油料學科發展態勢分析與建議

楊澤宇， 吳蕾， 夏婧， 張向向， 彭睿， 張銀波， 李先容*

（1.中國農業科學院油料作物研究所，武漢 430062； 2.中國農業科學院農業信息研究所，北京 100081）

油料作物主要包括油菜、花生、大豆、芝麻、向日葵等，是人類必需植物油脂和蛋白的重要來源[1]，油料安全供給對于保障國家食物安全、促進人民營養健康意義重大。在百年未有之大變局下，科技創新是油料產量提升與提質增效的關鍵因素，為保障油料供給和質量安全、促進農民增收和農業農村經濟發展戰略，必需加強學科發展戰略研究，依靠科技為產業發展注入新的動力。學科是現代農業科研院所建設的基礎和引領創新發展的主線[2]，為了明確油料學科在世界范圍內的研究布局和研究水平，提升自主創新能力，本研究采取定性與定量相結合的方式，在分析油料學科及其8個重點研究領域發展態勢的同時，基于情報學計量方法分析各領域在世界范圍內的研究布局，明確國際研究熱點，為該領域科研和管理人員在把握油料學科科技發展趨勢、開展科技發展規劃、對接國際油料作物科技前沿等方面做出重要決策時提供參考。

1 定量數據來源與統計方法

基于Web of Science的Science Citation Index Expanded（SCIE）中2011—2022年公開發表的論文數據，按照領域專家提供的關鍵詞對數據庫進行檢索構建數據分析集合，在此基礎上，對標題和摘要字段進行清洗整理歸并等數據預處理操作，并針對發表時間字段進行統計分析。專家提供的油料作物相關關鍵詞包括油料作物、油菜、菜籽、花生、油菜籽等。油料作物遺傳育種領域的關鍵詞包括遺傳學、遺傳變異、遺傳學物質等；油料加工利用領域的關鍵詞包括功能性脂質、脂溶性物質、修飾脂質等；油料營養與健康領域的關鍵詞包括碳水化合物、蛋白質、微量元素等；油料作物種質資源領域的關鍵詞包括種質評估、農藝性狀、品種鑒定等；油料作物栽培與耕作領域的關鍵詞包括生長感知、耕作模式、溫室氣體排放等；油料分子生物學與組學領域的關鍵詞包括基因組編輯、基因編輯、基因工程、轉基因安全性評估等；油料作物植物保護領域的關鍵詞包括菌核病、發病機制、致病性、病原體生物學等；油料質量安全與風險評估領域的關鍵詞包括摻假檢測、原產地可追溯性、氣相色譜質譜法等。采用文獻計量、文本挖掘和CorTexT軟件，計量分析油料學科的主題分布及8個重要研究領域的發文趨勢，了解學科方向研究熱點的發展態勢，以期為學科發展提供全面客觀的分析依據。

2 油料學科整體研究熱點分析

油料學科總體發展態勢表現為研究目標的個性化和特異化，研究手段的現代化、高通量、大數據，研究內容的多學科交叉融合。近年來，隨著科學儀器和以分子生物學、高通量測序、分析化學為代表的現代前沿技術的不斷升級，全球油料科技飛速發展，表型精準鑒定、基因資源的深度挖掘、復雜性狀分子調控網絡解析、基因組設計育種、高效低耗加工技術、精準高效智能栽培技術、高附加值功能脂質創制、真實性鑒別與溯源、營養健康效應研究等新增長點不斷涌現，科技創新對產業發展的驅動作用日益明顯。

從主題聚類來看，油料學科主要由8個領域方向構成。按照文獻量由多到少排序依次為：油料作物遺傳育種、油料加工利用、油料營養與健康、油料作物種質資源、油料作物栽培與耕作、油料作物分子生物學與組學、油料作物植物保護和油料質量安全與風險評估方向，如圖1所示。圖1中節點表示聚類關鍵詞，聚類半徑表示該聚類關鍵詞數量，與文獻量無關。

圖1 2011—2022年全球油料學科研究熱點聚類Fig.1 Cluster of global research hotspots in the oil discipline from 2011 to 2022

