油料学科发展态势分析与建议

杨泽宇， 吴蕾， 夏婧， 张向向， 彭睿， 张银波， 李先容*

（1.中国农业科学院油料作物研究所，武汉 430062； 2.中国农业科学院农业信息研究所，北京 100081）

油料作物主要包括油菜、花生、大豆、芝麻、向日葵等，是人类必需植物油脂和蛋白的重要来源[1]，油料安全供给对于保障国家食物安全、促进人民营养健康意义重大。在百年未有之大变局下，科技创新是油料产量提升与提质增效的关键因素，为保障油料供给和质量安全、促进农民增收和农业农村经济发展战略，必需加强学科发展战略研究，依靠科技为产业发展注入新的动力。学科是现代农业科研院所建设的基础和引领创新发展的主线[2]，为了明确油料学科在世界范围内的研究布局和研究水平，提升自主创新能力，本研究采取定性与定量相结合的方式，在分析油料学科及其8个重点研究领域发展态势的同时，基于情报学计量方法分析各领域在世界范围内的研究布局，明确国际研究热点，为该领域科研和管理人员在把握油料学科科技发展趋势、开展科技发展规划、对接国际油料作物科技前沿等方面做出重要决策时提供参考。

1 定量数据来源与统计方法

基于Web of Science的Science Citation Index Expanded（SCIE）中2011—2022年公开发表的论文数据，按照领域专家提供的关键词对数据库进行检索构建数据分析集合，在此基础上，对标题和摘要字段进行清洗整理归并等数据预处理操作，并针对发表时间字段进行统计分析。专家提供的油料作物相关关键词包括油料作物、油菜、菜籽、花生、油菜籽等。油料作物遗传育种领域的关键词包括遗传学、遗传变异、遗传学物质等；油料加工利用领域的关键词包括功能性脂质、脂溶性物质、修饰脂质等；油料营养与健康领域的关键词包括碳水化合物、蛋白质、微量元素等；油料作物种质资源领域的关键词包括种质评估、农艺性状、品种鉴定等；油料作物栽培与耕作领域的关键词包括生长感知、耕作模式、温室气体排放等；油料分子生物学与组学领域的关键词包括基因组编辑、基因编辑、基因工程、转基因安全性评估等；油料作物植物保护领域的关键词包括菌核病、发病机制、致病性、病原体生物学等；油料质量安全与风险评估领域的关键词包括掺假检测、原产地可追溯性、气相色谱质谱法等。采用文献计量、文本挖掘和CorTexT软件，计量分析油料学科的主题分布及8个重要研究领域的发文趋势，了解学科方向研究热点的发展态势，以期为学科发展提供全面客观的分析依据。

2 油料学科整体研究热点分析

油料学科总体发展态势表现为研究目标的个性化和特异化，研究手段的现代化、高通量、大数据，研究内容的多学科交叉融合。近年来，随着科学仪器和以分子生物学、高通量测序、分析化学为代表的现代前沿技术的不断升级，全球油料科技飞速发展，表型精准鉴定、基因资源的深度挖掘、复杂性状分子调控网络解析、基因组设计育种、高效低耗加工技术、精准高效智能栽培技术、高附加值功能脂质创制、真实性鉴别与溯源、营养健康效应研究等新增长点不断涌现，科技创新对产业发展的驱动作用日益明显。

从主题聚类来看，油料学科主要由8个领域方向构成。按照文献量由多到少排序依次为：油料作物遗传育种、油料加工利用、油料营养与健康、油料作物种质资源、油料作物栽培与耕作、油料作物分子生物学与组学、油料作物植物保护和油料质量安全与风险评估方向，如图1所示。图1中节点表示聚类关键词，聚类半径表示该聚类关键词数量，与文献量无关。

图1 2011—2022年全球油料学科研究热点聚类Fig.1 Cluster of global research hotspots in the oil discipline from 2011 to 2022

