应用文献计量学对植物根围AM真菌研究状况分析1)

刘雅洁 杨春雪

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

丛枝菌根(AM)真菌属专性活体营养的植物共生真菌，目前有1纲4目11科27属，约300种[1]，可与多数植物形成共生结构。其具有调节植物水分及养分的吸收利用、协助植物抵抗不良环境的能力。丛枝菌根真菌作为土壤中活跃的微生物部分，广泛参与土壤质地改良和生态修复。在当前的研究中，各地土壤均分离出了AM真菌种。从江西省5种油茶根际分离得到10科12属AM真菌类群[2]；黑龙江省松嫩盐碱草地生长的多种植物根系均受到了AM真菌的侵染[3]；此外，内蒙古沙漠地区[4]、受重金属污染严重的矿区[5]、高山地带[6-8]、沿海区域[9]、典型的卡斯特地段[10-11]等均报告了AM真菌种的发现。AM真菌的开发、应用具有广阔前景，分析当前的研究热点及前沿问题，对全面了解AM真菌的研究内容具有重要意义。

CiteSpace是1个用于分析文献中蕴含的各项内容，并在此基础上构建知识图谱的软件。通过对大量文献的作者、机构、主题词、关键词、被引文献等进行聚类分析、共现分析及突现分析，展示相关领域的研究趋势及当前的研究热点[12]，方便对研究领域中重要基础知识和研究动态的挖掘[13]。VOSviewer对于所分析节点的中心程度和不同节点间紧密程度的表示相较CiteSpace有一定区别。这2个软件协同使用可以极大地减少数据分析的工作量。

可视化分析软件在AM真菌研究领域的应用较少，且目前关于AM真菌的概述多针对单一方面，而很少对这一领域的研究热点进行整体挖掘，因此，对近20 a国内外的相关文献进行分析，可以更直观的显示领域内的前沿内容，为研究者把握当前热点、实现创新提供借鉴。

1 试验与方法

1.1 数据来源

文献检索日期为2020年10月19日，以“丛枝菌根”为主题词从CNKI数据库导出北大核心期刊2000—2020年的文献，共计1 415篇，筛选后保留1 341篇，导出格式为Refworks；以“AM fungi”为主题词从科学网(Web of Science,WOS)核心合集导出2003—2020年的文献，共计4 210篇，导出格式为纯文本。保存全记录与引用的参考文献信息，去重并去除年份缺失的文献后，保留4 174篇。中英文文献共计5 515篇。

1.2 数据处理

中文文献使用data数据园10.0进行数据提取、逐年统计分析、合作率及合作度计算，并以提取的数据为基础使用SigmaPlot12.5绘制图表，使用CiteSpace5.7.R2以关键词、主题、作者、机构为节点类型进行图谱分析。外文文献使用WOS文献计量趋势变化挖掘2.0进行数据提取和逐年统计分析(data数据园10.0、WOS文献计量趋势变化挖掘2.0软件由微信公众平台“学术点滴”和“文献计量”团队联合开发，用于多种类型矩阵和网络图谱快速制作)，利用VOSviewer对主题词和关键词进行聚类、共现分析，并以被引文献为节点类型，分析领域内重要的基础知识和经典文献。

2 结果与分析

2.1 国内外发文分析

对5 515篇文献进行年发文量分析，科学网记录了2003—2020年文献的收录情况，因此外文文献分析的起始年份为2003年。如图1所示，中文文献、外文文献的数量、文献发表总数量整体呈逐年增长的趋势，2009—2019年总发文量增长了33.99%，2003—2019年增长了149%。根据检索到的10月20日前发表的文献数量，预计2020年为正增长，充分说明AM真菌的研究热度不断上升，在未来有更广泛的研究前景。随着研究的深入，研究机构和作者的数量逐年增加(表1)，除此之外，还表现出了合作化的趋势。一般来说，一篇文献中出现不同的研究机构和作者，可认定为他们之间存在合作关系[14]。数据统计结果显示，机构间的合作率为0.494，合作度为0.942；作者的合作率为0.865，合作度为2.224。