3 油料學科分領域研究熱點發展態勢分析

3.1 油料作物遺傳育種領域

將2011—2022年分為4個時間段對研究熱點的發展態勢進行分析，即2011—2013、2014—2016、2017—2019、2020—2022年。由油料作物遺傳育種領域的演化路徑（圖2）可以發現，1條演化主路徑由基因表達與鹽脅迫、大豆囊腫線蟲逐漸演化到多抗油料作物品種選育，這標示著聚合高產、優質、多抗等多優異性狀是現代育種發展的重要方向，生物技術高效精準育種是國內外油料作物遺傳育種發展的重要趨勢。科學技術的不斷進步有力推動了油料作物品種改良的理論創新、技術進步和產品創制[3]。1條演化主路徑由遺傳多樣性逐漸演化到基因大數據儲備，這標示著分子標記、選擇、基因編輯等現代生物技術的發展有力支撐了育種技術的革新，導致大量優異基因資源不斷被發掘和創制，促進油料基因大數據的不斷積累和儲備。轉基因技術、雙單倍體技術、分子標記輔助選擇技術、高通量基因型分型技術、生物信息技術等高新分子育種技術的應用在打破不利基因連鎖、提高優異基因的聚合效率、加速育種親本純合和育種進程等方面表現出了突出優勢，一大批高產、優質、多抗的油料作物新品種成功選育。品種單產、抗性、品質不斷提高，適宜機械化性狀改良取得突破，大幅減少了機械化收獲損失以及生產成本，提升了有關產品在國際市場中的競爭力[4-5]。1條演化主路徑由含油量和種子產量逐漸演化到高產優質性狀育種，這標示著油料作物的多功能特性正得到逐步發掘和利用。新品種選育已經從單純追求高產開始轉向產量營養品質協同提高、適合機械化生產、提升綜合抗性與衛生安全性等綜合性狀的全面改良，顯著推動了世界油料產業的健康發展[6]。

圖2 2011—2022年油料作物遺傳育種領域研究熱點時序Fig.2 Chronological research hotspots in the field of oil crop genetic breeding from 2011 to 2022

3.2 油料加工利用領域

由油料加工利用領域的演化路徑（圖3）可知，1條演化主路徑由可持續發展逐漸演化成多功能發展，這標示著世界范圍內油料加工利用呈現出規模化、自動化、綠色化、增值化和多功能化的發展趨勢，“智能、節能、低碳、環保、綠色、可持續”的新要求已成為農產品加工產業發展的“新常態”[7]。1條演化主路徑由功能性質與乳化性質逐漸演化成玉米淀粉與膳食纖維、液相色譜法與油的使用逐漸演化成油品使用與質譜分析，這標示著油料加工利用理論與技術的研究正由定性為主向精確定量階段跨越；以最大程度保留營養、降低風險為目標，依據油脂及其伴隨物的變遷規律對加工過程進行精確設計和精準控制[8-9]。1條演化主路徑由酚類化合物與抗氧化活性、精油與氧化穩定性演化成酚類化合物與抗氧化活性，這標示著油料油脂加工技術從“熱榨－五脫精煉”的制備技術向高效低耗智能加工技術、高附加值功能脂質創制技術和油料生物高值化轉化技術等方向發展。需要開發高品質、高附加值的油脂與副產品，構建適合油料特性的精準適度加工新模式[10-12]。

圖3 2011—2022年油料加工利用領域研究熱點時序Fig.3 Chronological research hotspots in the field of oilseed processing and utilization from 2011 to 2022

3.3 油料營養與健康領域

由油料營養與健康領域的演化路徑（圖4）可知，1條演化主路徑由酚類化合物與乳化性質、酸堿性的影響逐漸演化成蛋白質水解物與大豆蛋白，1條演化主路徑主要由脂肪酸構成，1條演化主路徑由油的使用與液相色譜法逐漸演化成用油與氧化穩定性，這標示著營養健康科技創新和功能產品創制成為油料學科發展新增長點。營養健康科技創新與戰略決策部署正在成為全球熱點和焦點，食品功能化是全球共同的發展目標[13]。油料含有豐富的功能因子(脂質、蛋白質、多糖等)，在食品領域和醫藥健康產業領域受到廣泛關注，近10年來，我國國家衛生健康委員會（原國家衛生與計劃生育委員會）發布的100多種新食品原料中1/4為功能脂質原料，油料營養科技創新和功能產品創制的前沿基礎和技術突破將成為推動油料產業發展的核心動力。1條演化主路徑由腸外營養逐漸演化成脂質乳液與腸外營養，這標示著隨著多組學與大數據等技術發展，功能因子營養健康的分子作用和代謝調控、腸道微生態健康效應成為油料營養健康研究的新趨勢。隨著慢性疾病、亞健康、重點營養改善人群及大眾人群的營養和功能需求升級，深度研發功能因子穩態化和口服利用、高效遞送等前沿新技術，實現精準營養、靶向設計和個性化油料基產品創制，在全球食品營養與健康產業鏈中將表現出更大潛力[14]。