3 油料学科分领域研究热点发展态势分析

3.1 油料作物遗传育种领域

将2011—2022年分为4个时间段对研究热点的发展态势进行分析，即2011—2013、2014—2016、2017—2019、2020—2022年。由油料作物遗传育种领域的演化路径（图2）可以发现，1条演化主路径由基因表达与盐胁迫、大豆囊肿线虫逐渐演化到多抗油料作物品种选育，这标示着聚合高产、优质、多抗等多优异性状是现代育种发展的重要方向，生物技术高效精准育种是国内外油料作物遗传育种发展的重要趋势。科学技术的不断进步有力推动了油料作物品种改良的理论创新、技术进步和产品创制[3]。1条演化主路径由遗传多样性逐渐演化到基因大数据储备，这标示着分子标记、选择、基因编辑等现代生物技术的发展有力支撑了育种技术的革新，导致大量优异基因资源不断被发掘和创制，促进油料基因大数据的不断积累和储备。转基因技术、双单倍体技术、分子标记辅助选择技术、高通量基因型分型技术、生物信息技术等高新分子育种技术的应用在打破不利基因连锁、提高优异基因的聚合效率、加速育种亲本纯合和育种进程等方面表现出了突出优势，一大批高产、优质、多抗的油料作物新品种成功选育。品种单产、抗性、品质不断提高，适宜机械化性状改良取得突破，大幅减少了机械化收获损失以及生产成本，提升了有关产品在国际市场中的竞争力[4-5]。1条演化主路径由含油量和种子产量逐渐演化到高产优质性状育种，这标示着油料作物的多功能特性正得到逐步发掘和利用。新品种选育已经从单纯追求高产开始转向产量营养品质协同提高、适合机械化生产、提升综合抗性与卫生安全性等综合性状的全面改良，显著推动了世界油料产业的健康发展[6]。

图2 2011—2022年油料作物遗传育种领域研究热点时序Fig.2 Chronological research hotspots in the field of oil crop genetic breeding from 2011 to 2022

3.2 油料加工利用领域

由油料加工利用领域的演化路径（图3）可知，1条演化主路径由可持续发展逐渐演化成多功能发展，这标示着世界范围内油料加工利用呈现出规模化、自动化、绿色化、增值化和多功能化的发展趋势，“智能、节能、低碳、环保、绿色、可持续”的新要求已成为农产品加工产业发展的“新常态”[7]。1条演化主路径由功能性质与乳化性质逐渐演化成玉米淀粉与膳食纤维、液相色谱法与油的使用逐渐演化成油品使用与质谱分析，这标示着油料加工利用理论与技术的研究正由定性为主向精确定量阶段跨越；以最大程度保留营养、降低风险为目标，依据油脂及其伴随物的变迁规律对加工过程进行精确设计和精准控制[8-9]。1条演化主路径由酚类化合物与抗氧化活性、精油与氧化稳定性演化成酚类化合物与抗氧化活性，这标示着油料油脂加工技术从“热榨－五脱精炼”的制备技术向高效低耗智能加工技术、高附加值功能脂质创制技术和油料生物高值化转化技术等方向发展。需要开发高品质、高附加值的油脂与副产品，构建适合油料特性的精准适度加工新模式[10-12]。

图3 2011—2022年油料加工利用领域研究热点时序Fig.3 Chronological research hotspots in the field of oilseed processing and utilization from 2011 to 2022

3.3 油料营养与健康领域

由油料营养与健康领域的演化路径（图4）可知，1条演化主路径由酚类化合物与乳化性质、酸碱性的影响逐渐演化成蛋白质水解物与大豆蛋白，1条演化主路径主要由脂肪酸构成，1条演化主路径由油的使用与液相色谱法逐渐演化成用油与氧化稳定性，这标示着营养健康科技创新和功能产品创制成为油料学科发展新增长点。营养健康科技创新与战略决策部署正在成为全球热点和焦点，食品功能化是全球共同的发展目标[13]。油料含有丰富的功能因子(脂质、蛋白质、多糖等)，在食品领域和医药健康产业领域受到广泛关注，近10年来，我国国家卫生健康委员会（原国家卫生与计划生育委员会）发布的100多种新食品原料中1/4为功能脂质原料，油料营养科技创新和功能产品创制的前沿基础和技术突破将成为推动油料产业发展的核心动力。1条演化主路径由肠外营养逐渐演化成脂质乳液与肠外营养，这标示着随着多组学与大数据等技术发展，功能因子营养健康的分子作用和代谢调控、肠道微生态健康效应成为油料营养健康研究的新趋势。随着慢性疾病、亚健康、重点营养改善人群及大众人群的营养和功能需求升级，深度研发功能因子稳态化和口服利用、高效递送等前沿新技术，实现精准营养、靶向设计和个性化油料基产品创制，在全球食品营养与健康产业链中将表现出更大潜力[14]。

图4 2011—2022年油料营养与健康领域研究热点时序Fig.4 Chronological research hotspots in the field of oilseed nutrition and health from 2011 to 2022