表1 发文作者及发文机构年数量变化状况

图1 年发文量趋势图

使用CiteSpace，设定时间切片为1、节点为作者、排行榜，取值为50，生成中文作者共现图谱(图2)，并以同样的方式对外文文献作者进行分析。一般而言,构建的图谱Q值，0≤Q<1，Q>0.3意味着划分出来的社团结构是显著的。构建的图谱S值在0.5以上时,一般认为聚类是合理的；S值大于0.7时,聚类是高效率令人信服的[15]。构建的图谱Q值为0.946 7，S值为0.976 3，所以聚类合理。节点大小代表了发文量的多少，连线越粗表示2个作者合作次数越多，某一作者连线越多表示其合作的作者数量越多。其中，中介性较强的有李晓林、刘润进、王幼珊、Matthias C Rillig、Paola Bonfante等，并形成以其为核心的学术聚类体。发文量、中介值前3位的作者如表2所示。国内外研究机构主要以中国科学院大学(81篇，中心值0.09)、CSIC(227篇，中心值0.17)为核心形成了合作网络。2020年截至检索时，较2019年外文文献中新增727个作者开展对AM真菌的研究，2019年新增1 002个，2018年新增797个，2017年新增665个。数据提取分析表明，新增研究作者的数量也呈逐年上升的趋势。

图2 中文作者共现关系图谱

2.2 AM真菌研究热点分析

在可视化分析中，一般认为反复出现多次的关键词、主题词为研究热点。通过CiteSpace和VOSviewer分别对中外文文献进行主题词、关键词共现分析，并通过近几年研究内容的共现状况及突现状况分析AM真菌的研究热点及趋势。

使用CiteSpace，节点类型选择Term，生成中文文献主题词Timeline图谱(图3)。其展示了前5位的主题词聚类及与其同步出现的专业词汇，同一横线上关键词处于的位置表示其出现年份。前人从2003年起对AM真菌提高荆条[16]、香青兰[17]、柚木[18]等的抗旱性进行了充分研究，并从基因层面揭示了这一作用原理，即AM真菌的侵染上调了14-3-3蛋白基因的表达[19]，此外，以往的研究还从抗旱性时间轴上显示的其他关键词入手进行了探索。对于AM真菌-植物互作的研究，除抗旱性外，图中显示抗寒、耐盐碱、耐贫瘠、耐重金属、耐不同胁迫条件共同作用也是当前研究较多的方面。丛枝菌根和丛枝菌根真菌有一定重合性，但聚类结果显示，前者更倾向其对植物群落或生态环境的影响，而后者强调单种AM真菌的接种效应或种间关系。分析表明，AM真菌参与矿区修复[20]、促进植物磷(P)吸收[21]、AM真菌分类鉴定[22]及新种记录等研究方向在往年的探究中得到了极大的发展。多样性时间轴显示，AM真菌多样性的鉴定方式也呈现出多样化趋势，除传统的形态学鉴定，近年来还应用了现代分子生物学技术，如使用DNA标记技术、18SrDNA、25SrDNA进行鉴定，并在此基础上通过RDA分析、GC-MS分析等确定与AM真菌相关的因子。分析还表明，AM真菌改善土壤酶活性、基质理化性质，与寄主植物(如白三叶、羊草)相互作用等方面也得到了较多的关注。图3形成的聚类结果，可认为是近20 a的研究热点。

图3 中文文献主题词共现时间关系图谱

使用VOSviewer构建外文文献主题词、关键词共现图谱及发文类别图谱(图4)。图4a表示主题词聚类，不同颜色区分主题词的所属研究方向。1 469个主题总计形成3个聚类，即主要形成了3个研究领域，分别为AM真菌对植物生命活动、植物干旱胁迫适应性、作物产量等影响的探究。图4b为关键词共现图谱，本质是对图4a的细分，不同色彩表示不同的聚类，1 000个关键词共形成6个聚类，展示了3个研究领域中当前热点的研究方向，分别为AM真菌群落多样性、环境变化对AM真菌的影响、AM真菌改良土壤理化性质、AM真菌影响植物耐胁迫能力、AM真菌促进根系吸收及养分利用、AM-植物生物协同作用及其互作机理等的研究。以AM真菌群落结构及多样性、AM真菌调控基因表达及生物合成、AM真菌改善生态环境为主要方向的研究与发文类别及中文文献所表现出的研究热点具有一致性(图4c)。

图4 外文文献主题词、关键词共现及发文类别知识图谱

突现主题词指某段时间内出现频次骤增的专业术语，能够反映该领域的研究前沿和发展趋势[23]。对中英文文献中的主题词突现状况进行分析，中文文献共计出现17个突现主题词(图5a)，具有突现性的节点为黑色[24]，而外文文献共计出现193个突现主题词。为了便于统计，以图5b的形式呈现外文文献2013年以来的突现词语。中英文文献的突现词语从突现起始年份开始研究热度一直持续至今。图5可知，AM真菌近年来研究热点主要围绕AM-植物互作、AM生态修复、新物种记录、群落结构及多样性、菌丝际环境、相关机制研究等方面，与共现分析结果相似。

