我國銀杏科學(xué)研究與認(rèn)知前沿

米月穎 胡亞平 于釗妍 李佳佳 郭起榮

（南京林業(yè)大學(xué)現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心 江蘇南京210037）

銀杏（Ginkgo bilobaL.）為國家一級保護植物，古老的孑遺樹種，素有“活化石”之稱，是我國珍貴經(jīng)濟樹種[1]。銀杏兼具材用、果用、藥用、觀賞等特點[2]，銀杏葉提取物（EGB）含有大量廣泛生物活性的物質(zhì)，具有清除有毒性氧自由基，預(yù)防微血栓形成和改善微循環(huán)等諸多療效[3]，具有優(yōu)良的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益?？茖W(xué)工作者依托國家自然科學(xué)基金等項目，對銀杏展開了不同學(xué)科視角的研究，逐步揭開銀杏的神秘科學(xué)面紗。

國家自然科學(xué)基金委員會（NSFC）成立于1986年。三十多年來，自然科學(xué)基金在推動我國自然科學(xué)基礎(chǔ)研究的發(fā)展，促進(jìn)基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)，發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)優(yōu)秀科技人才等方面取得了巨大成績[4]。NSFC 自成立之初，就一直持續(xù)資助銀杏研究項目，為銀杏產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

通過分析NSFC歷年資助的科學(xué)基金項目，可以及時感知國內(nèi)某一研究領(lǐng)域的科研前沿和認(rèn)知動態(tài)，為科研工作者正確把握科研熱點，及時調(diào)整科研方向具有重要參考意義。基于國家自然科學(xué)基金年度項目，感知銀杏研究的認(rèn)知前沿，對深化、升華銀杏科學(xué)研究具有指導(dǎo)意義，也為其他植物研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)NSFC 數(shù)據(jù)系統(tǒng)歷年有關(guān)“銀杏”主題的國家自然科學(xué)基金項目信息，系統(tǒng)整理與分析所有項目研究內(nèi)容；匹配中國知網(wǎng)（https：//www.cnki.net/）“銀杏”主題科技論文信息協(xié)同分析。

2 分析方法

利用Microsoft Excel 2016 整理項目信息，利用R 語言（Version1.2.5019）、OriginPro 2017軟件作圖。

3 結(jié)果與分析

NSFC 從1986年資助中國科學(xué)院植物研究所陳曄獲得第一項關(guān)于“銀杏”的國家自然科學(xué)基金項目起至2019年，共資助95 項“銀杏”基金項目，累計資助金額達(dá)到3091 萬元，涉及重點項目、面上項目和青年基金項目等。

3.1 立項時序動態(tài)

從1986年開始，NSFC 歷年資助銀杏研究基金項目數(shù)量和平均單項項目經(jīng)費都呈波折式上升趨勢（圖1），這與我國綜合國力提高，科研實力上升，國家加大科研投入有關(guān)。平均每年資助3.4 項，每項經(jīng)費32.54 萬元。單項資助經(jīng)費近些年呈穩(wěn)步上升趨勢，2013年共資助11 項，2011年平均每項資助金額達(dá)63.67萬元，均達(dá)到歷年峰值。

圖1 NSFC 歷年資助銀杏研究基金項目數(shù)量和平均單項資金

所資助項目分別由面上項目（56 項，占60%；累計經(jīng)費2340.5 萬元，占76%）、青年基金項目（33 項，占35%；累計經(jīng)費655.5 萬元，占21%）、地區(qū)科學(xué)基金項目（4 項，占4%；累計經(jīng)費79 萬元，占3%）和重點項目（1 項，占1%；累計經(jīng)費8 萬元，占0.1%）（圖2）。

總體來看，NSFC 資助的項目主要以面上項目和青年基金項目為主，兩者項目數(shù)量占總數(shù)量的95%，兩者經(jīng)費占總經(jīng)費的97%。

圖2 不同基金類別數(shù)量及各類項目總經(jīng)費

3.2 不同時期研究重點

隨著科研技術(shù)手段不斷發(fā)展，科研工作者對銀杏的研究和認(rèn)知發(fā)生了相應(yīng)變化。以科學(xué)問題為導(dǎo)向，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)手段，探究科學(xué)道理，發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律，是科研工作者應(yīng)該遵循的原則。1986年第一項銀杏自然基金獲NSFC 資助以來，30 多年間植物科學(xué)領(lǐng)域取得諸多重大進(jìn)展。

近年，由于分子生物學(xué)和生物信息學(xué)的突飛猛進(jìn)，為生物科學(xué)打開了一扇新的大門[5]。通過提取所有項目的名稱和關(guān)鍵詞，將1986-2019年分成三個時期（1986-1999年、2000-2009年和2010-2019年），分析3個不同時期我國銀杏科學(xué)的認(rèn)知前沿和研究重點。

圖3 不同時間銀杏基金項目詞云分析

詞云也叫文字云，是對文本中出現(xiàn)頻率較高的“關(guān)鍵詞”予以視覺化的展現(xiàn)，詞云圖可以過濾掉大量的低頻低質(zhì)的文本信息，使瀏覽者只要一眼掃過文本就可領(lǐng)略文本的主旨[6]。通過不同時期銀杏基金項目的詞云圖（圖3）分析可以看出，從1986年至2019年，銀杏內(nèi)酯的研究一直貫穿始終，銀杏內(nèi)酯是銀杏葉中重要的活性成分，具有擴張血管、改善微循環(huán)、清除自由基和抗菌等藥理作用[7]，研究者對它的關(guān)注度一直居高不下。

