基于Web of Science 全球小麦低温逆境的研究态势分析

张 林，陈 翔，刘绿洲，陈 建，张梦祥，任 驿，魏凤珍，李金才*，2

（1.安徽农业大学 农学院，农业部华东地区作物栽培科学观测站，安徽 合肥 230036；2.江苏省现代作物生产协同创新中心，江苏 南京 210095）

小麦（Triticum aestivumL.）是全球重要粮食作物之一，年产量约7.3×108t，在经济发展和保障粮食安全中发挥关键作用，能为人类提供约20%的总膳食热量和蛋白质需求［1-2］。预计2050 年全球人口将达到90 亿，届时对小麦的需求将增加60%左右［3］。然而近年来随着全球极端气候频发、生态环境严重破坏以及自然资源的逐渐枯竭，势必会对全球小麦稳产丰产带来负面影响［2］。据Asseng 等［4］研究发现，在当前全球平均温度下，每升高1 ℃将导致全球小麦产量损失6%。同时，全球气候变暖导致极端低温事件出现的频率、强度和持续时间不断增加［5-6］。在过去几十年中，极端低温气候事件导致中国、澳大利亚、美国和欧洲等多个国家或地区小麦产量损失严重［7-12］。据报道，在澳大利亚昆士兰和新南威尔士州北部，每年因低温灾害使小麦减产10%左右，经济损失超1 亿澳元［13-14］；美国堪萨斯州在1955-2010 年间曾发生过41 次冷胁迫事件，导致小麦年产量损失超过1×106t［15］；在中国河南，小麦低温逆境事件年均发生频率从20 世纪70 年代之前的40%增加到80 年代的50%左右，并在90 年代达到78%以上［16］。由此可见，低温逆境已成为制约小麦稳产丰产的重要非生物胁迫之一。

使用数学和统计学中的相关理论，将数学、文献学和统计学融为一体，通过定量分析的方法完成综合性知识体系的研究，这就是文献计量学［17-19］。文献计量学可从核心机构、核心作者、高被引文献、关键词等方面客观地从宏观角度来分析总结某学科研究热点，从而为管理决策人员、科学研究人员等提供学科发展信息［20］。迄今为止，文献计量学已被广泛应用于生态学、土壤学、农业、教育学等诸多领域，研究方法较为成熟［21-24］。在小麦低温逆境方面前人虽有报道，但仅限于对CNKI 数据库中的文献进行计量分析［25］，而对Web of Science 核心数据库中的文献计量分析还未见报道。

本研究以Web of Science 核心数据库为数据源，利用文献计量学方法和可视化软件CiteSpace 对2000-2020 年发表的小麦低温逆境文献进行分析研究，从文献计量学的角度阐述全球小麦低温逆境领域近20 年的研究现状，旨在把握该领域未来研究热点及方向，以期为未来小麦低温逆境领域研究和生产上的防灾减灾提供参考依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本研究文献计量的数据来源于美国汤森路透公司（Thomson Reuters）Web of Science 核心合集数据库，该数据库被广泛应用于文献计量研究中［26］。在数据采集过程中，以高级检索为检索方式，以TS（主题）=‘wheat（小麦）’And‘low temperature（低温）’为检索条件，时间跨度为2000 年1 月1 日至2020 年12 月31 日，数据采集时间为2021 年12 月5 日。共检索到7 358 篇文献，逐条筛选，文献筛选标准如下。纳入标准：①研究内容为与小麦低温相关；②语种英文。排除标准：①重复发表的文献；②征稿启事、会议、报纸、政府文件、企业标准等文献。最后得到与主题密切相关的475 篇文献进行分析。

1.2 研究方法

CiteSpace 是陈超美教授研发设计的一款软件，能够将某一知识领域的演进历程集中展现在引文网络图谱上，并把图谱上作为知识基础的引文节点文献和共引聚类所表征的研究前沿热点标识出来［27］。本研究利用Excel 2016 软件和信息可视化分析软件CiteSpace5.0.R4 对相关文献进行整理、统计及制作相关图谱。对检索出的文献进行发文数量、发文国家、发文作者、研究机构和研究热点等方向进行分析。本文中被引次数数据均从文献发表时间至数据采集时间来计算。

