基于Web of Science的根瘤菌发展研究

吴文彦，程智超，李梦莎，隋 心，曾宪楠

（1黑龙江大学生命科学学院黑龙江省寒地生态修复与资源利用重点实验室，哈尔滨150080；

2黑龙江省科学院自然与生态研究所，哈尔滨150040；3黑龙江省农科科学研究院耕作栽培研究所，哈尔滨150086）

0 引言

根瘤菌是指与豆类作物根部共生形成根瘤并能固氮的细菌，多呈短棍、圆球状，营腐生、寄生；而日常生活中常接触的根瘤菌一般为根瘤菌属和慢生根瘤菌属，且两属都归于根瘤菌目。在没有找到寄主之前，多呈短棍状，以腐烂植物的根茎叶供给营养；在根瘤菌感测到豆科植物分泌的特殊物质时，便会呈圆球状聚集在豆科植物根部，并形成外向突出生长的根瘤。根瘤菌依附在豆科植物根部所形成的共生体系不仅能抑制相关病原真菌的生长，还具有极佳固氮能力，能将空气中的含氮物质转化为植物可吸收的营养成分。众所周知，空气中有将近78%为N2，可植物无法直接利用。而根瘤菌和豆科植物的共生体系的发现，使人们开始学会运用人工接种根瘤菌剂，大大提高了共生固氮的效率及氮的利用率。当下，相关科研工作者在根瘤菌领域的研究主要围绕根瘤菌的自身特性，尤其是它的生物学多样性以及根瘤菌在农、林、牧业上的实际应用展开；因此，有关根瘤菌未来研究热点将更加受人关注。

文献计量学是一门综合数学和统计学，运用定量分析的方法，对文献加以处理和分析的交叉学科。学者们从20世纪初开始研究这门学科，现已发展为情报学和文献学的一个重要学科分支。它通过对知识载体的统计以及对其他方面的分析，间接体现出被研究的知识载体的性质和发展方向。全世界每年运用文献计量学方法发表的学术论文约400～500篇，但通过翻阅文献资料发现，截至目前为止，还未出现与根瘤菌相关的、运用文献计量学分析方法的相关学术论文。因此，笔者通过利用文献计量学分析方法，对2000—2019年之间的与根瘤菌相关研究进行动态分析，得出根瘤菌研究的动态发展方向，以期为相关研究人员提供数据参考。

1 数据来源与分析

本研究采用普通检索方式对美国科学信息研究所(ISI)Web of knowledge的Web of scienceTM核心合集进行检索，其中数据检索主题词为“nodule bacteria”，数据采集范围设置为2000—2019年，数据检索时间为2020年2月14日，数据库更新时间为2020年2月14日，共检索到3651篇相关学术论文。本研究应用Excel图表制作相关表格，从而对根瘤菌相关数据进行文献计量分析；利用文献可视化工具VOSviewer对数据的共引与共被引原理，生成根瘤菌相关文献的可视化图谱，并进行相关文献计量分析。

2 结果与分析

2.1 文献产出趋势

如图1分析可知，每年度文献产出量大体呈现上升趋势。2000年发文量为103篇，2001年发文量为128篇，达到极值点，而后2002年发文量便减少为121篇。可见发文量在连续两年的增长之后出现较小幅度减少现象。但2003—2004年发文量又出现平稳上升趋势，而2005年又出现小幅度减少。依图可以观察到，2005—2008年、2008—2010年、2008—2013年、2013—2016年、2016—2018年5个年度区间内发文量也呈现出了“先增后减”的现象。直到2019年达到峰值，为270篇，占研究区间相关文献总量的7.395%。从整体发展趋势来看，近年有关根瘤菌的研究总体仍处于“有潜力，待发展，波动态增长”阶段，但随着时间推移，2019年发文量于近20年发文总量占比最多，体现出相关科研工作者也越来越重视根瘤菌的研究。笔者预测，随着科技与时俱进，2020年根瘤菌领域文献产出会再创新高。

