白絹病研究的文獻計量學分析

戴中華， 韓 璐， 向亞楠， 祝 雯

(福建農林大學植物保護學院，閩臺作物有害生物生態防控國家重點實驗室，福建 福州 350002)

白絹病(southern blight)是危害最為嚴重的土傳病害之一，其病原菌為齊整小核菌(Sclerotium rolfsii)，有性世代為Athelia rolfsii，分布于世界各地，尤其是高濕度和溫暖地區(于東洋等，2022)。S.rolfsii寄主范圍廣，主要為害茄科、豆科和禾本科等多種植物(Keinathet al，2017)。 近年來，在我國和其他一些國家(地區)的經濟作物、花卉和藥用植物上，如綠豆(Vigna radiata)(Sunet al，2020)，菊花(Chrysanthemum morifolium)(Chenet al，2020)，霍山石斛(Dendrobium huoshanense)(Chenget al，2023)，木奶果(Baccaurea ramiflora)(王彤彤等，2023)，和卷心菜(Brassica oleracea)(Tejaswiniet al，2022)等，先后有關于S.rolfsii引起嚴重白絹病害的報道。S.rolfsii除了是一種重要的病原菌外，還可產生具有多種生物活性的代謝產物，如具有抗癌潛力的凝集素(Hegdeet al，2018)和多種用途的硬葡聚糖(scleroglucan)。 硬葡聚糖作為一種微生物多糖，具有良好的溶解性、假塑性和穩定性，被廣泛應用于石油、食品和醫藥等多種行業(曾偉主等，2021；Songet al，2022；Valdezet al，2021)。 因此，白絹病研究涉及農業、醫藥和工業多個領域，盡管如此，目前白絹病研究領域尚缺少全面的階段性分析。

文獻計量學是通過數據信息分析和圖形繪制等方法，分析某一領域的研究動態，在了解研究熱點和趨勢方面發揮了重要的作用(Chenet al，2022)。 文獻網絡分析工具CiteSpace 軟件具有準確、高效的特點，現已被廣泛應用于文獻計量學研究(Sabeet al，2022)。 Web of Science(WOS)是涵蓋多學科的綜合性學術信息資源數據庫，在世界范圍內被廣泛認可，是被文獻計量學分析采用的重要數據庫之一(Renet al，2023)。

本研究利用CiteSpace 軟件，檢索WOS 核心數據庫中2002—2023 年發表的白絹病研究領域的文獻，分析年度發文數量、學科分布，以及國家(地區)、機構和研究者的合作情況；通過分析關鍵詞頻率、關鍵詞聚類和時間線分布，了解該領域的研究方向和熱點，為白絹病研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究的數據來自福建農林大學圖書館訂購的WOS 核心數據庫，以“southern blight”“Athelia rolfsii” 和“Sclerotium rolfsii” 作為主題檢索詞，檢索時間范圍為2002 年1 月—2023 年9 月，文獻類型為論文和綜述，語種為英語，并利用CiteSpace 6.2.R5 軟件去重，得到共計941 篇文獻。

1.2 研究方法

利用CiteSpace 6.2.R5 軟件對年度發文量進行分析。 分別以學科、國家(地區)、機構、作者和關鍵詞為節點繪制網絡圖譜。 通過關鍵詞頻率、關鍵詞聚類和時間線挖掘研究領域的研究方向和熱點(Panet al，2018)。 中心性值反映節點在網絡中的重要地位，節點在該領域越重要，節點的中心性值也就越高。 突現性值在文獻中被定義為隨著時間的推移，節點的頻率發生突然變化的強度(Sabeet al，2022)。

2 結果與分析

2.1 年度發文量分析

通過分析年度發表的文獻數量，可以在一定程度上了解白絹病研究的總體趨勢。 由于2023 年只檢索到9 月，因此沒有被計入年度發文量分析。 由圖1 可以看出，白絹病研究的年度發文量雖然在不同年度間有波動，但總體上呈增長趨勢，年度發文量的線性趨勢線的R值為0.76。 2002—2011 年的年平均發文量為34 篇，2012—2016 年的年平均發文量為38 篇，近5年(2017—2022 年)年平均發文量為60 篇，這表明國際上有關白絹病研究在持續發展中。

圖1 2002—2022 年白絹病研究的年度發文量Figure 1 Annual literature on southern blight research from 2002 to 2022

2.2 學科分布

從學科分布角度分析，白絹病研究具有廣泛的學科交叉性，涉及的學科領域包括植物科學、生物技術與應用微生物學和農學等多個學科(表1)，其中發文量占比超過10%的學科是植物科學(n＝260，27.6%)，生物技術與應用微生物學(n＝147，15.6%)，農學(n＝134，14.2%)和微生物學(n＝131，13.9%)。 中心性值最高的學科是生物化學與分子生物學(0.64)，其次是環境科學(0.53)和生物技術與應用微生物學(0.37)。