2 结果与分析

2.1 年度发文量分析

年发文数量可直接体现某一时间段内学术界对某领域的关注程度。小麦低温逆境领域的年发文数量整体呈波动上升趋势（图1）。分析可知，年文献量及年际间文献量变动情况有3 个明显的阶段性特征：①2000-2007 年，该阶段发文数量呈现波动下降趋势，共发文152 篇，占发文总量的32%，年平均发文19 篇，且2007 年仅发文14 篇，较2000 年下降44%。②2008-2016 年，该阶段发文数量呈现波动徘徊趋势，阶段内表现升-降-升年际间走势，共发文202 篇，占发文总量的42.53%，年平均发文22.44 篇。③2017-2020 年，该阶段发文数量呈现波动上升趋势，共发文121 篇，占发文总量的25.47%，年平均发文30.25 篇，比第一阶段增加59.2%，较第二阶段提升34.80%。

图1 2000-2020 年小麦低温逆境领域年度发文量分布Fig.1 Distribution of annual documents issued in the field of wheat low-temperature stress from 2000 to 2020

2.2 作者的地域分布

通过对小麦低温逆境领域的研究者进行地域分布分析，整理得到发文数量排名前十的国家（表1）。发文数量超过40 篇的国家有中国、加拿大、美国、日本和澳大利亚。从研究区域上看，亚洲在研究小麦低温逆境方面占有重要地位，中国和日本共发文152 篇，占发文总量的32%。由于小麦是北美国家的主要粮食作物，因而研究低温逆境对小麦的影响备受重视，其中加拿大和美国共发文113 篇，占发文总量的23.79%。此外，澳大利亚因独特的地理位置和自然环境影响，使得农业生产系统的不稳定性较高，且农业生产在其国民经济中占据重要地位，因此澳大利亚也是该领域的主要研究力量。

表1 2000-2020 年小麦低温领域发文量前10 的国家Tab.1 Top 10 countries of documents issued in the field of wheat low-temperature from 2000 to 2020

2.3 发文作者分析

作者在某一研究领域发表论文的发文量、总被引次数和篇均被引次数能够在某种程度上反映出对其领域的影响程度［28］。通过对475 篇文献的第一作者进行统计分析，得出发文数量在3 篇以上的高产作者如表2 所示。美国Washington State Univ（华盛顿州立大学）的Skinner 虽然发文量位居第一（10 篇），但总被引次数和篇均被引次数均不突出；排名第二的是就读于南京农业大学的李向楠博士，共发文9 篇，总被引次数位居第一，篇均被引次数位居第五；来自日本Kobe Univ（神户大学）的Kobayashi，发文5 篇排名第三，但总被引频次和篇均被引次数均位居第二。此外，值得注意的是这7 位高产作者中有4 位来自加拿大，且发表的论文质量较高，表明这些作者在小麦低温逆境研究方面具有领先地位和较高影响力。此外，中国学者李向楠发文量虽达到9 篇，但篇均被引次数仅排名第5。

表2 2000-2020 年小麦低温领域发文量4 篇以上的作者Tab.2 Authors with more than 4 papers in the field of wheat low-temperature from 2000 to 2020

利用CiteSpace 软件对该领域作者进行分析并绘制共现知识图谱（图2），可直观了解不同学者之间的合作关系与程度。由图2 可以看出，加拿大学者Fowler 和日本学者Takumi 在小麦低温逆境领域影响力很大，且与该领域其他作者合作紧密，同时具有自己的学术团队。中国学者曹卫星、李向楠在该领域也具有较高的影响力，但在国际合作交流方面相对有限。未来应在保持国内不同研究机构之间协同合作的基础上，加强国际交流合作，进一步提升在该研究领域的影响力。此外，美国学者Skinner 虽没有形成合作网络，但仍发表10 篇论文，表明其科研产出能力较强。

