基于文献计量学的烟草干旱胁迫知识图谱分析

刘峰峰，吴 明，周迎辉，吴 勇，田嘉树，许嘉阳*，许自成，何结望*

1. 湖北中烟工业有限责任公司，武汉市东西湖区金山大道1355 号 430040

2. 河南农业大学烟草学院，郑州市郑东新区平安大道218 号 450046

干旱是一种非常普遍的非生物胁迫因子，严重制约了作物的生长发育和产量品质的形成。根据推演模型，预计到21世纪末干旱等极端事件的发生频率将增大，导致作物种植区减产较大幅度增加［1］。烟草因药用价值高、易于通过组织培养获得再生的转化植株等特点，成为植物学、生物学等领域研究的模式植物［2-3］。烟草同时也是一种重要的经济作物，在全世界范围内广泛种植，我国烟草制品产量约占世界产量的三分之一［4］。根据国家统计局数据，2021年我国烟叶总产量为212.76 万吨，其中，云南（84.75万吨）、贵州（23.25 万吨）和河南（19.31 万吨）产量位居前三。2021 年度，贵州少部分烟区和河南大部分烟区都遭遇了高温少雨的天气，旱情严峻。干旱胁迫导致烟株株高降低、叶片开片小、矿质元素吸收减少、还原糖含量降低、总氮和烟碱含量提高、烟叶油分降低、烟叶致香物质难以形成和转化等［5-6］。因此，解析烟草干旱胁迫响应机理、提高烟草干旱耐受性及烟叶品质受到越来越多的关注。截至目前，有关烟草干旱胁迫文献计量学的研究尚未见报道。文献计量学是一种对文献资料进行定量分析的方法，通过对发表文献产量和质量的客观分析，揭示某一领域重点的研究方向，并对其研究热点和发展趋势进行预测［7］。目前，有关植物干旱领域的文献计量学研究则少见报道。Cui 等［8］发现植物在响应干旱和高温方面的研究报道呈增加趋势，从2008—2014 年的1 199 篇快速增长到2015—2021 年的2 583 篇。在烟草领域，张璐翔等［9］在烟草转录组的文献计量学研究中发现，我国科研机构在发文数量上领先大多数国外机构，但文献总被引数排名不高；田嘉树等［10］和张玉婵等［11］在烟草代谢组、烟草基因组的文献计量学研究中也发现中国机构存在发文量较多，而文献影响力偏低的问题。在全球气候变暖的背景下，世界各地极端干旱天气频发，作物在干旱领域的研究将成为热点之一。基于此，利用VOSviewer 和CiteSpace 软件对2002—2021 年烟草干旱胁迫领域相关文献进行了分析，并以知识图谱的方式呈现该领域的研究特征、发展趋势和研究热点，旨在为烟草干旱等逆境胁迫研究提供参考。

1 数据获取与分析

1.1 数据获取

以Web of Science核心合集（WOSCC）数据库作为本研究中的数据获取来源，以“［TS=（tobacco）］AND TS=（drought stress）”作为检索主题词，检索时间范围2002.01.01─2021.12.31，剔除会议论文、被撤稿的论文等，最终获取1 751篇有效论文。

1.2 数据分析

采用VOSviewer（1.6.10）软件提取指定数据中发文国家、机构、作者、期刊等信息并进行可视化制图［12］，采用CiteSpace（5.8.R2）软件提取指定数据中关键词信息并进行研究趋势可视化制图［10］。

2 结果与分析

2.1 烟草干旱胁迫领域的发文分布概况

对2002─2021年全球烟草干旱胁迫主要发文国家进行了分析，结果见图1。由于国家之间存在协作发文的情况，按国别分类后共有2 213 篇发表的文献。发文前5 的国家分别是中国（917 篇，41.44%）、印度（199篇8.99%）、美国（195篇，8.81%）、韩国（136篇，6.15%）和日本（74 篇，3.34%），表明近20 年我国在全球烟草干旱胁迫领域相关研究中发文量明显较高。

图1 烟草干旱胁迫领域全球发文情况分析Fig.1 Worldwide publications on drought stress in tobacco

2.2 烟草干旱胁迫领域发文量分析

对烟草干旱胁迫研究按每5 年1 个单位进行论文发表数量统计，结果如图2 所示。由图2 中可知，该领域总体发文量呈稳定增长趋势，2017─2021 年间发文量是2002─2006 年间的4.06 倍。R2反映了20 年间发文量变化趋势线的拟合度，本研究中R2为0.874 9，说明发文量拟合度较好。

