根際微生物與植物互作研究文獻計量分析

龍 瑩，李 偉，潘 軍，馮作山,3

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所，湖北 武漢 430062；2. 湖北嘉博文生物科技有限公司，湖北 武漢 430071；3. 北京嘉博文生物科技有限公司，北京 100015）

根際是指圍繞在植物根系附近的土體[1]，此類土體理化性質(zhì)易受植物生長影響。根際微生物即根際區(qū)域內(nèi)微生物，在受到植物根系影響的同時，也能介導(dǎo)植物生理和代謝調(diào)節(jié)[2]。根際微生物通過與植物根系相互作用，對植物生長[3]、根系養(yǎng)份吸收[4]、植物抗病[5]、次生代謝物生產(chǎn)[1]、土壤污染治理[6]等方面起關(guān)鍵作用。正確調(diào)控根際微生物能促進植物宿主營養(yǎng)吸收、提高對病蟲害等生物脅迫和環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力[7]，研究根際微生物與植物互作對于農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。依據(jù)CNKI 數(shù)據(jù)庫顯示，從1988—2021年間，國內(nèi)目前針對于該領(lǐng)域研究相關(guān)期刊文獻僅有500 余篇，相較農(nóng)業(yè)其他領(lǐng)域而言其研究基礎(chǔ)相對薄弱。筆者通過梳理國內(nèi)外研究發(fā)展趨勢、研究熱點、高產(chǎn)研究機構(gòu)及作者等關(guān)鍵指標(biāo)，可對該領(lǐng)域研究進行全面認(rèn)知。

文獻計量法是指通過數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)方法，對文獻進行定量化分析[8]，通過數(shù)據(jù)分析可從中找出變化規(guī)律，進而預(yù)測其未來的發(fā)展趨勢[9]，目前已廣泛應(yīng)用于農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、社會學(xué)、廣告學(xué)等[10-16]諸多領(lǐng)域。王晴等基于Web of Science 數(shù)據(jù)庫，用文獻計量法分析了1990—2020 年有機污染土壤和地下水生物修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點及趨勢[17]。范利超等對中國期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）和Web of Science 核心合集數(shù)據(jù)庫中關(guān)于土壤微塑料研究領(lǐng)域的國內(nèi)外文獻進行計量分析，了解了微塑料在土壤環(huán)境中的研究狀況[18]。筆者利用Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫，收集1991 年1 月—2021 年8 月期間根際微生物與植物相關(guān)研究文獻，借助Web of Science 數(shù)據(jù)庫自帶分析工具、CiteSpace 知識圖譜分析軟件、VOSviwer 可視化分析軟件、SPSS統(tǒng)計分析軟件、Excel 作圖等對文獻進行全面分析[19-27]，可了解根際微生物與植物互作的研究現(xiàn)狀與未來趨勢，以期為根際微生物與植物互作相關(guān)的研究提供參考與指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及保存

數(shù)據(jù)來源于Web of Science 數(shù)據(jù)庫核心合集，檢索時間為1991 年1 月—2021 年8 月，主題定義為“Rhizosphere microorganism*”AND “Plant* interaction*”，文獻類型設(shè)置為“Article Review”，語言設(shè)置為“English”，共計獲得微生物與植物互作的相關(guān)文獻1 134 篇，文獻以“其他格式”進行下載并保存以待分析。

1.2 統(tǒng)計分析方法

利用WOS 自帶數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能，分析近30年來（1991 年1 月—2021 年8 月）土壤微生物與植物互作相關(guān)的文章，對研究作者、研究機構(gòu)、國家、各時間段發(fā)表篇幅、發(fā)表刊物等進行計量分析。結(jié)合VOSviewer 1.6.16、CiteSpace 5.7.R5W、SPSS 19.0 和Excel 2019 等工具進行圖表繪制及統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量變化趨勢

發(fā)文量可以從某一程度反映相關(guān)研究在科學(xué)領(lǐng)域受關(guān)注的程度和熱度，也能反映該研究領(lǐng)域的發(fā)展速度和研究前景。從WoS 數(shù)據(jù)庫檢索獲取的近30 a 來土壤微生物與植物互作相關(guān)的年度發(fā)文分布情況看，1991—2005 年每年文獻量均不超過20 篇，年發(fā)文量較平穩(wěn)，處于起步研究階段；2006—2017 年間年發(fā)文量雖有波動但整體處于緩慢上升階段，2006 年的年發(fā)文量為24 篇，2017 年的年發(fā)文量增至80 篇；2017年以來為快速發(fā)展階段，2017—2020 年的發(fā)文量平均增長率為28.03%。從發(fā)文量來看，人們對根際微生物和植物互作的關(guān)注度越來越高。采用SPPS 19.0 時間序列預(yù)測法，預(yù)測2021 年發(fā)文量達192 篇。

