基于文献计量和内容挖掘的转基因玉米科研态势研究

郑莹 刘家益 左璇 李圣彦 吴圣 聂凤英

（中国农业科学院农业信息研究所，北京 100081）

基于文献计量和内容挖掘的转基因玉米科研态势研究

郑莹 刘家益 左璇 李圣彦 吴圣 聂凤英

（中国农业科学院农业信息研究所，北京 100081）

玉米是全球种植最广泛谷类作物，在农业生产中具有重要地位。自20世纪80年代以来，转基因玉米研究一直是农业科学领域一个热点。为了解世界转基因玉米的科研态势，基于2005-2014年10年间Web of science收录的转基因玉米相关论文，分析了转基因玉米影响力较高的国家、科研机构、重点期刊、优秀作者、高被引论文。用内容挖掘方法抽取10个主题的核心句集，分析了转基因玉米研究的前沿热点。结果表明，整体上，从发文量、研究作者、出版期刊和高被引论文等方面综合分析，美国转基因玉米科研居世界领先水平。中国科研机构发文量较大，但主要集中在少数几个单位，而且中国的论文质量和影响力与美国有一定差距。刊载转基因玉米论文的优秀期刊集中分布在美国、英国、德国和荷兰。排名前16的高被引论文有9篇来自美国。转基因玉米的研究主要集中于抗虫、抗逆、环境的安全性评价以及作物性状改良这四个方面。其中的一些研究，如利用RNAi技术抗虫、玉米耐阴（耐密植）、雄性不育等方面，可能会成为未来转基因玉米的研究热点。

文献计量；内容挖掘；转基因玉米；态势研究

玉米是全球种植范围最广、产量最大的谷类作物，也是重要的粮食、饲料及工业原料作物，在农业生产和国民经济发展中占有重要的地位［1，2］。我国的玉米种植面积和总产量均居世界第2位和国内首位［3］。国家统计局数据显示，2014年我国玉米种植面积和产量分别约占我国粮食种植面积和产量的33%和36%。随着全球转基因作物商业化迅猛发展，转基因玉米已成为世界上种植面积最大的转基因粮食作物［4］。转基因在玉米上的应用有遗传转化方法、农艺性状改良、安全风险评估等［5，6］。无论是国际还是国内，转基因玉米在转基因作物中都是热门的研究领域之一。

文献计量学以文献体系和文献计量特征为研究对象，采用一定的计量方法，客观定量地反映学科研究的宏观层面，揭示新理论、新研究发展的方向［7-9］。内容挖掘法是内容分析的一种，以文献内容为研究对象，采用自然语言处理和数据挖掘方法，对文献内容进行建模分析，揭示文献所包表达的主要事实、观点［10-16］。本研究从文献计量和内容挖掘的角度，利用国内外转基因玉米近10年科研文献，分析转基因玉米科研领域的国家/地区、机构、学者、出版刊物等研究现状，而且对文献记录集的内容挖掘主要研究事实，揭示研究热点、研究方向和发展趋势，旨在为转基因玉米科研工作者与管理决策者提供参考。

1 数据来源

基于Web of Science的核心合集数据库，以“Genetically modified corn”，“Genetically modified maize”，“Genetically modified organism corn”，“Genetically modified organism maize”，“GM corn”，“GM maize”，“Transgenic corn”，“Transgetic maize”八个主题词（主题词之间用“or”连接）为联合检索词，出版年选定为2005-2014年，共检索到转基因玉米相关的论文4202篇。

2 方法

2.1 文献计量方法

本研究利用“文献计量在线分析平台”［17］对国家/地区、机构、作者、期刊、高频被引论文等方面进行分析。

2.2 内容分析的研究方法

研究热点通过CiteSpace和内容挖掘的方法共同得到。首先通过CiteSpace软件进行自动聚类，生成自动聚类标签视图。时间阈值选择：From 2005 To 2014，1 years per slice，节点阈值：Top 36 per slice。得到9个聚类，以及通过TF*IDF加权算法、对数似然率算法、互信息算法等三种不同算法得到的聚类标签词。聚类数是9，为下面的主题数选择提供了参考，聚类标签词即为研究热点。

本文设计了内容挖据的具体方法和算法，具体做法是将所有文献的摘要切分成句子，形成句子集合，根据句子的TFIDF值、句子长度、句子所在文章的被引次数等权重因子，计算每个句子的权重值。权重越高，则认为该句子的内容越重要，越能揭示领域研究内容。将句子按照得分从高到低排序，得到句子的有序集合。

