基于Web of Sciences数据库的我国禾草内生真菌学研究论文计量分析

师茜，田沛，南志标

(兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

禾草内生真菌(grass endophyte fungi)是指在禾草中度过全部或大部分生命周期，而禾草不显示外部症状的一大类真菌[1-2]，属麦角菌科(Clavicipitaceae)香柱菌属(Epichlo⊇)[3-5]。其无性型多存在于禾本亚科(Pooideae)的冷季型牧草中，通过种子进行垂直传播。在频繁刈割、践踏和采食的情况下，无性型内生真菌也会发生水平传播。有性型内生真菌则通过产生子座在宿主间进行水平传播。大量的研究表明，存在于我国的禾草内生真菌均为无性型Epichlo⊇内生真菌[6-9]。Leuchtmann 等[10]根据内生真菌的系统发育和形态特征，依据 “一种真菌一个名称”的命名原则，将已发表鉴定的18种有性世代(Epichlo⊇)和25种无性世代(Neotyphodium)内生真菌均划分为Epichlo⊇ 属内生真菌，原本Neotyphodium属认为暂时没有发现其有性世代，也被冠以Epichlo⊇属[6,11]。

1977年，Bacon等[12]从高羊茅(Festucaarundinacea)中分离得到内生真菌。19世纪80年代初，有学者发现与多年生黑麦草(Loliumperenne)共生的内生真菌(Epichlo⊇festucaevar.lolii)有益于宿主植物的生长后[13]，内生真菌成为牧草及草坪草研究的重要组成部分。大量的研究证明，内生真菌可提高禾草的耐旱性[14]、耐盐性[15]、耐寒性[16]、抗病性[17]，并能够促进营养物质的吸收、提高牧草产量[18-19]。大部分内生真菌在宿主体内产生生物碱，目前为止，内生真菌与禾草共生时产生的生物碱主要有吲哚双萜类(indole diterpenes)，麦角碱(ergot alkaloids)，波胺(peramine)和黑麦草碱(lolines)，除peramine外的其余3类生物碱均对哺乳动物有毒，其中毒性较强的是lolitrem B和ergovaline，分别是引致狐茅中毒症和黑麦草蹒跚病的主要原因，给畜牧业带来了巨大损失[11,20-24]。因此，禾草内生真菌的双重特性引起了许多国际学者的兴趣，成为国际研究热点之一[2]。我国对禾草内生真菌的研究始于20世纪。1996年，南志标团队率先对禾草内生真菌进行了初步研究，在《草业学报》和《草业科学》刊物上共发表研究论文3篇[25-27]，这引起了国内学者对禾草内生真菌研究领域的广泛关注。为了使禾草内生真菌更好地造福人类，近20多年来，我国科研工作者立足我国禾草资源，在禾草内生真菌领域展开了大量的研究并发表了一系列的论文。

通过对特定主题文献数量的统计，有助于了解其科学发展的状况。目前与禾草内生真菌研究的相关论文的系统分析尚未见报道。因此，本研究从文献信息学的角度，以禾草内生真菌为主题，采用文献计量方法，对1996-2016年间美国Web of Science数据库中，我国科研人员发表的禾草内生真菌文献进行数量统计和分析，揭示我国科研工作者在该领域的研究动态。这有助于掌握禾草内生真菌研究的最新发展动态，为我国禾草内生真菌学后续的发展提供文献参考。

1 文献获取及数据分析方法

采用大型综合性、多学科引文索引的美国科学信息研究所(ISI)Web of Knowledge的Web of Science数据库，选用普通检索方式，以“Epichlo⊇”或“Neotyphodium”为关键词，在该数据库内检索1996-2016年间相关文献题录数据。手动排除与本研究主题不符、内容无关的文献，筛选得到与禾草内生真菌相关的研究文献共计1042篇(包括港、澳、台地区)。统计文献的年份、数量、影响因子、H指数、发表期刊、主要科研机构、研究方向等信息，对论文发文量、发表期刊、论文影响因子的分布、研究机构、主要研究领域以及高倍引用论文进行分析。其中，影响因子是指某年引用某期刊前两年论文的总次数与前两年该期刊发表的论文总数的比值，它是国际上通行的期刊评价指标[28]。H指数是指一个国家(或机构、科研人员)最多有H篇论文分别被引用了最少H次，该值越高，表明它的论文影响力越大[29]。

2 结果与分析

2.1 全球发文趋势及国家分析

1996-2016年间，Web of Science 数据库收录的禾草内生真菌研究相关论文共计1042篇，发文国家共31个。之后，选取发文量排名前10名的国家进行统计(表1)。美国、新西兰的发文量和H指数(high citiations)领先于其他国家，瑞士的平均被引次数最高，因此国际上对于禾草内生真菌研究的主要力量分布在美国、新西兰和瑞士这3个国家。虽然我国禾草内生真菌研究相对于美国、新西兰、瑞士、阿根廷、澳大利亚、日本等国家起步较晚，但是到2016年，我国禾草内生真菌研究发文量已迅速超越许多国家，国际排名跃居第4。