图5 中外文文献主题词突现分析

随着生物技术的发展，对AM真菌研究的方面越来越广泛，关键词呈现出逐年增加的趋势，对相关领域的研究也向着纵深挖掘的方向发展。2016年来的关键词新增状况见表3。新的概念、词汇不断被引入，在原有的基础上实现了研究内容或技术的创新，这同时表明在现有进步的基础上AM真菌领域还存在巨大的研究潜力。

表3 关键词新增状况

2.3 AM真菌前沿及基础知识分析

多次被引用的文献可视为AM真菌研究的基础知识且可以通过被引用的次数确定所研究的内容是否为当前热点。由于中英文文献的引用存在差异，使用VOSviewer构建外文文献引用关系图谱(图6)，连线的粗线表示共引频次，圆圈大小表示某一文献被引次数，不同色彩用以区分年份。

根据图6所展现的信息绘制表4(前10位被引文献及其Doi号、引用频次)，关于植物诱导菌丝生长、不同环境中AM真菌群落动态变化、AM真菌参与生态修复、AM真菌促进植物养分吸收利用、AM-植物共生过程中基因调控、AM真菌提高植物耐胁迫能力研究的文献被引用次数最多。菌丝不同于孢子，其在没有寄主植物时生长非常有限，生命周期不能完成。Akiyama et al.[25]、Besserer et al.[26]研究的AM真菌分枝因子丰富了领域内的基础知识及研究者的认知，这也是被引用次数最多的研究文章。AM真菌提高土壤碳周转率[27]，调节水分胁迫[28]和盐胁迫[29]下的植物生长量、渗透作用、水分状况、气体交换、光合作用速率等的研究为AM真菌-植物互作的研究提供了方法论并建立了该研究方向的基础，成为引用次数前10位中的3篇文献。利用rDNA区域序列鉴定AM真菌种可以在一定程度上消除形态学鉴定的误差，对于新种的记录和进化关系构建都至关重要[30]，因此早期使用该方法的这篇文献具有较高的引用频次。不同生态位AM真菌群落结构差异的研究[31]是AM真菌资源应用于生态修复[32]的前提，Liu et al.[33]、Kistner et al.[34]通过cDNA片段遗传分析结合转录组，分析研究了丛枝菌根共生的分子基础，这些研究为AM-植物共生的机制解析提供了技术参考。以上研究共同构成了AM真菌领域的基础知识网络并处于当前的研究前沿。

图6 外文文献被引关系图谱

表4 文献被引状况

3 结论

AM真菌分布广泛，在各种理化性质的土壤中均有分离鉴定，相应的该领域研究未形成地域集中性，但由于其具有生态修复的功能，研究所针对的样地往往聚焦于盐碱地、沙漠化地区、矿区、重金属污染地带等，这与发文量前几位作者的研究方向一致。随着研究深入及合作程度的提高，关于AM真菌的研究将实现从理论探索向实践应用的进步。AM真菌领域开展研究以来，形成了多个热点关键词及主题词，突现主题词自出现开始至今依然是研究的重点，而且随着研究技术的多样化不断出现了新的热点词汇。关于AM真菌提高植物耐逆境胁迫能力方面的研究在关键词、主题词、被引文献分析中均排在重要位置。AM真菌在提高植物抗旱、耐涝、抗热、耐寒、抗盐、抗重金属、抗病、耐虫，耐杂草、耐酸、耐有毒有机物等方面的作用已经被证实[35]，且其在调节土壤结构、土壤生物活性、土壤养分分配，参与矿区恢复及寒区、盐碱地修复等功能被广泛验证[36]，这为AM真菌的应用提供了参考。

然而，AM真菌在自然界中多以群落的形式存在并发挥作用，而现有的研究中多采用单菌种回接的方法验证其功能特性，这对于解析AM真菌参与生态修复和提高特殊生境中植物的抗性缺少说服力。此外，关于AM真菌功能的研究多停留在生理学层面，对于其响应机制的深层挖掘有所欠缺。在此情况下，实现由个体到群落的研究，生理功能到响应机制的探索，对解决生产实践中的实际问题至关重要。