在交叉，主要體現在3個方面：（1）基礎研究，包括基因、基因圖譜、基因組選擇、遺傳結構、單核苷酸多肽性、數量性狀基因位點等;（2）試驗技術與方法研究，包括全基因組關聯與映射、性狀標記關聯、SNP標記、原位雜交、 分子標記連鎖圖譜等;（3）應用研究，包括環境互作、品質改良、生理性狀等。

3 國內文獻統計分析

3.1 時間序列上的文獻特點

國內小麥遺傳育種發文量整體呈平穩下降趨勢（圖7），2009年發文量達到最大值，為146篇，之后3年發文量持續下降，2012年后出現轉折，2014年達到第2個小高峰后發文量持續走低。國內小麥遺傳育種的發文數量呈下降態勢，結合Web of Science國際發文量排名，我國發文量已位居世界第1位，說明國內研究已日趨成熟，研究成果從高量向高質轉變，并逐漸與國際接軌，得到國際認可，朝著引領世界研究前沿的良好態勢發展。

3.2 空間序列上的文獻特點

文獻共涉及98個研究機構，發文量排名前10位的機構如表5所示。發文量最高的為西北農林科技大學農學院，發文31篇，依據普賴斯定律，國內小麥遺傳育種領域的核心研究機構發文量應在4篇以上，共有28個機構。國內小麥主產區河南、山東、山西、陜西等地區研究機構的數量約占全部機構的一半，說明該領域的研究是依托在田間試驗基礎之上，作物的大面積種植對相關的研究有良性的促進作用。

利用Citespace繪制機構分布知識圖譜（圖8），各機構的中心性均為0，合作網絡松散，僅在文獻高產機構和區域內機構之間存在合作，學術交流與合作有待進一步加強。例如，以西北農林科技大學農學院、山西省農業科學院小麥研究所、中國農業科學院作物科學研究所和山東省農業科學院作物研究所為核心的高產機構之間的合作，以及山西大學生物工程學院、山西省農業科學院生物技術研究中心和山西省農業科學院作物科學研究所之間的區域內機構合作。

3.3 研究熱點分析

提取文獻高頻關鍵詞作為研究熱點分析樣本，高頻關鍵詞（表6）有9個與Web of Science中的高頻關鍵詞重合，說明國內研究已逐步接軌國際。利用Citespace繪制關鍵詞共現知識圖譜（圖9），中心性較高的關鍵詞有小麥育種、小麥品種、小麥新品種、麥類作物、冬小麥、分子標記等。以高頻關鍵詞為結點，向四周發散的連線呈復雜網絡狀，說明該領域的研究方向和熱點眾多，各個研究方向與熱點之間存在交叉關系，證實了小麥遺傳育種的多學科交叉屬性。

對高頻關鍵詞進行聚類分析，得到4個研究熱點：（1）高品質新品種的培育，包括小麥育種、小麥新品種及農藝性狀等;（2）區域小麥，包括冬小麥、春小麥、河南省及黃淮麥區等;（3）小麥育種技術，包括分子標記、分子育種及遠緣雜交等;（4）小麥抗病性，包括白粉病、矮敗小麥及條銹病等。

3.4 研究前沿分析

將文獻主題詞進行清洗、按時間排序，近5年出現的主題詞如表7所示，用Citespace繪制主題詞共現圖譜（圖10）和時間序列（Time Zone）圖譜（圖11）。在研究前沿分析中（包含2018年數據），按由近及遠的時間順序，凸顯的主題詞為超氧化物歧化酶（superoxide dismutase）、特異性聚合酶鏈反應（specific polymerase chain reaction）、人工合成六倍體小麥（synthetic hexaploid wheat）、自然通訊（nature communications）、成株期抗性（adult-plant resistance）、小麥葉銹?。╬uccinia triticina）、山羊草（aegilops longissima）、多酚氧化酶（polyphenol oxidase）等。

國內小麥遺傳育種的研究前沿與國際基本相似，特殊之處在于凸顯主題詞包含長穗偃麥草、粘果山羊草、二穗短柄草、黑麥等大量小麥的野生近種，在一定程度上說明國內育種更重視遠緣雜交，通過探索外源種屬的種質資源，擴大遺傳基礎、尋求基因改良途徑，跟我國地大物博，植物種類繁多、變異多樣、遺傳基礎豐富，能夠為小麥的基因改良提供寶貴的遺傳資源是息息相關的。

4 結論

培育高產、穩定、優質的小麥新品種是改善民生、保障國家糧食安全的重大舉措，提高小麥遺傳育種工作的創新能力和育種水平，使小麥遺傳育種朝著高水平、多元化的方向發展，是國內外農業科研工作者的重要研究課題。本研究采用文獻計量和對比分析的方法，利用Citespace軟件繪制國內外小麥遺傳育種文獻的可視化知識圖譜，對研究現狀、研究熱點和研究前沿進行對比分析發現，國內該領域的研究不僅文獻產出量世界領先，研究前沿也逐步接軌國際先進水平。

展望未來，小麥遺傳育種的研究還面臨許多挑戰，主要包括基因組學、健康、赤霉病、芯片技術、國際協作網等[12]。就國內而言，發掘并利用小麥耐脅迫基因、建立精準且高通量表型系統、充分利用生

物學技術、實現多優良基因聚合、提高育種效率、改進小麥品質、提高抗病性、應對氣候變化以及兼抗型持久抗性等將是未來發展的主流趨勢。

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