选取发文量前5位的国家，按发表年份汇总(图1)。1996-2016年之间，美国、新西兰、阿根廷、瑞士、中国5个国家的年发文数量虽然波动较大，但整体呈缓慢上升的变化趋势。我国对禾草内生真菌研究的首篇论文是在1998年由清华大学学者Ju等[30]在Journal of Agriculture and Food Chemistry上发表的题为“Bioactive flavonoids from endophyte-infected blue grass (Poaampla)”的文章，该文对感染和不感染Neotyphodium内生真菌的巨早熟禾(Poaampla)不同部位的乙醇、乙酸乙酯、正己烷提取物的杀虫活性进行检测，发现感染Neotyphodium内生真菌的巨早熟禾具有抗蚊子幼虫的活性，然而未对其携带的内生真菌及其他生理及生化方面进行研究，跟踪检索发现该作者后来也并未发表内生真菌相关文献。因此，严格意义上讲这并不能算中国对禾草内生真菌方面研究的初始元年。2004年后，自兰州大学南志标院士团队从醉马草(Achnatheruminebrians)中分离得到甘肃内生真菌并正式命名为：Epichlo⊇gansuensisSchardl, comb. nov.[10,31]开始之后,国内科研工作者逐步展开对禾草内生真菌的研究[5]。

表1 1996-2016年间，发表禾草内生真菌发文总量居前10的国家Table 1 Top 10 countries of publishing article on grass endophyte fungi during 1996-2016

2.2 1996-2016年间我国发表禾草内生真菌文献期刊分布

图1 1996-2016年间，总发文量前五的国家年发文情况分析Fig.1 The dynamic of top 5 countries publishing articles on grass endophytic fungi during 1996 to 2015

表2列出了收录我国禾草内生真菌研究论文数量排名前15的期刊。我国的66篇论文发表于42个期刊，其中有25个期刊分别各收录1篇，Fungal Ecology，Mycologia和Symbiosis是刊登我国禾草内生真菌论文的三大主要期刊(表2)。发表在影响因子小于1，介于1～2、2～3、3～4、4～5，大于5的期刊论文数量分别占7.75%、24.24%、46.97%、12.12%、4.54%、4.54%(图2)。2007年，由南开大学高玉葆教授团队发表在Fungal Diversity(IF2016=13.465)期刊的题为“Distribution and diversity ofEpichlo⊇/Neotyphodiumfungal endophyte from different populations ofAchnatherumsibiricum(Poaceae) in the Inner Mongolia Steppe, China”的论文[32]，是目前我国学者以第一作者身份在禾草内生真菌领域中发表的影响因子最高的论文。随着我国禾草内生真菌研究的深入，不断有论文发表于Plant and Soil (IF2016=3.052，农林1区)[15]、Journal of Agricultural and Food Chemistry (IF2016=3.154，农林1区)[33]、Scientific Reports(IF2016=4.259，综合2区)[34]等高水平期刊。

表2 刊登我国禾草内生真菌研究最多的15种期刊Table 2 Top 15 journals of publishing articles on grass endophyte fungi during 1996 to 2016

2.3 关键词分析

图2 1966-2016年我国禾草内生真菌论文影响因子分布Fig.2 Distribution of impact factors of the articles on grass endophyte fungi published by Chinese scientists during 1996 to 2016

关键词是对论文的研究内容、方法、对象等的高度概括，从关键词的分布可以看出相应研究领域的研究热点、创新及发展趋势。表3列出了66篇论文中出现频次排名前10的关键词共计10个。通过关键词分析可知，醉马草(Achnatheruminebrians)和羽茅(Achnatherumsibiricum)为主要研究对象，禾草内生真菌资源挖掘，产碱特性以及其对生态系统的作用，内生真菌提高宿主植物抗旱性、抗寒性、抗盐性的生理生化机制研究是我国禾草内生真菌主要的研究热点。

1)我国有着丰富的禾草资源，超过77种禾草被认为携带有Epichlo⊇内生真菌，已知带菌的禾草存在于芨芨草属(Achnatherum)、冰草属(Agropyron)、剪股颖属(Agrostis)、短柄草属(Brachypodium)、雀麦属(Bromus)、拂子茅属(Calamagrostis)、隐子草属(Cleistogenes)、鸭茅属(Dactylis)、发草属(Descampsia)、披碱草属(Elymus)、偃麦草属(Elytrigia)、画眉草属(Eragrostis)、羊茅属(Festuca)、大麦属(Hordeum)、赖草属(Leymus)、臭草属(Melica)、溚草属(Koeleria)、早熟禾属(Poa)、鹅观草属(Roegneria)、针茅属(Stipa)[2,6]。目前为止已从我国禾草中分离鉴定的内生真菌有9种，其中7种为新种[6]。禾草内生真菌资源的挖掘，有助于整体认识和理解内生真菌的系统发育过程以及优良禾草的选育和改良。2)禾草内生真菌共生体产生的生物碱可在宿主体内积累，帮助其防御捕食者，进而对上一级营养层甚至生态系统中多级营养层产生影响。此外，研究发现对家畜具有毒害作用的醉马草-内生真菌共生体有利于维护草原植物和节肢动物的多样性，为草原生态系统的建立提供了新视野[35]。3)干旱是影响植物生存、生长和分布的最重要的非生物胁迫之一。内生真菌能够提高共生体的耐旱性主要是在干旱条件下寄主植物经过一系列形态和生理的适应和调整来适应环境，这些适应和调整使寄主植物能及早避免水分丢失，增强对干旱的抵抗力和提高干旱结束后的恢复力[2,35]。我国对禾草内生真菌提高宿主抗非生物与非生物胁迫的生理生化机制也进行了大量的研究[15,36-42]，这有利于进一步深入理解禾草与内生真菌的共生关系。