表1 白絹病研究發文量排名前10 的學科Table 1 Top 10 disciplines of southern blight research regarding the number of papers

2.3 主要發文國家

利用CiteSpace，以國家為節點，繪制國家合作網絡圖(圖2)，圖中包含72 個節點和176 個連接，網絡的密度為0.0689。 每個圓圈代表國家的發文量，每個連線描述國家彼此間的合作。白絹病相關研究發文量最高的前10 個國家見表2，其中發文量最高的3 個國家分別是印度(n＝327，34.8%)，美國(n＝114，12.1%)和中國(n＝106，11.3%)。 中心性最高的是美國(0.61)，其次是意大利(0.28)和印度(0.26)，表明這3 個國家是合作研究的主要中心。 突現性值是確定該研究領域特別活躍國家的一個重要的指標。 突現性最強的6 個國家中(表3)，中國的突現性值最高(14.05)，其次是希臘(4.69)和以色列(4.54)。

表2 發文量排名前10 的國家Table 2 Top 10 countries ranked by the number of published papers

表3 白絹病研究領域被引用突現性最強的6 個國家Table 3 Top 6 countries with the strongest citation bursts of southern blight research

圖2 2002—2023 年白絹病研究的國家合作網絡Figure 2 Country collaboration network of southern blight research from 2002 to 2023

2.4 主要機構分析

利用CiteSpace，以機構為節點，繪制研究機構合作網絡圖(圖3)。 主要機構合作網絡圖中包含節點385，連線453，密度為0.0061，表明在機構水平上合作較少。 發文量排名前5 的研究機構分別為印度農業研究理事會、貝拿勒斯印度教大學、埃及知識庫、印度科學與工業研究理事會和美國農業部(表4)。 中心性最高的機構是印度農業研究理事會(0.21)，其次是美國農業部(0.15)。 此外，通過突現性分析，突現性較強的研究機構有9 個(表5)，其中巴基斯坦旁遮普大學的突現值最高(5.69)，持續時間也最長(2006—2023 年)。 在2020—2023 年，中國農業科學院是較為活躍的結構，突現性值為3.17。

表4 發文量前5 的研究機構Table 4 Top 5 research institutions ranked by the number of published papers

圖3 2002—2023 年白絹病研究機構圖譜Figure 3 Institutional collaboration network of southern blight research from 2002 to 2023

2.5 主要作者分析

為了解白絹病研究領域核心作者團隊，對作者進行分析(表6)。 發文量前10 的作者中，Singh 和Javaid 在該領域發文量最多，均為21 篇，研究方向是利用生防菌及天然產物對S.rolfsii進行生物防治(Javaidet al，2023；Rayet al，2020，2023；Singhet al，2021)。 其次，Swamy和Inamdar 在該領域發文量均為18 篇，主要研究S.rolfsii凝集素對癌細胞增殖和細胞周期進程的影響(Beluret al，2019)。 所有作者的中心性均為0，說明作者之間的合作主要發生在團隊內部，而不同團隊的研究者之間的合作較為薄弱。

表6 發文量前10 位的作者Table 6 Top 10 authors ranked by the number of published papers

2.6 研究方向和熱點

關鍵詞的共現性分析可以有效地反映研究方向和熱點問題。 關鍵詞出現頻率越大，表示相關主題受關注程度就越高。 白絹病研究中20 個最常用的關鍵詞見表7。 中心性大于0.1 的關鍵詞包括齊整小核菌(sclerotium rolfsii)、生物防治(biocontrol)、植物生長(plant growth)、哈茨木霉(Trichoderma harzianum)、立枯絲核菌(Rhizoctonia solani)、抗菌活性(antifungal activity)、病害(disease)、抗性(resistance)和純化(purification)。

表7 前20 個關鍵詞的頻率和中心性值Table 7 Top 20 keywords with frequency and centrality value

關鍵詞聚類分析突出了研究方向與關鍵詞之間的關系，對關鍵詞進行時間線分析，是為了進一步揭示聚類之間的關系和關鍵詞的時間跨度(Jianget al，2023；Shaoet al，2021)。 關鍵詞聚類圖譜見圖4，該圖譜包括543 個節點，3600 個連線，模塊值(Q值)為0.3601，平均輪廓值(S值)為0.7109，表明該聚類是令人信服的(Chenet al，2022)。 基于CiteSpace 中的LLR 算法得到10 個關鍵詞聚類，分別是哈茨木霉(Trichoderma harzianum)、硫醇氧化還原態(thiol redox state)、白絹病(southern blight)、微生物群落(microbial communities)、硬葡聚糖(scleroglucan)、鷹嘴豆(cicer arietinum)、齊整小核菌凝集素(Sclerotium rolfsiilectin)、熒光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)、脂肽(lipopeptide)和抑菌活性(antifungal activity)，它們體現了白絹病的主要研究方向。