图1 2000—2019年根瘤菌相关文献数量

2.2 国家和地区

图2 数据表明，2000—2019年有关根瘤菌的发文量总数前十的国家从高到低依次为：美国、法国、中国、印度、西班牙、德国、日本、澳大利亚、巴西、墨西哥。其中，发文量排名前五的国家在根瘤菌领域的发文总量超过世界相关文献发表总量的一半以上，达到53.88%；美国的发文量明显高于其他国家，共740篇，占根瘤菌发文总量的20.27%；法国的发文量位居第二，共376篇，占根瘤菌发文总量的10.30%；中国的发文量居于第三，共354篇，占根瘤菌领域文献总量的9.70%。通过分析可知，在根瘤菌相关研究领域中，美国在世界上暂处于相对领先地位，优势较为明显；而法一个极大值，而在2015年发文量达到近20年内最大值；法国在根瘤菌领域的发文量前10年间趋于平缓，后10年出现一定波动，但总体而言呈增长趋势；中国在根瘤菌领域的发文量呈大幅度增长趋势，尤其是在2019年赶超美国，发文量达到41篇；印度和西班牙在根瘤菌领域的发文量在部分年区间出现小范围波动，但整体均呈小幅度增长趋势。整体而言，中国对根瘤国和中国发文量远少于美国，说明相关领域还待深入研究，研究力量仍需进一步加强。

图2 2000—2019年根瘤菌领域发文量世界前十的国家

通过数据分析，绘制出2000—2019年根瘤菌领域世界前5位国家年度发文量折线图（图3）。依图可知，2000—2019年间，美国在根瘤菌领域的发文量大体上呈现出增长的趋势，但波动幅度较大，尤其是在2005—2006年间波动幅度最大，使2006年发文量达到菌领域研究的重视程度随着年份的增加而增加，相关领域科研工作者的研究活跃程度也在逐年增长。

图3 2000—2019年根瘤菌领域世界前五的国家年度发文量

2.3 研究机构

通过分析2000—2019年根瘤菌领域的相关文献，整理出发文量排名前十的研究机构（表1）。通过整理，在统计范围内，排名前十的机构总发文数已达1244篇，占世界根瘤菌领域文献总数的34.10%。其中，西班牙科学研究高级委员会和莫道克大学发文量并列第一，同为120篇，两者发文量之和占前十名发文总量的29.59%，占世界根瘤菌文献总量的6.58%；法国国家农业科学研究院发文量位居第三，共88篇，占世界相关文献发表总量的2.41%。前十名的研究机构分别来自于7个不同的国家；其中，中国的机构占20%,而这3家机构在根瘤菌领域的发文总量占前十名发文总量的16.52%，占世界上此领域的发表总量的3.67%；而来自法国的研究机构虽也占20%，其发文量在世界上此领域发文总量中占比4.77%。因此根据分析得出，法国的研究机构在根瘤菌领域的研究较其他国家的研究机构更具有优势，而中国的相关研究机构应继续探索此领域相关研究，且增进与世界各国研究机构之间的学术交流，拉近科研水平。

表1 2000—2019年全世界在根瘤菌领域发文量居前十名的研究机构

2.3 研究机构

通过分析检索结果，整理出2000—2019年中国在根瘤菌领域发文量居前10名的研究机构（表2）。而此10名机构在根瘤菌领域的文献发表总量占中国此领域文献总量的78.81%，共279篇。

表2 2000—2019年中国在根瘤菌领域发文量居前十名的研究机构

依据检索结果可知，中国农业大学近20年在根瘤菌领域发文量位居国内第一，其次是中国科学院、西北农林科技大学等机构。

2.4 作者和载文期刊分析

统计范围内，整理出2000—2019年世界上根瘤菌领域发文量居前10名的作者（表3）。他们分别来自墨西哥、中国、澳大利亚、美国，其中来自美国的作者最多，有5位，来自墨西哥和澳大利亚均为2位，而来自中国的作者只有1位。来自墨西哥国立理工学院的Wang ET虽然发文量位居第一，共65篇，被引总频次位居第二，但是H指数排名并不突出；来自中国南京中医药大学的Chen WX发文量为59篇位居第二，被引频次位居第三，H指数位居第四；来自澳大利亚默多克大学的Reeve W发文53篇位居第三，被引频次位居第四，可H指数却只有20；而来自美国能源部(DOE)的Kyrpides N发文量虽然较少，可H指数却位居第一，说明这位作者虽然在此领域发文量较少，但文章影响力较高。可见，美国在根瘤菌领域具有明显的领先水平，而中国在此领域研究力度仍有待加强，学术产出水平存在进步空间。

