基于共词可视化枯草芽孢杆菌免疫研究热点分析

2017-01-08金三俊董佳琦刘冰璇刁新平

饲料工业 2017年4期

■金三俊董佳琦刘冰璇刁新平*

（1.东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨 150030；2.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨 150030）

在2012年，联合国发布的《大数据促发展：挑战与机遇》白皮书引起了国际社会的高度重视，世界各国也在加快推进大数据战略布局，在科学研究领域，研究人员可以运用计算机软件对研究或将要研究的内容或结果进行大数据分析处理，进而找到研究热点，确定研究方向。目前，关于大数据的分析主要用于教育学方面，本研究以教育学研究方法为参考，并采用文献计量的方法对近年来枯草芽孢杆菌并包含免疫的相关研究进行可视化分析，较为客观、深入地勾勒出我国枯草芽孢杆菌和免疫的研究热点与主题，为枯草芽孢杆菌新的研究提供“知识蓝图”。

1 数据方法及工具

1.1 数据来源

本研究文献来自中国知网（CNKI），以“枯草芽孢杆菌”和“免疫”为高级检索对象，文献统计时间为2005年1月1日～2016年10月10日，文献来源为所有期刊，共检索出557篇文献。根据研究需要对初步获得的期刊进行手工筛选，删除会议通知、重复发表文章、文件、讲话和关键词的期刊，共得到有效期刊文献306篇。

1.2 研究方法

本研究以共词分析为核心，并运用社会网络、聚类及多维尺度分析等方法对关键词进行聚类分析。首先，在中国知网页面导出“枯草芽孢杆菌”和“免疫”的所有相关文献，设置为Bicomb所支持的Note First缺省格式；第二，使用Bicomb2.0共词分析软件对关键词进行提取并生成相应的共词矩阵（共现矩阵）和词篇矩阵[1]；第三，运用社会网络分析软件对共词矩阵进行可视化分析并绘制出高频关键词社会网络关系图谱；第四，为了进一步了解“枯草芽孢杆菌”和“免疫”的研究类别，将Bicomb提取的词篇矩阵导入SPSS18.0进行系统聚类，采用组内联接的聚类方法，运用度量标准中的二分类的Ochiai系数，得到高频关键词的相似矩阵以及系统聚类分析树状图，然后通过EXCEL工具用“1”与相关矩阵全部数值相减，得到表示两个关键词间相异程度的相异矩阵[2]。第五，将相异矩阵导入SPSS18.0软件中进行多维尺度分析，得到枯草芽孢杆菌并包含免疫的知识图谱，近而总结出枯草芽孢杆菌并包含免疫这一领域的研究热点及未来发展趋势。

2 数据统计及分析

2.1 数据统计

本研究在CNKI上择取2005年1月1日～2016年10月10日，“枯草芽孢杆菌”并包含“免疫”期刊文献共306篇，其中每年相关期刊文献的数量如图1所示。由图1可知，自2005年以来，关于枯草芽孢杆菌的研究逐渐展开，并且在CNKI发表的文献呈现逐年上升的趋势，并且在2014年和2015年，相关文献的数量达到了顶峰，即对枯草芽孢杆菌免疫进行了较为深入的研究。

图1 枯草芽孢杆菌并包含免疫的相关期刊文献发表数量

2.2 高频关键词统计分析

关键词是反映文章研究方向和内容的核心词汇，而高频关键词则说明了学术界该领域的研究热点及方向。特定研究领域一段时间内大量研究成果的关键词集合，有助于确定该领域的发展脉络、热点前沿及发展趋势等[3]。本文通过Bicomb软件分析系统提取出研究年限期间所有期刊相关文献的所有关键词，共得到关键词819个。高频词的选择的标准一般为截取的高频词累计频次达到总频次的40%左右[4]。本文选择词频≥5的50个关键词为高频关键词，占关键词总词频的40.07%，这些关键词显示出在国内枯草芽孢杆菌免疫的研究热点及方向（如表1所示）。

