奶牛温度应激研究知识图谱分析

曹 露，王泽昭，董刚辉，王雅晶，郭 刚，王雅春*

(1.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；2.宁夏大学农学院，银川 750021；3.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100076)

奶牛温度应激研究知识图谱分析

曹 露1，王泽昭2，董刚辉3，王雅晶1，郭 刚3，王雅春1*

(1.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；2.宁夏大学农学院，银川 750021；3.北京首农畜牧发展有限公司，北京 100076)

本文基于Web of Science检索平台，利用CiteSpace软件对国际上奶牛温度应激研究领域的2 382篇文献进行知识图谱分析，旨在更好地展示各种重点文献、有重要贡献的作者和机构的研究成果，并深入剖析本研究领域当前研究现状、研究热点、未来趋势和存在的问题。在奶牛温度应激研究领域中，本文作为试验性论文和综述性论文的一种补充文献，帮助读者宏观地了解本领域的研究现状及知识结构，快速定位首要关注点和重点文献。

奶牛；温度应激；知识图谱；CiteSpace

奶牛大都耐寒怕热，以荷斯坦牛为例，其舒适温度为0～20 ℃，当环境温度超出-5～26 ℃时，就会出现明显的生理、行为和生产性能方面的应激反应[1]。在中国黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山西、新疆、甘肃等地的全部或部分地区是冬季冷应激比较严重的地区，而重庆、湖北、安徽、江苏、华北等地的全部或部分地区又是夏季热应激比较突出的地区[2]。

文献计量学是图书馆学研究方法之一，它从数量角度出发，利用数学、统计学方法揭示文献信息的数量关系、分布和变化规律。科学文献知识图谱分析技术是在文献计量学基础上发展起来的一种文献分析技术，其特色是绘制科学知识图谱，可视化显示知识资源及其关联。科学文献可视化功能的软件很多，本文所用软件是CiteSpace，一款可以免费使用的JAVA应用。该软件利用引文分析、共被引分析、共同作者分析、词频分析、社会网络分析等基本方法，可以找出某知识领域发展的关键点和转折点，提供各种能够帮助认识理解该领域的形式和方法，例如提炼快速发展的研究热点，引用热点，将复杂知识网络简化聚类，自动生成紧扣领域主题的聚类标签、地理定位作者和国际合作地区。CiteSpace的主要数据来源是Web of Science系列数据库文献检索平台，通过主题搜索和下载搜索记录(全记录和参考文献)来获得供其分析的原始数据。

1 数据来源与研究工具

1.1 数据来源

为了解国际上奶牛温度应激的总体研究情况，本文对该领域近几十年的相关文献进行了知识图谱分析。所搜集的统计数据来自美国汤森路透公司开发的Web of Science(WoS)专业信息检索平台中的核心合集。以(Thermal stress or temperature stress or heat stress or cold stress or heat shock or cold shock) and(Cattle or dairy cattle or cow or Holstein or bovine))为检索式进行主题检索，时间为1970-2014年，文献类型指定为论文(Article) 或综述(Review)，最后共搜索到2 832条文献数据。据WoS的引文分析报告：2 832篇所选文献的参考文献总计36 814篇，被引频次总计62 590次。下载每条文献数据的全记录与引用的参考文献留待后续分析，数据的最后更新时间为2014年11月14日。

1.2 研究工具

本研究运用文献计量学的方法，以公开发表的国际奶牛温度应激研究领域相关科学文献为原材料，利用计算机软件绘制知识图谱，分析该领域研究现状、研究热点和研究趋势。选择的软件是由美国德雷赛尔大学信息科学与技术学院陈超美博士与大连理工大学WISE实验室联合开发的科学文献分析工具——CiteSpace软件。该软件需要在JAVA平台上才能运行。其设计是基于引文分析理论(引文分析方法的数学基础是概率论与数理统计)。