图2 2000-2020 年小麦低温领域发文作者分布的知识图谱Fig.2 Knowledge map of the author distribution in the field of wheat low-temperature from 2000 to 2020

2.4 热点期刊分析

热点期刊即对于某个研究领域或研究方向来说最具影响力的期刊［29］。为进一步了解小麦低温逆境领域的热点期刊，采用CiteSpace 可视化软件对文献共被引分析，通过整理分析得到高频共被引文献15 篇以上的热点期刊10 个（表3）。由表3 可知，《Molecular Genetics and Genomics》以40 篇的发文量排名第一，《Annual Review of Plant Biology》《Plant Physiology》分别以28 篇和26 篇的发文量次之，发文量在20 篇以上的还有《Planta》（24 篇）、《Functional &Integrative Genomics》（21 篇）。从期刊构成与质量方面来看，该领域文献所发表在的期刊种类丰富，大部分质量较高。根据Top10 热点期刊的出版社来看，属于Springer 出版社的有3 个，属于Oxford Univ Press 和Wiley 出版社的各2 个。从2021 年中科院发布的期刊影响因子来看，影响因子达到5 以上的有4 个，其中《Annual Review of Plant Biology》影响因子高达26.379，《Proceedings of the National Academy of Sciences of The United States of America》影响因子达11.205，且这10 个期刊平均影响因子达7.143。

表3 2000-2020 年小麦低温领域发表高频被引文献15 篇以上的期刊Tab.3 Journals with more than 15 high-frequency cited literature published in the field of wheat low-temperature from 2000 to 2020

2.5 发文高产机构分析

对筛选出的关于小麦低温逆境领域的475 篇文献，根据不同的研究机构进行分析，整理得到发文数量排名前十的研究机构（表4）。由表4 可知，该领域较强的研究机构主要分布在俄罗斯、中国、加拿大、日本、匈牙利等国家，说明这些国家在小麦低温逆境领域方面的研究处于领先地位。其中，俄罗斯科学院以32 篇的发文量排名第一，占发文总量的6.74%，但文章总被引次数和篇均被引次数均较低；排名第二的是来自加拿大的萨斯喀彻温大学，发文量24 篇，占发文总量的5.05 %，其文章总被引次数排名第一，篇均被引次数位列第四；日本的神户大学以22 篇的发文量排名第三，占发文总量的4.63%，其文章总被引次数排名第二，篇均被引次数位列第三。高产机构中有3 所来自中国，分别是南京农业大学（18 篇）、中国科学院（15 篇）和东北农业大学（9 篇），分别占发文总量的3.16%、2.11%和1.26%。值得注意的是，加拿大的Univ Quebec（魁北克大学）和Univ Western Ontario（西安大略大学）的发文量虽低，但其篇均被引次数分别位列第一、第二，表明这两所科研机构在小麦低温逆境领域的科研实力较强。

表4 2000-2020 年小麦低温领域发文量前10 的研究机构Tab.4 Top 10 research institutions of documents issued in the field of wheat low-temperature from 2000 to 2020

对研究机构进行统计分析，可直观反映其分布情况、合作交流程度及科研能力。利用CiteSpace 可视化软件对小麦低温逆境领域的研究机构进行分析，得到如图3 所示的共现图谱。可以看出，该领域研究机构主要以俄罗斯科学院、萨斯喀彻温大学、神户大学、匈牙利科学院和南京农业大学为主，处于核心地位，并且与其他研究机构合作较为密切。例如，俄罗斯科学院与Eotvos Lorand Univ（厄特沃什·罗兰大学）、匈牙利科学院之间合作密切；与萨斯喀彻温大学合作密切的有Univ Tehran（德黑兰大学）、Univ Pannonia（潘农尼亚大学）、Crop Res Inst（国际半干旱热带作物研究所）等；与南京农业大学密切合作的有Chinese Acad Agr Sci（中国农业科学院）和哥本哈根大学。总体而言，国内研究机构之间合作较为密切，但与国际研究机构合作较少，后期应加强国际合作，相互借鉴，促进小麦低温逆境领域研究的高质量发展。