由于转基因领域有多个子领域，而句子在各领域并非均匀分布。为使结果更加均衡，使用LDA算法，对有序句子集合进行聚类，从而将句子聚类至若干个子主题下。取每个主题的前N个句子，作为能代表该主题近10年研究内容的句子。

在该方法中，有两个参数需要确定，一是主题数，二是每个主题的代表句子数。本研究通过多轮试验以及与领域专家研判，最终确定主题数为10，代表句子数为5，这时最能准确揭示转基因玉米近10年研究内容。

3 结果与分析

3.1 转基因玉米研究国家、地区分析

Web of Science检索到2005-2014年发表转基因玉米研究论文的国家，图1显示了10年间每年发文量的情况，图2显示了发文量排名前10位的国家。

从图1、图2可以看出，全球转基因玉米研究论文的发文量呈振荡式上涨。排名前10的国家共发文3738篇，占文献的89.0%，可见全球转基因玉米研究主要集中于这10个国家。美国、中国两国的转基因玉米发文量处于领先地位，美国在2005-2012年间居首，2013年后被中国超过。德国、日本、英国等7国对转基因玉米的研究呈下行趋势。

图1 2005-2014年文章发表数量

图2 转基因玉米研究论文发文量排名前10位的国家

3.2 转基因玉米论文机构分析

以2005-2014年转基因玉米研究论文发表机构为统计源，名列前10的研究机构按发文量和总被引频次分别排序（表1）。发文量排名前10的机构共发文1 335篇，占总发文量的31.8%。在发文量上，中国农业科学院、中国农业大学、中国科学院表现优异，位居第二、三、六位。总体上，发文量排名前10位的国家中，有6个来自美国，3个来自中国，1个来自法国。从发文量排名前10的机构对应的篇均被引频次来看，美国、法国居前，3个中国机构排名靠后。总被引频次排名前10位的机构集中于美国，有7个机构来自美国；中国仅有中国农业科学院在列。

表1 转基因玉米各指标排名前10位的科研机构

这些充分凸显了美国转基因玉米优秀科研机构的整体实力和学术影响力，而中国农业科学院、中国农业大学、中国科学院等科研机构篇均被引频次均在800名以外，学术影响力偏低。

3.3 转基因玉米研究作者分析

以2005-2014年转基因玉米研究论文作者为统计源，按各位作者的发文量和总被引频次分别排序，取前10名，见表2。发文量排名前10的作者累计发文365篇，占总发文量的8.7%。

论文数量排名前10的作者中，美国和中国的作者分别有3位和4位。总被引频次上，日本、瑞士的作者各占3位，来自上海交通大学的中国作者有2位，美国、丹麦都仅有1位作者。

从发文量排名前10的机构对应的篇均被引频次来看，作者排名从高到低分别是瑞士、美国、日本和中国。中国的优秀学者包括来自中国农业大学的

黄昆仑和罗云波以及来自上海交通大学的杨立桃和张大兵，他们主要对转基因生物和食品安全评估和检测开展相关研究工作。

表2 转基因玉米研究各指标排名前10位的作者

3.4 转基因玉米研究期刊分析

刊载转基因玉米相关论文的多种国际期刊中，载文量排名前10的期刊累计载文达到900篇，占总文献的21.4%。在统计范围内，刊载转基因玉米相关研究的载文量、总被引频次排名前10名的期刊，见表3。

表3 转基因玉米研究各指标排名前10的期刊

美国的《Journai of Agricultural and Food Chemistry》期刊发表转基因玉米论文数量最多，10年间转基因玉米载文量达174篇，超出排名第2的《Journal of Economic Entomology》62篇；总被引频次也是最高的，达1469次，居首位；篇均被引频次是8.44，这些表明此期刊在刊载转基因玉米论文方面影响力较大。

转基因玉米研究期刊的出版国家集中现象明显，主要集中在欧美大型出版集团，如Springer（德国）。

3.5 高被引论文分析

Web of Science的基础科学指标库（Essential Science Indicators，简称ESI）定义的10年来的高被引文章指发表于10年内各领域中被引用次数在前1%的文章。列出10年来的高被引文章，可以了解具有长期影响的研究［18］。按照此定义，被引频次大于103是高被引文献，结果见表4。

