基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的煙草干旱脅迫知識(shí)圖譜分析

劉峰峰，吳 明，周迎輝，吳 勇，田嘉樹，許嘉陽(yáng)*，許自成，何結(jié)望*

1. 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，武漢市東西湖區(qū)金山大道1355 號(hào) 430040

2. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院，鄭州市鄭東新區(qū)平安大道218 號(hào) 450046

干旱是一種非常普遍的非生物脅迫因子，嚴(yán)重制約了作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的形成。根據(jù)推演模型，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)末干旱等極端事件的發(fā)生頻率將增大，導(dǎo)致作物種植區(qū)減產(chǎn)較大幅度增加［1］。煙草因藥用價(jià)值高、易于通過(guò)組織培養(yǎng)獲得再生的轉(zhuǎn)化植株等特點(diǎn)，成為植物學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域研究的模式植物［2-3］。煙草同時(shí)也是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，在全世界范圍內(nèi)廣泛種植，我國(guó)煙草制品產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的三分之一［4］。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年我國(guó)煙葉總產(chǎn)量為212.76 萬(wàn)噸，其中，云南（84.75萬(wàn)噸）、貴州（23.25 萬(wàn)噸）和河南（19.31 萬(wàn)噸）產(chǎn)量位居前三。2021 年度，貴州少部分煙區(qū)和河南大部分煙區(qū)都遭遇了高溫少雨的天氣，旱情嚴(yán)峻。干旱脅迫導(dǎo)致煙株株高降低、葉片開片小、礦質(zhì)元素吸收減少、還原糖含量降低、總氮和煙堿含量提高、煙葉油分降低、煙葉致香物質(zhì)難以形成和轉(zhuǎn)化等［5-6］。因此，解析煙草干旱脅迫響應(yīng)機(jī)理、提高煙草干旱耐受性及煙葉品質(zhì)受到越來(lái)越多的關(guān)注。截至目前，有關(guān)煙草干旱脅迫文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的研究尚未見報(bào)道。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是一種對(duì)文獻(xiàn)資料進(jìn)行定量分析的方法，通過(guò)對(duì)發(fā)表文獻(xiàn)產(chǎn)量和質(zhì)量的客觀分析，揭示某一領(lǐng)域重點(diǎn)的研究方向，并對(duì)其研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)［7］。目前，有關(guān)植物干旱領(lǐng)域的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究則少見報(bào)道。Cui 等［8］發(fā)現(xiàn)植物在響應(yīng)干旱和高溫方面的研究報(bào)道呈增加趨勢(shì)，從2008—2014 年的1 199 篇快速增長(zhǎng)到2015—2021 年的2 583 篇。在煙草領(lǐng)域，張璐翔等［9］在煙草轉(zhuǎn)錄組的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)在發(fā)文數(shù)量上領(lǐng)先大多數(shù)國(guó)外機(jī)構(gòu)，但文獻(xiàn)總被引數(shù)排名不高；田嘉樹等［10］和張玉嬋等［11］在煙草代謝組、煙草基因組的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究中也發(fā)現(xiàn)中國(guó)機(jī)構(gòu)存在發(fā)文量較多，而文獻(xiàn)影響力偏低的問(wèn)題。在全球氣候變暖的背景下，世界各地極端干旱天氣頻發(fā)，作物在干旱領(lǐng)域的研究將成為熱點(diǎn)之一。基于此，利用VOSviewer 和CiteSpace 軟件對(duì)2002—2021 年煙草干旱脅迫領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了分析，并以知識(shí)圖譜的方式呈現(xiàn)該領(lǐng)域的研究特征、發(fā)展趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)，旨在為煙草干旱等逆境脅迫研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)獲取與分析

1.1 數(shù)據(jù)獲取

以Web of Science核心合集（WOSCC）數(shù)據(jù)庫(kù)作為本研究中的數(shù)據(jù)獲取來(lái)源，以“［TS=（tobacco）］AND TS=（drought stress）”作為檢索主題詞，檢索時(shí)間范圍2002.01.01─2021.12.31，剔除會(huì)議論文、被撤稿的論文等，最終獲取1 751篇有效論文。

