基于文獻計量的國內(nèi)外小麥遺傳育種研究進展

孟靜 唐研 徐淑良

摘要：小麥遺傳育種是將已有的遺傳和變異理論應(yīng)用于實踐，通過人工選擇、雜交和定向培育等手段來創(chuàng)造新的小麥品種的過程。采用文獻計量法和對比分析法，借助Citespace軟件，對Web of Science和中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）中小麥遺傳育種的文獻進行統(tǒng)計分析，繪制知識圖譜。從時間和空間兩大序列和發(fā)文量、國家、機構(gòu)、關(guān)鍵詞、主題詞等5個方面，進行定量對比分析，以可視化的形式呈現(xiàn)研究進展、熱點與前沿。結(jié)果顯示，近年來我國小麥遺傳育種研究發(fā)展迅速，發(fā)文量和研究水平正逐步趕超發(fā)達國家，主要研究內(nèi)容為小麥遺傳性狀、品質(zhì)改良、種質(zhì)資源、抗病性及抗逆性等。

關(guān)鍵詞：小麥;遺傳育種;文獻計量;研究進展

中圖分類號： S512.103 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）03-0064-09

小麥是世界范圍內(nèi)種植面積最廣、產(chǎn)量最多、貿(mào)易額最高的糧食作物，小麥是我國第二大糧食作物，播種面積占全國耕地面積的20%～30%[1]。小麥遺傳育種始于19世紀中葉，早期的育種工作主要側(cè)重于對自然變異的選擇育種，經(jīng)過幾百年的發(fā)展，形成了以雜交育種為中心，以遠緣雜交、誘變育種、倍性育種、優(yōu)勢利用等相結(jié)合的多種育種途徑，選育出了許多高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)品種，對小麥產(chǎn)量的提高起到了重要的作用[2]。

當前，國內(nèi)外小麥遺傳育種已取得了一定的研究成果。從國外研究來看，Hu等通過近等基因系對特定位點擴增片段測序鑒定發(fā)現(xiàn)，位于7A染色體上的TATGW-7A對于提高小麥千粒質(zhì)量有重要的作用[3];Dakouri等分析小麥種苗期和成株期葉銹病抗性特征，發(fā)現(xiàn)Lr34是小麥成株期最重要的抗葉銹病基因[4];Allen等對5種六倍體面包小麥群體進行單核苷酸多態(tài)性（SNP）位點篩選，發(fā)現(xiàn)了225 001個用于構(gòu)建遺傳圖譜的SNP標記[5]。國內(nèi)研究方面，趙俊杰借助競爭性等位基因特異性PCR（KASP）分型檢測技術(shù)，分析改良過程中基因組上留下的選擇印跡，發(fā)現(xiàn)我國地方品種和育成品種的11個農(nóng)藝性狀在3個環(huán)境下的表型差異顯著[6];鄒景偉等利用高通量的KASP標記技術(shù)對株高、抗葉銹病、抗條銹病、抗赤霉病、抗穗發(fā)芽和加工品質(zhì)等性狀相關(guān)的基因進行了檢測[7];宮文萍等利用寡聚核苷酸原位雜交（FISH）方法對2份雙二倍體進行分析，建立了可用于鑒定山羊草細胞遺傳標記輔助的回交群體[8]。

本研究采用文獻計量學(xué)方法，對國內(nèi)外學(xué)術(shù)文獻進行定量對比分析，并試圖解答以下4個問題：（1）發(fā)文的年代分布特點;（2）發(fā)文國家、機構(gòu)分布情況;（3）發(fā)文的關(guān)鍵詞和主題詞統(tǒng)計情況;（4）研究熱點與前沿。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1.1.1 國外數(shù)據(jù) 國外文獻樣本以Web of Science數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)源，設(shè)置檢索條件：主題=（“wheat breeding” OR “wheat genetic breeding”），時間跨度為2008—2018年，文檔類型（document type）為文章（article），檢索日期為2018年9月26日，對結(jié)果數(shù)據(jù)進行清洗，得到3 012篇文獻，以此作為國外文獻研究的數(shù)據(jù)樣本。