表4 转基因玉米研究中被引用高的16篇论文

16篇高被引论文有9篇来自美国，显示了美国在转基因玉米研究领域的强大科研实力，紧随其后的是瑞士、德国。文章集中发表在《Nature Biotechnology》、《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》和《Critical Reviews in Plant Sciences》3种期刊，3种期刊上的论文占56.3%，表明转基因玉米研究的论文发表有集聚效应。

这些文章主要发表于2005-2009年，这表明2005-2009年期间是转基因玉米研究的高峰期，论文产出质量高且影响力大。同时，我们可以看出，高被引频次的转基因玉米研究的论文涉及抗旱、耐盐性、抗虫、作物品质改良、转基因作物的风险评估等方面，可见这些研究受到相关学者的广泛关注，说明抗虫，抗逆，风险评估以及作物品质改良是当时热点前沿课题。

3.6 近10年转基因玉米研究领域的主要热点

通过CiteSpace对转基因玉米研究进行聚类，生成自动聚类标签视图（图3）和聚类汇总表（表5），通过谱聚类算法提取的标签词，能反映转基因玉米的研究前沿。从标签词可以看出，主要聚类为结构和性状、抗虫、抗逆、食品安全、风险评估以及实验方法和材料的选择等方面，这些反映了玉米研究

领域的主要热点，但仍然无法显示转基因玉米研究领域主要热点的研究事实。

图3 转基因玉米研究论文的自动聚类标签视图

表5 转基因玉米研究论文的聚类汇总表

3.7 近10年转基因玉米研究领域的主要研究事实分析

通过内容挖掘方法，对70 000余句子集合进行聚类，将句子聚类至10个主题下，每个topic代表一个主题，是关键词、每个关键词权重的组合的整体表示；句子的权重值代表句子的重要程度，数值越大，句子越重要。取每个主题的前5个句子，能集中反映该主题近10年主要研究内容。通过对挖掘出的50个最具代表意义的句子进行内容分析，句子列表部分见表6。将其中涉及的转基因玉米研究领域归纳为以下6个方面：转基因抗逆玉米及抗逆机制的研究、转基因抗虫玉米的研究、转基因作物的环境安全性评价、作物性状改良、昆虫抗性治理、玉米转化体系的优化。

表6 转基因玉米研究10个主题的核心句

对这50个核心句子涉及到的六个研究方面的内容总结如下：

（1）转基因抗逆玉米及抗逆机制的研究主要集中于抗旱和耐盐方面的研究，涉及耐寒，耐阴及叶片衰老方面的研究。例如，在玉米中过表达ZmNFYB2基因能够增加玉米的耐旱性；APETALA2-like基因调控玉米叶片由嫩叶向老叶的转变；通过对一些耐寒植物如甘孜州青稞（Craterostigma plantagenium），冰叶日中花（Mesembryanthemum crystallinum），小盐芥（Thellungiella halophila）的研究解析植物的耐寒性机制。

（2）转基因抗虫玉米的研究中利用Bt杀虫蛋白进行抗虫仍是研究的主要方向，此外还有利用RNA干扰（RNA interfere）技术及植物内源的间接防御

系统进行抗虫。如，在玉米中表达西部玉米根叶甲（Western corn rootworm，WCR）的dsRNA能够显著的减少西部玉米根叶甲对玉米的危害；在人工饲料中添加西部玉米根叶甲的dsRNA能够影响西部玉米根叶甲的生长发育。

（3）转基因作物的环境安全性评价涉及转基因作物对非靶标昆虫及微生物群落的影响，基因漂移的环境影响。主要是通过阶梯式方法或利用公共数

据库的资源对转基因作物的环境安全性进行评价。虽然已有的研究结果表明，转Bt作物对非靶标昆虫或细菌群落的影响要小于其他环境因素的影响，但对于转基因作物的环境安全性评价仍然会持续进行及讨论。

（4）作物性状改良的研究中涉及提高木质素的含量，提高植酸酶的含量，提高类胡萝卜素的积累，促进生长和养分的吸收，提高生物产量，提高产量，雄性不育。如，表达八氢番茄红素合成酶（phytoene synthase，psy）基因能够提高类胡萝卜素的积累；增加植物的分蘖和种子数量以提高产量；orf79的表达会引起配子体雄性不育。

（5）昆虫抗性治理中涉及昆虫出现抗性的原因及延迟昆虫抗性的策略。延迟昆虫抗性的因素包括抗性的隐性遗传，非Bt植物提供的庇护所，多种Bt蛋白联合作用；利用抗性检测数据的相关信息可能有助于提高转基因作物的杀虫持久性。

