“后基因组”时代全球“人工授精”发展现状分析

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(1.西北农林科技大学动物科技学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学草业与草原学院)

繁殖学的三大技术支撑分别是人工授精、同期发情和超数排卵，人工授精(artificial insemination,AI)是代替自然交配的一种人工辅助生殖技术。2003年，随着科学技术的快速发展和后基因组时代的到来，AI辅助生殖技术也随之不断改进和发展，为生命的继续和繁衍提供了科学的解决手段，同时也为畜牧繁殖业的发展提供了更丰富的遗传资源。

《科学引文索引》(Science Citation Index，SCI)创建于1961年，它不仅可以作为文献检索的工具，还可以为科学研究提供重要依据。Web of Science是大型综合性、多学科、核心期刊引文索引数据库，是ISI数据库中的引文索引数据库，共包括大约10000种世界范围内最有影响力的高质量期刊。文献计量分析学是运用统计分析方法，以科技文献数量、相互引用等多维度客观定量地分析梳理学科研究的国家、地区、研究机构等学术水平，揭示文献分布规律、挖掘研究热点、预测学科未来发展，该数据库已被应用于很多学科。

本文利用Web of Science 核心集合数据库，对2003.01.01～2019.12.30期间全球AI发表文献进行计量统计，从发文国家、研究机构、论文影响力、关键词、国家合作关系等方面分析AI发展现状，明确未来发展趋势，以期为我国AI技术研究提供科学的参考依据。

1 数据来源与研究方法

论文数据来自Web of Science 核心集合数据库，采用高级检索模式，检索式为“TS=(artificial insemination)”，检索语言为“All language”，检索论文类型为“Article”，检索时间跨度为2003.01.01～2019.12.30，检索索引为SCI-Expanded，检索时间为2020年4月12日21:00，共检索到AI相关研究文献6 096篇。

2 人工授精论文产出分析

2.1 AI研究论文数量年度变化趋势

在2003～2019年期间，Web of Science 核心集合数据库中有关AI研究相关文献共6 096篇，全球AI研究领域论文数量总体呈逐步上升趋势(图1)，其中2006年、2014年、2015年AI论文发表量较前一年相比略有下降，这可能与2006年国际政治局势，2014年埃博拉疫情、ISIS横扫中东以及2015年难民潮冲击欧洲有一定关系。此外，中国AI研究相关论文共219篇(图2)，但在2008年和2014年降至最低点，推测这可能与数据库中新论文的更新时间有关，此外，还可能受2008年全球金融危机、南方冰雪灾害、汶川地震及2014年禽流感来袭有极大关系。

图1 2003～2019年全球AI研究论文数量变化趋势

图2 中国2003～2019年AI文献刊文年度变化趋势

2.2 AI研究论文数量排名前10的国家/地区

以2003～2019年全球AI研究领域论文发表国家/地区为统计源，排名前10的国家/地区分别是美国、巴西、西班牙、德国、日本、澳大利亚、加拿大、法国、意大利、印度。在论文发文量前10的国家/地区中美国论文数量占绝对优势，占总发文量的20 %以上，其次是巴西和西班牙。美国发文量远远高于其他国家，反映出美国在AI研究领域科研活动比较活跃。主要原因可能是美国畜牧业产值占农业总产值的比重较高，畜产品绝对数量大，是畜牧业生产的超级大国；此外，早在1938年美国便开始建立乳牛AI组织，AI技术实践运用早。目前，巴西牛群存栏量居世界第二，商品牛数量、牛肉产量及牛肉出口量居世界首位，生猪存栏量及猪肉出口量均在世界前列，发达的畜牧养殖业为AI技术的开展提供了大量机会。西班牙是传统的畜牧业国家，主要以养猪业为主，同时兼有养牛业、养禽业和养羊业等，自1995年以来，畜产品(肉类及杂碎)贸易以出口为主，畜牧养殖历史悠久。此外，中国共发表论文219篇，排名第11位，与美国、巴西等相比差距明显。我国属于发展中国家，1978年以前，农业以种植业为主，养殖业仅作为家庭副业，农业占比不高且长期发展滞留；在改革开放之后，随着经济发展和政府对养殖业的大力支持，我国畜牧业得以快速发展。但养殖成本较高、产业基础薄弱及环境压力等因素影响，畜牧发展仍面临重重困难。