表1 我国枯草芽孢杆菌免疫研究高频关键词统计

从表1可以看出：除去“枯草芽孢杆菌”和“免疫”关键主题检索关键词以外，位于前十位的关键词分别是“生长性能”、“肠道菌群”、“免疫功能”、“生产性能”、“肉鸡”、“益生菌”、“微生态制剂”、“生长”“芽孢杆菌”及“草鱼”。这些高频关键词在很大程度上反映了我国枯草芽孢杆菌免疫等相关领域的研究热点及方向。

2.3 社会网络分析

相对而言，高频关键词的分析只能反映出该词在相关领域出现的频次，并不能较好地反映出关键词之间的内部联系。为了对枯草芽孢杆菌免疫关键主题检索词而出现的关键词进行进一步的剖析，笔者运用Bicomb软件得出高频关键词的（部分）共现矩阵（如表2）。之后笔者将共现矩阵中的相关数据通过社会网络分析软件Ucinet 6.0进行可视化分析，并形成了高频关键词社会网络分析图谱（如图2所示）。

表2 部分高频关键词共现矩阵

表2(续) 部分高频关键词共现矩阵

共现分析也叫共词分析，是对一组词两两统计它们在一篇文献中出现次数的分析方法。共现分析的一个主要途径是确定这些代表性术语之间的概念图谱或知识网络，通过一系列类似图谱就可以相当详细地描述某一学科的主题[5]。从表2中可以看出，同一篇文章中共现次数≥10的共现关键词搭配总共有14对，“枯草芽孢杆菌+生长性能”、“枯草芽孢杆菌+肠道菌群”、“枯草芽孢杆菌+免疫”、“枯草芽孢杆菌+免疫功能”、“枯草芽孢杆菌+生产性能”、“枯草芽孢杆菌+肉鸡”、“枯草芽孢杆菌+生长”、“枯草芽孢杆菌+抗菌肽”、“生长性能+肠道菌群”、“生长性能+免疫”、“生长性能+免疫功能”、“免疫+生长”、“生产性能+肉鸡”及“生长+抗菌肽”，出现频次分别为26次、19次、18次、22次、12次、16次、26次、12次、12次、10次、12次、10次、11次及12次。

图2 高频关键词社会网络分析

图2中的正方形点代表高频关键词节点，节点越大，代表该节点在整个关键词网络中的作用越大，说明它控制其他节点共现的能力也越强；节点之间的关系用实线连接，实线越粗，代表相互之间的关系越强[6]。从图2中可以看出，50个关键词构成了以“枯草芽孢杆菌”、“生长性能”及“肠道菌群”为核心而形成网络核心关键词的核心图。笔者将从以下三个方面对枯草芽孢杆菌免疫研究热点之间的相互关系。首先，从节点大小上进行分析，以“枯草芽孢杆菌”为核心，“生长性能”、“生产性能”、“肠道菌群”、“免疫”、“免疫功能”、“非特异性免疫”、“益生菌”及“消化酶”等，构成了我国枯草芽孢杆菌免疫研究领域的核心关键词，这些关键词与其他关键词的共现能力强，并且能够影响其他关键词出现的频率，较强地反映了我国枯草芽孢杆菌免疫的研究热点；第二，从各个节点之间的关系来看，以“枯草芽孢杆菌”和“肠道菌群”为核心，其与“生长性能”的关系最为密切，距离最近，这说明枯草芽孢杆菌与生物的生长性能关系密切，而与“生产性能”、“免疫”、“肠道菌群”、“免疫功能”、“非特异性免疫”、“益生菌”及“消化酶”的联系相对密切，这反映了枯草芽孢杆菌免疫密切影响着生物肠道中的菌群数量、生物的生长性能、生物的生产性能、生物的免疫功能及生物体内消化酶的活性，即枯草芽孢杆菌免疫与生物的生长免疫性能密不可分；最后，从整个网络来看，“原核表达”、“细胞因子”、“先天性免疫”、“分离纯化”等关键词的关系相对比较独立，这些关键词与其他关键词的共现关系相对来说较少，联系也较为松散。