表3 2000—2019年世界上根瘤菌领域发文量居前十名的作者

统计范围内，世界上根瘤菌领域载文期刊载文量前十名如表4。这10种期刊在根瘤菌领域已载文871篇，占总载文量的23.85%，通过计算得知近5年这10种载文期刊的平均影响因子为3.46。通过统计，10种期刊中有4种来自美国，3种来自英国，体现出这2个国家在根瘤菌领域的学术研究上占据一定领先地位；2种来自荷兰，1种来自德国，并未有中国期刊上榜，说明中国相关载文期刊在该领域影响力相对来说水平仍待提升。在此排名中，“Molecular Plant Microbe Interactions”被引总频次最多，为5008，而载文量共136篇排在第二；“Applied And Environmental Microbiology”在此排名中影响因子高达4.701，位居第一，而载文量排在第三仅为101篇；而“International Journal Of Systematic And Evolutionary Microbiology”载文量最多，达到160篇，被引总频次达到4894，但该期刊近5年影响因子为2.212，低于平均值。因此，从分析数据可知我们不可仅以载文量和影响因子作为论文学术水平的评价标准。

表4 2000—2019年世界上根瘤菌领域载文期刊发文量前十名

2.5 高被引文献分析

在统计范围内，整理出2000—2019年Web of Science数据库中根瘤菌领域被引次数最高的前十篇文献（表5）。从第一作者国别来看，美国有三篇，英国两篇，南非、瑞士、丹麦、巴基斯坦、匈牙利各一篇；由此可见美国在根瘤菌领域具有明显的领先水平，英国次之，而中国暂无相关文献进入排行，则更加值得重视。在此排行中，位居第一的是来自美国明尼苏达大学的Young,ND发表在NATURE期刊的“The Medicago GenomeProvidesInsight IntoTheEvolutionof Rhizobial Symbioses”，被引次数达695，平均每年被引次数69.5。超过半数文献发表于2000—2004年说明2000—2004年间根瘤菌领域研究有了初步进展；4篇文献发表于Nature期刊，说明根瘤菌领域的研究目前在全世界上研究的很深入。

表5 2000—2019年Web of Science数据库中根瘤菌领域被引次数最高的前十篇文献

续表5

2.6 关键词及研究热点

研究高频关键词能体现研究范围内根瘤菌领域的代表性热点研究方向以及未来有潜力发展方向，可以给予相关研究者引导与启发作用。通过相关资料翻阅得知当下相关科研工作者在根瘤菌领域的研究主要围绕根瘤菌的自身特性以及根瘤菌在农业上的实际应用展开。而本研究通过运用文献可视化工具VOSviewer，在统计范围内，针对2000—2019年根瘤菌领域文献高频摘要关键词和标题关键词研究热点分布情况，构建出根瘤菌相关文献的可视化图谱（如图4），并进行相关文献计量分析，列出相关高频关键词表（如表6、表7）。

图4 2000—2019年根瘤菌领域文献摘要关键词研究热点分布

表6 2000—2019年根瘤菌领域文献摘要关键词前二十

表7 2000—2019年根瘤菌领域文献标题关键词前二十

通过对2000—2019年根瘤菌领域文献进行摘要关键词分布分析，得出出现频次排在前三的是：species（物种）、isolate（隔离种群）、expression（表达），这3个高频摘要关键词出现总频次占前二十出现总频次的27.83%。从表中可以观察到，species（物种）的出现频次不仅约为isolate（隔离种群）和expression（表达）的出现频次之和，而且占前二十的出现频次的13.68%；因此，通过分析可见，近年来对根瘤菌的相关研究都与根瘤菌的自身性质、与其保持共生关系的物种及入侵物种的方式有关。

通过对2000—2019年根瘤菌领域相关文献的分析，整理出标题关键词出现频次前二十图表（表7）。笔者观察到，2000—2019年根瘤菌领域文献标题常提及sp.nov.（新物种）、root nodule（根瘤）、species（物种）等关键词；在此排名中位居前三的高频标题关键词总出现频次占前二十关键词的出现频次总数的29.51%；对比摘要关键词（表5），可以观察到species（物种）和infection（感染）的出现频次在标题和摘要中均排在前五之内，说明在研究范围内，根瘤菌的相关研究热点与根瘤菌入侵感染的物种和方式有关。根据翻阅资料及统计结果分析，笔者推测，未来根瘤菌领域的相关研究热点可能会与根瘤菌的生物学多样性与其自身功能、根瘤菌在各领域的实际应用的方法改良有关。