圖4 2011—2022年油料營養與健康領域研究熱點時序Fig.4 Chronological research hotspots in the field of oilseed nutrition and health from 2011 to 2022

3.4 油料作物種質資源領域

油料作物種質資源領域主要有4條演化主路徑（圖5），其中1條演化主路徑由遺傳多樣性和簡單重復序列（simple sequence repeats，SSR）標記逐漸演化到群體結構與SSR標記，這標示著油料作物種質資源學科開始由種質資源的研究利用向基因資源的研究利用轉變。發掘油料作物種質資源中控制重要性狀的關鍵功能基因成為本學科研究的重點，由優異種質向優異基因的跨越性轉變使得種質資源利用價值和利用效率顯著提升[15]。1條演化主路徑由野生大豆和大豆、含油量與芥菜演化到全基因組鑒定，這標示著油料作物種質資源理論與技術的研究正實現由表型鑒定向基因型鑒定的跨越。精準性和信息量顯著提升，鑒定性狀由單個提升為多個，鑒定種質數量由幾十提升到上千份，鑒定技術由單一表型鑒定發展為表型組、基因組、蛋白組和代謝組等多組學相結合的精準鑒定技術[16]。1條演化主路徑由產量構成、大豆銹病演化到油料作物種質資源多功能利用，這標示著油料作物種質資源利用向精準化、模塊化和多功能化等方向發展。由于種質資源中控制重要性狀的關鍵基因或功能模塊逐步被解析，可為分子育種提供各種亟需的關鍵基因或功能模塊。以油菜為例，除油用外，花用、蔬用、肥用、藥用等潛藏的利用價值被不斷發掘，將顯著提升油料產業整體效益[17]。

圖5 2011—2022年油料作物種質資源領域研究熱點時序Fig.5 Chronological research hotspots in the field of oil crop germplasm resources from 2011 to 2022

3.5 油料作物栽培與耕作領域

油料作物栽培與耕作領域的主要研究目標是提升產量與效益，該領域主要有5條演化主路徑（圖6）。其中，1條演化主路徑由蓖麻和麻風樹逐漸演化到施用率與間作系統，1條演化主路徑由禁止種植大豆和冬小麥逐漸演化到水分利用效率，這標示著信息精準適時采集、智能專家系統、自動化機械化控制將成為未來油料作物高產高效的重要助力。世界發達國家均以市場為導向，以效益為中心，以提高油菜產品市場競爭力和降低生產成本為主攻目標，實行機械化、規模化生產，種植分區、產業分帶、質量分級、加工分類的智能化生產方式[18]。1條演化主路徑由種子質量、作物生長逐漸演化到干旱脅迫和脅迫條件，這標示著油料作物栽培與耕作理論與技術正逐步向氣候變化適應性、抗逆穩產等方向發展[19]。澳大利亞通過研究油菜對不同生態和農業資源配置的生理響應，調整播種期與生育進程，推進應對氣候變化的技術實施及向干旱平原的擴張，經過近30年的發展，油菜一躍成為澳大利亞第三大作物，總產量增加了10多倍。1條演化主路徑由干旱脅迫與叢枝菌根、種子質量逐漸演化到根系生長與氮素吸收，1條演化主路徑由鹽水和蓖麻、營養管理逐漸演化到生產系統與輪作，這標示著生態安全與可持續生產已成為國際油料作物栽培與耕作學科的關注點[20]。德國、荷蘭等國家十分重視土壤修復、化肥合理投入和保護性耕作，我國土地資源有限，基礎地力相對瘠薄，化肥對我國油料作物增產貢獻較大，但長期以來化肥的不合理使用，不僅造成資源浪費、投入成本增加，也給耕地質量帶來了一系列問題。

圖6 2011—2022年油料作物栽培與耕作領域研究熱點時序Fig.6 Chronological research hotspots in the field of oil crop cultivation and farming from 2011 to 2022