3.4 油料作物种质资源领域

油料作物种质资源领域主要有4条演化主路径（图5），其中1条演化主路径由遗传多样性和简单重复序列（simple sequence repeats，SSR）标记逐渐演化到群体结构与SSR标记，这标示着油料作物种质资源学科开始由种质资源的研究利用向基因资源的研究利用转变。发掘油料作物种质资源中控制重要性状的关键功能基因成为本学科研究的重点，由优异种质向优异基因的跨越性转变使得种质资源利用价值和利用效率显著提升[15]。1条演化主路径由野生大豆和大豆、含油量与芥菜演化到全基因组鉴定，这标示着油料作物种质资源理论与技术的研究正实现由表型鉴定向基因型鉴定的跨越。精准性和信息量显著提升，鉴定性状由单个提升为多个，鉴定种质数量由几十提升到上千份，鉴定技术由单一表型鉴定发展为表型组、基因组、蛋白组和代谢组等多组学相结合的精准鉴定技术[16]。1条演化主路径由产量构成、大豆锈病演化到油料作物种质资源多功能利用，这标示着油料作物种质资源利用向精准化、模块化和多功能化等方向发展。由于种质资源中控制重要性状的关键基因或功能模块逐步被解析，可为分子育种提供各种亟需的关键基因或功能模块。以油菜为例，除油用外，花用、蔬用、肥用、药用等潜藏的利用价值被不断发掘，将显著提升油料产业整体效益[17]。

图5 2011—2022年油料作物种质资源领域研究热点时序Fig.5 Chronological research hotspots in the field of oil crop germplasm resources from 2011 to 2022

3.5 油料作物栽培与耕作领域

油料作物栽培与耕作领域的主要研究目标是提升产量与效益，该领域主要有5条演化主路径（图6）。其中，1条演化主路径由蓖麻和麻风树逐渐演化到施用率与间作系统，1条演化主路径由禁止种植大豆和冬小麦逐渐演化到水分利用效率，这标示着信息精准适时采集、智能专家系统、自动化机械化控制将成为未来油料作物高产高效的重要助力。世界发达国家均以市场为导向，以效益为中心，以提高油菜产品市场竞争力和降低生产成本为主攻目标，实行机械化、规模化生产，种植分区、产业分带、质量分级、加工分类的智能化生产方式[18]。1条演化主路径由种子质量、作物生长逐渐演化到干旱胁迫和胁迫条件，这标示着油料作物栽培与耕作理论与技术正逐步向气候变化适应性、抗逆稳产等方向发展[19]。澳大利亚通过研究油菜对不同生态和农业资源配置的生理响应，调整播种期与生育进程，推进应对气候变化的技术实施及向干旱平原的扩张，经过近30年的发展，油菜一跃成为澳大利亚第三大作物，总产量增加了10多倍。1条演化主路径由干旱胁迫与丛枝菌根、种子质量逐渐演化到根系生长与氮素吸收，1条演化主路径由盐水和蓖麻、营养管理逐渐演化到生产系统与轮作，这标示着生态安全与可持续生产已成为国际油料作物栽培与耕作学科的关注点[20]。德国、荷兰等国家十分重视土壤修复、化肥合理投入和保护性耕作，我国土地资源有限，基础地力相对瘠薄，化肥对我国油料作物增产贡献较大，但长期以来化肥的不合理使用，不仅造成资源浪费、投入成本增加，也给耕地质量带来了一系列问题。

图6 2011—2022年油料作物栽培与耕作领域研究热点时序Fig.6 Chronological research hotspots in the field of oil crop cultivation and farming from 2011 to 2022

