基于文献计量分析的镰刀菌枯萎病研究进展解析

摘要

镰刀菌枯萎病是一种由尖孢镰刀菌引起的、毁灭性极强的真菌作物病害，为探索镰刀菌枯萎病的相关研究进展及热点，对尖孢镰刀菌枯萎病进行了引文分析。以“Fusarium wilt”(镰刀菌枯萎病)进行主题搜索，在 ISI Web of Science 数据 库核心集搜索 1985—2019 年的相关文献共 4 873 篇，采用 CiteSpace 可视化软件进行引文分析，通过合作、共现、共被引等 网络分析，研究镰刀菌枯萎病的研究热点和前沿趋势。根据发文量统计分析发现:美国、中国和印度在本领域发文量排名前三位，而中介中心性指标分析则表明荷兰、美国和印度文献重要性位列三甲，我国位居前10 并表现出积极上升趋势。引文分析的关键词突发性检测发现“induction(诱导)”、“genetic diversity(遗传多样性)”、“pathogenicity(致病性)”是近十年的重要热点;文献共被引聚类分析表明解淀粉芽孢杆菌、系统抗性、非致病性尖孢镰刀菌等方面为本领域的研究前沿。随着枯萎病研究层次的不断深入，未来研究将会集中在微生物防控、抗病育种、根系-病原菌-有益菌互作机制等方向；此外，多组学技术的应用必将有利于解析镰刀菌枯萎病发病机制，为镰刀菌枯萎病基础研究与防控应用提供理论和技术支持。

结果

1、镰刀菌枯萎病研究发文数量及时间特征

发文数量及其年份可以反映所研究专题随时间 发展的轨迹，如发展的起步阶段、发展阶段、稳步阶段等动态信息。基于 ISI Web of Science 数据库核心合集，以“Fusarium wilt”为主题词进行检索，相关文献共4873篇，对发文数量进行统计如图1所示，研究人员对镰刀菌枯萎病的研究在1985年之前就有所探索，但发文量较少。直至21世纪初，镰刀菌枯萎病相关研究的发文量增长加快。尤其是21世纪以来，本领域整体发展较为迅速，2018 年更是发文量最高的一年，发文数量突破350 篇，2019年截至至4月1日已发表73篇，预期2019年镰刀菌枯萎病总发文量也可达300篇以上。表明了该领域正处于快速发展阶段，越来越多的科研工作者关注并推动这一领域的研究。

2、镰刀菌枯萎病的合作研究空间特征

科学合作是指研究学者为生产新的科学知识而一起进行工作。合作图谱是将这一工作关系进行可视化。CiteSpace提供了三个层次的科学合作网络分析，分别为：作者合作网络、机构合作网络和国家地区的合作网络，可识别出镰刀菌枯萎病研究领域的学者、机构及国家间的合作关系。既为评价其学术影响力提供参考，又有利于发现值得关注的学者和机构。图2为国家地区的合作网络图谱，图中35个节点，表示自1985年以来共有35个国家地区对镰刀菌枯萎病进行了不同程度的研究。其中荷兰（0.27）和美国（0.16）中介中心性较高，表明美国和荷兰在国家合作网络中占有重要地位。美国(903篇)、中国( 701篇)、印度（614篇）发文量排在前列。荷兰虽然发文量排在第七位，但其中介中心性排在第一位（0.27），进一步分析发现荷兰对镰刀菌枯萎病的研究起始较晚，文献数量较少，但文献质量较高，被引次数较多，与其他国家交流合作频繁。中国在20世纪末才开始探索镰刀菌枯萎病领域，起步较晚，网络中介中心性较低，但在短短20年之间发展迅速，发文量达到701篇，仅次于美国，正处于快速发展阶段。这与近年来我国集约化农业慢慢凸现出来的连作障碍等问题有关，也表明了国家和相关研究者关注并支持这方面的研究。

通过机构合作分析可发现对镰刀菌研究比较先进的研究机构，并与之交流学习。图 3 为机构合作网络分析图谱，由 477 个节点和 754 条连线组成，表示 477 个研究机构之间的合作联系，节点的连线代表机构之间的合作关系。本文统计了各机构的发文数量、中介中心性、首发年份等信息。从图中的连线可以看出，欧美国家研究机构之间的连线更加密集，合作更加频繁。其中南京农业大学在网络中的节点最大，在镰刀菌枯萎病领域发文量最多，但大多是机构间内部合作。中介中心性排名前十的机构中美国农业研究所、美国农业部、科尔多瓦大学位列前三位，研究起步较早，中介中心性和发文数量均较高，表明了这三个机构在本领域占有重要地位。我国仅有中国科学院和南京农业大学两家机构入围排名前十的机构，他们虽然研究起步稍晚，中介中心性也较低，但积极探索，已同多个机构产生合作关系。尤其是南京农业大学，发文量排名国内第一，中介中心性也排在所有中国机构中的前列，在镰刀菌枯萎病方面的研究正在快速发展。