2 国际奶牛温度应激研究情况

2.1 国际发文情况

图1展示了1971-2014年(2014年为不完全统计，数据的最后更新时间为2014年11月14日)WoS核心合集中收录的与奶牛温度应激相关的2 832篇文章，可以看出该领域国际年发文量总体呈现逐年上升的趋势，尤其是1990年以后，增长的趋势更加明显。WoS搜索结果显示该领域的第1篇文献“ A comparison of the effects of starvation and thermal stress on the acid-base balance of dairy cattle” 收录于1954年。直到1970年的17年间共发表了11篇文献，年发文量均不超过3篇，被引频次均不超过91次。由于年代相对久远且被引频次不高，故后续分析中略去这11篇文献。

2.2 CiteSpace分析结果

为了解奶牛温度应激研究领域文献的引用情况，本文以2 832条文献数据为基础，通过CiteSpace软件选取这些文献的参考文献作为分析对象，利用文献计量学的相关理论和算法，得到该领域的文献共被引网络知识图谱和其他基于共被引网络得到的分析结果。

国际奶牛温度应激研究领域的文献共被引网络知识图谱(图2)。由336篇重要的被引文献以及这些文献之间的1 244条连线组成，是当前国际上进行奶牛温度应激研究最重要的知识基础，它投射的是各阶段研究前沿中的知识和概念在科学文献中的吸收利用情况[3]。图2中每个节点代表1篇参考文献。以节点为中心向外扩展形成许多同心圆，形同树的年轮，谓之“引文年轮”，代表着这篇文献的被引历史。引文年轮的最大半径显示了该文献发表至今总被引频次的高低，引文年轮里不同的颜色代表相应的引用时间(每种颜色所指时间显示在该图最上方的彩色横条中，从左到右依次代表1960-1970年、1971-1981年、1982-1993年、1993-2003年、2004年至今)，不同颜色的年轮厚度与对应时间段内的被引频次成正比。有些引文年轮最外层被有紫色环，表明该文献在整个知识领域中往往承担着连接不同发展阶段的作用，其厚度大小表示该节点的中介中心性强弱(分值为0～1呈正态分布，反映文献在某知识领域的“改革潜力”)，紫色环越厚，文献中心性越强。图中引文年轮中心部位为红色者，说明该文献在某段时间内被高度引用，引文突发性即为衡量这种“被引热”程度的指标，是追踪领域内研究热点发展的有用切入点[4]。节点之间存在连线，说明这两篇参考文献存在同时被引用的情况，二者之间在内容上有一定关联。

2.2.1 文献被引频次分析 图2黑色字体(作者+发表年)突出显示了被引频次排名前5的文献，其引文年轮在图中拓展得最大，从被引频次角度看是奶牛温度应激研究领域中影响最大的文献。表1列出了5篇文献各自的详细信息。

引用频次第1的是题为“热应激对奶牛生产性能的影响(Effect of heat-stress on production in dairy cattle)[5]”的综述，论述了未来在湿热气候条件下维持奶牛生产性能的策略要从提高设备降温能力、改进营养配方、耐热奶牛品种选育等方面综合着手。引用频次第2的是篇会议论文“Heat stress interaction with shade and cooling[6]”，该研究认为热应激对奶牛产奶量和繁殖效率的不良影响可通过凉棚、通风、喷淋和风扇等人工降温系统来缓解，且配备降温系统之前需衡量其经济效益。第3篇文章“T4噬菌体头部聚合过程中结构蛋白的裂解(Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4)[7]”发表在Nature上，年代相对久远，其研究内容极可能对此后分子水平上的热应激研究有重要启发，读者可以通过阅读此文来进一步关注。第4篇文章“α晶体蛋白作为分子伴侣(a-Crystalline can function as a molecular chaperone)[8]”，提出一种与小热休克蛋白家族有关的物质——α晶体蛋白，它存在于多种细胞和器官中，在应激条件下出现过表达，并能通过抑制多种蛋白酶的热聚合影响蛋白质的生物学功能。第5篇高被引文献“Heat stress in lactating dairy cows：a review[9]”)也是一篇综述，从奶牛热应激概况、适温区、产热(维持净能/热增耗/环境)、散热(辐射/蒸发/对流/传导)、热应激反应(饮水量/采食量/流汗/直肠温度/血气指标/呼吸率/心率等生理反应，矿物质代谢/水分代谢/养分消化率等代谢反应，产奶性能/健康状况/繁殖性能等生产反应)等方面综合讨论了高产奶牛的热应激问题。