图3 2000-2020 年小麦低温领域研究机构分布的知识图谱Fig.3 Knowledge map of the research institution distribution in the field of wheat low-temperature from 2000 to 2020

2.6 高被引论文分析

通过对高被引论文进行分析，不仅可以为某一领域的研究者提高参考价值，也可反映出该领域的新兴研究方向，一般具有一定的创新性［30］。以论文被引频次为依据，对小麦低温逆境领域的475 篇文献进行整理分析，得到了引用次数前10 的文献（表5）。由表5 可知，排名第一的是来自加拿大Univ Quebec（魁北克大学）的Danyluk 于2003 年发表在《Plant Physiology》的论文《TaVRT-1，a putative transcription factor associated with vegetative to reproductive transition in cereals》，该文章报道了通过克隆并表征了基因TaVRT-1，表明该基因仅在需要春化的物种中可诱导，且认为TaVRT-1 是调控谷物从营养阶段到生殖阶段过渡的调控途径中的关键发育基因［31］；来自中国农业科学院的沈勇根于2003 年发表在《Theoretical and Applied Genetics》的论文《An EREBP/AP2-type protein inTriticum aestivumwas a DRE-binding transcription factor induced by cold，dehydration and ABA stress》以214 次被引次数位列第二，该文章报道了EREBP/AP2 是属于TaDREB1 的一个保守结构域，在不同小麦品种中TaDREB1 基因是由低温胁迫诱导的，并且该基因在小麦中作为DRE 结合转录因子发挥作用［32］；排名第三的被引次数达204 次，是来自中国农业科学院的徐兆师于2007 年发表在《Plant Molecular Biology》上的论文《Isolation and molecular characterization of theTriticum aestivumethylene-responsive factor 1（TaERF1）that increases multiple stress tolerance》，该文章报道了TaERF1 基因编码GCC-box 和CRT/DRE 元件结合，可能参与多种应激信号转导途径［33］。且从表5 中可看出，全球小麦低温领域被引用前10 的文献有一半以上的研究与基因相关，从一定程度上表明耐寒基因研究是该领域的研究热点之一。

表5 2000-2020 年小麦低温领域被引次数前10 的论文Tab.5 Top 10 papers cited in wheat low-temperature field from 2000 to 2020

2.7 高频关键词

关键词是文献的核心，对其统计分析可发现该领域的发展规律和研究热点。本研究共检索出2000-2020 年小麦低温逆境领域的2 442 个关键词进行分析，通过整理分析得到排名前20 的高频词汇（表6）。其中，以wheat/Triticum aestivum（小麦）出现频次最高，多达221 次，其次为low temperature（低温）、cold acclimation（冷驯化）和freezing tolerance（抗冻性）的出现频次均超过了100 次。余下的关键词还有low temperature tolerance（耐低温）、acclimation（适应）、gene expression（基因表达）、tolerance（耐受）和vernalization（春化）等，表明其研究热点集中在通过诱导耐冷性基因表达来提高小麦的抗寒性、小麦对于低温环境的适应性以及低温环境对小麦春化阶段的影响。

表6 2000-2020 年小麦低温领域排名前20 的高频次关键词Tab.6 Top 20 high-frequency keywords in wheat low-temperature field from 2000 to 2020

2000-2020 年小麦低温领域高频共被引文献知识图谱见图4。由图4 可知，小麦低温逆境领域的研究特征主要呈现4 个明显的时间阶段：

图4 2000-2020 年小麦低温领域高频共被引文献知识图谱Fig.4 Knowledge map of high-frequency co-cited documents in wheat low-temperature field from 2000 to 2020

1）2000-2002 年：圆形节点和节点连线主要为蓝色及蓝色到青色的过渡，节点分布不均匀且较小，该阶段小麦低温逆境领域发展较慢。根据聚类词发现研究热点主要集中在#4 thaliana L heynh（拟南芥）、#8 microfilament（微丝）和#13 mitochondria（线粒体）等方面。