3.6 油料作物分子生物学与组学领域

由油料作物分子生物学与组学领域的演化路径（图7）可知，1条演化主路径由性状位点分析、全基因组关联研究和关联图谱逐渐演化成主要数量性状基因座（quantitative trait locus，QTL）和广泛关联研究；1条演化主路径由性状位点分析、数量性状基因座、非生物胁迫逐渐演化成全基因组关联分析与数量性状基因座，这标示着油料作物分子生物学及组学研究正向更高通量、更精准技术深入，极大促进了性状遗传基础解析。品种资源群体基因组、转录组、表观组、蛋白质组、代谢组和表型组等组学技术正进一步与基因定位克隆方法交叉融合，使油料作物重要复杂性状控制基因的解析由单基因向多性状、多基因的复杂调控网络解析转变[21]。1条演化主路径由转录因子与表达分析演化成转录因子与全基因组鉴定，这表明随着品种资源群体组学数据和性状控制基因标记和基因数量的积累，品种资源基因组演化进化成为新的方向。由此，油料作物分子标记辅助选择育种、聚合育种向基因组设计育种发展，为实现育种选择效率和品种有效设计的突破提供了理论参考和技术路径[22]。1条演化主路径由基因组关联演化成遗传变异与关联映射，这标示着伴随不同组学技术的快速进步和数据积累及信息技术的发展，油料科技正迈入大数据时代[23]。整合油料作物性状相关基因、调控网络和组学等信息，建立国家级油料作物生物信息分析与共享综合平台，是进一步推动油料作物遗传、育种及相关学科发展的技术和信息基础。

图7 2011—2022年油料作物分子生物学与组学领域研究热点时序Fig.7 Chronological research hotspots in the field of molecular biology and omics of oil crops from 2011 to 2022

3.7 油料作物植物保护领域

由油料作物植物保护领域的演化路径（图8）可知，1条演化主路径主要由黄曲霉毒素污染构成，1条演化主路径主要由大豆锈病构成，这标示着建立以生态调控技术为基础、抗病品种为主体、化学防治为加强措施的油料作物绿色高效一体化防控技术体系已成为油料作物植物保护的研究重点。随着高效、绿色生产需求的增加，为了确保农产品生产和消费安全，培育具有多种抗性的抗病品种，结合多种栽培管理措施和生物防治技术，开发少施药、有效施药的绿色化学防控技术，建立绿色高效一体化防控体系，是目前研究的重点方向[13]。1条演化主路径由基因流、遗传多样性与致病因素逐渐演化成核盘菌，这标示着广谱抗性资源发掘及其作用机制解析、流行病害精准诊断和预测是本领域的发展前沿。通过基因编辑创造广谱抗性资源具有良好的前景，通过基因组技术快速、有效叠加抗病基因正加速抗病品种的培育，抗病机制解析正朝着表观与蛋白多成分互作方向深入，借助信息技术、物联网技术和分子生物学技术开展病害精准诊断、远程诊断、病害流行和预报已成为新的研究方向[24]。1条演化主路径由基因流构成，同时在2015年左右遗传多样性与致病因素研究主题与这条主路径发生融合，这标示着油料转基因生物安全问题成为世界关注的热点。随着生物技术的迅速发展，全球转基因油料作物的研发速度和种植面积持续增加。亟需健全和完善我国转基因油料作物研发与安全评价体系，开展转基因精准快速检测技术研究及产品研制，提高和加强转基因油料作物的科研水平和监管力度[25-26]。

图8 2011—2022年油料作物植物保护领域研究热点时序Fig.8 Chronological research hotspots in the field of plant protection for oil crops from 2011 to 2022

3.8 油料质量安全与风险评估领域

由油料质量安全与风险评估领域的演化路径（图9）可知，1条演化主路径由串联质谱法逐渐演化到色谱－串联质谱法，这标示着油料质量安全与风险评估从单一品质安全指标的精准检测向多参数同步检测及污染预警防控转变。油料质量安全检测技术从油料品质与主要风险因子的高灵敏确证与快速检测技术向多参数精准检测发展。为了提高油料产品检测效率，营养品质和真菌毒素、农药残留、微生物等多类危害物同机高效检测技术、现场智能快速检测技术与装备等已成为本领域未来的重要发展目标和方向[27]。1条演化主路径由生物柴油生产、串联质谱法、非均相催化剂逐渐演化到红外光谱。1条演化主路径由生物柴油生产、串联质谱法、非均相催化剂和近红外光谱逐渐演化成气相色谱法。这标示着油料质量安全风险评估从过去评价已知危害因子的污染水平向危害因子非靶向筛查及风险预警方向发展。风险评估与预警是欧美发达国家和地区实施农产品质量安全管控的成功经验，油料生物毒素污染预警研究已成为本领域国际发展趋势。以花生黄曲霉毒素预警研究为例，澳大利亚研究构建了多元罗吉斯蒂回归分析预警模型，用于产后花生黄曲霉毒素污染程度预测[28-29]。1条演化主路径由黄曲霉毒素污染逐渐演化到绿色阻控技术，这标示着绿色阻控技术与制剂在未来数年将是国际竞争的热点与焦点。一系列具有抑制生物毒素合成的生防菌或仿生阻控材料、具有脱除毒素作用的微生物、吸附或催化降解材料相继问世，如可实现黄曲霉毒素绿色阻控的生物菌剂等[30]。

