植物组织培养中块茎与块根诱导研究进展——基于文献计量学分析

罗晓铮赵春晓苏秀红贾秧秧董诚明

(1.河南中医药大学药学院，河南 郑州 450046；2.河南中医药大学呼吸疾病诊疗与新药研发河南省协同创新中心，河南 郑州 450046)

前言

植物的块根主要是由不定根或侧根发育而成，如何首乌(Fallopia multiflora(Thunb.) Haraldson)、天门冬(Asparagus cochinchinensis(Lour.) Merr.)、甘薯(Dioscorea esculenta(Lour.) Burkill)等；块茎是一种呈块状的茎，通常是在地下形成的，肉质肥大，与块根相似，但有很短的节间，如半夏(Pinellia ternata(Thunb.) Makino)、马铃薯等。目前，我国许多植物都是以块茎和块根作为经济器官，具有较高的食用及药用价值[1,2]，如甘薯、马铃薯、地黄(Rehmannia glutinosa(Gaertn.) DC.)、半夏、天麻(Gastrodia elata Bl.)等，这些植物的块根与块茎的膨大程度直接决定了其食用、药用及经济价值。但是这些植物长期用块茎或块根进行无性繁殖，导致病毒感染严重，产量降低，种质退化[3]。如，半夏长期利用块茎和珠芽进行营养繁殖，导致病毒逐年积累，病害严重[4]；地黄长期用块根进行无性繁殖，使其病毒感染严重，通常田间感染率高达100%[5]。利用茎尖脱毒培养技术是解决地黄和半夏病毒病的最根本途径，然而脱毒苗繁殖系数小、成活率低、育苗周期长，运输极不方便[6]。因此为了加快繁殖速度，降低生产成本，提高块茎与块根的产量，加速作物脱毒技术工业化进程，建立高效的块茎与块根诱导技术是必不可少的。通过搜索发现，我国已有很多研究开始利用不同的诱导方法促进块茎与块根的形成和膨大，如在培养基内加入不同浓度的外源激素[7,8]、蔗糖[9,10]，改变光照强度和时间[11,12]、温度[13]等；且这些诱导技术对部分植物的块根或块茎诱导取得较好成果，如半夏组织培养中小块茎增殖快、筛选方便、萌发率高，用其作为制作人工种子的繁殖体，可攻克以体细胞胚为繁殖体存在的诱导增殖慢、筛选难、萌发率低等难题，从而具有应用于生产的实际可行性[14]。文献计量分析法是集数学、统计学、文献学为一体，能多角度地分析文献研究的理论发展与实际进展，以探索出研究的热点，为相关研究领域的科研人员更好掌握研究的动态与热点提供参考[15]。本文采用文献计量学的方法了解植物组织培养中块茎和块根诱导的研究进展，对建立高效的块茎和块根诱导技术具有重要的指导意义，也为在该领域的后续研究提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 数据来源

本文通过CNKI全文数据库(中国知网)、中文科技期刊数据库(维普网)、中国学术期刊数据库(万方数据)，对“块茎诱导”和“块根诱导”进行主题词搜索，限定时间为建库至2020年12月，获取与植物组织培养中块茎与块根诱导相关的全部文献。共得到有效文章601篇，其中包括期刊论文294篇、博硕论文182篇、专利95篇、会议论文15篇、其它论文15篇。

1.2 研究方法

本文采用文献计量学的方法对植物组织培养中块茎与块根诱导的发文数量、关键词、植物种类、文献期刊、期刊分布、机构等进行数据分析，EXCEL软件绘制图表。

2 结果

2.1 发文趋势研究

本文对汇总的601篇文献进行分析，其中最早关于块茎诱导的文章由梁厚果1982年发表于《Journal of Integrative Plant Biology》[16]。本文对每5a的发文数量进行统计，由图1、2可以看出，关于植物组织培养中块茎与块根诱导的文章始于1982年，其中，2000年前一共有26篇，在此期间内，研究者对植物块茎与块根的诱导关注相对较少，该产业还处于萌芽期。2000年后，发文数量增长迅速，2000—2020年共发表575篇文章，且在2010—2015年期间发文数量达到了峰值。

图1 我国在该领域发文量趋势图

图2 我国在该领域每5a发文量

2.2 研究热点分析

2.2.1 关键词分析

我国在植物组织培养诱导中块茎与块根诱导的研究中，关键词出现频率较高的有“马铃薯”(148次)、“块茎”(120次)、“组织培养”(110次)、“半夏”(81次)等，这说明我国的研究者们在该领域对马铃薯、半夏的研究较多，并将出现频次大于2的关键词进行可视化分析(见图3)。

图3 关键词出现次数排名

2.2.2 植物分布研究

统计的601篇文献中，一共有48种植物，其中药用植物有29种，占总植物种类的60.42%。如图4所示，在该研究中，马铃薯、半夏、山药(Dioscorea polystachya Turcz.)的研究位居前3，其中马铃薯研究为最多(42.41%)，究其原因马铃薯是世界第4大粮食作物，且我国是世界排名第1的马铃薯生产国，马铃薯在我国的农业生产和粮食安全中占据重要地位[17]。在药用植物中，研究较多的是半夏、山药、马蹄莲(Zantedeschia aethiopica(Linn.) Spreng.)、魔芋(Amorphophallus rivieri Durieu)、地黄等，其中半夏是一种很重要的传统中药材，具有镇咳、祛痰、镇痛、提高记忆等疗效，具有很好的发展前景。