1.2 數(shù)據(jù)分析

采用VOSviewer（1.6.10）軟件提取指定數(shù)據(jù)中發(fā)文國(guó)家、機(jī)構(gòu)、作者、期刊等信息并進(jìn)行可視化制圖［12］，采用CiteSpace（5.8.R2）軟件提取指定數(shù)據(jù)中關(guān)鍵詞信息并進(jìn)行研究趨勢(shì)可視化制圖［10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙草干旱脅迫領(lǐng)域的發(fā)文分布概況

對(duì)2002─2021年全球煙草干旱脅迫主要發(fā)文國(guó)家進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖1。由于國(guó)家之間存在協(xié)作發(fā)文的情況，按國(guó)別分類后共有2 213 篇發(fā)表的文獻(xiàn)。發(fā)文前5 的國(guó)家分別是中國(guó)（917 篇，41.44%）、印度（199篇8.99%）、美國(guó)（195篇，8.81%）、韓國(guó)（136篇，6.15%）和日本（74 篇，3.34%），表明近20 年我國(guó)在全球煙草干旱脅迫領(lǐng)域相關(guān)研究中發(fā)文量明顯較高。

圖1 煙草干旱脅迫領(lǐng)域全球發(fā)文情況分析Fig.1 Worldwide publications on drought stress in tobacco

2.2 煙草干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文量分析

對(duì)煙草干旱脅迫研究按每5 年1 個(gè)單位進(jìn)行論文發(fā)表數(shù)量統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2 所示。由圖2 中可知，該領(lǐng)域總體發(fā)文量呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，2017─2021 年間發(fā)文量是2002─2006 年間的4.06 倍。R2反映了20 年間發(fā)文量變化趨勢(shì)線的擬合度，本研究中R2為0.874 9，說(shuō)明發(fā)文量擬合度較好。

圖2 2002—2021年煙草干旱脅迫領(lǐng)域的發(fā)文量分析Fig.2 Number of publications on drought stress in tobacco from 2002 to 2021

2.3 煙草干旱脅迫領(lǐng)域機(jī)構(gòu)發(fā)文分析

以發(fā)文量≥15 篇作為閾值篩選出25 家主要發(fā)文機(jī)構(gòu)（圖3）。中國(guó)發(fā)文量前5 的機(jī)構(gòu)有中國(guó)科學(xué)院（98 篇）、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院（92 篇）、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)（68篇）、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)（60篇）和西北農(nóng)林科技大學(xué)（58 篇）；國(guó)外發(fā)文量前5 的機(jī)構(gòu)有國(guó)際遺傳工程和生物技術(shù)中心（International Center for Genetic Engineering and Biotechnology，32 篇）、全南國(guó)立大學(xué)（Chonnam National University，20 篇）、德里大學(xué)（University of Delhi，19 篇）、斯法克斯大學(xué)（Universite de Sfax，16 篇）和尼赫魯大學(xué)（Jawaharlal Nehru University，15 篇）。說(shuō)明這些機(jī)構(gòu)在煙草干旱脅迫研究中較為活躍。

圖3 煙草干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文機(jī)構(gòu)的合作關(guān)系分析Fig.3 Analysis of cooperative relationship between affiliations of publications on drought stress in tobacco

2.4 煙草干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文影響力分析

Gross 等［13］首次提出通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)表論文的被引次數(shù)來(lái)衡量科研工作的學(xué)術(shù)水平和重要程度。對(duì)發(fā)文量前10 的國(guó)家分析結(jié)果（圖4）發(fā)現(xiàn)，篇均被引次數(shù)排名前五的國(guó)家分別是美國(guó)、日本、西班牙、德國(guó)和韓國(guó)，中國(guó)排名第8，說(shuō)明我國(guó)在煙草干旱脅迫研究的影響力方面還有較大提升空間。

圖4 煙草干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文排名前10國(guó)家及篇均被引情況分析Fig.4 Top 10 countries of origin and average number of citations per publication on drought stress in tobacco

2.5 煙草干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文作者合作分析

為闡明該領(lǐng)域作者發(fā)文數(shù)量及合作情況，統(tǒng)計(jì)了煙草干旱脅迫相關(guān)研究學(xué)者共計(jì)7 925名，以發(fā)文量≥5篇作為閾值對(duì)作者進(jìn)行篩選，共有140位作者滿足條件。如圖5所示，煙草干旱脅迫領(lǐng)域研究學(xué)者國(guó)際合作次數(shù)較少，主要集中在國(guó)內(nèi)學(xué)者間的合作。

