基于知识图谱法的我国紫薇属植物研究进展分析

郝思文，张冬林，2*，文亚峰，张文茜，赵扬辉

（1.中南林业科技大学 风景园林学院，湖南 长沙 410004；2.美国佐治亚大学 园艺系，佐治亚 雅典 30602）

紫薇属（LagerstoremiaL.）植物原产于中国，具有品种多、花期长、花色艳丽、对环境适应能力强等特点［1］，是被广泛运用的重要夏季木本观赏植物。自唐代起，我国就开始盛栽紫薇［2］，截止目前，中国约有紫薇品种300 种，按花色分为银色系、粉紫色系、红色系和复合花色 4 大品种群［3］。现有对于紫薇属的研究主要涵盖紫薇品种分类［4］、遗传多样性研究［5］、紫薇表型［6］及其控制基因研究［7］等方面。这些研究从多视角对紫薇属进行探讨，虽然涵盖范围较广，但尚缺乏针对有关紫薇属研究成果与文献资料的系统性分析和总结。因此，有必要对紫薇属的研究现状进行总结，确定研究趋势和新的研究方向。

文献计量分析作为一种数学和统计分析相结合的定量分析方法，通过分析已发表的科学文献来评估特定研究领域的发展趋势。该方法有助于研究人员快速掌握一个研究主题随时间的演变特征，提高科研工作效率。李祖政等［8］对景观生态学相关研究进行文献计量学分析，概括了其研究热点与趋势；Duan 等［9］通过对国内外云衫属文献的知识图谱分析，总结归纳了云杉属相关研究热点及趋势；王琨等［10］通过文献计量学分析，概括了元宝枫在环保功效、主要成分与功能分析、神经酸提取利用等方面的研究进展。目前，尚未有针对紫薇属植物的文献计量学分析。

本文以科学计量可视化软件 CiteSpace 为工具［11］，通过绘制知识图谱的方法对紫薇属植物的相关研究进行全面系统性综述，探讨其研究热点和发展趋势。关于紫薇属的系统性综述需要回答以下问题：（1）紫薇属相关研究热度如何随着时间变化？（2）主要研究方向及研究热点有哪些？（3）研究的发展脉络如何？本研究对未来紫薇属多样性研究、亲本选择、新品种培育、景观运用具有重要意义。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

为保证研究的全面性，文章采用系统性综述方法对文献进行检索。在中国知网数据库以“紫薇”为关键词进行高级检索。文献类型勾选为“学术期刊”，来源类别为SCI、EI、北大核心及CSCD。截止2023 年5 月8 日，共检索到584 篇文献。按照系统性综述方法，浏览上述584 篇文献标题及摘要，筛选满足以下3 个条件的文献进行知识图谱分析：（1） 标题、摘要或关键词内包含“紫薇”；（2）研究方向为“植物科学”或“园艺”；（3） 非综述类研究。

文献筛选工作由2 位研究人员同时进行，若有异议则由第3位研究人员进行最终确认。最终筛选得到符合上述标准的270 篇文献进行文献计量学分析。

1.2 研究方法

研究路径如图1 所示。将筛选所得270 篇文献以纯文本形式导出，运用CiteSpace 5.8.R2 软件对所得数据进行如下可视化分析：（1）年发文量统计；（2）发文单位共现：分析发文作者所在单位间关系的一种分析；（3）主要作者及合作关系分析：以文章作者为分析对象，模拟分析对象之间的合作关系；（4）关键词共现分析：通过从标题、摘要或文本的其他地方提取关键词，建立共现关系；（5）关键词沿时间序列分析：将高频关键词按时间序列排列，用于分析研究热点演化。

图1 基于知识图谱法的我国紫薇属研究进展分析研究框架Fig. 1 Research framework of Lagerstoremia L. research in China based on bibliometric evaluation

2 结果与分析

2.1 年发文量分析

由年发文量可知（图2），在过去的30年里，我国对于紫薇属植物的研究经历了从起步到爆发再到相对平稳的阶段。从年发文量上来看，2001 年以前，紫薇属植物相关发文量基本都在10 篇以下，说明这一阶段学术界对紫薇属的研究关注度相对较弱。2001 年开始，发文量显著增加，说明2001 年是紫薇属相关研究的爆发年份。2011 年，紫薇属年度发文量达到40 篇，说明2011 年是研究的热点年份。2011 年以后，相关研究数量虽然出现小范围波动，但逐步趋于稳定，可以推测未来一段时间内，我国对于紫薇属植物的相关研究将进入平稳期。

图2 我国紫薇属年发文量统计图Fig. 2 Annual distribution of Lagerstoremia L. research literature