3.6 油料作物分子生物學與組學領域

由油料作物分子生物學與組學領域的演化路徑（圖7）可知，1條演化主路徑由性狀位點分析、全基因組關聯研究和關聯圖譜逐漸演化成主要數量性狀基因座（quantitative trait locus，QTL）和廣泛關聯研究；1條演化主路徑由性狀位點分析、數量性狀基因座、非生物脅迫逐漸演化成全基因組關聯分析與數量性狀基因座，這標示著油料作物分子生物學及組學研究正向更高通量、更精準技術深入，極大促進了性狀遺傳基礎解析。品種資源群體基因組、轉錄組、表觀組、蛋白質組、代謝組和表型組等組學技術正進一步與基因定位克隆方法交叉融合，使油料作物重要復雜性狀控制基因的解析由單基因向多性狀、多基因的復雜調控網絡解析轉變[21]。1條演化主路徑由轉錄因子與表達分析演化成轉錄因子與全基因組鑒定，這表明隨著品種資源群體組學數據和性狀控制基因標記和基因數量的積累，品種資源基因組演化進化成為新的方向。由此，油料作物分子標記輔助選擇育種、聚合育種向基因組設計育種發展，為實現育種選擇效率和品種有效設計的突破提供了理論參考和技術路徑[22]。1條演化主路徑由基因組關聯演化成遺傳變異與關聯映射，這標示著伴隨不同組學技術的快速進步和數據積累及信息技術的發展，油料科技正邁入大數據時代[23]。整合油料作物性狀相關基因、調控網絡和組學等信息，建立國家級油料作物生物信息分析與共享綜合平臺，是進一步推動油料作物遺傳、育種及相關學科發展的技術和信息基礎。

圖7 2011—2022年油料作物分子生物學與組學領域研究熱點時序Fig.7 Chronological research hotspots in the field of molecular biology and omics of oil crops from 2011 to 2022

3.7 油料作物植物保護領域

由油料作物植物保護領域的演化路徑（圖8）可知，1條演化主路徑主要由黃曲霉毒素污染構成，1條演化主路徑主要由大豆銹病構成，這標示著建立以生態調控技術為基礎、抗病品種為主體、化學防治為加強措施的油料作物綠色高效一體化防控技術體系已成為油料作物植物保護的研究重點。隨著高效、綠色生產需求的增加，為了確保農產品生產和消費安全，培育具有多種抗性的抗病品種，結合多種栽培管理措施和生物防治技術，開發少施藥、有效施藥的綠色化學防控技術，建立綠色高效一體化防控體系，是目前研究的重點方向[13]。1條演化主路徑由基因流、遺傳多樣性與致病因素逐漸演化成核盤菌，這標示著廣譜抗性資源發掘及其作用機制解析、流行病害精準診斷和預測是本領域的發展前沿。通過基因編輯創造廣譜抗性資源具有良好的前景，通過基因組技術快速、有效疊加抗病基因正加速抗病品種的培育，抗病機制解析正朝著表觀與蛋白多成分互作方向深入，借助信息技術、物聯網技術和分子生物學技術開展病害精準診斷、遠程診斷、病害流行和預報已成為新的研究方向[24]。1條演化主路徑由基因流構成，同時在2015年左右遺傳多樣性與致病因素研究主題與這條主路徑發生融合，這標示著油料轉基因生物安全問題成為世界關注的熱點。隨著生物技術的迅速發展，全球轉基因油料作物的研發速度和種植面積持續增加。亟需健全和完善我國轉基因油料作物研發與安全評價體系，開展轉基因精準快速檢測技術研究及產品研制，提高和加強轉基因油料作物的科研水平和監管力度[25-26]。

圖8 2011—2022年油料作物植物保護領域研究熱點時序Fig.8 Chronological research hotspots in the field of plant protection for oil crops from 2011 to 2022

3.8 油料質量安全與風險評估領域

由油料質量安全與風險評估領域的演化路徑（圖9）可知，1條演化主路徑由串聯質譜法逐漸演化到色譜－串聯質譜法，這標示著油料質量安全與風險評估從單一品質安全指標的精準檢測向多參數同步檢測及污染預警防控轉變。油料質量安全檢測技術從油料品質與主要風險因子的高靈敏確證與快速檢測技術向多參數精準檢測發展。為了提高油料產品檢測效率，營養品質和真菌毒素、農藥殘留、微生物等多類危害物同機高效檢測技術、現場智能快速檢測技術與裝備等已成為本領域未來的重要發展目標和方向[27]。1條演化主路徑由生物柴油生產、串聯質譜法、非均相催化劑逐漸演化到紅外光譜。1條演化主路徑由生物柴油生產、串聯質譜法、非均相催化劑和近紅外光譜逐漸演化成氣相色譜法。這標示著油料質量安全風險評估從過去評價已知危害因子的污染水平向危害因子非靶向篩查及風險預警方向發展。風險評估與預警是歐美發達國家和地區實施農產品質量安全管控的成功經驗，油料生物毒素污染預警研究已成為本領域國際發展趨勢。以花生黃曲霉毒素預警研究為例，澳大利亞研究構建了多元羅吉斯蒂回歸分析預警模型，用于產后花生黃曲霉毒素污染程度預測[28-29]。1條演化主路徑由黃曲霉毒素污染逐漸演化到綠色阻控技術，這標示著綠色阻控技術與制劑在未來數年將是國際競爭的熱點與焦點。一系列具有抑制生物毒素合成的生防菌或仿生阻控材料、具有脫除毒素作用的微生物、吸附或催化降解材料相繼問世，如可實現黃曲霉毒素綠色阻控的生物菌劑等[30]。

