中国与全球抗逆转基因水稻研究的可视化对比分析

2018-05-29 | 作者: 程景民 胡婧超 | 标签: 抗逆性 转基因水稻

作者单位:山西医科大学管理学院

摘要:为比较中国与全球抗逆转基因水稻研究状况及热点与趋势,采用可视化分析方法,以Web of Science核心数据库和CNKI数据库2001—2015年抗逆转基因水稻相关文献为样本,借助Citespace III软件对该研究的科学知识图谱进行可视化分析。就作者合作来说,中国高产作者合作分散,如钱前、陈亮等独立作者较多,仅刘永胜、牛向丽等少数几人形成区域小规模合作;而对比全球,密集且形成了多个联系密切的作者合作网络;通过对比研究热点,共性为都注重本身技术及抗病、抗虫研究,而在中国还包括抗环境胁迫、抗除草剂基因等研究,更趋于多元化。中国在该领域应加强核心作者间的合作,加快资源整合与共享;并关注全球在该领域的最新研究,重视国际间合作,促进抗逆转基因水稻研究的快速发展。


引言

随着旱灾、水灾等自然灾害频繁发生,土壤盐碱荒漠化日益加剧且干旱、高低温胁迫、盐胁迫等均已造成中国水稻产量严重损失,从而提高水稻产量及质量,进行抗逆育种就显得十分必要了。水稻对各种胁迫因子(或称逆境)的抗御能力,称为抗逆性(stress resistance),简称抗性。胁迫因子包括有抗病虫、抗除草剂、抗旱、抗寒、抗盐、抗高温、抗重金属等。生物工程技术自20世纪80年代兴起和发展,基因工程技术在改良水稻抗性上广泛应用,这也为培育水稻的抗性优良品种提供了新的思路。转基因技术能分离、克隆及转化多种优良抗性基因,为培育转基因水稻优良品种提供材料。于是基于转基因技术的农业开始在世界人口的食物供给方面扮演重要角色。目前国内外学者已在现有研究的基础上对水稻抗性做了大量研究,并取得明显进展。IRRI和印度水稻育种家在水稻中导入SubI基因育出耐涝水稻。澳大利亚科学家Plett,将拟南芥细胞特异性表达基因AtHKTI导入水稻中培育出转基因耐盐水稻。Touhidul-Islam等通过农杆菌介导法将狼尾草的PgN-HXI基因转入孟加拉水稻品种’Binnatoa’中,形成了耐盐水稻。此外Jeong等发现了基因OsNACI0,转入水稻中培育出抗旱水稻。就中国来说,现已应用转基因技术将甜菜碱醛脱氢酶基因、胆碱单氧化酶基因、LEA-2基因、HVA1以及蛋白激酶基因等转入作物体内,有效提高了作物对干旱、盐害等的抗御能力,相关研究已取得阶段性成果。郭岩等曾用基因枪法大大增强了水稻的耐盐性。Hu等研究表明,过量表达基因SNACI大大提高了转基因水稻对干旱的耐受性。

随着生物学研究的不断发展,通过转基因技术有针对性地、直接地研究抗逆水稻优良品种正日趋活跃,通过对2001—2015年内抗逆转基因水稻所发表的相关文献进行检索得出,研究的文献逐年增多,研究的相关作者及研究的热点话题繁多。中国抗逆转基因水稻研究发展迅速,但目前尚缺近十几年国内与全球在该领域的总体发展状况及热点与趋势的对比分析。中国在抗逆转基因水稻研究总体上涉及广泛,然而仍有提升的空间。因此,本研究通过年发文量、作者之间的合作和研究热点3个方面分析了中国及全球抗逆转基因水稻研究领域的异同,可为中国在该领域进一步深入地研究提供理论支撑,具有重要的学术参考价值。