2.4 高频关键词聚类分析和多维尺度分析

“枯草芽孢杆菌免疫”经社会网络分析之后初步了解了枯草芽孢杆菌免疫的研究热点及高频关键词内部深层次的联系。本文为了进一步研究各个关键词之间的更深层次研究的结构领域，笔者运用SPSS18.0软件，对高频关键词进行了聚类分析和多维尺度分析，分别得到了聚类竖图和知识图谱(见图3及图4)。

利用SPSS18.0软件进行聚类分析和多维尺度分析，通过分析结果可知：聚类分析将其分为三个大的节点，即分为三大类；多维尺度分析结果将高频词汇分类也得到了三个类似的结果；这两种分析结果得出的关键词并不完全一致，这里我们采取相似词汇（如肉鸡和肉仔鸡）算作一类的原则进行综合考虑，并以多维尺度分析为主，秉承将关键词进行“求同存异”择取的原则得出较为合理的结论。综合聚类分析和多维尺度分析将枯草芽孢杆菌免疫的主题进行归纳和总结，大致可分为以下三类。

图3 高频关键词聚类树状分析

第一类：枯草芽孢杆菌对家畜、家禽肠道菌群和免疫器官指数的影响。该主题主要包括肉鸡、肉仔鸡、断奶仔猪、生长性能、生产性能、发酵、免疫机制、免疫功能、免疫器官指数、微生态制剂、抗菌肽、消化酶等关键词。枯草芽孢杆菌作为益生菌在畜禽养殖业上的应用已经较为广泛，枯草芽孢杆菌可作为绿色饲料添加剂，具有“三无”特点并提高畜禽的生产性能。枯草芽孢杆菌是存在于动物体内的有益菌，枯草芽孢杆菌作为添加剂具有调节肠道的菌群结构，促进肠道有益菌的生长，改善肠道pH值、亚健康的水平，促进畜禽生长及免疫器官的发育等功能。枯草芽孢杆菌自身含有菌体蛋白等营养物质，微生物在畜禽体内生长增殖的过程中不断地分泌酶类可促进机体对营养物质的消化吸收，微生物本身对机体来说是一种异己生物，可刺激机体的免疫系统，增强机体的免疫能力。乔宏兴等[7]研究表明，黄芪-枯草芽孢杆菌复合发酵制剂可作为绿色饲料添加剂，能完全替代肉鸡饲粮中的抗生素，提高肉鸡的生长性能和免疫功能。孙焕林等[8]研究表明，对黄羽肉鸡饲喂枯草芽孢杆菌发酵的豆粕饲料，可有效提高黄羽肉鸡的免疫器官指数、体内总蛋白数及免疫球蛋白的数量，且以饲粮中添加5%的豆粕发酵为最优。裴跃明等[9]研究表明，产蛋后期鸡的日粮中添加0.5%（为最适添加量）的枯草芽孢杆菌制剂可显著提高产蛋鸡的产蛋性能、蛋的品质并有效改善蛋鸡肠道的健康。黄雪泉[10]研究表明，在仔猪日粮中添加枯草芽孢杆菌以0.01%较好，能够显著提高仔猪的生产性能，并可代替抗生素使用。李云锋等[11]研究表明，将枯草芽孢杆菌灌服仔猪，可促进肠道中分泌IgA的细胞数量增加。边连全等[12]研究表明，枯草芽孢杆菌-菊糖合生元作为饲料添加剂可使试验组仔猪日增重及免疫球蛋白的含量显著高于对照组，而腹泻率低于对照组，即枯草芽孢杆菌-菊糖合生元能显著提高仔猪的生长性能和机体的免疫机能。随着枯草芽孢杆菌与畜禽免疫机理相结合的研究逐渐深入，这个研究方向可能是将来的研究热点之一。