2.2 前10 位發(fā)文量國家

從數(shù)據(jù)中提取國家的發(fā)文量可以看出此國家對該領(lǐng)域的重視程度及技術(shù)需求。表1 顯示排名前10 位發(fā)文量的國家依次為中國、美國、德國、法國、印度、意大利、荷蘭、加拿大、西班牙和澳大利亞，占世界總發(fā)文量的88.71%。前3 位的中國、美國、德國占世界總發(fā)文量的49.21%。從首次發(fā)文時間來看，美國、法國相關(guān)研究較早，中國最晚。通過CiteSpace 對文量前10 位發(fā)的國家間合作關(guān)系網(wǎng)分析，如圖1 所示，整體而言，各國家間均存在不同層次合作關(guān)系，其中，美國、德國、新西蘭、加拿大4 國與其余9 國均有合作關(guān)系。中介中心位代表對該研究領(lǐng)域的影響度大小，中心位值越大影響越大，聚類圖中圓點越大。由表1及圖1 可看出，德國影響度最高，其次為美國，再次為法國，最后為中國，由此可知，我國發(fā)文量雖最多但影響力并不強。

表1 前10 位累計發(fā)文量國家

圖1 發(fā)文量前10 位的國家間合作關(guān)系

2.3 發(fā)文量前5 位研究機構(gòu)及合作關(guān)系

近30 a 來本領(lǐng)域涉及研究機構(gòu)有1 378 家，其中發(fā)文量前10 位的有29 家，占總發(fā)文量40%。如表2所示，發(fā)文量前5 位的機構(gòu)有中國科學(xué)院、西班牙國家研究委員會、哥廷根大學(xué)、西澳大利利亞大學(xué)、美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局、法國國家農(nóng)業(yè)研究科學(xué)院、加利福尼亞大學(xué)伯克利分校、俄羅斯科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)、瓦格寧根大學(xué)共計11 家，發(fā) 文 量 分 別 為57、32、22、19、19、19、16、16、16、16、16 篇。其中美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局相關(guān)研究最早，中國科學(xué)院研究最晚。

表2 前10 位發(fā)文量的研究機構(gòu)

經(jīng)VOSviewer 對發(fā)文量第一的中國科學(xué)院做合作網(wǎng)絡(luò)分析，結(jié)點間距離越短表明兩單位合作越緊密，由圖2 可知，中國科學(xué)院與中國科學(xué)院大學(xué)、科隆大學(xué)、法國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、瓦格寧根大學(xué)、亥姆霍茲環(huán)境研究中心、哥廷根大學(xué)、霍恩海姆大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院、圣保羅大學(xué)、西澳大利亞大學(xué)、西班牙國家研究委員會、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和西北農(nóng)林大學(xué)這14 家單位合作密切。

圖2 中國科學(xué)院合作單位網(wǎng)絡(luò)

2.4 核心作者及合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)

研究作者數(shù)量可以反應(yīng)某一領(lǐng)域研究現(xiàn)狀，核心作者則能體現(xiàn)其對領(lǐng)域貢獻力。本領(lǐng)域研究作者有5 014 位，依據(jù)普萊斯核心作者定律M=0.749×(nmax)(1/2)，M 值為3.35 即發(fā)文4 篇以上的為核心作者，總計有77 位。居前5 位的作者分別為Yakov kuzyakov（哥廷根大學(xué)）、R Azcon（西班牙國家研究委員會）、林文雄（福建農(nóng)林大學(xué)）；Berg Gabriele（格拉茨技術(shù)大學(xué)）和Larsen John（墨西哥國立自治大學(xué)），發(fā)文量分別為20、12、11、9 和9 篇。

通過VOSviewer 對77 位核心作者間合作關(guān)系分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)僅有18 位作者存在合作關(guān)系，且形成4個核心合作團體，具體結(jié)果見圖3。第一合作團隊以Kuzyakov yakov 為核心，第二合作團隊以Richardson alane 為核心，第三合作團隊以Zhou Jinzhong 為核心，第四合作團隊以Lemanceau philippe 為核心。

圖3 核心作者間合作網(wǎng)

2.5 主要期刊分布

期刊分布分析有助于檢索者快速獲取該研究領(lǐng)域的核心期刊，從而更快捷獲取研究相關(guān)文獻，了解研究現(xiàn)狀。表3 為發(fā)文量排名前10 位的期刊。其中前5 位期刊占總發(fā)文量的23.19%。影響因子最高的期刊為New Phytologist，影響因子為10.151，刊文量17 篇，排名第9 位，占總發(fā)文量的1.5%。發(fā)文量與被引量均靠前則能表明某一期刊對該領(lǐng)域的持續(xù)性關(guān)注度越高、貢獻也越大。由表3 可以看出，Plant and Soil，Soil Biology & Biochemistry，F(xiàn)ems Microbiology Ecology 3 大期刊在發(fā)文量及引文量均在前5 位，其中Plant and Soil 兩者均排第1 位，表明此刊物為微生物與植物互作研究領(lǐng)域主流研究期刊。