1、数据来源与方法

1.1数据来源

对于中国的研究情况,利用CNKI数据库以主题词=“转基因水稻”并含全文=“抗逆”为检索式进行检索,条件为“模糊”,检索2001—2015年的所有数据,得到1880条结果。通过删除报纸得到1860条结果。对于全球的研究,本研究通过Web of Science核心合集数据库以主题=“transgenic rice”AND主题=“resistance”为检索式进行检索,在Web of Science核心数据库中选择的检索时间跨度也为2001—2015年,经过排重检索共得到1627条记录。

1.2研究方法

(1)文献研究法:对中国与全球近十五年来抗逆转基因水稻的相关文献进行检索。

(2)可视化分析法:CiteSpace III软件是一种适合进行多元、分时、动态复杂网络分析的可视化知识分析工具,它可以提供如作者、机构、关键词等共现分析功能。借助CiteSpace可视化分析工具,时间段为2001—2015年,时间切片设置为1,通过排除重复题录,再分别选择作者、关键字作为不同主题,具体运用了作者合作网络分析,关键词的共现分析,最后调整各个节点大小,设置阈值绘制成科学知识图谱。以科学知识图谱的方式进行中国与全球作者、研究热点的梳理,分别揭示了中国与全球抗逆转基因水稻的研究情况。

(3)对比分析法:基于文献法、知识图谱的可视化等,从年发文量、作者之间的合作、研究热点3个方面对中国与全球在该领域的研究现况进行对比分析。

2、结果与分析

2.1中国与全球抗逆转基因水稻研究的时间分布


2.1.1中国抗逆转基因水稻研究的时间分布


论文是科学研究的具体成果表现,对其产出数量的分析,可初步体现研究领域的发展现状与趋势,因而对文献产出的研究逐渐成为学者考察科学发展状况的一个重要指标。
“抗逆转基因水稻”相关文献中国年度分布情况如图1所示。






由图1知,中国对于抗逆转基因水稻的研究可分为3个阶段:第一阶段为2001—2008年,该时期研究处于起步阶段,总体平缓上升,中国于2001年正式加入世界贸易组织(WTO),转基因一时之间成为各方关注的焦点;第二阶段为2009—2012年,发文量急剧上升,最高时达254篇之多,反映出中国在该领域的研究已引起专家们高度重视;第三阶段为2013—2015年,虽有回落,但总体保持在第一阶段之上,可见抗逆转基因水稻研究仍旧是热点。

2.1.2全球抗逆转基因水稻研究的时间分布

“抗逆转基因水稻”研究2001—2015年的全球相关文献分布情况。由图2知,2001—2015年间,全球对于抗逆转基因水稻的研究总体平缓上升,与中国相比,全球对于该领域的研究没有出现大的波动,可见全球抗逆转基因水稻研究在近15年间一直是一个热点。



2.2中国与全球抗逆转基因水稻研究的作者合作分析

2.2.1中国抗逆转基因水稻研究的作者合作分析

对作者合作关系进行可视化分析,有利于发现中国抗逆转基因水稻研究的作者合作规律,为下一步研究提供数据支撑。由表1知,抗逆转基因水稻研究的作者发文较多的为吴茂森、陈华民等。通过对文献进行作者合作网络分析,阈值设为20,得到图3。从图3中看出,高产作者之间吴茂森、何晨阳、陈华民等人为代表形成一个合作团体;牛向丽、刘永胜之间的合作关系也较明显。其他一些高产作者合作很少,没有合作关系的也很多,如钱前、肖国樱等。总体来看中国作者合作分散不集中。







2.2.2全球抗逆转基因水稻研究的作者合作分析



从表2看出,全球研究抗逆转基因水稻近十五年里发文最多的是加尔各答大学Datta教授,共发表22篇之多,紧随其后的有华中农业大学的林拥军教授等人。其中有不少是中国人。通过对文献进行作者合作网络分析,阈值设为20,得到图4。由图可知,全球相关研究作者之间合作密切,Datta SK、Datta K等之间形成多个合作网。有利于资源共享,加快研究进展。