3 结论与讨论

通过运用统计文献数量以及分析作者数、被引数等基于“量“的相关指标的方法，来评价科研学术水平高低，分析出在相关领域的研究现状及未来方向，以便科学高效的管理工作。这是《文献计量学》作者邱均平[14]教授提出的相关理论。而本研究正是运用此种方法，对近20年的根瘤菌领域的相关文献进行文献计量学分析，为相关科研工作者提供近期科研动态及相关研究热点。但在分析过程中也发现，运用普通检索式查询Web of Science数据库的相关数据数量、种类过于庞大，容易出现检索结果相关性偏差、分析结果无法代表整个数据群体等问题，这些问题容易导致研究结论出现偏差问题，从而出现权威性不全的问题。由此可见，相关科学技术水平研究方法仍需谨慎使用和加以优化。

从年发文量来看，2000—2019年根瘤菌领域发文量总体呈现上升趋势，其中2015—2019年间尤佳，说明近年来相关研究工作者越发重视根瘤菌的相关研究。从国家和地区来看，美国在根瘤菌领域处于相对领先的地位，但从各国的年发文量来看，中国总体呈现良好上升趋势，2019年更是赶超美国，说明中国在根瘤菌领域的科研力量逐年加大，越来越多中国的科研人员展现出积极良好的研究势态；也说明了根瘤菌领域有关科学研究也在逐年深入和备受重视。

从研究机构来看，西班牙的研究机构对根瘤菌相关研究的贡献较大，其次是法国和墨西哥；而在国内，中国农业大学和中国科学院在根瘤菌领域具有一定优势，说明中国在相关领域具有良好前景。从作者来看，世界前十发文量的作者仅有一位来自中国，但此学者的被引总次数较高，说明中国科研工作者在相关领域具有无限潜力，前景较为明朗。

从对高频关键词的分析来看，近年来对根瘤菌的相关研究主要与根瘤菌的自身性质及与其保持共生关系的物种和入侵物种的方式有关；而随着根瘤菌相关研究的深入，推测未来的研究热点可能与根瘤菌的功能有关。而从高被引文献排名来看，前十篇文献中没有文献出自中国学者；笔者推测这可能与Web of Science数据库只收入英文文献而导致中国学者的文献发表存在限制有关，因此若想具体探究中国相关领域文献被引量，还需从各大知名中文数据库中获取相关资料，以期获取更加全面具体的科研势态。

近年来，中国在根瘤菌领域处于迅猛发展中，主要应用于农林牧业，也有不少与环境保护相关的实际应用，当然大多数研究都是源于根瘤菌本身对农业的促进作用。根瘤菌能附于植物根部，对植物的生长加以改善，降低相关农作物的病害发生率；除此之外，根瘤菌能与豆科植物形成共生关系，寄生在豆科植物根部，将空气中的分子态氮转化为植物可利用的物质，从而为植物提供相关营养。这对身为农业大国的中国而言，将根瘤菌应用于实际农业生产中生产效率将大大提高；而在全球环境保护方面，根瘤菌的固氮作用又能改善各类型突然条件，改善林、牧业相关资源环境；又因根瘤菌的生物学多样性范围广，细菌种类多，可研究方向也众多，因此与此相关的研究占大多数也不足为奇。但在农业生产应用中还存在许多谜题，如不同种类根瘤菌对增产的具体对比，不同种类根瘤菌固氮作用效率的差异等；不仅限于农业领域，根瘤菌应用于其他领域时出现的问题以及根瘤菌选择宿主专一性强等与其特性相关的问题也待人深掘。此外除去根瘤菌的相关优点，事物的对立面——根瘤菌对生物群落的不良影响等问题也有待考究。因此，中国在根瘤菌领域应持严谨的科学态度，明确根瘤菌相关研究热点，建立稳定资源共享关系，充实并严格检录根瘤菌资源数据库(RRDB)，加快相关科研发展进程，以期增进根瘤菌领域研究深度。

通过对Web of Science数据库中2000—2019年间根瘤菌相关文献进行动态分析，可以得出近10年发文量呈上升趋势；中国对此领域研究贡献显著；但由于此数据库中文献收入的局限性，若要探究国内学者在相关领域的贡献还需各大知名中文数据库中获取相关资料；目前对根瘤菌的相关研究主要与根瘤菌的自身性质及与其保持共生关系的物种和入侵物种的方式有关，未来根瘤菌领域的相关研究热点可能会与根瘤菌的生物学多样性与其自身功能、根瘤菌在各领域的实际应用的方法改良有关。