通过分析作者合作网络能够得到关注镰刀菌枯 萎病的研究人员信息，发掘出镰刀菌枯萎病研究领 域中优秀的研究人员，以及研究领域中作者之间的相互合作。图 4 中共有 1 289 个节点代表着枯萎病 领域中的 1 289 位研究人员发表过本领域文章，图中节点大多独立分散，其中可以清晰发现图中最大的节点是 Shen Q R 教授。说明署名包含 Shen Q R教授的文献数量最多，为 130 篇（表 1），位居所有镰刀菌枯萎病研究人员发文量的第一位，远高于第二名的 Garibaldi A（58 篇）。进一步分析发现以 Shen Q R 教授为中心，联系的其他作者大部分属于同一个单位，团队内部合作较多，表明了在本领域 Shen Q R 教授领导了一个成规模的团队。从中介中心性来看，排名前三的作者分别是 Viljoen A、Aitken E A B、Czislowski E，其中 Viljoen A 发文 26 篇，首发年份为 2007 年，中介中心性 0.11，其次是 Aitken E A B，发文 9 篇，2012 年首发，中介中心性 0.09（表 1）。Czislowski E、Yang L、Thatcher L F 等人，虽然发文量较少，起步较晚，但中介中心性较高，说明这几位作者在该领域中合作交流较多，并且与其他作者合作发文的数量较多。值得注意的是高产作者的合作大多存在于内部合作，跨机构合作的现象相对较少。从世界范围的研究者来看，许多研究人员以小范围独立研究为主，团队合作较少，表明大部分枯萎病研究人员分布广泛且独立性较强。我国与其他国家机构作者合作较少，这可能是导致我国科研人员中介中心性较低的重要原因。中介中心性前十名中仅有两位中国的科研人员，且均来自南京农业大学，表明了南京农业大学枯萎病研究领域中处于国内领先地位。整体而言，我国在该领域的研究未来尚有较大的进步空间，我国研究人员应加强与国外优秀科研人员交流学习，以提高我国该领域研究在全世界的地位。

3、镰刀菌枯萎病研究的共现网络特征

对学科领域的共现分析，可构建学科间的关联网络，揭示镰刀菌枯萎病研究中学科间的相互联系。

图 5 为领域共现分析网络，图中共有 56 个节点，表明在镰刀菌枯萎病研究中有 56 个学科相互交叉渗透，222 条代表学科领域间相互联系的连线，表明镰刀菌枯萎病学科领域分布广泛、复杂。该领域研究论文主要涉及植物科学、农学和农业经济学领域，除此之外还在园艺、应用微生物、医学微生物、土壤肥料学等领域有较多的发文量。其中生物化学与分子生物学、环境科学与生态学的中介中心性较高。分别为 0.42、0.28 和 0.25，表明镰刀菌枯萎病在这些学科中有重要的研究价值，交叉也最为广泛。

关键词是文献主题的精确表达，关键词共现分析有利于识别研究主题演变过程。关键词共现分析和关键词突发性检测有利于发现该研究发展动向和研究热点，将CiteSpace节点选择为"keyword”，阈值选择50，得到关键词共现知识图谱（图6)。根据图形大小可以看出频次最高的五个关键词分别是“镰刀菌枯萎病”( Fusarium wilt )、“生物防治”( biological control )、“枯萎”( wilt )、“抗性”( resistance ) 、和“尖孢镰刀菌”( Fusariumoxysporum )。中介中心性最高的十个关键词中“生物防控”( biological control )、“镰刀菌枯萎病”( Fusarium wilt )、“枯萎”( wilt）最高。其中,“枯萎病”和“镰刀菌枯萎病”这两个关键词为本研究的筛选用词，因此，本研究关注这两个词之外的其他关键词。发现在对枯萎病研究的过程中，病理的发生和病害的防治是枯萎病研究课题的关键内容。结果中所有关键词首发年份均在20 世纪90年代初期，表明科研人员很早就开始了对于镰刀菌枯萎病的发病机理和防控研究。