2.3中国与全球抗逆转基因水稻研究的热点分析

2.3.1中国抗逆转基因水稻研究的热点分析

掌握一个领域的热点有利于明确它的研究方向。而关键词是对核心内容的高度总结,所以说知道关键词也就基本掌握了文章的重点内容。因此,对中国相关抗逆转基因水稻研究的高频关键词进行分析,可以了解该领域的研究热点。选择关键词作为节点进行分析,出现频次越多则字体越大。转基因水稻、遗传转化、基因克隆、非生物胁迫、转录因子、稻瘟病等词是研究人员关注的重点。通过CiteSpace III软件对CNKI数据库题录中的关键词进行共现分析,阈值设为20,形成知识图谱,用来确定中国抗逆转基因水稻研究的热点领域。通过图5可知,中国对于抗逆转基因水稻研究关注的热点可分为:(1)对转基因水稻本身的研究,包括转基因水稻、转基因,出现频次居一、二位,反映出学者目前对转基因水稻本身的研究比较重视;(2)对转基因理论及技术的研究,包括遗传转化、基因克隆、转录因子、载体构建、农杆菌介导等词;(3)对抗环境胁迫基因的研究,如非生物胁迫、耐盐性、逆境胁迫等词;(4)对抗病性的研究,如抗病性、稻瘟病等词;(5)其他方面,如对抗虫性、抗除草剂基因的研究等。从这些高频关键词可以看出中国对于抗逆转基因水稻的研究比较趋于多元化。



2.3.2全球抗逆转基因水稻研究的热点分析

通过CiteSpace III软件对Web of Science核心数据库题录中的关键词进行共现分析,阈值设为20,形成图6。节点的大小代表共现频次的多少,节点越大,表示共现频次越多,紫色节点多位于网络边缘位置,便于与外界建立共现关系,为抗逆转基因水稻研究的热点。



由图6可见,研究热点包括:水稻本身(rice、plant)、基因表达(expression、gene、gene expression)、转基因(transgenic rice)、抗性(resistance、disease resistance、enhanced resistance、Insect resistance)、一些具体的抗性基因(arabidopsis、protein、transgenictobacco、agrobacterium mediated)等。可将全球研究的热点进一步分为:对转基因水稻本身的研究;转基因理论及技术的研究;抗病、抗虫基因的研究3个方面。全球整体仍以基础研究为重点。

3总结

本研究基于可视化分析对中国与全球抗逆转基因水稻的发展现状和热点进行分析,所呈现出的异同对该领域进一步研究具有学术参考价值。通过文献检索统计看出,共性为整体处于上升期,说明抗逆转基因水稻研究一直是一个热点话题。运用CiteSpace III这一可视化分析工具,对CNKI数据库及Web of Science核心数据库收录的2001—2015年抗逆转基因水稻相关数据进行分析,绘制出近15年抗逆转基因水稻研究的科学知识图谱。就全球该研究领域高产作者来看,频繁出现如Lin YJ、Chen H等中国作者,可见中国在抗逆转基因水稻研究方面起着积极推动作用。通过作者合作网络分析看出中国抗逆转基因水稻研究高产作者间的合作相对分散,合作方式以区域小规模合作为主,如刘永胜、牛向丽等少数几人形成的合作网络;独立作者仍有很多,如钱前、肖国樱、陈亮等。而就全球来看,该研究领域高产作者间的合作则更为密集,且形成了多个联系密切如Datta SK、Datta K等之间的作者合作网络。通过对关键词共现图谱的比较看出,共性为都注重转基因水稻本身技术及对抗病、抗虫方面的研究,而中国的研究热点还包括对抗环境胁迫、抗除草剂基因等的研究,更加趋于多元化。

通过对比,中国在抗逆转基因水稻研究领域应从深度和广度上加强核心作者之间的合作,加快资源的整合与共享;同时也应着眼于全球抗逆转基因水稻研究的最新动态,展开国际间分层次、多角度、有重点的合作,从而加快该领域内的研究进展。但文中只利用CiteSpace III软件进行了作者和关键词的分析,后续还需利用多个主题进行分析,以便对抗逆转基因水稻研究领域进行更深入全面的挖掘。 

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来源:《中国农学通报》,2018,34(14):149-154

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