圖4 白絹病研究的關鍵詞聚類圖譜Figure 4 Key words clustering map of southern blight research

對關鍵詞聚類進一步做時間線分析，得到各個關鍵詞按出現年份先后從左到右依次排列時間線圖(圖5)。 其中，聚類＃2(southern blight)主要涉及S.rolfsii在遺傳和表型特征方面的多樣性研究，以及對重要經濟作物的白絹病病原的鑒定和監測(Leet al，2012；Sunet al，2020)。 聚類＃1(thiol redox state)主要與菌核分化機制相關、聚類＃3(microbial communities)、聚類＃7(Pseudomonas fluorescens)和聚類＃8(lipopeptide)與生物防治相關、聚類＃4(scleroglucan)和＃6(Sclerotium rolfsiilectin)與S.rolfsii重要的代謝產物相關。 上述聚類體現了當前研究者關注的熱點。

圖5 關鍵詞共現時間線圖譜Figure 5 Timeline map of keywords

3 小結與討論

本研究利用CiteSpace 軟件，對WOS 核心數據庫中白絹病研究領域的文獻進行計量學分析，結果顯示，該領域年度發文量總體呈上升趨勢，涉及多學科，發文量最高的學科是植物科學，中心性最高的學科為生物化學與分子生物學。 在國家水平上，發文量最高的國家是印度，中心性最高的國家是美國，突現性最高的國家是中國。 在研究機構水平上，印度農業研究理事會是發文量最多的研究機構。 發文量貢獻最大的作者為A Javaid 和H B Singh，其團隊的主要研究方向是病害的生物防治。 研究者之間的合作多以團隊內部合作為主，團隊間合作較少，未來研究應考慮機構之間合作。 在2002—2023 年，白絹病研究方向較為豐富，生物防治、菌核分化機制和S.rolfsii的代謝產物等是近年來的研究熱點。

通過關鍵詞頻率、聚類分析和時間線的分析，表明白絹病的生物防治是主要研究方向和熱點之一。 在關鍵詞聚類中，多個聚類與生物防治密切相關。 其中，2 個主要的聚類分別是聚類＃0 哈茨木霉(Trichoderma harzianum)和聚類＃7 熒光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)，這2類生防菌的生物防治機制主要包括競爭作用、誘導抗性和協同拮抗等(鄒佳迅等，2017；Soodet al，2020)。 雖然這2 類生防菌已有商品化的殺菌劑，但它們在田間條件下的應用還存在局限性。 因此，今后的研究需要挖掘更高拮抗潛力的菌株(Ayyanduraiet al，2023)，以及開發利用納米等技術提高生防菌的防效(El-Ashmonyet al，2022)。 菌核分化機制是白絹病研究熱點之一，聚類＃1 硫醇氧化還原態(thiol redox state)是關于菌核分化機制的研究，菌核的形成過程伴隨著高度的脂質過氧化反應的發生，與硫醇氧化還原相關的抗氧化酶在菌核形成過程中具有重要作用(Patsoukiset al，2008；Grintzaliset al，2014)。 加強對菌核發生機制的闡明不僅有助于通過抑制菌核發現防治病害的有效方法，同時也有助于了解真菌以外的生物體中更復雜的分化形式。 聚類＃4 硬葡聚糖(scleroglucan)和聚類＃6 齊整小核菌凝集素(Sclerotium rolfsiilectin)是2 種重要的代謝產物，是該領域主要研究方向和熱點。 自20 世紀60 年代初首次描述以來，S.rolfsii分泌的胞外多糖硬葡聚糖引起了學術界和工業界的廣泛關注，已應用于許多工業領域(Schmidet al，2011)。 進一步利用生物信息學研究S.rolfsii硬葡聚糖的生物合成，并將其與生理數據聯系起來，可以更好地了解硬葡聚糖的生物發生及其與S.rolfsii的致病機制的關系(Bosamiaet al，2020)。

綜上所述，由于氣候變化和耕作制度改變等原因，近年來，在我國和其他國家(地區)的多種植物上首次報道白絹病發生，并導致嚴重的經濟損失。 鑒于我國對白絹病的研究起步較晚、具有影響力的研究機構相對較少，未來需進一步加強該病害在生物防治，S.rolfsi代謝產物及菌核分化機制等方面的研究。