图2 2002—2021年烟草干旱胁迫领域的发文量分析Fig.2 Number of publications on drought stress in tobacco from 2002 to 2021

2.3 烟草干旱胁迫领域机构发文分析

以发文量≥15 篇作为阈值筛选出25 家主要发文机构（图3）。中国发文量前5 的机构有中国科学院（98 篇）、中国农业科学院（92 篇）、山东农业大学（68篇）、南京农业大学（60篇）和西北农林科技大学（58 篇）；国外发文量前5 的机构有国际遗传工程和生物技术中心（International Center for Genetic Engineering and Biotechnology，32 篇）、全南国立大学（Chonnam National University，20 篇）、德里大学（University of Delhi，19 篇）、斯法克斯大学（Universite de Sfax，16 篇）和尼赫鲁大学（Jawaharlal Nehru University，15 篇）。说明这些机构在烟草干旱胁迫研究中较为活跃。

图3 烟草干旱胁迫领域发文机构的合作关系分析Fig.3 Analysis of cooperative relationship between affiliations of publications on drought stress in tobacco

2.4 烟草干旱胁迫领域发文影响力分析

Gross 等［13］首次提出通过统计发表论文的被引次数来衡量科研工作的学术水平和重要程度。对发文量前10 的国家分析结果（图4）发现，篇均被引次数排名前五的国家分别是美国、日本、西班牙、德国和韩国，中国排名第8，说明我国在烟草干旱胁迫研究的影响力方面还有较大提升空间。

图4 烟草干旱胁迫领域发文排名前10国家及篇均被引情况分析Fig.4 Top 10 countries of origin and average number of citations per publication on drought stress in tobacco

2.5 烟草干旱胁迫领域发文作者合作分析

为阐明该领域作者发文数量及合作情况，统计了烟草干旱胁迫相关研究学者共计7 925名，以发文量≥5篇作为阈值对作者进行筛选，共有140位作者满足条件。如图5所示，烟草干旱胁迫领域研究学者国际合作次数较少，主要集中在国内学者间的合作。

图5 烟草干旱胁迫领域发文作者合作关系分析Fig.5 Analysis of cooperation among authors of publications on drought stress in tobacco

2.6 烟草干旱胁迫领域发文期刊分析

干旱胁迫领域发文量前10的期刊统计结果如表1所示。接近33%的论文（577篇）发表在这10种期刊上，是该领域近20年来的优势期刊。发文最多的期刊是Frontiers in plant science（92 篇，影响因子：6.627），该期刊属于植物领域的综合性期刊，旨在提高对植物生物学的理解，为实现粮食安全、功能生态系统和人类健康提供保障。其次是Plant physiology and biochemistry（75 篇，影响因子：5.437）和Plant cell reports（62篇，影响因子：4.964）。

表1 烟草干旱胁迫领域发文量前10期刊分析Tab.1 Top 10 journals with publications on drought stress in tobacco

该领域主要期刊（发文量≥25篇）平均发文年代分析结果如图6所示。平均发文年代较早的期刊是Plant physiology、Plant molecular biology 和Plant cell and environment，平均发文时间分别为2009年、2010年和2011 年。发文年代最近的期刊分别是International journal of molecular sciences、Scientific reports 和Environmental and experimental botany，平均发文时间分别为2017年、2018年和2018年。重点关注以上期刊可更好地了解烟草干旱胁迫领域的发展动态。

图6 烟草干旱胁迫领域期刊发文年代分析Fig.6 Chronological analysis of journal publications on drought stress in tobacco

2.7 烟草干旱胁迫领域研究热点分析

通过文献关键词共现的方式，可有效获取某一学术领域课题的内在联系和研究热点，并对发展趋势进行预测［14］。收集1 751篇文献共计6 609个关键词，以出现频次≥40次作为阈值，共获取满足条件的79个关键词，结果如图7所示。

图7 烟草干旱胁迫领域关键词共现分析Fig.7 Co-occurrence analysis of keywords in publications on drought stress in tobacco

烟草干旱胁迫领域研究热点大体可分为三大类。第一类（紫色群体）主要围绕干旱对烟草的生理代谢及关键基因表达的影响研究。第二类（蓝色群体）主要围绕烟草对干旱的生理应激反应研究。第三类（黄色群体）主要是把烟草作为模式植物，通过基因工程技术揭示提高烟草耐旱性的分子机制。