圖5 煙草干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文作者合作關(guān)系分析Fig.5 Analysis of cooperation among authors of publications on drought stress in tobacco

2.6 煙草干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文期刊分析

干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文量前10的期刊統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。接近33%的論文（577篇）發(fā)表在這10種期刊上，是該領(lǐng)域近20年來(lái)的優(yōu)勢(shì)期刊。發(fā)文最多的期刊是Frontiers in plant science（92 篇，影響因子：6.627），該期刊屬于植物領(lǐng)域的綜合性期刊，旨在提高對(duì)植物生物學(xué)的理解，為實(shí)現(xiàn)糧食安全、功能生態(tài)系統(tǒng)和人類健康提供保障。其次是Plant physiology and biochemistry（75 篇，影響因子：5.437）和Plant cell reports（62篇，影響因子：4.964）。

表1 煙草干旱脅迫領(lǐng)域發(fā)文量前10期刊分析Tab.1 Top 10 journals with publications on drought stress in tobacco

該領(lǐng)域主要期刊（發(fā)文量≥25篇）平均發(fā)文年代分析結(jié)果如圖6所示。平均發(fā)文年代較早的期刊是Plant physiology、Plant molecular biology 和Plant cell and environment，平均發(fā)文時(shí)間分別為2009年、2010年和2011 年。發(fā)文年代最近的期刊分別是International journal of molecular sciences、Scientific reports 和Environmental and experimental botany，平均發(fā)文時(shí)間分別為2017年、2018年和2018年。重點(diǎn)關(guān)注以上期刊可更好地了解煙草干旱脅迫領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)。

圖6 煙草干旱脅迫領(lǐng)域期刊發(fā)文年代分析Fig.6 Chronological analysis of journal publications on drought stress in tobacco

2.7 煙草干旱脅迫領(lǐng)域研究熱點(diǎn)分析

通過(guò)文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)的方式，可有效獲取某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域課題的內(nèi)在聯(lián)系和研究熱點(diǎn)，并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)［14］。收集1 751篇文獻(xiàn)共計(jì)6 609個(gè)關(guān)鍵詞，以出現(xiàn)頻次≥40次作為閾值，共獲取滿足條件的79個(gè)關(guān)鍵詞，結(jié)果如圖7所示。

圖7 煙草干旱脅迫領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析Fig.7 Co-occurrence analysis of keywords in publications on drought stress in tobacco

煙草干旱脅迫領(lǐng)域研究熱點(diǎn)大體可分為三大類。第一類（紫色群體）主要圍繞干旱對(duì)煙草的生理代謝及關(guān)鍵基因表達(dá)的影響研究。第二類（藍(lán)色群體）主要圍繞煙草對(duì)干旱的生理應(yīng)激反應(yīng)研究。第三類（黃色群體）主要是把煙草作為模式植物，通過(guò)基因工程技術(shù)揭示提高煙草耐旱性的分子機(jī)制。

2.8 煙草干旱脅迫領(lǐng)域研究趨勢(shì)分析

利用CiteSpace 軟件繪制的關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)視圖（圖8）可以看出，在煙草干旱脅迫領(lǐng)域基礎(chǔ)生理生化分析和經(jīng)典ABA 信號(hào)分析基本貫穿于2002─2021 年的所有研究中，前者主要聚焦干旱脅迫對(duì)煙草生物量、含水率、根系發(fā)生、元素吸收、光合作用、超微結(jié)構(gòu)、氧化損傷、抗氧化酶、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、激素信號(hào)、細(xì)胞死亡及關(guān)鍵基因表達(dá)等方面，后者主要包括ABA調(diào)控?zé)煵萆砩憫?yīng)［15］、超量表達(dá)ABA依賴型基因［16］、超量表達(dá)逆境相關(guān)基因與ABA關(guān)系［17］、ABA與其他激素信號(hào)（小分子信號(hào)）互作［18］等。基因工程技術(shù)分析的報(bào)道始見于2002 年，在煙草中超量表達(dá)基因提高其抗旱性。目的基因來(lái)源包括煙草［19］、菜豆［16］、水稻［20］和擬南芥［21］等植物，2005年在煙草中利用RNA干擾（RNAi）技術(shù)沉默超氧化物歧化酶基因與干旱脅迫的關(guān)系首見報(bào)道［22］。基因家族的分析報(bào)道始于2015 年，Wang 等［23］首次報(bào)道了短柄草中SnRK基因家族，并研究了BdSnRK2.9基因與煙草抗旱的關(guān)系，隨后煙草干旱脅迫研究中PYL/RCAR［24］、HD-ZipI［25］、bHLH［26］等基因家族被相繼報(bào)道。