表3 出现频次排名前10 的关键词Table 3 The frequency of the key words published in top 10

2.4 论文被引情况分析

我国禾草内生真菌研究领域被引次数最高的前 10篇论文见表4。 从10篇高被引用论文研究内容来看，禾草内生真菌新种的发现、对生物胁迫与非生物胁迫的抗性以及生物碱类次生代谢产物研究的关注度最高。分子生物学相关的研究论文占2篇，均侧重于对生物碱合成基因的分析，其中一篇的被引次数达116，而另一篇被引次数为34。可见分子生物学为禾草内生真菌的研究提供了新技术、新方法，禾草内生真菌在分子生物学方面的研究已成为当前该研究领域的活跃部分。而关于新种的挖掘、内生真菌与宿主的互作的论文也有较高的引用率。近年来，随着分子生物学、基因组学、代谢组学、生物信息学的快速发展以及在植物和真菌学领域内的广泛应用，世界禾草内生真菌的研究方向主要集中在内生真菌与寄主相互作用的分子机制以及利用内生真菌进行牧草和草坪草育种等方面[11]。相应地，我国也积极开展了对禾草内生真菌在分子方面的研究，代表性工作有：利用特定DNA片段如tubB、tefA序列研究内生真菌以及相关宿主进行遗传多样性、系统发育、起源和进化[43-45]；对内生真菌提高醉马草种子萌发的转录组学进行分析[45]，均取得了一定的研究成果。

表4 1996-2016年，禾草内生真菌研究前10篇高被引论文Table 4 Top 10 most cited articles in the field of grass endophyte fungi during 1996 to 2016

3 讨论

近年来，随着分子生物学、基因组学、代谢组学、生物信息学的快速发展以及在植物和真菌学领域内的广泛应用，国际禾草内生真菌的研究主要集中在内生真菌与寄主相互作用的分子机制以及利用内生真菌进行牧草和草坪草育种等方面[11]，例如：基于基因敲除技术开展的单个目标基因的研究，阐释了维持内生真菌与宿主动态平衡的分子机制[44-45]；对peramine、ergot和loline生物碱的生物合成途径、调控基因以及其所编码的酶已有了深入研究，明确了次生代谢物多样性与基因的关系[27,48]；利用基因组学等技术筛选对家畜无毒的内生真菌菌株，通过接种技术建立新的既具有抗逆，又对家畜无毒的禾草-内生真菌共生体，提高禾草品质并确保对动物的安全性[48-49]。

虽然我国禾草内生真菌已取得了长足的进步，但是与美国、新西兰等国家还存在一定的差距。由文献计量分析发现，未来我国禾草内生真菌研究可能在以下方面具有较大发展潜力：1)禾草内生真菌的分类地位评价。目前为止，已从我国禾草中分离鉴定的内生真菌有9种，其中7种为新种，但一部分内生真菌未鉴定至种的水平；2)禾草内生真菌遗传进化、功能基因、比较基因组方面的研究。我国对内生真菌提高宿主禾草抗生物与非生物胁迫、产生物碱进行了大量的研究，但是在遗传进化、功能基因、比较基因组方面的研究较少；3)生物农药资源开发和利用。Song等[33]已从披碱草内生真菌中分离纯化出具有类似除草剂活性生物化合物，对多年生黑麦草和早熟禾幼苗生长具有明显的抑制作用。内生真菌是丰富的天然产物资源库，孕育着多种新型化合物，利用这些新型化合物创制出更有效、环保的杀虫剂、杀菌剂、除草剂等生物农药，具有广阔的应用前景。

此外，我国需加强在禾草内生真菌领域的投入。包括人才的培养和引进，国际合作与交流，以及增加科研所需的各种软硬件投入。不断提升禾草内生真菌领域的科研水平，推动我国禾草内生真菌研究事业的发展，缩短与其他国家的差距，进一步提升我国在禾草内生真菌研究领域的国际影响力，积极发挥禾草内生真菌对农业发展和生态环境可持续应有的贡献和价值。积极推动草地农业智库系统的构建，深入研究禾草内生真菌在草地农业生态系统中的作用，助力中国农业结构转型[50]。