突发性检测( Burst detection）表示所考察的关键词在短时间内跃迁的现象，强调突发性。通过对关键词突发性的检测，可得知特定时间内的研究热点。按照突发性强度统计出图，发现“induction(诱导)”的突发性最高，突发强度为31.44(表2)，说明在镰刀菌枯萎病研究中,“诱导”是其研究中的最大热点,其突发性从起始的1997年持续至21世纪。进入21世纪后，“"Pseudomonas fluorescens（荧光假单胞)""、"cotton(棉花)”、"race(种、属)”、"vegetativecompatibility(营养亲和性)”、"induced resistance(诱导抗性)”、“Trichoderma harzianum(哈茨木霉”等关键词研究热度逐渐增多。为了更好地把握当前镰刀菌枯萎病的研究热点,本研究进一步统计了近十年的关键词突发性检测（表2)，其中“induction(诱导)”依然是近十年镰刀菌枯萎病研究的重要热点，突发强度为11.61。其次分别是“chickpea(鹰嘴豆)”、“genetic diversity(遗传多样性)”、“DNA(基因)”、“systemic resistance(系统抗性)”等关键词热点。随着近年来高通量测序技术的不断完善，测序深度与精度的逐步提升，研究热点转变至分子层面的研究，因此遗传多样性、基因、统抗性等热点逐渐增多。鹰嘴豆是镰刀菌枯萎病实验中的最为常见的实验材料，此处不做过多分析。值得注意的是“pathogenicity(致病性)”，它是近年来( 2016年—2019年)最大的研究热点，这也充分体现了枯萎病研究领域更加多元、更加深入的研究特点。

4、镰刀菌枯萎病研究的共被引图谱

在文献计量学中，共被引是指两篇文献共同出现在第三篇施引文献的参考文献目录中，则这两篇文献形成共被引关系。科学文献的相互引证反映了科学发展的客观规律，是揭示其数量特征和内在规律的一种信息计量研究方法。图7反映的文献共被引图谱由274个节点和387条连线形成了42个群组聚类，包含11个较大的群组，Q=0.8442，其中最大节点为MaLJ教授的文献,共被引次数最多( 111次)。图中11个聚类群组标签为镰刀菌枯萎病的11个研究前沿，表明镰刀菌枯萎病研究涉猎广泛。其中前三的聚类群组为##0解淀粉芽孢杆菌、#1系统抗性、#2非致病性尖孢镰刀菌，文章数量分别为32、30、24，S值为0.945、0.895、0.933，说明聚类的结果具有高可信度，这三个聚类群组标签为镰刀菌枯萎病领域的最前沿研究，即:提高植物系统抗性;使用以芽孢杆菌为代表的有益菌防控镰刀菌；通过非致病镰刀菌防控致病镰刀菌数量。通过总结出三个聚类中 Sigma最高的三篇文献，对每个聚类中的重要文件进行挑选，其中#0解淀粉芽孢杆菌中Sigma最高的文献是2008年南京农业大学的Zhang等5所发表的文献“Control of Fusarium wilt disease of cucumber plants with the application of a bioorganic fertilizer", 该文章采用芽孢杆菌SQR-5和SQR-1I的生物有机肥控制尖孢镰刀菌和黄瓜枯萎病有显著效果。深入剖析后发现#0解淀粉芽孢杆菌群组中有19篇文献来自南京农业大学的沈其荣团队，由此可见沈其荣教授所领导的有机肥与土壤微生物研究团队是该领域中解淀粉芽孢杆菌研究方向的中坚力量。#1系统抗性中乌特勒支大学的vanLoon等1[161在1998 年发表的“Systemic resistance induced by rhizosphere bacteria” Sigma 最高，主要阐述了根瘤菌介导的系统抗药性在田间条件下是有效的，提供了一-种生防机制。#2 非致病性尖孢镰刀菌中Sigma最高的文献是“Mechanisms involved inbiological control of Fusarium wilt of cucumber withstrains of nonpathogenic Fusarium axysporum”由巴林大学的Mandel17]于1991年发表,主要内容为非致病性尖孢镰刀菌的增加有利于降低黄瓜枯萎病的发病率。