2.3 AI 研究领域发表论文最多的科研机构

以2003～2019年全球AI研究领域论文发表机构为统计源，在4 048个研究机构中选出发文量前10的科研机构，分别是圣保罗大学、圣保罗州立大学、佛罗里达州立大学系统、佛罗里达大学、法国农业食品与环境国家研究院、威斯康星大学麦迪逊分校、威斯康星大学系统、瑞典农业科学大学、印度农业研究委员会、密苏里大学体系。按所属国家划分，10个研究机构中5个属于美国，2个属于巴西，法国、瑞典和印度各1个；根据洲际划分，10个研究机构中5个属于北美洲，2个属于南美洲，2个属于欧洲，1个属于亚洲。由此可见：美国、巴西及法国AI研究科研实力较强，AI研究国际影响力主要集中在这三个国家。此外，以2003～2019年中国AI研究论文发表机构为统计源，在283个研究机构中选出发文量前10的科研机构，分别为中国农业大学、中国科学院、西北农林科技大学、华中农业大学、中国农业大学、华中科技大学、中国水产科学研究院、温州医科大学、四川农业大学、华南农业大学。中国AI研究主要集中在农业院校，为中国AI研究发展做出了极大的推动作用。

2.4 AI 研究论文最多的期刊

以2003～2019年全球AI发表刊物为统计源，发文量排名前10的期刊累计载文达2 817篇，占总发文的46.211 %，分别是Theriogenology、JournalofDairyScience、Animal?ReproductionScience、ReproductioninDomesticAnimals、JournalofAnimalScience、ReproductionFertilityandDevelopment、Animal、AnimalReproduction、JournalofReproductionandDevelopment、TropicalAnimalHealthandProduction。其中3个期刊来自美国，发文量为1 566篇，占总发文的25.689 %；2个期刊来自荷兰，德国、澳大利亚、英国、巴西、日本各1个。美国的Theriogenology、JournalofDairyScience，荷兰的AnimalReproduction?Science和德国的ReproductioninDomesticAnimals属AI高载文量期刊，占总载文的36.467 %。此外，2003～2019年，发表中国AI研究领域论文最多的10个期刊，分别为AnimalReproductionScience、Theriogenology、Cryobiology、Andrologia、AnimalScienceJournal、AsianAustralasianofAnimalSciences、PoultryScience、ActaOceanologicaSinica、Aquaculture、BiologyofReproduction。从国际和国内期刊发文来看，主要是Theriogenology、AnimalReproductionScience，说明国内与国际AI研究认可度高度相符，但中国AI研究及自主高质量期刊仍需要不断提升发展。

2.5 AI 研究论文被引次数最多的文章

以2003～2019年全球AI研究论文为统计源，被引次数排名前10的论文中，美国共有5篇；爱尔兰、巴西、法国、意大利及瑞典各1篇。此外，以2003～2019年中国AI研究领域发表论文为统计源，被引次数排名前10的论文中，中国科学院昆明动物研究所、中国农业大学各发表2篇。

2.6 AI 研究论文作者及国家间合作关系分析

以2003～2019年全球AI研究论文作者为统计源，将16 975位作者按发文量排序列出发文量前10的作者(表1)。美国和巴西在AI研究领域的科研实力雄厚。中国AI研究主要集中在农业科研大学，主要有华中农业大学的杨利国老师、四川农业大学的曾长军老师及西北农林科技大学的胡建宏老师、李清旺老师、罗军老师。

表1 2003～2019年全球AI研究发文量前10的作者

利用文献计量在线分析网站(http://bibliometric.com/results.html)制作国家间合作关系图(图3)，彩色线条连接的表示两国间存在AI研究合作关系，彩色阴影面积越大表明与其他国家AI研究联系越紧密，存在合作关系国家数目越多，目前，在AI研究领域全世界的国家/地区间的合作关系较紧密,其中以美国、巴西、西班牙、德国、日本等国家联系最为密切，并且发文量均位居全球前列。此外，中国AI研究国家合作也较为密切，表明我国近年来畜牧业发展迅速。

图3 2003～2019年全球AI研究国家间合作关系

2.7 AI 研究论文的学科分类及关键词分析

在2003～2019年期间，Web of Science核心集合中收录AI研究论文的主要研究方向(图4)，雷达图中百分比表示学科论文数占总论文数的百分比，由图4可知，农学论文数约占总论文的44.193 %，兽医科学约占总论文数的44.144 %，其次是繁殖生物学，约占总论文数的38.484 %。由此可见，AI研究主要集中在农学、兽医科学和繁殖生物学领域。由于某些论文的多学科属性，所以全部百分比之和大于100 %。