1.1.2 國內(nèi)數(shù)據(jù) 國內(nèi)文獻樣本以中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫（CNKI）作為數(shù)據(jù)源，設(shè)置檢索條件：主題=（“小麥育種”或者“小麥遺傳育種”），時間跨度為2008—2018年，數(shù)據(jù)庫來源類別為“學(xué)術(shù)期刊”跨庫檢索，對結(jié)果數(shù)據(jù)進行清洗，得到1 204篇文獻，以此作為中文文獻的研究樣本。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻計量法 文獻計量法是一種基于數(shù)理統(tǒng)計的定量分析方法，以科學(xué)文獻的外部特征為對象，研究文獻的分布結(jié)構(gòu)、數(shù)量關(guān)系、變化規(guī)律和定量管理，探討科學(xué)技術(shù)的某些結(jié)構(gòu)、特征和規(guī)律[9]。利用文獻計量法分析國內(nèi)外小麥遺傳研究現(xiàn)狀，揭示該領(lǐng)域的研究熱點和前沿問題，以期為未來育種工作的開展提供科學(xué)依據(jù)。

1.2.2 對比分析法 對比分析法是把客觀事物加以比較，從數(shù)量上展示和說明研究對象規(guī)模的大小、水平的高低、速度的快慢以及各種關(guān)系是否協(xié)調(diào)，以達到認識事物本質(zhì)和規(guī)律并作出正確評價的方法[10]。利用該方法將國內(nèi)外小麥遺傳育種文獻進行對比分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外研究差異，為國內(nèi)小麥遺傳育種的發(fā)展提供有利的參考和借鑒。

2 國外文獻統(tǒng)計分析

2.1 時間序列上的文獻特點

在年代分布上，國外文獻總量呈平穩(wěn)增長態(tài)勢（圖1），2017年達發(fā)文量峰值，2013年和2016年發(fā)文量有所回落。小麥遺傳育種在國際上仍然是一個成長中的研究點，發(fā)展中雖存在波動，但近年來的研究成果仍保持在較高的狀態(tài)。2018年數(shù)據(jù)尚不完善，這里所討論的文獻為從2008年開始的近10年數(shù)據(jù)。

2.2 空間序列上的文獻特點

2.2.1 各國研究實力 國外文獻共涉及87個國家（地區(qū)），發(fā)文量排名前10位的見表1。中國發(fā)文量居首位，其他依次是美國、澳大利亞、德國、印度、墨西哥、巴基斯坦、英國、法國、加拿大等，我國小麥遺傳育種的研究成果在世界范圍內(nèi)已名列前茅。用Citespace繪制國家分布知識圖譜（圖2），合作網(wǎng)絡(luò)中，各國之間的聯(lián)系普遍較為緊密，印度、美國、德國、墨西哥、英國等國家的中心性較高，占有更高的國際合作比例，在國際合作中優(yōu)勢顯著;中國發(fā)文量雖高，但中心性較低，僅為0.01，反映出我國當前與其他國家的交流合作還有待進一步的加強。

2.2.2 主要研究機構(gòu) 文獻共涉及2 518個機構(gòu)，發(fā)文量排名前10位的機構(gòu)如表2所示。根據(jù)普賴斯定律，N=0.749ηmax，ηmax=167（最高產(chǎn)研究機構(gòu)的發(fā)文量），核心研究機構(gòu)的發(fā)文量應(yīng)在10篇以上，由此，該研究領(lǐng)域的核心研究機構(gòu)共59個。發(fā)文量最高的機構(gòu)為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，其次為美國農(nóng)業(yè)部、堪薩斯州立大學(xué)、國際玉米小麥改良中心等。

利用Citespace繪制機構(gòu)分布知識圖譜（圖3），從整體上看，核心發(fā)文機構(gòu)主要為農(nóng)業(yè)科研院所和高校;從節(jié)點中心性上看，國際玉米小麥改良中心、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和華盛頓州立大學(xué)的中心性較高，研究合作較多。西北農(nóng)林科技大學(xué)（未入前10名）、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)（未入前10名）等的發(fā)文量較高，但中心性低，說明國內(nèi)農(nóng)業(yè)高校在世界的影響力不足，應(yīng)加強科研走出去與團隊合作，推進協(xié)同創(chuàng)新。

2.3 研究熱點分析

關(guān)鍵詞是查找文獻的重要檢索點，是文獻主旨的精煉，高頻關(guān)鍵詞常被視為一個領(lǐng)域的研究熱點[11]。通過篩選、合并、剔除同義詞等數(shù)據(jù)清洗方式，建立高頻關(guān)鍵詞表（表3），利用Citespace繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜（圖4）。除wheat、bread wheat和Triticum aestivum L.等與小麥定義直接相關(guān)的關(guān)鍵詞外，高頻關(guān)鍵詞還有cultivar、genetic diversity、winter wheat、identification、yield、durum wheat等。

