水稻转基因研究的竞争态势分析

2015-07-06 | 作者: 迟培娟 吴鸣 | 标签: 水稻转基因研究

摘要:以科学引文索引SCIE数据库为数据源,下载水稻转基因研究领域的文献记录,利用TDA软件、Histcite软件和可视化工具Citespace,重点对1988年到2013年间的文献数据进行统计与分析。通过分析该领域的发文数量、发文期刊、主要研究机构、发文作者和主题词,绘制可视化图谱,揭示水稻转基因研究领域的研究趋势、国家、机构、研究者以及研究热点和前沿,并以此帮助科研人员快速把握该研究领域的脉络和概貌。

2014年,中国掀起了一场关于转基因安全性的大辩论,引发了社会各界的关注,时至今日争论仍在继续。而早在1999年,全球也曾掀起一场类似的争论。尽管公众对转基因技术存在种种疑虑和争议,但是从1983年转基因技术诞生以来,已经无可争议地推动了全球生物经济的形成和发展。美国等发达国家均投入巨资开展水稻、玉米、大豆等经济作物的转基因技术研发。我国也十分重视转基因技术的研发,“863”计划一直优先资助相关研究。水稻是我国最重要的粮食作物之一,但是近十年来我国水稻单产一直没有提高,转基因技术为高产水稻新品种培育提供了一个途径,因此水稻转基因研究对我国具有十分重要的战略意义。

作为一名有遗传学背景的图情工作人员,笔者希望能够采用情报学方法分析转基因研究的发展态势,从宏观层面展示一个真实的转基因研究概貌,帮助相关研究人员进行合理的科研布局,并为全面科学地看待转基因问题提供一个新的视角。

本文将以SCIE收录的水稻转基因研究论文为数据源,通过分析各国的发文数量、发文期刊、主要发文机构、主要发文作者和主题词,展示水稻转基因研究领域的概貌,揭示研究热点和前沿,为科研人员的研究布局提供参考信息。

1 方法与数据源
1.1 方 法
Thomson Data Analyzer (简称TDA)是汤森路透公司的一款商业软件,它可以对文本数据进行多角度的数据挖掘和可视化的分析。Histcites是汤森路透公司的一款引文图谱分析软件,能够用图示法展示某一领域不同文献之间的关系,可以帮助我们快速绘制出一个领域的发展历史,定位出该领域的重要文献罗昭锋.引文分析软件histcite简介. http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=304685&do=blog&id=383399 。Citespace软件是由美国Drexel大学陈超美博士开发的一款可视化分析软件陈超美. CiteSpace Manual (手册). http://blog.sciencenet.cn/blog-496649-840691.html ,它可以对文献全记录数据进行共引网络分析和可视化分析,使科研用户能够快速地发现科学领域的研究热点和前沿。

1.2 数据源
本文分析数据来源于科学引文索引数据库SCIE,检索策略是:主题= ("trans-gene*" or transgene or transgenic or transgenesis or transgenosis) AND 主题=(rice or japonica or indica or "oryza sativa"),检索日期是2015年3月1日,共检索到6146条数据,将这些数据全部导入TDA、Histcite和Citespace进行后续分析。由于SCIE数据库2014年的收录数据尚不完整,因此笔者重点分析了1988年到2013年的数据。

2 统计分析
2.1 研究趋势分析
水稻转基因研究领域的发文最早出现于1988年,此后全球在该领域的年度发文量呈现稳定上升趋势,2013年发文量达到584篇。中国在该领域的年度发文量总体呈现上升态势,2005年中国的年度发文量超过日本等国家跃居第一位,之后呈现激增态势,到2013年中国的发文量达到233篇,占当年全球发文量的四成,基本主导了全球的发文趋势。日本在2005年以前,总体呈现稳定增长趋势,发文量基本处于全球领先地位,2005年以后日本的发文量总体呈现小幅波动态势。美国在2003年以前,呈现稳定增长趋势,2003年以后总体呈现稳中略降的态势。韩国和印度的年度发文量总体呈现稳定缓慢上升趋势。虽然SCIE数据库2014年的收录数据尚不完整,但是全球和中国在该年度的收录数据已经超过2013年,印度的发文量基本与2013年持平,全球和中国在该领域的发文依然呈现增长态势(图 1)。

图 1 总发文量Top5国家年度论文产出(中国、日本、美国、韩国和印度以左坐标轴为准,全球以右坐标轴为准)