2）2003-2007 年：圆形节点和节点连线主要为青色、绿色及绿色到黄色的过渡，节点较多且分布密集，此阶段小麦低温逆境领域发展较快且研究热点较集中。根据聚类词发现研究热点主要集中在#7 cold hardiness（耐寒性）、#0 low temperature tolerance（耐低温）、# 5cor gene（基因）和#6 frost tolerance（耐霜冻）等方面。

3）2008-2013 年：圆形节点和节点连线主要为黄色、及黄色到橙色的过渡，节点分布呈现两极趋势，该阶段小麦低温逆境领域发展较上一阶段变缓。根据聚类词发现研究热点主要集中在#2 metabolite（代谢物）、#1 chloroplast（叶绿体）等方面。

4）2014-2020 年：圆形节点和节点连线主要为橙色，节点虽小但分布较为密集，此阶段小麦低温逆境领域发展稍缓。根据聚类词发现研究热点主要集中在#3 climate change（气候变化）、#11 bootting stage（孕穗期）和#16 agriculture（农业）等方面。

3 结论与讨论

自2000 年以来，在全球气候变化导致极端低温频发的大背景下，研究者们对小麦低温逆境领域的研究重视程度越来越高，年发文量总体呈波动上升趋势，2020 年发文量较2000 年增加52%。中国作为负责任的农业大国一直致力于保障粮食产量的研究，成为该领域发文量最多的国家，加拿大、美国紧随其后。在全球小麦低温领域发文量top10 的研究机构中有3 家来自中国，分别是南京农业大学、中国科学院和东北农业大学，而俄罗斯科学院则是该领域发文量最多的科研机构。该领域的高产作者主要有Skinner、李向楠等，他们大部分都有稳定的团队合作关系且与其他学者交流较为密切，在该领域表现较为突出的还有Kobayashi 和Mahfoozi。在全球高被引文献Top10 中，前两名作者均来自中国，表明其在该领域的研究成果处于领先地位且得到国际同行认可。

小麦低温逆境领域文献多刊登在《Molecular Genetics and Genomics》《Annual Review of Plant Biology》和《Plant Physiology》等优质期刊上。其中，《Molecular Genetics and Genomics》刊发文献最多，《Annual Review of Plant Biology》是刊发文献数量Top10 中影响因子最大的；此外刊发全球高被引文献的期刊质量均较高，如《Plant Cell》和《Global Change Biology》等，这些期刊及其所收录的文章值得本领域学者重点关注。

在研究热点分析方面，“冷驯化”“抗冻性”“耐低温”“适应”和“基因表达”等是小麦低温领域的研究热点词汇，可见该领域的研究重点主要集中在耐低温新品种的选育、抗寒分子生物机理研究以及如何提高小麦产质量等方面。总体来说，目前对于小麦低温生理机制方面的研究较多，但其研究深度和研究范围有待进一步加强。随着DNA 测序技术和生物信息学等技术的发展，未来可从基因组学、转录组学、蛋白质组学和表型组学等组学技术进行深入研究，从分子水平上系统开展小麦抗寒性机制解析并将其应用于生产，从而加快小麦耐寒品种的选育［34］。同时，在小麦抗寒防冻技术研究方面，通过农艺措施来提高小麦抗寒性之外还应结合遥感、地理信息系统、全球定位系统和物联网等现代信息技术，构建与完善小麦抗寒监测预警和灾损评估体系，并加快研究成果转化到实际生产中，保障小麦生产的提质减损增效［35］。此外，研发服务于实际生产中防灾减灾的实用新型技术产品也是小麦低温逆境领域未来研究方向之一［36］，并对提高小麦防灾减灾能力、促进小麦生产安全具有重要意义。

本研究存在一定的局限性，就数据库而言，本文只对Web of Science 核心数据库中的相关文献进行了分析，未对Scopus、CSSCI 等其他数据库中的相关文献进行分析，难免造成一定的分析偏差。此外，本文仅以CiteSpace 可视化软件进行分析，未结合R 语言、VOSviewer 等其他分析软件。因此在后续研究中，将结合其他数据库中的相关文献，以多种分析软件为媒介进行分析，以期获得该领域更为精确的前沿热点与未来研究方向。