褪黑素对叶片衰老影响的研究现状—基于文献计量学的分析

姜 璐，刘 洋，贺 慧，曲 莹，张 璐

（1东北农业大学园艺园林学院，哈尔滨150030；2河北旅游职业学院，河北承德067000；3内蒙古鄂尔多斯市康巴什区园林绿化事业局，内蒙古鄂尔多斯017200）

0 引言

褪黑素(Melatonin)是一种生物激素，为天然吲哚胺之一，对生物的体细胞和生理具有广泛效应[1]，在应激耐受中起着至关重要的作用[2]，被认为是一种缓解生物和非生物胁迫的药物[3]。褪黑素最初在动物松果体中发现[4]，证实其参与免疫调节[5-6]、哺乳动物生殖功能调节[7]、提高睡眠质量[8]、调节情绪和身体状况[9]等。

Hattori等[10]和Dubbels等[11]在植物体内鉴定出褪黑素的存在，进一步研究发现褪黑素在植物体内各个器官均可合成[12]。褪黑素是近年来备受关注的植物生长调节物质，除了对植物的种子萌发、幼苗生长发育、果实品质具有一定的调节作用外[13-16]，还可以调控植物对非生物或生物胁迫的适应性[17]。研究表明，在胁迫条件下，褪黑素可以提高植物抗氧化系统能力、增强光合作用[18]；减缓大豆[19]、向日葵[20]、水稻[21]和菜心[22]等农作物逆境胁迫的伤害；减少苜蓿[23]、多年生黑麦草[24]、车前草[25]等草坪草或牧草的活性氧含量，保持相对含水量，维持持绿性，从而提高草坪质量。

褪黑素是良好的抗氧化剂，可以缓解衰老。褪黑素的生理效应随剂量、施用方法和植株器官的不同而差异明显[26]，但其抗衰老作用机制仍不清楚[27]。在生理生化水平上，褪黑素能有效保持叶绿素含量、维持叶片光系统完整性、清除活性氧自由基[28-29]；调节气体交换参数和PSII最大效率[30]；促进叶片花青素的积累，增加黄酮醇和原花青素的含量[31]、降低内源脱落酸(ABA)水平[32]；减轻细胞损伤并保护光合色素[33-34]；增强抗氧化酶活性、增加非酶抗氧化物质含量、减少电解质泄露、缓解叶片细胞膜过氧化和膜结构损伤[35-37]，从而减缓叶片衰老。此外，褪黑素抑制叶片衰老相关基因(SAGs和SEN)和叶绿素降解基因(SGR1和PAO)的表达[28,38-39]；Mohammad等[40]发现褪黑素能上调叶绿素合成基因表达；Tan等[41]表明褪黑素可降低脱落酸(ABA)生物合成基因的表达，同时Farouk等[42]证明褪黑素保持叶片细胞的超微结构。

文献计量学是将文献定量分析研究的一门科学[43]，能够客观多维度地分析领域整体布局、学科优势，定量地梳理研究中心和优势团队，挖掘研究热点[44]。由于农作物和园艺作物种类繁多且实验处理方法繁杂，利用文献计量学方法对农业或园艺领域收录的科研论文进行计量分析，可以方便快速地找到有价值的科研信息，探索农学或园艺学研究概况及其发展趋势，是目前科研系统化分析的重要方法之一[45-47]。基于此，本文利用文献计量学分析方法，以中英文文献为基础，对数据进行梳理分析。通过中外文献对比，了解褪黑素对叶片衰老影响的研究概况，并预测今后发展趋势。

1 材料与方法

1.1 研究材料

英文文献数据来源于Web of Science(WOS)核心合集，主题是“melatonin and leaf senescence”AND语言“English”AND文献类型“Article”，数据采集的时间跨度是1986—2019年，共得到145篇文献。

中文文献数据来源于中国知识资源总库，即中国知网(CNKI)，以“褪黑素”并含“叶片衰老”为主题，检索时间范围是1986—2019年，得到文献共7篇。

1.2 研究方法

本文利用WOS和CNKI数据库中的传统分析工具以及Excel分别对中英文文献的年代趋势、期刊被引频次、基金机构资助分布等数据进行分析，并利用VOSviewer软件将国家地区分布密度、作者和机构合作情况、共现关键词、研究热点和学科应用领域的分布信息等进行可视化处理。