对前三聚类群组进行总结分析，其主要内容见表3。Sigma值越高说明网络中该文章的结构性和突现性综合表现上最优，进一步深入剖析近十年Sigma值最高的十篇被引文献（表4)，其中Sigma值最高的为Di PA 的“Fusarium oxysporum :Exploring the molecular arsenal of a vascular wiltfungus”，这十篇文献为近十年镰刀菌枯萎病研究的重要基础。值得注意的是 2013年发表的“Effects ofnovel bioorganic fertilizer produced by Bacillusamyloliquefaciens w 19 on antagonism of Fusariumwilt of banana”，利用解淀粉芽孢杆菌制作有机肥来预防枯萎病，2012年发表的“The Top 10 fungalpathogens in molecular plant pathology”,从分子层面来分析镰刀菌枯萎病，以及“Application of bio-organic fertilizer can control Fusarium wiltofcucumber plants by regulating microbial communityof rhizosphere soil”通过有机肥调控微生物群落防控枯萎病。虽发表年限较短，但 Sigma值较高。通过三篇文献可以侧面看出系统抗性、病原菌的基因分子研究及微生物互作等是近年来的主要研究方向。

我国是农业大国,在农业现代化发展的过程中，作物连作及长期不合理施肥等不良现象导致土壤微生物区系破坏，造成镰刀菌枯萎病爆发频繁，影响经济作物生长发育。因此，减轻病害发生对我国现代化农业发展十分紧迫。南京农业大学有机肥与土壤微生物团队，利用芽孢杆菌和木霉等土壤有益微生物对香蕉、黄瓜、西瓜、番茄等作物的枯萎病进行生物防控，做过大量应用研究[27-28]。国内研究更偏重实际运用，对作物抗性和产量等研究较多。随着近年来研究层次的不断深入，镰刀菌枯萎病的研究热点转变至基因分子层面。包括尖孢镰刀菌的致病机理、根际微生物互作、根系分泌物对病原菌的影响以及植物多种基因的表达对病原菌的影响等方向。同时，本文根据对镰刀枯萎病研究热点和研究前沿的深度剖析，认为未来研究将会继续集中在抗病基因与抗病育种、生态防控、微生物方面的研究以及枯萎病在全球尺度下的遗传多样性与致病多样性。今后在土壤微生物尤其是根际微生物生态方面的研究会得到长足的发展，通过多组学研究深入剖析植物-病原菌互作机制，为我国镰刀菌枯萎病、土壤连作障碍等问题提供理论与技术支持。

结论

通过CitesSpace对镰刀菌枯萎病研究文献进行合作网络、共现网络及共被引网络分析，探索该领域的重要基础、研究热点、研究前沿。结果表明，美国和荷兰在该领域的研究占有重要地位，拥有学科内大量优秀的研究机构，其中包括美国农业研究所、乌特勒支大学、科尔多瓦大学等优秀研究机构。许多优秀的学者对镰刀菌领域的研究探索中发表了重要的文献，其中Larkin RP教授、Mandeel Q教授、Vanpeer R教授研究了非致病性镰刀菌对番茄和黄瓜枯萎病防控以及假单胞菌对康乃馨枯萎病的防控；van Loon LC教授研究了根际微生物和生物防控；Ma LJ教授则主要从基因组学方面研究了镰刀菌的致病染色体等，以上学者在镰刀菌枯萎病领域发表了多篇重要文献。镰刀菌枯萎病涉及多个交叉学科，其中工程学、生物化学与分子生物学、环境科学与生态学交叉频繁。我国镰刀菌枯萎病研究起步较晚，但发展迅速，未来仍需紧跟国际研究热点和前沿，加强合作交流，注重学科交叉，为攻克土传枯萎病和农业可持续发展贡献力量。

研究方法

在 WoS数据库中检索并进行初步分析,统计镰刀菌枯萎病各年限的发文量，可得到镰刀菌枯萎病的发文趋势。打开CitesSpace点击new（新建)新建项目，将保存download (下载)文件的 data（数据)文件夹加载到datadirectory(数据字典)加载项中，同时将新建的project(项目)文件夹加载到projecthome(项目之家)中，用来保存分析后的数据，其他设置默认后保存项目。将Timeslicing（时间切片)设置为1985年—2019年，时间前切片为1(年)，在 Notetypes(节点类型)分别单次选中 Author(作者)、Institution(机构)、Country（国家)，top设置为20，点击go(运行)后，得到作者、机构、国家的合作网络；将notetypes (节点类型）分别选中Keyword(关键词)、Category(学科)，其他设置不变，点击 go，弹出关键词、领域共现网络，关键词可视化窗口中，点击突发性检测，可得到关键词突发性检测表；将notetypes(节点类型)选中Citedreference(被引文献)，Pruning(裁剪功能)选中Pathfinder(寻径网格),其他设置不变，点击go，可以初步得到镰刀菌枯萎病文献合作者的共被引网络。通过其他设置对图谱进行美化设置，以便于更好地解读图谱。