2.2 发文单位共现

利用CiteSpace 生成发文机构共现图，结果显示，在1992 ~ 2021 年期间，我国共有226 家研究机构开展了关于紫薇属植物的研究，对其中发文量大于5的机构进行了进一步分析，结果见表1。累计发文量前4 的研究机构分别为：北京林业大学园林学院、湖北省林业科学研究院、浙江省林业科学研究院、江苏省中国科学院植物研究所，这说明紫薇属相关研究热点地区与紫薇属主要栽植区具有一定的相关性（图3）。

表1 各机构发文量统计表Tab. 1 Statistics of the number of documents issued by each institution

图3 我国紫薇属研究发文机构共现图Fig. 3 Issuing organization co-occurrence map of Lagerstoremia L. research

2.3 主要作者及合作关系

利用CiteSpace绘制研究作者共现图，主要形成了以张启翔-潘会堂-蔡明为关键节点的主要网络及以王晓明-李永欣-乔中全-曾慧杰和以王鹏-李亚-王淑安为节点的两个次要网络。同时，以纵伟-夏文水-崔宝良、王丹-骆建霞、罗庆怀-周莉等为中心节点的新兴网络正不断壮大，总体上形成了“一主两副多组团”的合作网络布局（图4）。

图4 我国紫薇属研究作者共现图Fig. 4 Co-author map of Lagerstroemia L. research of China

2.4 关键词共现

关键词共现图见图5。图中连线表现关键词之间共词关系。将词频 ≥ 5 的整理为我国紫薇属植物研究热点统计表（表2）。剔除常见高频词汇“紫薇”“紫薇属”“园林植物”“运用”“植物学”并合并“大花紫薇”“大叶紫薇”等同类项后，发现近几年主要研究热点集中在“品种”“大花紫薇”“紫薇绒蚧”“滞尘能力”“植物配置”“紫薇花”“重金属”“叶片”“园林绿化”“光合特性”“紫薇梨象”“矮紫薇”“化学成分”等方面。

表2 我国紫薇属植物研究热点统计表Tab. 2 List of occurrence frequency of keywords in Lagerstoremia L. research

图5 我国紫薇属植物研究关键词共现图Fig. 5 Key words co-occurrence map of Lagerstroemia L.research

分析可得：（1）现阶段，我国对于紫薇属植物的研究主要集中在品种选育、景观运用、病虫害防治等方面；（2）紫薇、大花紫薇是当前研究范围较广的两个种；（3）推测我国紫薇属新品种选育方向主要集中在花色、叶片、矮化等方面；（4）紫薇属景观运用的研究重点主要集中在滞尘能力及植物配置方面；（5）紫薇绒蚧、紫薇梨象是现阶段我国紫薇属植物病虫害防治研究的重点。

2.5 关键词沿时间序列排列

将关键词按时间顺序整理得出紫薇属研究前沿时间序列分析图（图6）。结合年发文量统计的重要拐点，1992 ~ 2021 年间，我国对于紫薇属植物的研究可分为：起步期（1992 ~ 2001 年）、增长期（2002~ 2011 年）、稳定期（2012 ~ 2021 年）3 个时间段。1992 ~ 2001 年间，我国对于紫薇属植物的研究热点主要集中在“紫薇绒蚧”“大花紫薇”“园林绿化”“扦插”“引种”“形态特征”等方面。2002 ~ 2011 年间，我国对于紫薇属植物的研究热点主要集中在“品种”“大叶紫薇”“紫薇花”“植物配置”“紫薇梨象”“光合特性”“矮紫薇”“滞尘能力”“植物学”“化学成分”“滞尘能力”“亲缘关系”等方面。2012 ~ 2021 年间，我国对于紫薇属植物的研究热点主要集中在“重金属”“叶片”“SSR”“育种”“叶绿素”“行道树”“耐盐性”“分子标记”“表达分析”等方面。

可以推测，1992 ~ 2001 年，我国对于紫薇属植物的研究处于起步阶段，主要针对扦插引种、紫薇绒蚧病虫害防治、景观运用等方面进行研究；2002~ 2011 年，随着研究的深入以及居民对于观赏植物需求的增加，我国对于紫薇属植物的关注点逐渐集中到新品种培育、生理生化研究等方面，培育观赏性和抗性较强的矮化紫薇成为这一阶段的研究热点；2012 ~ 2021 年，学者逐渐将研究重点拓展到遗传学相关研究上，这说明我国对于紫薇属植物的研究已从单一的运用导向逐渐过渡到了“运用 + 研究”导向，研究方向越来越深入与细化，研究体系越来越系统化。可以推测，未来一段时间内，我国对于紫薇属植物的研究将继续多元化、系统化的发展，紫薇属植物物种分布模拟、全基因组测序等将会是未来一段时间内的研究重点。

3 讨论

作为被广泛运用的园林绿化植物，紫薇属参与了城市生态系统中物质、能量、信息流动，是城市生态系统中的重要组成部分，具有生态、美学、功能、文化等多重价值［12］。基于此，紫薇属化学成分及其药理活性功效、新品种选育、遗传多样性、景观运用、病虫害防治等成为了学者研究的几大热点方向。因中国是紫薇原产国，是紫薇的主要研究与运用区域，且相关中文文献数量高于外文，因此，结合我国紫薇属研究进展的知识图谱，本文基于园林植物研究视角，从紫薇属新品种选育、遗传多样性、景观运用等方面探讨我国紫薇属未来研究方向。