2.8 烟草干旱胁迫领域研究趋势分析

利用CiteSpace 软件绘制的关键词时区视图（图8）可以看出，在烟草干旱胁迫领域基础生理生化分析和经典ABA 信号分析基本贯穿于2002─2021 年的所有研究中，前者主要聚焦干旱胁迫对烟草生物量、含水率、根系发生、元素吸收、光合作用、超微结构、氧化损伤、抗氧化酶、渗透调节物质、激素信号、细胞死亡及关键基因表达等方面，后者主要包括ABA调控烟草生理生化响应［15］、超量表达ABA依赖型基因［16］、超量表达逆境相关基因与ABA关系［17］、ABA与其他激素信号（小分子信号）互作［18］等。基因工程技术分析的报道始见于2002 年，在烟草中超量表达基因提高其抗旱性。目的基因来源包括烟草［19］、菜豆［16］、水稻［20］和拟南芥［21］等植物，2005年在烟草中利用RNA干扰（RNAi）技术沉默超氧化物歧化酶基因与干旱胁迫的关系首见报道［22］。基因家族的分析报道始于2015 年，Wang 等［23］首次报道了短柄草中SnRK基因家族，并研究了BdSnRK2.9基因与烟草抗旱的关系，随后烟草干旱胁迫研究中PYL/RCAR［24］、HD-ZipI［25］、bHLH［26］等基因家族被相继报道。

图8 基于CiteSpace文献关键词的时区视图Fig.8 CiteSpace-based timezone view of keywords in documents

3 讨论

通过文献计量学的分析，本研究中发现烟草干旱胁迫领域主要研究方向：①构建转基因（沉默）烟草植株研究基因功能。首篇构建基因过表达和基因沉默烟草的文献分别发表于2002年［16］和2005年［22］。②施用植物生长调节物质提高烟草抗旱性。早期外源调节物质研究主要集中在糖类物质（如海藻糖、蔗糖等）、植物激素（如ABA、SA等）、内源渗透物质（如脯氨酸、多胺等）和信号分子（如Ca2+、NO等）；近5年的研究则主要集中在植物代谢物（如花青素、柠檬酸等）、新型调节剂（如褪黑素、冠菌素等）和有益真菌（如丛枝菌根等）。表明探寻关键代谢产物和开发新型植物生长调节剂是目前研究的方向。③耐旱性品种筛选。干旱驯化、不同耐旱性品种比较的研究出现相对较晚且研究较少，可能是由于干旱驯化耗工较多，且抗旱性只是烤烟众多特性之一，在实际种植推广应用中难以应用所致。

从研究热点与时间关系来看，现代生命科学技术的高速发展拓宽了烟草干旱胁迫领域的研究思路和研究内容。根据本文中分析的研究热点，推测以下4个方面将是该领域未来的研究热点：①基因编辑技术。基因编辑技术（CRISPR/Cas9）是近几年逐渐发展起来的一种基因组定向编辑技术，可以精确地改变植物的DNA。截止到本研究中的检索日期，烟草干旱胁迫领域尚未见基于CRISPR/Cas9的相关研究。②新型高效植物生长调节剂。2020年我国植物生长调节剂市场规模高达85.05 亿元。研究并开发高效的植物生长调节剂用以提高烟草抗旱性及品质具有广阔的前景。③干旱与其他环境因子组成的复合胁迫。烟草生长前期遭遇低温和后期遭遇高温均会影响烟叶产质量的形成，探讨干旱与温度、盐害和农田重金属等的复合胁迫具有重要的现实意义。④新兴组学和多组学联合分析。组学技术的快速发展推动了生命科学研究的深度和广度，单细胞测序、空间转录组等新兴的组学技术是该领域重要的研究课题。除此之外，采用多组学联合分析的方式多维度解析生命现象及变化规律也将是未来研究的焦点。

4 结论

①烟草干旱胁迫领域研究发文量呈增长趋势，我国发文量优势明显，但美国和日本的发文影响力较大，本领域研究国际间协作较少。②近20年烟草干旱胁迫领域研究的主要方向是构建转基因（沉默）烟草植株研究基因功能、施用植物生长调节物质（营养物质）提高烟草抗旱性、干旱驯化和耐旱性品种筛选。③基因编辑技术、新型高效植物生长调节剂、环境因子复合胁迫、新兴组学和多组学联合分析将是该领域未来的研究热点。