图4 我国在该领域所研究植物所占比例

2.3 期刊及影响因子分析

2.3.1 期刊发文量分析

所统计的601篇文献中共有291篇文献发表在144种期刊上，发文数量最多的期刊是《中国马铃薯》和《北方园艺》，这2个期刊从1982年至今在该领域均发表16篇文章，占总文章的2.73%，其余3个期刊分别是《植物生理学报》(12篇)、《安徽农业学报》(11篇)、《江苏农业科学》(8篇)，见图5。

图5 我国在该领域排名前5的期刊发文数量

2.3.2 期刊影响因子分析

期刊的影响因子是代表期刊影响力的一项定量指标，通常期刊的影响因子越高，期刊的学术影响力越大。统计显示，601篇文献中共有144种期刊，其中《生态学报》的影响因子最高为3.763。按照期刊的影响因子排名，排名前10的分别是《生态学报》、《中国农业科学》、《中草药》、《中国中药杂志》、《作物学报》、《草业科学》、《核农学报》、《植物学通报》、《植物生理学报》、《园艺学报》，其影响因子及排名如图6。

图6 我国在该领域排名前10的期刊及其影响因子

2.4 发文机构分析

本文对601篇论文的发文机构进行分析，发现发表论文数量最多的机构是华中农业大学，从1982年至今共发表了43篇文章，其次依次是甘肃农业大学(23篇)、南京农业大学(17篇)、河南师范大学(12篇)、西南大学(12篇)、淮北师范大学(11篇)、浙江大学(10篇)、浙江理工大学(10篇)、湖南农业大学(9篇)、四川农业大学(8篇)，具体发表论文的数量及所占比列如图7所示。通过对数据汇总分析可知，华中农业大学关于马铃薯和半夏的研究较多；甘肃农业大学、浙江大学和湖南农业大学主要研究对象是马铃薯；河南师范大学主要围绕山药和地黄进行研究，其中山药占比较大；西南大学、淮北师范大学和浙江理工大学关于半夏的研究较多。

图7 排名前10的机构发文量

3 讨论

我国第1篇关于植物组织诱导培养中块茎与块根诱导的文章在1982年发表，这是研究者对该领域探讨的起点，表明研究者开始意识到建立一套高效的块茎与块根诱导技术的重要性。至2000年以来，发表文章增多，共发表了575篇文章，比2000年以前多出549篇，占总文章的95.67%。这表明我国关于该领域的研究在前20a内打破了瓶颈迅速发展，取得了较好成果。据数据显示，我国关于该领域的发文数量在2010—2015期间达到了最大值，共发表了175篇文章，平均每年发表文章数量高达35篇，这表明我国的研究者们对植物组织培养中块茎与块根诱导的研究非常关注。

我国关于植物组织培养中块茎与块根诱导的研究中，所研究的植物高达48种，其中药用植物有29种，在所有关于该领域的文章中，关于马铃薯块茎诱导的文章占总植物种类的42.41%，关于半夏块茎诱导的文章占总植物种类的23.21%，关于山药块茎诱导的文章占总植物种类的12.61%，其次依次是马蹄莲、魔芋、地黄、菊芋(Helianthus tuberosus Parry)、白及(Bletilla striata (Thunb. ex A. Murray) Rchb. f.)等。1984年，王军[18]等进行了马铃薯的块茎诱导，该文中研究者开始尝试用遮光的条件诱导马铃薯的气生块茎。随后，研究者对马铃薯的块茎诱导研究较为关注且比较深入，但对于其它植物如地黄、菊芋、马蹄莲、人参(Panax ginseng C. A. Mey.)等研究较少，还未取得明显进展，仍有很大发展空间。

我国在植物组织中块茎与块根诱导的研究中已经取得了明显成果。如，研究者筛选出了诱导黄独微型块茎形成的植物生长调节剂单独使用和组合使用的适宜浓度，为黄独微型块茎的离体诱导形成及工业化生产奠定基础[19]；在山药块茎的诱导中，NAA与2,4-D组合中，二者浓度都为0.5mg·L-1时诱导的铁棍山药微型块茎较多且较大，NAA与PP333的组合中，NAA 0.5mg·L-1与PP333 0.1mg·L-1的诱导效果最好，其诱导率高达100%[20]；周庆红[21]等研究表明，在添加0.5mg·L-16-BA和0.5mg·L-1NAA的1/2MS培养基中，试管块茎的诱导率最高为66.67%。这些结果表明，我国在该领域发展较快，热度较高。

该领域的发文机构和作者分布方面，我国主要研究机构为高校，其中农业大学的贡献更为突出。综上，通过对植物组织培养中块茎与块根诱导研究的文献计量学分析，可使研究者对当前植物组织培养中块茎与块根诱导的研究现状和研究热点有一个更系统性地了解，在后续的研究中能够更加明白研究方向，有的放矢，避免浪费人力、物力、财力。