表3 發(fā)文量前10 位的期刊

2.6 高頻關(guān)鍵詞

關(guān)鍵詞是對文章主要內(nèi)容的凝練與總結(jié)，精煉準(zhǔn)確地反映了文章的核心。關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率及被引次數(shù)越高，說明該關(guān)鍵詞相關(guān)主題受關(guān)注度越高。通過VOSviewer 分析，獲取了關(guān)鍵詞的被引次數(shù)，前10 位的高頻關(guān)鍵詞列于表4。由表可看出，前3 位高頻詞為“根際”“多樣性”“土壤“，分別被引464、192、191 次。土壤微生物多樣性、植物根際效應(yīng)、植物生長等為該領(lǐng)域研究高關(guān)注詞。以“氮” “植物修復(fù)” “植物與微生物互作”等關(guān)鍵詞相關(guān)研究關(guān)注度也很高。

表4 高頻關(guān)鍵詞

2.7 研究熱點與發(fā)展趨勢

1991—2021 年以6 a 為一個切片，經(jīng)CiteSpace中LLR 聚類分析后，30 a 間已形10 個主題（圖4），主要分布在4 個時間段，分別為：1991—1995 年，此階段出現(xiàn)4 個主題，研究熱點為根際細(xì)菌、氮素、叢枝菌根；1996—2001 年，此階段出現(xiàn)5 個主題，依次為叢枝菌根、草原、溶磷、生物防控、根際；2007—2011 年，此階段以擬南芥為研究主題；2017—2021年，出現(xiàn)一個“共生網(wǎng)絡(luò)”主題。由此可見，本領(lǐng)域隨時間推移已從單一功能研究逐漸向全方位網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機理研究轉(zhuǎn)移。此外，結(jié)合高被引文獻分析可以看出，作者Hodge Angela、Jones DL、Larsen J 與Gianninazzipearson V 對“叢枝菌根”類主題類研究貢獻大；作者Barea J M 對“溶磷根細(xì)菌”類主題研究貢獻大；Mawdsley J L 對“草坪”類主題研究貢獻大，Picard C 對“生物防控”主題研究貢獻大；Davide Bulgarelli 對“擬南芥”為主題類研究貢獻大；Sasse Joelle與R Core Team對“共生網(wǎng)絡(luò)”主題類研究貢獻大。

圖4 主題發(fā)展趨勢

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié) 論

從該領(lǐng)域各年份總發(fā)文量來看，2017 年前處于緩慢發(fā)展階段，2017 年后是領(lǐng)域快速上升階段，表明當(dāng)前是此領(lǐng)域發(fā)展優(yōu)勢期。我國在此領(lǐng)域發(fā)文量最多但影響力排名則為第4 位，說明其影響力并不高。前10 位研究機構(gòu)有28 家，其中，國內(nèi)研究機構(gòu)有中國科學(xué)院、中國科學(xué)院大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院6 家，美國有5 家，德國有4 家，荷蘭有4 家，這4 國研究機構(gòu)合計占總機構(gòu)量67%，說明這4 國研究機構(gòu)為該領(lǐng)域貢獻主體。

Yakovkuzyakov（哥廷根大學(xué)）、R Azcon（西班牙國家研究委員會）、林文雄（福建農(nóng)林大學(xué)）為本領(lǐng)域發(fā)文量最多的前3 位核心作者。而Roeland L Berendsen等[28]發(fā)表的題為“The rhizosphere microbiome and plant health”與Harsh P Bais 等[29]發(fā)表的題為“The role of root exudates in rhizosphere in the ractions with plantd and other organisms”2 篇綜述文章引用率最高，對領(lǐng)域發(fā)展概況具有較好指導(dǎo)意義。

“根際”“多樣性”以及“土壤”為該領(lǐng)域高頻關(guān)鍵詞，而“共生網(wǎng)絡(luò)關(guān)系”研究則是近年來熱點研究主題。當(dāng)前領(lǐng)域主要學(xué)科方向為農(nóng)學(xué)、植物學(xué)、微生物學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、生物應(yīng)用微生物學(xué)等。從發(fā)文量與被引頻次綜合來看，“Plant and Soil”“Soil Biology& Biochemistry”“Fems Microbiology Ecology”屬于該領(lǐng)域綜合力靠前刊物。

3.2 展 望

根際微生物和植物互作的相關(guān)研究雖有一定的成果，但目前仍處于操控植物根際微生物的早期階段[30-31]?，F(xiàn)階段，不少研究主要分析單驅(qū)動因子對根際微生物的影響，還不足以闡明高度復(fù)雜的根際微生物組作用機制[32-33]。依據(jù)CiteSpace 突顯分析，未來將以“植物微生物群” “細(xì)菌”“生態(tài)學(xué)”“多樣性”“豐度”“脅迫”“次生代謝物”“高通量測序”為核心詞展開相關(guān)研究，利用生物信息學(xué)、基因組學(xué)、分子學(xué)、宏基因組學(xué)、宏轉(zhuǎn)錄組、宏蛋白質(zhì)組學(xué)及群落代謝組學(xué)等[34]學(xué)科研究技術(shù)手段綜合闡述根際微生物宏觀調(diào)控機制。結(jié)合模式植物和模式微生物群落可能會更快地揭示其互作機制。通過充分認(rèn)識根際微生物組裝配過程的驅(qū)動因素，探索其與植物宿主間的互作關(guān)系，方能更好地解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土壤健康等問題。