图9 2011—2022年油料质量安全与风险评估领域研究热点时序Fig.9 Chronological research hotspots in the field of oilseed quality safety and risk assessment from 2011 to 2022

4 油料学科发展建议

本文定性与定量研究结果表明，围绕4个面向总体要求，需要在基础前沿研究、产业技术供给等方面加快油料学科布局的系统优化，在油料作物遗传育种、油料加工利用、油料质量安全等领域突破若干基础性、前沿性科学问题，攻克一批产业发展核心关键技术、产品与装备，实现学科发展从理论到技术、从技术到产品、从产品到产业的链式创新，为保障我国油料供给安全，服务构建以国内大循环为主、国内国际双循环相互促进的新发展格局提供科技支撑。

4.1 夯实前沿阵地基础

面向世界农业科技前沿，围绕7个学科领域明确以下发展重点。油料作物种质资源学科领域重点开展优异基因资源的发掘鉴定、优异种质形成的基因组学基础研究。油料作物遗传育种学科领域重点开展分子设计育种创新体系建设、高通量自动化多环境表型鉴定技术研究。油料作物分子生物学与组学学科领域重点开展基因组设计育种技术与应用、油料作物高产高油分子机制解析与遗传改良、油料作物光合形成路径解析、油料作物基因组演化进化规律研究。油料作物植物保护学科领域重点开展病害发生规律与预测预报技术研究与应用。油料加工利用学科领域重点开展油料脂质等组分的绿色高效利用结构剖析、绿色高效制备与利用及相关基础研究、油脂风味化学和分子感官科学的理论基础研究。油料营养与健康学科领域重点开展精准个性化油料功能因子营养与健康的分子机制和肠道微生态调控研究。油料质量安全与风险评估学科领域重点开展油料产品生物毒素污染风险预警与全程绿色控制技术研究。

4.2 强化重大需求牵引

面向国家重大需求，围绕6个学科领域明确以下发展重点。油料作物种质资源学科领域重点开展优异种质资源收集保护、优异资源的挖掘与创新、高值突破性种质设计与创制。油料作物遗传育种学科领域重点开展理想株型的理论基础与技术途径突破、多抗广适性油料作物分子基础研究。油料作物栽培与耕作学科领域，重点开展油料作物机械化生产绿色产品研发及调控机制解析、植物-土壤相互作用研究[31]。油料作物植物保护学科领域重点开展抗病品种培育与隐性广谱抗病机制研究、转基因作物环境安全评价、转基因精准快速检测研究。油料加工利用学科领域，重点开展油料高效低耗自动化和智能化制备技术与装备研发、自动化标准化油料压榨装备和低温物理吸附剂研发。油料质量安全与风险评估学科领域，重点开展油料产品真实性鉴别与产地溯源、油料产品主要危害因子同步检测技术研究。

4.3 加强产业问题攻关

面向现代农业建设主战场，围绕6个学科领域明确以下发展重点。油料作物种质资源学科领域重点开展突破性种质创新、种质资源价值拓展研究。油料作物遗传育种学科领域重点开展油料作物多功能利用的基础研究与新品种选育。油料作物栽培与耕作学科领域重点开展油料作物绿色优质高效模式构建及试验示范。油料作物植物保护学科领域重点开展病害轻简高效绿色防控技术研究、基因工程与重要性状转基因产品开发。油料加工利用学科领域重点开展油料生物转化与资源化利用研究。油料质量安全与风险评估学科领域重点开展油料特异品质高灵敏检测与全程质量控制技术研究。

4.4 推进健康科技创新

面向人民生命健康，围绕2个学科领域明确以下发展重点。油料营养与健康学科领域重点开展油料功能因子在营养健康产品创制中的精准营养设计和靶向口服利用研究，研发保健食品大众化技术；重点构建油料功能因子营养健康大数据体系，利用营养评价技术指导个性化干预设计，实现个性化的精准营养干预与健康管理；加强油料与生物医学的交叉融合，揭示油料功能因子预防疾病、治疗疾病的机理。油料作物遗传育种学科领域重点开展功能型油料作物营养品质和活性功能成分鉴定，发掘其在生物健康中的作用，建设油料作物营养品质分析平台。