2 结果与分析

2.1 文献发展概况分析

2.1.1 年代分布分析 中文文献最早发表在2015年，随后发表论文数量逐年增加。而英文文献最早发表于2006年，2006—2011年间的发表论文数均较低。2012年后论文数量逐年增加，但在2016—2017年出现过下降（图1）。2018—2019两年发表的论文数量增加较多，约占总数的22%。由此看出，中文文献数目与英文文献形成鲜明对比，表明相关领域的研究成果大多发表在了国际刊物上，而中文报道数量少、发表晚。

图1 2006—2019年间每年英文文献发表数量

2.1.2 国家地区分布 本研究主要分析英文文献的国家地区分布。结果表明：有25个国家和地区发表相关文章；文章发表数量前五名的国家分别是，中国、美国、韩国、西班牙、波兰、德国以及印度（表1）；其中，论文发表数量占总数50%以上的国家仅有中国，美国位居第二。从国家地区发表论文数量来看，中国有关褪黑素对叶片衰老影响的文章主要发表在WOS收录的SCI期刊上，研究处于领先地位，具有一定影响力，并与美国拉开一定差距。笔者利用VOSviewer软件对英文文献进行密度可视化，分析国家或地区间引用情况。由图2A看出，位于黄色区域的中国和美国是论文被引用最多的国家，而且中国引用强度远大于美国。由此可见，中国在该领域的研究水平和研究深度在世界上具有引领地位。

图2 论文被引情况国家地区密度图(A)、英文研究施引文献所属机构合作网络(B)

表1 论文数量排名前9位的国家及相关情况

2.2 研究主体

2.2.1 期刊分布 在CNKI检索的7篇中文文献中，主要发表在上海交通大学和西北农林科技大学等各大院校的学报上。而英文文献的期刊分布更广泛、核心期刊数目更多、影响力更强，由WOS传统数据分析平台分析发现，20个期刊均发表过相关文章，文献类型主要分为研究论文和综述。从表2可以看出，该领域的WOS论文数TOP10期刊中，《JOURNAL OF PINEAL RESEARCH》期刊在相关研究中发文最多，共发表42篇研究性文章。篇均被引频次前三的期刊是：《JOURNAL OF PINEAL RESEARCH》 、《MOLECULES》和《JOURNAL OF EXPERIMENTAL BOTANY》，3个期刊在该领域的学术影响处于主导地位。除了被引频次和篇均被引频次可作为期刊影响力的评价因素，影响因子也是评价期刊影响力的重要指标之一。影响因子最高的期刊是《JOURNAL OF PINEAL RESEARCH》，其5年影响因子为12.197，同时该期刊的被引频次和篇均被引频次最高，说明该期刊发表的文章受到关注程度较高，具有较高学术水平。

表2 WOS发文量TOP10期刊分布

2.2.2 机构合作方面 通过VOSviewer对施引机构分析，能揭示该领域的核心机构并清晰把握研究团队的现状和活跃水平。通过可视化分析发现，英文文献比中文文献的学术联系性更紧密。中文文献主要发表于6所学校且跨机构合作甚少。从图2B可知，英文文献中心性最高的机构分别是：美国德克萨斯大学、中国西北大学、韩国全南大学、中国海南大学和中国科学院，这5所学校在机构合作中具有重要作用。其中，中国机构具有主要影响，在褪黑素与叶片衰老关系方面处于主导地位，各个机构紧密关联，协作较多。

2.2.3 作者合作方面 中文文献的作者合作方面，形成多个离散小网格，彼此关联性较低。而英文文献在作者合作方面更网络化和组团化（图3A），在褪黑素对植物生理调节、分子机制和缓解叶片衰老方面，Shi Haitao、Back Kyoungwhan和 Reiter Russelj中心度较高；在低浓度褪黑素对农作物品质影响和褪黑素合成途径的研究方面，Byeon Yeong和Park Sangkyu中心度较高。中外文献比较发现，中文文献的作者合作更大规模、跨地域和跨学科需加强。

图3 英文研究施引文献作者合作网络(A)、英文文献相关的研究方向分布(B)、英文文献的主要资金资助机构(C)、中文关键词共现知识图谱(D)