利用TDA软件从发文国家角度分析,结果发现:在该研究领域,发文量最多的国家是中国,达到了1531篇,约占全球总发文量的26%,其次是日本,总发文量为920篇,排名第三位的是美国,发文量为652篇,中日美三国总发文量占据了全球的一半,在该领域十分活跃(表 1)。日本和美国早在1988年就出现了相关发文,中国在1991年出现相关发文,总发文量排名第四位的韩国1996年才出现相关发文。在Top10国家中,中国近3年发文(2011~2013)占其总发文量的44.90%,这说明近年中国在该领域的科研产出十分活跃,印度与中国十分类似,日本和美国近三年发文比例只有20%左右,不如中国和印度活跃。

2.2 学术期刊分析
在高影响力期刊上的发文量可以从另一个角度反映一个国家在该研究领域的实力。利用TDA软件和JCR数据库,分析选取了该研究领域影响因子排名前20位的发文期刊,结果发现美国、日本、中国、德国和英国在这些期刊上的发文总量排名前列,其中:美国、日本和英国在影响因子30以上的顶级期刊上的发文数量明显比中国有优势,中国的发文主要集中在Cell Research、PNAS和Plant Cell,这些期刊的影响因子在10左右。可见,中国在该研究领域的发文数量虽然已经远远超过美国和日本,但是其发文影响力还有待于进一步提升。德国无论是发文量还是发文期刊的影响力均不敌中国(表 2)。

2.3 研究机构分析
Histcite可以快速提取分支机构(Institution with Subdivision)的发文信息,同时可以提取TLCS(Total Local Citation Score)和TGCS(Total Global Citation Score)作为机构发文影响力的评价指标。其中TLCS是指本地引用次数,即某篇文章在当前数据集中被引用的次数,TGCS是指全球引用次数,即web of science网站上的引用次数。因此笔者采用Histcite对该研究领域的发文机构进行分析。

分析发现:发文量最多的是日本国立农业生物科学研究所,其次是中国科学院遗传与发育生物学研究所。日本国立农业生物科学研究所在日本农业科研系统中居主导地位,其主要研究方向是通过生物工程等尖端技术的开发应用,提高农林水产业的生产力和生产率。中国科学院遗传与发育生物学研究所重点揭示水稻、小麦等基因组表达调控规律,建立新的品种设计理论与技术体系。

发文量排名前十位的机构有6个位于中国,3个位于日本,可见日本和中国十分重视该领域的科学研究和布局。从篇均全球引用次数来看,日本3个机构的篇均引用次数普遍高于中国的6个研究机构,这说明在该研究领域,日本的主要研究机构学术影响力要高于中国的主要研究机构,这与前面2.2节“学术期刊分析”部分的结果是相吻合的(表 3)。
2.4 研究人员分析
利用Citespace,选择Pathfinder算法,网络节点为作者,2年为一个时间切片,绘制发文作者可视化网络图谱。

从表 4可以看出,水稻转基因领域发文数量大于17的共有40位作者,其中日本的Fumio Takaiwa和英国的P.Christou发文数量明显高于其他作者,说明他们在水稻转基因研究领域具有十分重要的贡献,中国作者在该领域的发文量整体不高。

Fumio Takaiwa是日本国立农业生物科学研究所的研究人员,他在2005年的一项转基因工作引起了广泛关注。该研究小组将柳杉花粉某种蛋白质的编码基因转入水稻的基因组中,研制出含有花粉蛋白的大米,对柳杉花粉过敏的人食用这种大米后,可以减轻过敏反应。他的主要合作者是同机构的Wakasa Yuhya和Hirose Sakiko等。 P.Christou是英国生物科学理事会(BBSRC)的John Innes 研究所的一位研究人员,他在水稻转基因技术领域具有十分重要的地位,他在1997年采用电击转化法将外源基因转入水稻中,获得了广泛关注。该研究人员的合作者较多,最主要的合作者是同机构的Kohli A以及西班牙莱里达大学的Capell Teresa,近年P.Christou的发文数量明显减少。

从发文数量来看,中国的相关研究人员在该领域表现并不突出,且多与国内研究人员合作。中国研究人员中发文最多的是中国科学院植物学研究所的种康研究员,他和同机构的徐云远合作较多,其主要研究方向是采用转基因技术研究IAA分子调控机制。近几年中国相关发文较多的作者是以中国农科院植物保护研究所的彭于发,中国科学院遗传与发育生物学研究所的储成才和中国水稻研究所钱前等为代表的合作团体,其主要研究方向是花发育、抗旱等水稻性状的研究。

2.5 研究前沿与热点分析
通过对主题词的分析发现(表 5),水稻转基因研究领域出现频次大于50的主题词有16个,其中农杆菌转化、轰击法、RNA干扰和电击法属于转基因研究领域采用的主要技术;抗盐,干旱胁迫,抗病,低温胁迫,几丁质酶(抗真菌感染),Bt水稻,抗虫,氧化胁迫,渗透胁迫,镉胁迫,水胁迫,重金属胁迫代表了研究前沿,这与张启发研究员在其一篇综述中所提到的目前转基因研究主要涉及各种抗性研究是相吻合的。