图1 奶牛温度应激研究国际年发文量Fig.1 The number of international literature published annually on thermal stress of dairy cattle

图2 国际奶牛温度应激研究领域文献共被引网络知识图谱Fig.2 Co-citation network knowledge map of international research on thermal stress of dairy cattle

表1 被引频次前5的参考文献

Table 1 Five most cited references

题目Title被引频次Citationfrequency作者Author来源出版物Publication时间YearEffectsofheat⁃stressonproductionindairycattle204J．W．West[5]JDairySci2003Heatstressinteractionwithshadeandcooling181D．V．Armstrong[6]JDairySci1994CleavageofstructuralproteinsduringtheassemblyoftheheadofbacteriophageT4169U．K．Laemmli[7]Nature1970a⁃Crystallincanfunctionasamolecularchaperone133J．Horwitz[8]PNAS1992Heatstressinlactatingdairycows：areview130C．T．Kadzere等[9]LivestProdSci2002

2.2.2 文献引文突发性分析 引文突发性(Citation bursts)考虑两个方面：突发强度和突发状态维持的时间。本文利用CiteSpace提取了奶牛温度应激研究领域引文突发性前9的文献。按其发表时间先后进行简要分析。第1篇“牛热应激动态反应(Dynamic responses of cattle to thermal heat loads)[10]”探索牛在热应激时温度调节反应的动态变化，侧重于分析体温、呼吸频率、采食量等生理和行为学指标。第2篇“热应激对集约化管理下反刍家畜的影响(Effects of heat stress on the welfare of extensively managed domestic ruminants)[11]”是篇综述，讨论了生理(流汗、喘气)、激素(皮质醇、甲状腺活动)、行为学等方面的热应激温度调节反应，并认为水分流失、营养失衡、营养不良等因素可能加剧热应激影响，提出体温升高可被看成是反刍动物对热应激从心理厌恶过渡到生理受损的表现。第3篇是美国NRC编写的《第7版奶牛营养需要》。第4、5篇分别是前述的第5、第1高被引文献。第6篇“美国畜牧业热应激经济损失(Economic losses from heat stress by US livestock industries)[12]”，该综述计算了不同热应激强度下美国各州、各畜种的热应激经济损失，保守估计全美畜禽产业每年热应激经济损失为24亿美元，奶业以8.97亿美元位居各畜种之首。第7篇“温湿指数作为热应激产奶损失的指标(Temperature-humidity indices as indicators of milk production losses due to heat stress)[13]”认为不同地区的温湿指数和热应激阈值不同，权重分配不同的温湿指数检测热应激的能力也有所不同。湿度权重越大的指数更适用于气候潮湿的地区；在湿度未高到让蒸发散热失效的地区，环境温度权重越大的指数越适用。THI指数现在普遍用于衡量环境热应激程度。第8篇“热应激和营养水平对荷斯坦泌乳牛生产、代谢以及生长激素的影响(Effects of heat stress and plane of nutrition on lactating holstein cows：production，metabolism，and aspects of circulating somatotropin)[14]”研究了热应激导致产奶量减少的机制，分析结果显示采食量减少仅能解释35%的产奶量下降变异，生长轴(Somatotropic axis)的轻微变化也能解释一小部分的变异，并提出热应激能抑制机体启动储备葡萄糖——在采食量不足时被启动，以阻止产奶量的大幅下降——这一假设。第9篇“Effects of heat stress on energetic metabolism in lactating holstein cows[15]”与第8篇文献来自同一个研究团队，是篇研究性论文，其试验结果表明，采食量下降能解释50%的热应激产奶量下降变异，体内葡萄糖和脂类的后吸收平衡可解释余下的变异。这9篇文献至今仍被高度引用，可在一定程度上反应本领域当下的研究热点和研究趋势。