关键词可反映出一项研究的突出成果和焦点，也是对一项研究的凝练和核心表达。分析关键词的内在联系有助于发掘AI当前研究热点和未来前进方向，根据VOS viewer分析发现(图5)，Artificial Insemination、sperm/semen、cryopreservation、progesterone、pregnancy等词处于联系中心的位置，并且在热点分布中这几个词颜色最深,表明精液、冷冻保存、孕酮和受孕是AI研究热点,这些与AI研究及实践运用息息相关。此外，dairy cow、cattle、beef cattle、sheep、goat、boar/pig在热点分布中，颜色较深且比较集中，表明AI研究主要集中在奶牛、肉牛、绵羊、山羊及猪的实践研究运用中。

图4 2003～2019年全球AI研究论文归属学科

图5 AI 研究论文关键词分析

2.8 AI 研究论文语种分布

2003～2019年AI发表文献共6 096篇，英文论文占主导地位，占总发文量的93.668 %；葡萄牙语占总发文量的2.198 %；其次是德语占总发文量的1.329 %；西班牙语、法语、匈牙利语、意大利语、土耳其语、波兰语、荷兰语共占总发文量的2.559 %。高质量的AI论文主要集中在欧美州，主要是英文文献，原因可能是AI研究较早、研究水平较高；另外，欧美国家语言以英语为主，而Web of Science收录的文献主要是英文文献。

3 讨论

人工授精(AI)是动物繁殖技术的一项重大成就，与精液冷冻保存技术相结合，可以丰富优良遗传基因、优化育种，使繁殖不受时间和空间的限制。与自然交配相比，AI可以有效降低疾病的传播风险，减少公畜饲养量，提高养殖效益。为了解AI研究现状，挖掘AI研究热点，本研究通过检索Web of Science核心集合数据库，运用文献计量学方法，对2003～2019期间AI研究相关论文进行统计分析，研究发现全球AI发表论文总体呈上升趋势，年均发文量在358篇上下波动，其中美国AI研究最为活跃，另外巴西、西班牙、德国等AI研究也值得我们借鉴。此外，在全球前10的机构或期刊中，美国最多，其次是巴西，特别是巴西的圣保罗大学、圣保罗州立大学以及美国的佛罗里达州立大学系统、佛罗里达大学为AI研究做出了重要贡献。中国AI研究发文量较少，主要集中在中国农业大学、中国科学院和西北农林科技大学，这与AI技术在欧洲、北美等经济发达的国家/地区普及率较高，精液保存、质量检测和授精技术较为完善有重要关系；此外，我国AI研究起步较晚，1985年潘寿文开始对犬进行精液冷冻和人工授精研究，当时国内科研人员整体英语水平不高、投稿价值导向及对SCI重视程度不够，这也是引起我国SCI论文较少的原因之一。

20世纪50年代，畜牧产业化经营最早在美国产生，随后迅速转入欧洲、日本、澳大利亚等发达国家。随着供产销一体化、集约化的发展，畜牧养殖饲草供应科学化、生产专业化、产品商业化、服务社会化的经营格局最终在欧美等发达国家中实现。虽然我国AI研究起步较晚，但随着改革开放和国家政策的大力支持，我国AI研究在近几十年中比较活跃，国家合作关系较为密切。20世纪90年代以来，AI技术在我国商业实践、生产运用中日渐成熟，为更多养殖户所接受。从发展速度、普及范围和动物种类来看，我国冷冻精液AI技术在奶牛上已普及，并对黑白花奶牛育种上起到关键作用。此外，AI技术在猪的育种繁殖中也得到了同样的发展，根据有关部门统计，目前国内使用AI技术的大型养猪场占比例约为80 %～90 %;小型养猪场为 50 %～60 %，AI技术成绩斐然。

AI作为育种改良及繁殖技术的重要手段，已广泛运用与大型养殖场，配种时机的掌控、发情的鉴定、精液品质的检测、输精部位、输精剂量及输精人员的技术水平都是影响母畜妊娠率的关键因素。虽然我国AI研究实践运用日渐成熟，但同国外研究相比，我国缺乏国际影响力的机构、高科技人才和高质量的期刊。因此，我们应加快步伐，加强与国外机构合作，研发新的精液冷冻保存方法、冷冻保护剂、抗氧化剂及新的AI技术，不断提高科研水平。相信随着精液冷冻、基因组测序、优势基因的挖掘及蛋白质功能技术的不断发展，广大科研工作者的不断探索与实践，中国AI研究将为遗传资源的保护和畜牧业的发展提供新的技术保障。