以出現(xiàn)頻次最高的小麥為中心點，通過網(wǎng)絡(luò)連線尋找其他高頻關(guān)聯(lián)詞，有品種栽培、糧食產(chǎn)量、分子標記、微衛(wèi)星標記、抗逆等。聚類分析后歸納出5個研究熱點：（1）小麥品種，包括大麥（barley）、硬質(zhì)小麥（durum wheat）、春小麥（spring wheat）、冬小麥（winter wheat）、六倍體小麥（hexaploid wheat）等;（2）小麥遺傳性狀，包括基因（gene）、基因組（genome）、數(shù)量性狀基因位點（quantitative trait loci）、分子標記（molecular marker）等;（3）小麥種質(zhì)資源，包括種質(zhì)（germplasm）、產(chǎn)量（yield）、質(zhì)量（quality）、蛋白質(zhì)（protein）、多樣性（diversity）等;（4）小麥抗病性，包括條銹?。╯tripe rust）、葉銹?。╨eaf rust）、赤霉?。╯cab resistance）、白粉?。╬owdery mildew）、紋枯?。╯heath blight）、全蝕?。╢ull rot）等;（5）小麥抗逆性，包括抗性（resistance）、抗病性（disease resistance）、耐性（tolerance）、耐干旱性（drought tolerance）、耐熱性（heat tolerance）等。

2.4 研究前沿分析

對Web of Science中小麥遺傳育種文獻的主題詞按出現(xiàn)時間排序，利用時間序列尋找該領(lǐng)域的研究前沿，近5年出現(xiàn)的主題詞如表4所示。借助Citespace的突顯詞檢測（Brust Detection）功能，繪制主題詞共現(xiàn)圖譜（圖5）和時間序列（Time Zone）圖譜（圖6）。按由近及遠的時間順序（含2018年），凸顯的主題詞依次為全變異（total variation）、重組自交系（recombinant inbred line）、候選基因（candidate genes）、連鎖基因圖譜（genetic linkage map）、全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association study）、環(huán)境互作（environment interaction）、全基因組關(guān)聯(lián)映射（genome-wide association mapping）、葉銹病（leaf rust）、性狀標記關(guān)聯(lián)（marker-trait association）、未來育種項目（future breeding program）、花期（flowering time）、品質(zhì)性狀（quality traits）等。

國外小麥遺傳育種的研究前沿主線十分鮮明，與研究熱點存在交叉，主要體現(xiàn)在3個方面：（1）基礎(chǔ)研究，包括基因、基因圖譜、基因組選擇、遺傳結(jié)構(gòu)、單核苷酸多肽性、數(shù)量性狀基因位點等;（2）試驗技術(shù)與方法研究，包括全基因組關(guān)聯(lián)與映射、性狀標記關(guān)聯(lián)、SNP標記、原位雜交、 分子標記連鎖圖譜等;（3）應(yīng)用研究，包括環(huán)境互作、品質(zhì)改良、生理性狀等。

3 國內(nèi)文獻統(tǒng)計分析

3.1 時間序列上的文獻特點

國內(nèi)小麥遺傳育種發(fā)文量整體呈平穩(wěn)下降趨勢（圖7），2009年發(fā)文量達到最大值，為146篇，之后3年發(fā)文量持續(xù)下降，2012年后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，2014年達到第2個小高峰后發(fā)文量持續(xù)走低。國內(nèi)小麥遺傳育種的發(fā)文數(shù)量呈下降態(tài)勢，結(jié)合Web of Science國際發(fā)文量排名，我國發(fā)文量已位居世界第1位，說明國內(nèi)研究已日趨成熟，研究成果從高量向高質(zhì)轉(zhuǎn)變，并逐漸與國際接軌，得到國際認可，朝著引領(lǐng)世界研究前沿的良好態(tài)勢發(fā)展。

3.2 空間序列上的文獻特點

文獻共涉及98個研究機構(gòu)，發(fā)文量排名前10位的機構(gòu)如表5所示。發(fā)文量最高的為西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，發(fā)文31篇，依據(jù)普賴斯定律，國內(nèi)小麥遺傳育種領(lǐng)域的核心研究機構(gòu)發(fā)文量應(yīng)在4篇以上，共有28個機構(gòu)。國內(nèi)小麥主產(chǎn)區(qū)河南、山東、山西、陜西等地區(qū)研究機構(gòu)的數(shù)量約占全部機構(gòu)的一半，說明該領(lǐng)域的研究是依托在田間試驗基礎(chǔ)之上，作物的大面積種植對相關(guān)的研究有良性的促進作用。