2.2.3 文献Sigma值分析 高Sigma值文献通常有创新的内容，能在领域的知识结构上起到“启发后人”的关键作用，其关注点可能成为新的研究趋势。表2列出了Sigma值前5的文献，其中的第1、2、5篇2.2.1和2.2.2已经论述。Sigma值为2.86的第3篇文献[16]是以讨论热应激的营养应对策略为主的综述。第4篇文献[17]的试验结果表明，热应激会损害牛的卵泡发育，影响第一波优势卵泡和排卵前卵泡的优势发育。

2.2.4 高产作者分析 本文利用CiteSpace绘制出作者合作网络图谱，图3为该图谱的主要部分，图中节点代表作者，节点圆大小代表发文量多少，连线代表作者之间存在合作关系(为某篇文献的共同作者)，共有195位作者和122次合作关系被抽提出。筛选出发文量前10的作者及其文献数制成表3，根据CiteSpace的统计结果各自的发文量从14～59篇不等。高产作者对该领域的研究有相对较大的贡献，对本领域感兴趣的读者可凭此追踪这些研究人员的其他研究成果，有利于更充分地认识和开展研究工作。

表2 Sigma值前5的参考文献

Table 2 5 references with the highest sigma

Sigma被引频次Citationfrequency时间Year题目Title4．99642007[13]Temperature⁃humidityindicesasindicatorsofmilkproductionlossesduetoheatstress3．511691970[7]CleavageofstructuralproteinsduringtheassemblyoftheheadofbacteriophageT42．861091981[16]Heat⁃stressasitaffectsanimalproduction2．71911995[17]Effectofheat⁃stressonfolliculardevelopmentduringtheestrous⁃cycleinlactatingdairy⁃cattle2．17532009[14]EffectsofheatstressandplaneofnutritiononlactatingHolsteincows：Production，metabolism，andaspectsofcirculatingsomatotropin

表3 高产作者及其文献数

Table 3 10 authors with the most publications

序号No．文献数Publications作者Author序号No．文献数Publications作者Author159P．J．Hansen616C．M．Brophy244J．B．Gaughan716W．W．Thatcher318T．L．Mader816F．LopezGatius417I．Misztal915J．H．Weniger516L．H．Baumgard1014G．E．Dahl

2.2.5 主要研究机构分析 CiteSpace 生成的主要机构知识图谱中，共筛选出254个机构以及机构之间的55条连线，说明国际上研究奶牛温度应激的机构很多，且机构之间存在一定的合作关系，如表4所示。目前奶牛温度应激发文量最高的前10 个研究机构分别位于美国、以色列、意大利、印度。根据SCI 数据库的统计结果，在奶牛温度应激研究领域内，这10 个机构的论文产出量之和占全部文献(2 382篇)的21.96%。地理位置上这些高产机构都位于气候较热的地区，受到热应激的严重影响。在10 个研究机构中有7 所是大学。

3 讨 论

Web of Science检索结果的学科分类情况显示，国际奶牛温度应激研究涉及的学科多而广泛。在2 832篇原始基础文献中，与奶牛直接相关的文献占61.3%，又因为肉牛和奶牛的生理结构基本相同，可以认为原始文献定位基本准确。此外，与冷应激相关的文献约占7.5%，热应激仍是该领域关注主体，与奶牛的调温生理特性和全球奶业受热应激影响更大的实际相符。

图3 CiteSpace作者合作网络知识图谱Fig.3 Co-author network knowledge map of international research on thermal stress of dairy cattle

通过被引频次、突发性和Sigma值3个衡量指标筛选出14篇重点文献。其中包括8篇研究性论文，内容涉及热应激反应的行为学、激素水平、分子水平，生理指标的变动，经济损失的计算，温湿度指数的适用，产奶量变异的解释，对卵泡发育的影响机理等方面研究。4篇综述从环境温度、行为学(饮水、采食、流汗、喘气)、生理生化指标(体温、血气指标、激素)、代谢、生产性能等方面论述了热应激反应，总结了畜舍与设备、营养、遗传方面的热应激应对策略。其中两篇综述[5，9]既是高被引文献，又是高突发性文献，表明这两篇综述涵盖了本研究领域的许多基础知识点，经时不衰。两篇研究性论文[13-14]既是高突发性文章，又是高Sigma文章。