圖8 基于CiteSpace文獻(xiàn)關(guān)鍵詞的時(shí)區(qū)視圖Fig.8 CiteSpace-based timezone view of keywords in documents

3 討論

通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的分析，本研究中發(fā)現(xiàn)煙草干旱脅迫領(lǐng)域主要研究方向：①構(gòu)建轉(zhuǎn)基因（沉默）煙草植株研究基因功能。首篇構(gòu)建基因過(guò)表達(dá)和基因沉默煙草的文獻(xiàn)分別發(fā)表于2002年［16］和2005年［22］。②施用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)提高煙草抗旱性。早期外源調(diào)節(jié)物質(zhì)研究主要集中在糖類物質(zhì)（如海藻糖、蔗糖等）、植物激素（如ABA、SA等）、內(nèi)源滲透物質(zhì)（如脯氨酸、多胺等）和信號(hào)分子（如Ca2+、NO等）；近5年的研究則主要集中在植物代謝物（如花青素、檸檬酸等）、新型調(diào)節(jié)劑（如褪黑素、冠菌素等）和有益真菌（如叢枝菌根等）。表明探尋關(guān)鍵代謝產(chǎn)物和開發(fā)新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是目前研究的方向。③耐旱性品種篩選。干旱馴化、不同耐旱性品種比較的研究出現(xiàn)相對(duì)較晚且研究較少，可能是由于干旱馴化耗工較多，且抗旱性只是烤煙眾多特性之一，在實(shí)際種植推廣應(yīng)用中難以應(yīng)用所致。

從研究熱點(diǎn)與時(shí)間關(guān)系來(lái)看，現(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展拓寬了煙草干旱脅迫領(lǐng)域的研究思路和研究?jī)?nèi)容。根據(jù)本文中分析的研究熱點(diǎn)，推測(cè)以下4個(gè)方面將是該領(lǐng)域未來(lái)的研究熱點(diǎn)：①基因編輯技術(shù)。基因編輯技術(shù)（CRISPR/Cas9）是近幾年逐漸發(fā)展起來(lái)的一種基因組定向編輯技術(shù)，可以精確地改變植物的DNA。截止到本研究中的檢索日期，煙草干旱脅迫領(lǐng)域尚未見基于CRISPR/Cas9的相關(guān)研究。②新型高效植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。2020年我國(guó)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)85.05 億元。研究并開發(fā)高效的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑用以提高煙草抗旱性及品質(zhì)具有廣闊的前景。③干旱與其他環(huán)境因子組成的復(fù)合脅迫。煙草生長(zhǎng)前期遭遇低溫和后期遭遇高溫均會(huì)影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量的形成，探討干旱與溫度、鹽害和農(nóng)田重金屬等的復(fù)合脅迫具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。④新興組學(xué)和多組學(xué)聯(lián)合分析。組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)了生命科學(xué)研究的深度和廣度，單細(xì)胞測(cè)序、空間轉(zhuǎn)錄組等新興的組學(xué)技術(shù)是該領(lǐng)域重要的研究課題。除此之外，采用多組學(xué)聯(lián)合分析的方式多維度解析生命現(xiàn)象及變化規(guī)律也將是未來(lái)研究的焦點(diǎn)。

4 結(jié)論

①煙草干旱脅迫領(lǐng)域研究發(fā)文量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，我國(guó)發(fā)文量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，但美國(guó)和日本的發(fā)文影響力較大，本領(lǐng)域研究國(guó)際間協(xié)作較少。②近20年煙草干旱脅迫領(lǐng)域研究的主要方向是構(gòu)建轉(zhuǎn)基因（沉默）煙草植株研究基因功能、施用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)（營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）提高煙草抗旱性、干旱馴化和耐旱性品種篩選。③基因編輯技術(shù)、新型高效植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、環(huán)境因子復(fù)合脅迫、新興組學(xué)和多組學(xué)聯(lián)合分析將是該領(lǐng)域未來(lái)的研究熱點(diǎn)。