基于知識圖譜法的我國紫薇屬植物研究進展分析

郝思文，張冬林，2*，文亞峰，張文茜，趙揚輝

（1.中南林業科技大學 風景園林學院，湖南 長沙 410004；2.美國佐治亞大學 園藝系，佐治亞 雅典 30602）

紫薇屬（LagerstoremiaL.）植物原產于中國，具有品種多、花期長、花色艷麗、對環境適應能力強等特點［1］，是被廣泛運用的重要夏季木本觀賞植物。自唐代起，我國就開始盛栽紫薇［2］，截止目前，中國約有紫薇品種300 種，按花色分為銀色系、粉紫色系、紅色系和復合花色 4 大品種群［3］?，F有對于紫薇屬的研究主要涵蓋紫薇品種分類［4］、遺傳多樣性研究［5］、紫薇表型［6］及其控制基因研究［7］等方面。這些研究從多視角對紫薇屬進行探討，雖然涵蓋范圍較廣，但尚缺乏針對有關紫薇屬研究成果與文獻資料的系統性分析和總結。因此，有必要對紫薇屬的研究現狀進行總結，確定研究趨勢和新的研究方向。

文獻計量分析作為一種數學和統計分析相結合的定量分析方法，通過分析已發表的科學文獻來評估特定研究領域的發展趨勢。該方法有助于研究人員快速掌握一個研究主題隨時間的演變特征，提高科研工作效率。李祖政等［8］對景觀生態學相關研究進行文獻計量學分析，概括了其研究熱點與趨勢；Duan 等［9］通過對國內外云衫屬文獻的知識圖譜分析，總結歸納了云杉屬相關研究熱點及趨勢；王琨等［10］通過文獻計量學分析，概括了元寶楓在環保功效、主要成分與功能分析、神經酸提取利用等方面的研究進展。目前，尚未有針對紫薇屬植物的文獻計量學分析。

本文以科學計量可視化軟件 CiteSpace 為工具［11］，通過繪制知識圖譜的方法對紫薇屬植物的相關研究進行全面系統性綜述，探討其研究熱點和發展趨勢。關于紫薇屬的系統性綜述需要回答以下問題：（1）紫薇屬相關研究熱度如何隨著時間變化？（2）主要研究方向及研究熱點有哪些？（3）研究的發展脈絡如何？本研究對未來紫薇屬多樣性研究、親本選擇、新品種培育、景觀運用具有重要意義。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

為保證研究的全面性，文章采用系統性綜述方法對文獻進行檢索。在中國知網數據庫以“紫薇”為關鍵詞進行高級檢索。文獻類型勾選為“學術期刊”，來源類別為SCI、EI、北大核心及CSCD。截止2023 年5 月8 日，共檢索到584 篇文獻。按照系統性綜述方法，瀏覽上述584 篇文獻標題及摘要，篩選滿足以下3 個條件的文獻進行知識圖譜分析：（1） 標題、摘要或關鍵詞內包含“紫薇”；（2）研究方向為“植物科學”或“園藝”；（3） 非綜述類研究。

文獻篩選工作由2 位研究人員同時進行，若有異議則由第3位研究人員進行最終確認。最終篩選得到符合上述標準的270 篇文獻進行文獻計量學分析。

1.2 研究方法

研究路徑如圖1 所示。將篩選所得270 篇文獻以純文本形式導出，運用CiteSpace 5.8.R2 軟件對所得數據進行如下可視化分析：（1）年發文量統計；（2）發文單位共現：分析發文作者所在單位間關系的一種分析；（3）主要作者及合作關系分析：以文章作者為分析對象，模擬分析對象之間的合作關系；（4）關鍵詞共現分析：通過從標題、摘要或文本的其他地方提取關鍵詞，建立共現關系；（5）關鍵詞沿時間序列分析：將高頻關鍵詞按時間序列排列，用于分析研究熱點演化。

圖1 基于知識圖譜法的我國紫薇屬研究進展分析研究框架Fig. 1 Research framework of Lagerstoremia L. research in China based on bibliometric evaluation

2 結果與分析

2.1 年發文量分析

由年發文量可知（圖2），在過去的30年里，我國對于紫薇屬植物的研究經歷了從起步到爆發再到相對平穩的階段。從年發文量上來看，2001 年以前，紫薇屬植物相關發文量基本都在10 篇以下，說明這一階段學術界對紫薇屬的研究關注度相對較弱。2001 年開始，發文量顯著增加，說明2001 年是紫薇屬相關研究的爆發年份。2011 年，紫薇屬年度發文量達到40 篇，說明2011 年是研究的熱點年份。2011 年以后，相關研究數量雖然出現小范圍波動，但逐步趨于穩定，可以推測未來一段時間內，我國對于紫薇屬植物的相關研究將進入平穩期。

圖2 我國紫薇屬年發文量統計圖Fig. 2 Annual distribution of Lagerstoremia L. research literature