图4 高频关键词知识图谱

第二类：枯草芽孢杆菌对水产动物生长性能、免疫和抗氧化功能的影响。该类主题包含枯草芽孢杆菌制剂、草鱼、水质、免疫、生长、抗病力、抗氧化等关键词。枯草芽孢杆菌体内自身合成消化性酶类，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶等，在消化道中与内源酶共同发挥作用，提高饲料消化率。由于机体内有益菌自身代谢可分泌一些酶类，即益生菌可增加畜禽体内酶的含量，加强肠道对营养的利用率。也有研究表明，枯草芽孢杆菌可增强机体的免疫力，增强机体的免疫功能。何伟聪等[13]研究发现，在军曹鱼幼鱼饲料中添加枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌及两个菌种的混合物（质量比1∶1）可显著增加肝脏淀粉酶及肝脏和肠道淀粉酶的活性。殷海城等[14]研究表明，黄河鲤鱼饲料中添加枯草芽孢杆菌可提高黄河鲤鱼的免疫功能和抵抗力,且枯草芽孢杆菌的最适添加量为3.0×1011～4.5×1011CFU/kg。王文娟等[15]研究表明，草鱼饲料中添加枯草芽孢杆菌可显著提高草鱼的增重率、特定生长率和IgM的含量，即枯草芽孢杆菌可提高草鱼的生长性能及部分免疫性能。

第三类：枯草芽孢杆菌对家畜、家禽生长性能和血清生化指标的影响。该类主题包含血清生化指标、消化酶、细胞因子、免疫调节等。枯草芽孢杆菌具有提高动物生产性能的功效，并且对畜禽血液生化指标有一定促进作用。枯草芽孢杆菌菌体能合成生物体需要的多种酶类，在消化道中与动物体内本身的消化酶共同发挥作用，使机体更好地消化吸收，以此提高饲料利用率并且促进动物生长性能。枯草芽孢杆菌对畜禽具有良好的促生长作用，张海涛等[16]将纳豆枯草芽孢杆菌添加在断奶前犊牛开食料中，发现犊牛的断奶日龄明显变短，也相应提高了犊牛的日增重，这样就降低了犊牛对开食料的采食量，有效促进犊牛健康生长。李兴华[17]试验表明，在肉鸡饲粮中添加枯草芽孢杆菌制剂，会促进其生长。枯草芽孢杆菌制剂的使用显著提高了肉鸡末均重和平均日增重，并显著降低了耗料增重比。陈兵等[18]试验表明，日粮中添加200 mg/kg左右的纳豆芽孢杆菌剂可以显著提高肉用仔鸡生长性能，但是过多的添加量反而不能达到好的效果。李俊波[19]研究结果表明，日粮中添加250 mg/kg和500 mg/kg的枯草芽孢杆菌制剂都可以在一定程度上提高日粮中钙的消化率。由于枯草芽孢杆菌分泌了淀粉酶和蛋白酶，枯草芽孢杆菌制剂还提高了日粮中粗蛋白和有机物的消化率。枯草芽孢杆菌在母猪和仔猪中的促生长作用受到很多学者的关注。刘影等[20]表示，在母猪和仔猪的日粮中添加一定剂量的枯草芽孢杆菌可以减少哺乳仔猪的腹泻，提高断奶仔猪在断奶后的重量。黄雪泉[21]试验表明，在仔猪日粮中添加0.10%的枯草芽孢杆菌，可以显著提高断奶仔猪的增重并且改善饲料转化率，也可提高断奶仔猪的抗病能力，显著降低断奶仔猪腹泻率。边连全等[22]试验也得到了一致的结论。

枯草芽孢杆菌不仅对畜禽的生长性能有促进作用，对其血清生化指标也有一定影响。翟玲等[23]试验结果表明，枯草芽孢杆菌可提高肉鸡的抗氧化能力并减少氧化应激，从而提高肉鸡的生长性能。余东游等[24]试验结果表明，日粮中添加枯草芽孢杆菌显著提高了罗斯308肉鸡全期(1～42日龄)平均日增重，且主要通过后期(22～42日龄)的促生长效果体现出来。添加枯草芽孢杆菌还提升了血清中IgG的含量，但对其他免疫球蛋白和血清溶菌酶和细胞因子无显著影响。滑静等[25]试验证明，枯草芽孢杆菌能使试验鸡血清中丙氨酸氨基转移酶活性升高，血清总蛋白含量上升，这提示了动物体内氨基酸代谢旺盛，蛋白质分解代谢下降，合成代谢加强，有利于氨在体内的蓄积，机体对饲料的转化效率提高。而且添加0.2%的枯草芽孢杆菌可以使肉仔鸡血清中的碱性磷酸酶活性极显著高于对照组。添加适量的枯草芽孢杆菌可以使畜禽更迅速地建立平衡的微生物区系，帮助畜禽抵抗病原菌的侵袭。饲料中添加枯草芽孢杆菌，不仅可以使肠道微生物区系稳定和健康，还可以保证幼畜生活的环境中的如大肠杆菌的病原微生物的数量得以控制在安全范围中。所以，饲料中添加适量的枯草芽孢杆菌可以替代抗生素类药物在畜禽日粮中的作用，从根本上解决使用抗生素带来的诸多问题，枯草芽孢杆菌无残留、无毒副作用，是人们期待的一种理想的促生长添加剂。