王雅晶等对奶牛遗传、繁殖、营养等研究领域进行了知识图谱分析[3，18-19]，这些方面的研究强度和深度与本文的奶牛温度应激研究领域的知识图谱分析结果相比(图4，温度应激领域年度发文量数据来自Web of Science)，可以看出奶牛温度应激研究尚处于浅层研究，强度和深度都还有待提高，深层研究如热应激发生机制、遗传基础等涉及不多或尚无一致结论；该领域主流研究的关注点还比较分散，其中对遗传机制相关的研究起步较晚、涉及较少，在2 832篇文献中，与遗传相关的仅有198篇，约占7%，可见从遗传角度对奶牛热应激进行研究还有广阔的探索空间。

表4 奶牛温度应激主要研究机构

Table 4 Ten institutions with the most publications

序号No．机构名称Institutions频次Publications1美国佛罗里达大学FloridaUniversity1662美国农业部农业研究局NationalAgricultureResearchService513美国乔治亚大学GeorgiaUniversity384以色列希伯莱大学JerusalemHebrewUniversity385美国内布拉斯加大学NebraskaUniversuty346以色列国家农业研究中心AgricultureRsearchOrganizationVolcaniCenter347美国加州大学戴维斯分校UniversityofCalifornia⁃Davis318印度国家乳品研究中心NationalDairyResearchInstitute，India299美国密苏里大学MissouriUniversity2810意大利托斯卡纳大学TusciaUniversity26

图4 奶牛各研究领域年度发文量Fig.4 The annual numbers of publications on different research fields about dairy cattle

4 结 论

本文利用CiteSpace科学文献知识图谱分析软件，选取国际奶牛温度应激研究领域的2 382篇文献为原始数据，以引文分析的方法提炼出该领域内5篇被引频次最高的文献，9篇突发性强且时序最近的文献，5篇Sigma值最高的文献以及高产作者和高产机构。读者可以通过这些角度了解该领域的发展和关注热点，寻找研究灵感。奶牛温度应激涉及多个学科，主流研究方向集中于热应激，冷应激仅占7.5%。当前该领域研究强度和深度还有待提高，从遗传方面进行研究还有广阔的探索空间。

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(编辑 程金华)

Knowledge Mapping Analysis on Thermal Stress Research of Dairy Cattle

CAO Lu1，WANG Ze-zhao2，DONG Gang-hui3，WANG Ya-jing1，GUO Gang3，WANG Ya-chun1*

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology，ChinaAgriculturalUniversity，Beijing100193，China； 2.SchoolofAgriculture，NingxiaUniversity，Yinchuan750021，China； 3.BeijingSunlonLivestockDevelopmentCo.Ltd.，Beijing100076，China)

Based on Web of Science，this paper used CiteSpace software to perform knowledge mapping analysis on 2 382 international scientific literature on thermal stress of dairy cattle，to show the current research situation and focus the future trend and the existing problems，important papers，authors and institutions in the field.This paper can be considered as a supplement for the experimental papers and review papers in the related area，helping readers to understand the research situation and knowledge structure，then quickly position primary focus and key literature.

dairy cattle；thermal stress；knowledge mapping；CiteSpace

10.11843/j.issn.0366-6964.2015.09.002

2015-02-02

长江学者和创新团队发展计划(IRT1191)；国家自然科学基金(31172191)；现代农业(奶牛)产业技术体系建设专项资金(CARS-37)；“十二五”科技支撑计划(2011BAD28B02；2012BAD12B06)；奶牛抗热应激综合措施研究(北京市科委项目)

曹 露(1991-)，女，重庆人，硕士，主要从事奶牛遗传育种研究，E-mail：grace1991524@163.com

*通信作者：王雅春，E-mail：cowinfo@qq.com

S823.9+1

A

0366-6964(2015)09-1489-07