2.2 發文單位共現

利用CiteSpace 生成發文機構共現圖，結果顯示，在1992 ~ 2021 年期間，我國共有226 家研究機構開展了關于紫薇屬植物的研究，對其中發文量大于5的機構進行了進一步分析，結果見表1。累計發文量前4 的研究機構分別為：北京林業大學園林學院、湖北省林業科學研究院、浙江省林業科學研究院、江蘇省中國科學院植物研究所，這說明紫薇屬相關研究熱點地區與紫薇屬主要栽植區具有一定的相關性（圖3）。

表1 各機構發文量統計表Tab. 1 Statistics of the number of documents issued by each institution

圖3 我國紫薇屬研究發文機構共現圖Fig. 3 Issuing organization co-occurrence map of Lagerstoremia L. research

2.3 主要作者及合作關系

利用CiteSpace繪制研究作者共現圖，主要形成了以張啟翔-潘會堂-蔡明為關鍵節點的主要網絡及以王曉明-李永欣-喬中全-曾慧杰和以王鵬-李亞-王淑安為節點的兩個次要網絡。同時，以縱偉-夏文水-崔寶良、王丹-駱建霞、羅慶懷-周莉等為中心節點的新興網絡正不斷壯大，總體上形成了“一主兩副多組團”的合作網絡布局（圖4）。

圖4 我國紫薇屬研究作者共現圖Fig. 4 Co-author map of Lagerstroemia L. research of China

2.4 關鍵詞共現

關鍵詞共現圖見圖5。圖中連線表現關鍵詞之間共詞關系。將詞頻 ≥ 5 的整理為我國紫薇屬植物研究熱點統計表（表2）。剔除常見高頻詞匯“紫薇”“紫薇屬”“園林植物”“運用”“植物學”并合并“大花紫薇”“大葉紫薇”等同類項后，發現近幾年主要研究熱點集中在“品種”“大花紫薇”“紫薇絨蚧”“滯塵能力”“植物配置”“紫薇花”“重金屬”“葉片”“園林綠化”“光合特性”“紫薇梨象”“矮紫薇”“化學成分”等方面。

表2 我國紫薇屬植物研究熱點統計表Tab. 2 List of occurrence frequency of keywords in Lagerstoremia L. research

圖5 我國紫薇屬植物研究關鍵詞共現圖Fig. 5 Key words co-occurrence map of Lagerstroemia L.research

分析可得：（1）現階段，我國對于紫薇屬植物的研究主要集中在品種選育、景觀運用、病蟲害防治等方面；（2）紫薇、大花紫薇是當前研究范圍較廣的兩個種；（3）推測我國紫薇屬新品種選育方向主要集中在花色、葉片、矮化等方面；（4）紫薇屬景觀運用的研究重點主要集中在滯塵能力及植物配置方面；（5）紫薇絨蚧、紫薇梨象是現階段我國紫薇屬植物病蟲害防治研究的重點。

2.5 關鍵詞沿時間序列排列

將關鍵詞按時間順序整理得出紫薇屬研究前沿時間序列分析圖（圖6）。結合年發文量統計的重要拐點，1992 ~ 2021 年間，我國對于紫薇屬植物的研究可分為：起步期（1992 ~ 2001 年）、增長期（2002~ 2011 年）、穩定期（2012 ~ 2021 年）3 個時間段。1992 ~ 2001 年間，我國對于紫薇屬植物的研究熱點主要集中在“紫薇絨蚧”“大花紫薇”“園林綠化”“扦插”“引種”“形態特征”等方面。2002 ~ 2011 年間，我國對于紫薇屬植物的研究熱點主要集中在“品種”“大葉紫薇”“紫薇花”“植物配置”“紫薇梨象”“光合特性”“矮紫薇”“滯塵能力”“植物學”“化學成分”“滯塵能力”“親緣關系”等方面。2012 ~ 2021 年間，我國對于紫薇屬植物的研究熱點主要集中在“重金屬”“葉片”“SSR”“育種”“葉綠素”“行道樹”“耐鹽性”“分子標記”“表達分析”等方面。

可以推測，1992 ~ 2001 年，我國對于紫薇屬植物的研究處于起步階段，主要針對扦插引種、紫薇絨蚧病蟲害防治、景觀運用等方面進行研究；2002~ 2011 年，隨著研究的深入以及居民對于觀賞植物需求的增加，我國對于紫薇屬植物的關注點逐漸集中到新品種培育、生理生化研究等方面，培育觀賞性和抗性較強的矮化紫薇成為這一階段的研究熱點；2012 ~ 2021 年，學者逐漸將研究重點拓展到遺傳學相關研究上，這說明我國對于紫薇屬植物的研究已從單一的運用導向逐漸過渡到了“運用 + 研究”導向，研究方向越來越深入與細化，研究體系越來越系統化?？梢酝茰y，未來一段時間內，我國對于紫薇屬植物的研究將繼續多元化、系統化的發展，紫薇屬植物物種分布模擬、全基因組測序等將會是未來一段時間內的研究重點。