为了进一步了解水稻转基因领域主要技术的发展趋势,我们利用TDA分析了四种热点技术的年度发文量,结果如图 4所示,农杆菌介导转化技术是出现最早并且是目前采用最多的技术,该技术的发文量总体呈现稳中有升的趋势;RNA干扰技术是较晚出现的一种技术,在转基因水稻研究领域最早出现于1996年,2003年之后呈现稳定快速增长态势,并在2013年当年成为该领域的第二大技术;轰击法和电击法出现较早,但是已经连续十多年呈现稳定下降趋势。可以认为:农杆菌介导转化是转基因研究领域的主流技术,RNA干扰是新兴技术,并且有可能成为一个新的技术热点。
图 4 四种水稻转基因技术的发文趋势

通过前面的分析知道,中国在水稻转基因研究领域的年度发文量已经领先于其他国家,但是中国在高影响力期刊上的发文并无明显优势,为了避免之前的分析过多地受中国数据的主导影响,因此我们利用TDA对发文量Top10国家的高频词分布情况作了进一步分析,如表 6所示:农杆菌介导转化技术、轰击法、RNA干扰技术和电击法在中国、美国和日本等主要发文国家都是采用最多的技术,不存在某一技术只在个别国家分布的情况,因此四种热点技术的年度发文趋势分析具有普遍意义。

同时笔者还利用TDA分析了热点研究方向在发文量Top10国家的分布情况(表 6),结果发现:中国在抗盐和抗旱两个方向的发文远远高于其他研究,这与困扰中国水稻生产的主要因素息息相关。干旱是中国农业稳定和粮食安全供给的主要制约因素,同时中国是盐碱地大国,在全球盐碱地面积排名第三,因此,对水稻进行耐旱和耐盐的品质改良,对于提高中国的水稻生产能力具有十分重要的意义;美国的主要研究方向集中在抗旱和抗虫;日本的主要关注方向为抗盐耐旱;韩国主要关注抗旱;印度主要关注抗盐和镉耐受。
3 结果和讨论
从以上分析可以发现,中国、日本、美国是水稻转基因研究领域的主要贡献者,近年中国的发文总量虽然远远超出日本和美国,但是在高影响力期刊上的发文数量不及美国和日本,发文质量还有待于进一步的提升。中国和日本十分重视水稻转基因研究,发文总量排名前十位的机构主要分布于中国和日本,而且日本的篇均引用次数要高于中国。通过对相关科研人员的分析发现,该研究领域的重要发文作者是日本的Fumio Takaiwa和英国的P.Christou,但P.Christou近年的影响力明显减弱,中国的相关科研人员在该领域表现并不突出。

通过共词分析挖掘到该研究领域主要采用的技术是:农杆菌转化、轰击法、RNA干扰和电击法,其中农杆菌转化法是目前采用的主流技术,RNA干扰技术可能会成为新的热点技术。另外通过共词分析发现本研究领域的研究前沿是:抗盐、干旱胁迫、抗病、低温胁迫、抗真菌感染、Bt水稻、抗虫、氧化胁迫、渗透胁迫、镉胁迫、水胁迫和重金属胁迫。进一步分析各国的研究前沿发现:各国的主要关注方向略有差异,其中日本和中国都十分关注抗盐和干旱胁迫,美国的主要研究方向集中在干旱胁迫和抗虫。

通过以上分析可以看出,美国和日本在该研究领域已经处于领先地位。两国的发文数量在近年呈现稳中略降的趋势,这可能是因为两国在该领域的研究已经处于比较成熟的阶段。中国虽然发文数量已经超过两国,但是发文的影响力要赶超两国还需要一段时间。任何技术都分为研究和应用两个阶段,公众最担心的转基因安全问题主要集中在应用阶段,但研究一定要先行于应用,安全问题可以通过后续的研究、讨论以及制度得以解决。笔者认为,中国必须加紧水稻及其他物种的转基因研究,并尽快争取达到世界领先水平,否则中国很可能会失去一个重要的战略高地。

本文分析的对象是期刊论文,转基因研究目前已经是一个比较成熟的产业,因此笔者希望今后能进一步分析相关专利信息以获取该领域的产业化信息,可以为相关科研人员或企业提供更加全面、科学的知识服务。(作者迟培娟、吴鸣单位系中国科学院文献情报中心,参考文献略)

来源:中国生物工程杂志

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