（6）玉米转化体系的优化涉及筛选适合农杆菌转化的玉米品种。不同基因型的玉米对于农杆菌菌株的反应是不同的，选择适合农杆菌转化的玉米品种对于转基因玉米的研究而言是非常重要的。

除以上内容外，还包含对转基因作物应用情况的统计，涉及到转基因作物的应用范围，种植面积，种植的转基因作物的性状及转Bt作物控制靶标害虫的效果。统计结果表明近十年的转基因作物应用范围显著增加，种植面积显著增长，种植的转基因作物主要以抗除草剂的转基因作物为主，转Bt作物在控制靶标害虫方面取得了显著的效果。

分析结果表明，2005-2014年转基因玉米的研究主要集中于抗虫，抗逆，环境的安全性评价以及作物性状改良这4个方面。其中的一些研究，如利用RNAi技术抗虫、玉米耐阴（耐密植）、雄性不育等方面，可能会成为未来转基因玉米的研究热点。

4 结论

本研究通过Web of science数据库对转基因玉米进行检索，基于文献计量和内容挖掘方法，对转基因玉米研究进行了较全面的计量分析。在转基因玉米研究方面，美国、中国的论文产出最高；优秀的科研机构主要集中在美国和中国，美国机构的论文影响力较大；转基因玉米研究期刊的出版国家主要集中在欧美大型出版集团，包括Springer（德国）等。日本、瑞士学者是转基因玉米研究领域的优秀学者，国际影响力较大。转基因玉米的研究热点主要集中于抗虫，抗逆，环境的安全性评价以及作物性状改良这四个方面。其中的一些研究，如利用RNAi技术抗虫、玉米耐阴（耐密植）、雄性不育等方面，可能会成为未来转基因玉米的研究热点。 近10年来，中国转基因玉米研究论文数量一直处于上升态势，发文量已居世界首位，中国农业科学院、中国农业大学、中国科学院是中国优秀的转基因玉米科研机构，但中国在转基因玉米研究领域的优秀论文的影响力较美国等国家还有一定差距，科技论文质量有待不断提升。

在此次分析中，存在以下几点不足：一是基于Web of science的核心合集数据库进行检索，来源期刊分布的不平衡性对分析结果有一定的影响。二是本研究仅分析了2005-2014年的数据。三是按“转基因玉米”的八个主题词进行检索，可能会检索出涉及转基因玉米的综合类文献以及个别涉及转基因玉米而非以转基因玉米为主要研究对象的论文。

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（责任编辑 李楠）

Research Situation of Transgenic Corn Based on Bibliometrics and Content Mining

ZHENG Ying LIU Jia-yi ZUO Xuan LI Sheng-yan WU Sheng NIE Feng-ying
（Agricultural Information Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081）

Corn is the most widely cultivated cereal crop in the world，thus it possesses critical niche in agricultural production. Since the 80's of last century，the research of genetically modified corn（GMC）has been being a hotspot in the field of agricultural science. In order to understand the research situation of transgenic corn in the world，we analyzed the items that have great influence in this field，such as countries，research institutions，key journals，outstanding authors，and high cited papers，based on the papers of 10 years（2005 - 2014）on GMC collected in the Web of Science. With the content mining method，we extracted 10 core sentences in this topic，and analyzed the research hotspot of transgenic corn. The results showed that the United States and China led the world research level of GMC. China's scientific research institutions issued larger amount papers，but the papers issued from United States were in higher quality and caused larger impact in GMC field. The key journals publishing transgenic corn were concentrated in United States，Britain，Germany，Australia，Kenya，Ireland and Holland. Among the top 20 high cited papers，10 were from the United States. The research hotspot of the transgenic corn focused on the 4 aspects：the pest resistance，the anti-reverse，the risk assessment of environment，and the improvement of crop performance. Some studies，such as the use of RNAi technology against insects，shade-tolerant corn（resistant to high density），male sterility，etc.，could become the next hot topics on GMC in the future.

bibliometrics；content mining；transgenic maize；situation research

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.12.031

2015-11-01

中国农业科学院科技创新工程（CAAS-ASTIP-2015），农业科技竞争情报技术团队（CAAS-ASTIP-2015-AII-08）

郑莹，女，硕士，助理研究员，研究方向：科研管理、农业科技竞争情报、农业经济管理；E-mail：zhengying@caas.cn

聂凤英，女，博士，研究员，博士生导师，研究方向：粮食安全、畜牧经济；E-mail：niefengying@caas.cn