2.2.4 学科领域分布 基于CNKI和WOS核心数据库的已有文献，进一步分析了褪黑素与叶片衰老在学科领域上的分布。在CNKI发表的文章，数量少且均属于农业科技领域，学科分布单一。而WOS学科分类统计结果如图3B所示，学科分布多样化以Plant Sciences（植物科学）为主要研究方向。而学科分布交叉性不足，今后研究中应多注意学科领域上的互补。

2.2.5 基金资助机构分布 利用WOS和CNKI传统数据分析平台，分析文献的基金资助机构分布情况。其中中文文献60%以上来源于国家自然科学基金的支持，而外文文献基金支持较广泛，如图3C所示。以National Natural Science Foundation of China、Hainan University、China Agriculture Research System、China Postdoctoral Science、National Research Foundation of Korea等为主要资助机构。其中，以中国机构为主要基金来源，这也解释了中国论文发表量位居第一的原因。

2.3 研究热点分析

将CNKI上检索的7篇中文文献导入VOSviewer，进行关键词共现分析。由图3D节点间位置关系可知，主要的聚类是#1（红色）：以多年生黑麦草为研究对象，分析褪黑素对其转录、植物激素及滞绿基因的影响；#2（绿色）、#3（蓝色）、#4（紫色）和#5（黄色）主要研究褪黑素对不同材料生理生化作用机制以及形态指标影响。

VOSviewer将英文数据聚类后形成5类，结合共被引聚类分析知识图谱（图4A）和高频关键词可知，聚类#1（红色）、#2（绿色），主要研究在不同胁迫条件下，褪黑素对种子萌发或植物根系再生等形态影响以及缓解叶片过氧化的生理机理，这2个区域学科类别界限比较清晰，属于研究核心；聚类#3（蓝色），以转基因水稻为主要研究对象，探讨褪黑素对其侧根和基因表达的影响，进一步研究褪黑素的合成途径和作物衰老进程，该区域学科类别界限相对清晰，且有关研究较受重视；聚类#4（黄色）、#5（紫色），主要研究植物抗性机制，该区域学科类别界限比较模糊。进一步结合密度可视化分析图，可以发现该领域研究热点集中于植物形态学研究(leaf senescence、identification)、植物生理调节机 制 研 究(antioxidant system、metabolism、reactive oxygen、stress resistance)以及植物生长发育研究(root、seedlings)等方面（图4B）。近几年，研究者通过各个学科交叉融合，不断挖掘褪黑素的价值。

图4 英文关键词共现知识图谱(A)、英文文献研究热点密度视图(B)

3 讨论与结论

本研究利用文献计量学方法对褪黑素和叶片衰老关系的CNKI论文和WOS核心期刊文献产出情况进行总结，通过该领域文献发展分析，了解年度变化趋势和引用的国家地区密度情况；通过文献主体分析，了解主要期刊分布和核心期刊、该研究的学科领域方向、基金资助机构分布、以及各机构和各作者合作情况；通过领域应用聚类分析，了解研究主题和研究热点情况，并掌握研究总体趋势，再结合中英文献对比，得出以下结论：

（1）褪黑素与叶片衰老的关系是一个相对比较新颖的研究领域。近几年发文量逐渐增加，尤以中国为主，多数发表于外文期刊，但核心期刊发表的文章数量较少。预计在未来一段时间，这一领域中外文论文产出量仍将增长，中国在外国SCI期刊的发文量将持续增加。

（2）中文文献相较于英文文献，其期刊分布单一，更大规模的跨地域、跨组织和跨学科有待加强，作者合作以及学术共同体特征有待提高。

（3）褪黑素的研究大多涉及多学科、多领域，但其对叶片衰老影响局限于植物科学与生理学。目前研究多集中在褪黑素缓解叶片衰老、促进根系再生等生长发育及生理机制的调节，缺乏对褪黑素的作用机制、合成途径的研究。此外，褪黑素与其他植物激素的关系以及对植物基因表达调控的研究较少。预计未来一段时间，该领域研究将以生物化学和生物分子学角度为重点。

通过文献计量学分析，掌握植物在逆境胁迫下褪黑素对其生理生化机制影响。但是有关褪黑素与其他激素的关系和相关基因表达方面还需进一步研究。