圖9 2011—2022年油料質量安全與風險評估領域研究熱點時序Fig.9 Chronological research hotspots in the field of oilseed quality safety and risk assessment from 2011 to 2022

4 油料學科發展建議

本文定性與定量研究結果表明，圍繞4個面向總體要求，需要在基礎前沿研究、產業技術供給等方面加快油料學科布局的系統優化，在油料作物遺傳育種、油料加工利用、油料質量安全等領域突破若干基礎性、前沿性科學問題，攻克一批產業發展核心關鍵技術、產品與裝備，實現學科發展從理論到技術、從技術到產品、從產品到產業的鏈式創新，為保障我國油料供給安全，服務構建以國內大循環為主、國內國際雙循環相互促進的新發展格局提供科技支撐。

4.1 夯實前沿陣地基礎

面向世界農業科技前沿，圍繞7個學科領域明確以下發展重點。油料作物種質資源學科領域重點開展優異基因資源的發掘鑒定、優異種質形成的基因組學基礎研究。油料作物遺傳育種學科領域重點開展分子設計育種創新體系建設、高通量自動化多環境表型鑒定技術研究。油料作物分子生物學與組學學科領域重點開展基因組設計育種技術與應用、油料作物高產高油分子機制解析與遺傳改良、油料作物光合形成路徑解析、油料作物基因組演化進化規律研究。油料作物植物保護學科領域重點開展病害發生規律與預測預報技術研究與應用。油料加工利用學科領域重點開展油料脂質等組分的綠色高效利用結構剖析、綠色高效制備與利用及相關基礎研究、油脂風味化學和分子感官科學的理論基礎研究。油料營養與健康學科領域重點開展精準個性化油料功能因子營養與健康的分子機制和腸道微生態調控研究。油料質量安全與風險評估學科領域重點開展油料產品生物毒素污染風險預警與全程綠色控制技術研究。

4.2 強化重大需求牽引

面向國家重大需求，圍繞6個學科領域明確以下發展重點。油料作物種質資源學科領域重點開展優異種質資源收集保護、優異資源的挖掘與創新、高值突破性種質設計與創制。油料作物遺傳育種學科領域重點開展理想株型的理論基礎與技術途徑突破、多抗廣適性油料作物分子基礎研究。油料作物栽培與耕作學科領域，重點開展油料作物機械化生產綠色產品研發及調控機制解析、植物-土壤相互作用研究[31]。油料作物植物保護學科領域重點開展抗病品種培育與隱性廣譜抗病機制研究、轉基因作物環境安全評價、轉基因精準快速檢測研究。油料加工利用學科領域，重點開展油料高效低耗自動化和智能化制備技術與裝備研發、自動化標準化油料壓榨裝備和低溫物理吸附劑研發。油料質量安全與風險評估學科領域，重點開展油料產品真實性鑒別與產地溯源、油料產品主要危害因子同步檢測技術研究。

4.3 加強產業問題攻關

面向現代農業建設主戰場，圍繞6個學科領域明確以下發展重點。油料作物種質資源學科領域重點開展突破性種質創新、種質資源價值拓展研究。油料作物遺傳育種學科領域重點開展油料作物多功能利用的基礎研究與新品種選育。油料作物栽培與耕作學科領域重點開展油料作物綠色優質高效模式構建及試驗示范。油料作物植物保護學科領域重點開展病害輕簡高效綠色防控技術研究、基因工程與重要性狀轉基因產品開發。油料加工利用學科領域重點開展油料生物轉化與資源化利用研究。油料質量安全與風險評估學科領域重點開展油料特異品質高靈敏檢測與全程質量控制技術研究。

4.4 推進健康科技創新

面向人民生命健康，圍繞2個學科領域明確以下發展重點。油料營養與健康學科領域重點開展油料功能因子在營養健康產品創制中的精準營養設計和靶向口服利用研究，研發保健食品大眾化技術；重點構建油料功能因子營養健康大數據體系，利用營養評價技術指導個性化干預設計，實現個性化的精準營養干預與健康管理；加強油料與生物醫學的交叉融合，揭示油料功能因子預防疾病、治療疾病的機理。油料作物遺傳育種學科領域重點開展功能型油料作物營養品質和活性功能成分鑒定，發掘其在生物健康中的作用，建設油料作物營養品質分析平臺。