3 总结

本研究基于共词分析的知识图谱对有关枯草芽孢杆菌相关期刊文献进行分析，得出如下结论。

3.1 枯草芽孢杆菌免疫相关文献

由在中国知网上搜索到的枯草芽孢杆菌免疫相关文献可知，国内对枯草芽孢杆菌免疫相关的研究主要集中在近几年，且在不同生物上的研究都有涉及。截止到2016年10月10日，共筛选有效文献306篇。近几年对枯草芽孢杆菌免疫的研究相对并不深入，只停留在表观数据，涉及畜禽肠道及分子方面研究相对较少，笔者根据相关文献推测应对枯草芽孢杆菌对畜禽肠道重量、肠道长度和肠道长度相关基因进行研究。

3.2 枯草芽孢杆菌免疫关键词矩阵分析

从表2中可以看出，业内相关研究人员对枯草芽孢杆菌免疫的相关研究文献中，同一篇文章共现次数≥10的共现关键词搭配总共有14对，这说明业内人员对枯草芽孢杆菌免疫的相关研究相对比较分散。研究枯草芽孢杆菌的相关人员可集中资源对枯草芽孢杆菌免疫的一些方面进行研究。

3.3 枯草芽孢杆菌免疫聚类分析和多维尺度分析

通过相应软件对枯草芽孢杆菌免疫进行聚类分析和多维尺度分析的结果表明，目前学术界对枯草芽孢杆菌免疫的研究主要集中在以下三个方面：枯草芽孢杆菌对水产动物生长性能、免疫和抗氧化功能的影响；枯草芽孢杆菌对家畜、家禽肠道菌群和免疫器官指数的影响；枯草芽孢杆菌对家畜、家禽生长性能和血清生化指标的影响。

4 展望

通过相关软件对枯草芽孢杆菌免疫的分析，笔者认为，今后对枯草芽孢杆菌免疫的研究主要集中在以下几个方面。

4.1 枯草芽孢杆菌对畜禽生长、免疫相关基因的研究

学术界对枯草芽孢杆菌的研究涉及到哺乳仔猪、断奶仔猪、肉仔鸡、草鱼及建鲤等多种生物，其研究一般只是测定免疫球蛋白的含量、血清的生理生化指标等方面，关于畜禽生长免疫方面的研究甚少。笔者认为，可以通过尝试饲养试验，分不同批次研究枯草芽孢杆菌对畜禽机体生长基因含量、免疫基因含量及相应抗体效价，通过相应的试验方法进行研究，使学术界对枯草芽孢杆菌的作用更深一步的了解，并使枯草芽孢杆菌的作用发挥到极致。

4.2 枯草芽孢杆菌影响畜禽体内酶类分泌的机制

畜禽体内，酶的作用不容忽视，酶的含量不足或者表达酶的基因发生变化，就会影响整个机体的健康情况。益生菌在畜禽行业的使用使得抗生素被替代成为可能，但是益生菌体内的基因和相关的酶类如何更好地被畜禽应用并没有得到深入的研究。笔者认为，应将枯草芽孢杆菌要研究的酶类或者基因进行标记，研究相关基因在动物体内的运输和转化，使畜禽体对枯草芽孢杆菌吸收利用更加透彻。