3.1 紫薇属新品种选育

我国现有紫薇品种约 300 种，按花色分为银薇、堇薇、红薇和复色花紫薇等4 大品种群［13-14］。紫薇（Lagerstroemia indicaL.）、南紫薇（Lagerstroemia subcostataKoehne）、大花紫薇［Lagerstroemia speciosa（L.） Pers.］、屋久岛紫薇（Lagerstroemia faurieiKoehne）是最被广泛运用的亲本［15-16］。随着居民需求的不断提升，各科研院所、企业苗圃逐渐开始了引种和选育，花色、叶色、矮化、大花、御寒、抗病等因素是现阶段我国紫薇属植物育种的主要目标［17-18］。

虽拥有较为丰富的种质资源，现阶段我国在紫薇属新品种选育方面仍具有较大发展空间。首先，从品种特征上来看，我国现有紫薇品种以较高株型为主，缺乏适合林下运用的小矮紧凑型紫薇。其次，现阶段我国紫薇属主要育种方法集中在选择育种、杂交育种、引种等方面，与分子生物技术结合较少，育种周期较长。为加速育种进程，实现基因调控，与分子生物学结合的育种方式将是未来一段时间内研究的重点。第三，我国紫薇属新品种产业转化率较低，虽拥有300余种新品种，但目前大面积生产的仅‘四川红’紫薇、速生紫薇、美国‘三红’紫薇等少数品种，新品种的产学研一体化研究有待提升。

3.2 紫薇属遗传多样性

遗传多样性是生物多样性的核心，在生物多样性保护中意义重大［19］。目前，相关学者先后使用扩增片段长度多态性［5］、简单重复序列［20］、核苷酸多态性［21］等技术对紫薇进行遗传多样性评价，系统性探讨了我国紫薇种质资源及其亲缘关系［22］，构建基因连锁图谱，并获得多个与紫薇表型相关的标记位点。随着市场需求的扩增及分子技术的提升，推测进一步的遗传标记与基因定位将是下一阶段的研究热点。

此外，现有关于紫薇属遗传多样性的研究主要集中在紫薇、南紫薇、大花紫薇等观赏价值较高、栽培范围较广的物种方面，对于川黔紫薇［Lagerstroemia excelsa（Dode） Chun ex S. Lee et L. Lau］、尾叶紫薇（Lagerstroemia caudataChun et How ex S. Lee et L. Lau）等景观运用较少的物种研究相对较少。未来关于紫薇属遗传多样性的研究可以以此为切入点，不断拓宽紫薇属研究范畴。

3.3 紫薇属景观运用

紫薇在我国已有1 600 余年的栽培史，除新疆、内蒙古、辽宁、黑龙江外，在我国各省级行政区均有分布。因具有花期长、耐寒、耐旱、固碳释氧、降温增湿等特性［23-24］，紫薇被广泛运用到城市绿化中［25-26］。目前，该领域相关研究主要集中在对紫薇属品种评价［27-28］与景观功效［29-30］研究两大方面。

虽拥有较长的栽培历史与广泛的运用范围，但现阶段大多数研究都是针对单一问题或功效的横截面研究，缺乏对于紫薇属植物景观运用的系统性纵向研究，相关规划设计导则不够健全，缺乏针对紫薇属盆景、室内景观运用、苗木整形修剪等相关研究。

4 结论

通过对文献知识图谱和重要研究内容的综合分析总结出几个主要特点： 我国对于紫薇属植物研究起始于1990 年代，热度由平缓到持续加强，再到出现小范围波动，说明该领域的研究即将进入稳定发展期； 起步期（1992 ~ 2001 年）、增长期（2002 ~2011 年）、稳定期（2012 ~ 2021 年）3 个时间段，具有研究热点逐渐细致、研究体系逐渐清晰、研究范围逐渐广泛的特点；研究作者呈现“一主两副多组团”的合作网络布局，研究机构所处地区与紫薇属主要栽植区存在一定相关性。

基于此，本文从园林植物学科视角推测紫薇属未来研究方向如下：（1） 在新品种选育方面，适合林下运用的小矮紧凑型紫薇选育、分子育种、新品种的产学研一体化研究等将是未来一段时间内的研究热点；（2） 在遗传多样性方面，下一阶段研究热点将集中在紫薇进一步的遗传标记与基因定位以及川黔紫薇、尾叶紫薇等景观运用较少的物种亲缘关系研究等方面；（3） 在景观运用方面，紫薇盆景、苗木整形修剪、室内景观运用、紫薇属规划设计导则等将是下一步研究热点。