1986-1999年間，NSFC 共資助銀杏研究基金12 項，研究重點主要集中在銀杏的形態(tài)與結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，電子顯微鏡下的銀杏組織與細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)，研究不同功能狀態(tài)與分化發(fā)育中的變化是其重點，如“銀杏花粉微管骨架與微絲骨架系統(tǒng)的研究（1997）”、“銀杏分泌組織的超微結(jié)構(gòu)及分泌物的富集機理研究（1998）”等。

2000-2009年間，NSFC 共資助銀杏研究基金25 項。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，以生物技術(shù)包括生物信息學(xué)為代表的學(xué)科創(chuàng)新得到迅猛發(fā)展，把植物學(xué)研究水平提升到一個新的層次。2000年，擬南芥全基因組序列得到破譯，揭開植物全基因組研究的序幕[8]。十年間，銀杏研究逐步轉(zhuǎn)變到功能結(jié)構(gòu)與分子機理等領(lǐng)域。代表項目有“銀杏苦內(nèi)酯B 治療重癥急性胰腺炎的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制（2003）”、“銀杏苦內(nèi)酯B 對SAP胰腺微血管內(nèi)皮細(xì)胞PAFR 的影響及機制（2007）”和“葉籽銀杏matK、trnS-trnG、ITS和Adh 序列分析及系統(tǒng)發(fā)育研究（2009）”等[9]。

2010-2019年間，NSFC 共資助銀杏研究基金57 項，較前兩個階段有大幅提升，研究認(rèn)知進(jìn)一步聚焦于更加全局、復(fù)雜的基因組學(xué)層面。“機制”“調(diào)控”“合成”“基因”“表達(dá)”“甲基化”及“轉(zhuǎn)錄”等都是基金項目中出現(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞匯。

2019年，銀杏超大（>10G）全基因組數(shù)據(jù)再次更新[10,11]，解析被子植物與裸子植物分化、銀杏植物的多重多樣的抗性、高劑量特定基因、非凡恢復(fù)能力相關(guān)，這些信息也有助于研究者更好地理解植物防御機制用于改善糧食安全。諸多項目都是利用生物信息學(xué)分析技術(shù)來解釋經(jīng)典的生理生化現(xiàn)象與過程，揭示調(diào)控機制，宏觀、中觀、微觀相互補充。代表項目有“GbEMF2 參與調(diào)控銀杏開花時間的分子機制研究（2016）”“銀杏黃酮預(yù)防早產(chǎn)、保護胎兒神經(jīng)系統(tǒng)作用及作用機制的研究（2015）”及“破解銀杏體細(xì)胞胚發(fā)生發(fā)育屏障的生理及分子基礎(chǔ)（2017）”等。

3.3 認(rèn)知前沿更新

林業(yè)科學(xué)的發(fā)展不僅依靠對一些新出現(xiàn)問題的深入研究，并演變?yōu)橐恍┬碌膶W(xué)科和專業(yè)；而且借助于相關(guān)科技的進(jìn)步與應(yīng)用，成為交叉學(xué)科和科學(xué)前沿，向現(xiàn)代化方向邁進(jìn)?；趯︺y杏科學(xué)長達(dá)數(shù)十年的研究，結(jié)合新興科研手段，尤其是銀杏基因組的破解，可以不斷更新人們對銀杏的認(rèn)知。

銀杏始于侏羅紀(jì)時期，遍布全球，后經(jīng)歷冰期，避難于我國。銀杏漫長的演變和傳播歷史一直吸引著科研工作者的好奇?？蒲泄ぷ髡咭恢闭J(rèn)為東亞地區(qū)只有我國東部天目山地區(qū)和西南地區(qū)兩個“銀杏避難所”[11]。2019年科研工作者通過分子生物學(xué)手段發(fā)現(xiàn)我國南部地區(qū)存在第三個“銀杏避難所”，為銀杏從中國傳播到世界提供新的證據(jù)[12]，不斷更新人們對這古老樹種的歷史認(rèn)知。

銀杏的流式倍性[13]、高甲基化[14]、廣泛適應(yīng)性吸引研究者的眼球?？蒲姓撐氖强蒲谢痦椖康闹匾a(chǎn)出成果之一，從中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫提取三個時期銀杏主題的文獻(xiàn)摘要和關(guān)鍵詞，制成詞云圖（圖4）。通過詞云圖可以看出，不同階段文獻(xiàn)特點與基金項目基本保持一致。由早期的“嫁接”“種子”“白果”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹?xì)胞”“提取物”“治療”和“基因”“提取物”“表達(dá)”等。

圖4 不同階段銀杏文獻(xiàn)的詞云圖

4 結(jié)論與討論

在NSFC 不斷支持下，銀杏研究重點已從其形態(tài)與結(jié)構(gòu)、繁育與栽培機制、功能藥學(xué)效應(yīng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯砩δ苓^程、分子生物學(xué)與組學(xué)聯(lián)合機制、生物工程與合成研究等。部委、省市等還有許多銀杏科技項目的支撐，這些研究積累沉淀了銀杏科技迅猛發(fā)展態(tài)勢。

中國擁有全世界70%的銀杏資源，年產(chǎn)白果19 余萬噸[15]，產(chǎn)銷全球。銀杏作為現(xiàn)存的單科單屬單種的裸子植物，在植物研究領(lǐng)域具有特殊地位。利用現(xiàn)代科研手段與方法，立足基礎(chǔ)，面向產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)熱點，攻克難題，發(fā)揮銀杏最大的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益，不僅是NSFC 的初衷，也是眾多科學(xué)家孜孜以求的科學(xué)目標(biāo)。