利用Citespace繪制機構(gòu)分布知識圖譜（圖8），各機構(gòu)的中心性均為0，合作網(wǎng)絡(luò)松散，僅在文獻高產(chǎn)機構(gòu)和區(qū)域內(nèi)機構(gòu)之間存在合作，學(xué)術(shù)交流與合作有待進一步加強。例如，以西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所為核心的高產(chǎn)機構(gòu)之間的合作，以及山西大學(xué)生物工程學(xué)院、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心和山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所之間的區(qū)域內(nèi)機構(gòu)合作。

3.3 研究熱點分析

提取文獻高頻關(guān)鍵詞作為研究熱點分析樣本，高頻關(guān)鍵詞（表6）有9個與Web of Science中的高頻關(guān)鍵詞重合，說明國內(nèi)研究已逐步接軌國際。利用Citespace繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜（圖9），中心性較高的關(guān)鍵詞有小麥育種、小麥品種、小麥新品種、麥類作物、冬小麥、分子標記等。以高頻關(guān)鍵詞為結(jié)點，向四周發(fā)散的連線呈復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)狀，說明該領(lǐng)域的研究方向和熱點眾多，各個研究方向與熱點之間存在交叉關(guān)系，證實了小麥遺傳育種的多學(xué)科交叉屬性。

對高頻關(guān)鍵詞進行聚類分析，得到4個研究熱點：（1）高品質(zhì)新品種的培育，包括小麥育種、小麥新品種及農(nóng)藝性狀等;（2）區(qū)域小麥，包括冬小麥、春小麥、河南省及黃淮麥區(qū)等;（3）小麥育種技術(shù)，包括分子標記、分子育種及遠緣雜交等;（4）小麥抗病性，包括白粉病、矮敗小麥及條銹病等。

3.4 研究前沿分析

將文獻主題詞進行清洗、按時間排序，近5年出現(xiàn)的主題詞如表7所示，用Citespace繪制主題詞共現(xiàn)圖譜（圖10）和時間序列（Time Zone）圖譜（圖11）。在研究前沿分析中（包含2018年數(shù)據(jù)），按由近及遠的時間順序，凸顯的主題詞為超氧化物歧化酶（superoxide dismutase）、特異性聚合酶鏈反應(yīng)（specific polymerase chain reaction）、人工合成六倍體小麥（synthetic hexaploid wheat）、自然通訊（nature communications）、成株期抗性（adult-plant resistance）、小麥葉銹病（puccinia triticina）、山羊草（aegilops longissima）、多酚氧化酶（polyphenol oxidase）等。

國內(nèi)小麥遺傳育種的研究前沿與國際基本相似，特殊之處在于凸顯主題詞包含長穗偃麥草、粘果山羊草、二穗短柄草、黑麥等大量小麥的野生近種，在一定程度上說明國內(nèi)育種更重視遠緣雜交，通過探索外源種屬的種質(zhì)資源，擴大遺傳基礎(chǔ)、尋求基因改良途徑，跟我國地大物博，植物種類繁多、變異多樣、遺傳基礎(chǔ)豐富，能夠為小麥的基因改良提供寶貴的遺傳資源是息息相關(guān)的。

4 結(jié)論

培育高產(chǎn)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的小麥新品種是改善民生、保障國家糧食安全的重大舉措，提高小麥遺傳育種工作的創(chuàng)新能力和育種水平，使小麥遺傳育種朝著高水平、多元化的方向發(fā)展，是國內(nèi)外農(nóng)業(yè)科研工作者的重要研究課題。本研究采用文獻計量和對比分析的方法，利用Citespace軟件繪制國內(nèi)外小麥遺傳育種文獻的可視化知識圖譜，對研究現(xiàn)狀、研究熱點和研究前沿進行對比分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)該領(lǐng)域的研究不僅文獻產(chǎn)出量世界領(lǐng)先，研究前沿也逐步接軌國際先進水平。

展望未來，小麥遺傳育種的研究還面臨許多挑戰(zhàn)，主要包括基因組學(xué)、健康、赤霉病、芯片技術(shù)、國際協(xié)作網(wǎng)等[12]。就國內(nèi)而言，發(fā)掘并利用小麥耐脅迫基因、建立精準且高通量表型系統(tǒng)、充分利用生

物學(xué)技術(shù)、實現(xiàn)多優(yōu)良基因聚合、提高育種效率、改進小麥品質(zhì)、提高抗病性、應(yīng)對氣候變化以及兼抗型持久抗性等將是未來發(fā)展的主流趨勢。

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