3 討論

作為被廣泛運用的園林綠化植物，紫薇屬參與了城市生態系統中物質、能量、信息流動，是城市生態系統中的重要組成部分，具有生態、美學、功能、文化等多重價值［12］?；诖?，紫薇屬化學成分及其藥理活性功效、新品種選育、遺傳多樣性、景觀運用、病蟲害防治等成為了學者研究的幾大熱點方向。因中國是紫薇原產國，是紫薇的主要研究與運用區域，且相關中文文獻數量高于外文，因此，結合我國紫薇屬研究進展的知識圖譜，本文基于園林植物研究視角，從紫薇屬新品種選育、遺傳多樣性、景觀運用等方面探討我國紫薇屬未來研究方向。

3.1 紫薇屬新品種選育

我國現有紫薇品種約 300 種，按花色分為銀薇、堇薇、紅薇和復色花紫薇等4 大品種群［13-14］。紫薇（Lagerstroemia indicaL.）、南紫薇（Lagerstroemia subcostataKoehne）、大花紫薇［Lagerstroemia speciosa（L.） Pers.］、屋久島紫薇（Lagerstroemia faurieiKoehne）是最被廣泛運用的親本［15-16］。隨著居民需求的不斷提升，各科研院所、企業苗圃逐漸開始了引種和選育，花色、葉色、矮化、大花、御寒、抗病等因素是現階段我國紫薇屬植物育種的主要目標［17-18］。

雖擁有較為豐富的種質資源，現階段我國在紫薇屬新品種選育方面仍具有較大發展空間。首先，從品種特征上來看，我國現有紫薇品種以較高株型為主，缺乏適合林下運用的小矮緊湊型紫薇。其次，現階段我國紫薇屬主要育種方法集中在選擇育種、雜交育種、引種等方面，與分子生物技術結合較少，育種周期較長。為加速育種進程，實現基因調控，與分子生物學結合的育種方式將是未來一段時間內研究的重點。第三，我國紫薇屬新品種產業轉化率較低，雖擁有300余種新品種，但目前大面積生產的僅‘四川紅’紫薇、速生紫薇、美國‘三紅’紫薇等少數品種，新品種的產學研一體化研究有待提升。

3.2 紫薇屬遺傳多樣性

遺傳多樣性是生物多樣性的核心，在生物多樣性保護中意義重大［19］。目前，相關學者先后使用擴增片段長度多態性［5］、簡單重復序列［20］、核苷酸多態性［21］等技術對紫薇進行遺傳多樣性評價，系統性探討了我國紫薇種質資源及其親緣關系［22］，構建基因連鎖圖譜，并獲得多個與紫薇表型相關的標記位點。隨著市場需求的擴增及分子技術的提升，推測進一步的遺傳標記與基因定位將是下一階段的研究熱點。

此外，現有關于紫薇屬遺傳多樣性的研究主要集中在紫薇、南紫薇、大花紫薇等觀賞價值較高、栽培范圍較廣的物種方面，對于川黔紫薇［Lagerstroemia excelsa（Dode） Chun ex S. Lee et L. Lau］、尾葉紫薇（Lagerstroemia caudataChun et How ex S. Lee et L. Lau）等景觀運用較少的物種研究相對較少。未來關于紫薇屬遺傳多樣性的研究可以以此為切入點，不斷拓寬紫薇屬研究范疇。

3.3 紫薇屬景觀運用

紫薇在我國已有1 600 余年的栽培史，除新疆、內蒙古、遼寧、黑龍江外，在我國各省級行政區均有分布。因具有花期長、耐寒、耐旱、固碳釋氧、降溫增濕等特性［23-24］，紫薇被廣泛運用到城市綠化中［25-26］。目前，該領域相關研究主要集中在對紫薇屬品種評價［27-28］與景觀功效［29-30］研究兩大方面。

雖擁有較長的栽培歷史與廣泛的運用范圍，但現階段大多數研究都是針對單一問題或功效的橫截面研究，缺乏對于紫薇屬植物景觀運用的系統性縱向研究，相關規劃設計導則不夠健全，缺乏針對紫薇屬盆景、室內景觀運用、苗木整形修剪等相關研究。

4 結論

通過對文獻知識圖譜和重要研究內容的綜合分析總結出幾個主要特點： 我國對于紫薇屬植物研究起始于1990 年代，熱度由平緩到持續加強，再到出現小范圍波動，說明該領域的研究即將進入穩定發展期； 起步期（1992 ~ 2001 年）、增長期（2002 ~2011 年）、穩定期（2012 ~ 2021 年）3 個時間段，具有研究熱點逐漸細致、研究體系逐漸清晰、研究范圍逐漸廣泛的特點；研究作者呈現“一主兩副多組團”的合作網絡布局，研究機構所處地區與紫薇屬主要栽植區存在一定相關性。

基于此，本文從園林植物學科視角推測紫薇屬未來研究方向如下：（1） 在新品種選育方面，適合林下運用的小矮緊湊型紫薇選育、分子育種、新品種的產學研一體化研究等將是未來一段時間內的研究熱點；（2） 在遺傳多樣性方面，下一階段研究熱點將集中在紫薇進一步的遺傳標記與基因定位以及川黔紫薇、尾葉紫薇等景觀運用較少的物種親緣關系研究等方面；（3） 在景觀運用方面，紫薇盆景、苗木整形修剪、室內景觀運用、紫薇屬規劃設計導則等將是下一步研究熱點。