“后基因組”時(shí)代全球“人工授精”發(fā)展現(xiàn)狀分析

2*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)草業(yè)與草原學(xué)院)

繁殖學(xué)的三大技術(shù)支撐分別是人工授精、同期發(fā)情和超數(shù)排卵，人工授精(artificial insemination,AI)是代替自然交配的一種人工輔助生殖技術(shù)。2003年，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和后基因組時(shí)代的到來，AI輔助生殖技術(shù)也隨之不斷改進(jìn)和發(fā)展，為生命的繼續(xù)和繁衍提供了科學(xué)的解決手段，同時(shí)也為畜牧繁殖業(yè)的發(fā)展提供了更豐富的遺傳資源。

《科學(xué)引文索引》(Science Citation Index，SCI)創(chuàng)建于1961年，它不僅可以作為文獻(xiàn)檢索的工具，還可以為科學(xué)研究提供重要依據(jù)。Web of Science是大型綜合性、多學(xué)科、核心期刊引文索引數(shù)據(jù)庫，是ISI數(shù)據(jù)庫中的引文索引數(shù)據(jù)庫，共包括大約10000種世界范圍內(nèi)最有影響力的高質(zhì)量期刊。文獻(xiàn)計(jì)量分析學(xué)是運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，以科技文獻(xiàn)數(shù)量、相互引用等多維度客觀定量地分析梳理學(xué)科研究的國家、地區(qū)、研究機(jī)構(gòu)等學(xué)術(shù)水平，揭示文獻(xiàn)分布規(guī)律、挖掘研究熱點(diǎn)、預(yù)測學(xué)科未來發(fā)展，該數(shù)據(jù)庫已被應(yīng)用于很多學(xué)科。

本文利用Web of Science 核心集合數(shù)據(jù)庫，對2003.01.01～2019.12.30期間全球AI發(fā)表文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)，從發(fā)文國家、研究機(jī)構(gòu)、論文影響力、關(guān)鍵詞、國家合作關(guān)系等方面分析AI發(fā)展現(xiàn)狀，明確未來發(fā)展趨勢，以期為我國AI技術(shù)研究提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

論文數(shù)據(jù)來自Web of Science 核心集合數(shù)據(jù)庫，采用高級檢索模式，檢索式為“TS=(artificial insemination)”，檢索語言為“All language”，檢索論文類型為“Article”，檢索時(shí)間跨度為2003.01.01～2019.12.30，檢索索引為SCI-Expanded，檢索時(shí)間為2020年4月12日21:00，共檢索到AI相關(guān)研究文獻(xiàn)6 096篇。

2 人工授精論文產(chǎn)出分析

2.1 AI研究論文數(shù)量年度變化趨勢

在2003～2019年期間，Web of Science 核心集合數(shù)據(jù)庫中有關(guān)AI研究相關(guān)文獻(xiàn)共6 096篇，全球AI研究領(lǐng)域論文數(shù)量總體呈逐步上升趨勢(圖1)，其中2006年、2014年、2015年AI論文發(fā)表量較前一年相比略有下降，這可能與2006年國際政治局勢，2014年埃博拉疫情、ISIS橫掃中東以及2015年難民潮沖擊歐洲有一定關(guān)系。此外，中國AI研究相關(guān)論文共219篇(圖2)，但在2008年和2014年降至最低點(diǎn)，推測這可能與數(shù)據(jù)庫中新論文的更新時(shí)間有關(guān)，此外，還可能受2008年全球金融危機(jī)、南方冰雪災(zāi)害、汶川地震及2014年禽流感來襲有極大關(guān)系。

圖1 2003～2019年全球AI研究論文數(shù)量變化趨勢

圖2 中國2003～2019年AI文獻(xiàn)刊文年度變化趨勢

2.2 AI研究論文數(shù)量排名前10的國家/地區(qū)

以2003～2019年全球AI研究領(lǐng)域論文發(fā)表國家/地區(qū)為統(tǒng)計(jì)源，排名前10的國家/地區(qū)分別是美國、巴西、西班牙、德國、日本、澳大利亞、加拿大、法國、意大利、印度。在論文發(fā)文量前10的國家/地區(qū)中美國論文數(shù)量占絕對優(yōu)勢，占總發(fā)文量的20 %以上，其次是巴西和西班牙。美國發(fā)文量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國家，反映出美國在AI研究領(lǐng)域科研活動比較活躍。主要原因可能是美國畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的比重較高，畜產(chǎn)品絕對數(shù)量大，是畜牧業(yè)生產(chǎn)的超級大國；此外，早在1938年美國便開始建立乳牛AI組織，AI技術(shù)實(shí)踐運(yùn)用早。目前，巴西牛群存欄量居世界第二，商品牛數(shù)量、牛肉產(chǎn)量及牛肉出口量居世界首位，生豬存欄量及豬肉出口量均在世界前列，發(fā)達(dá)的畜牧養(yǎng)殖業(yè)為AI技術(shù)的開展提供了大量機(jī)會。西班牙是傳統(tǒng)的畜牧業(yè)國家，主要以養(yǎng)豬業(yè)為主，同時(shí)兼有養(yǎng)牛業(yè)、養(yǎng)禽業(yè)和養(yǎng)羊業(yè)等，自1995年以來，畜產(chǎn)品(肉類及雜碎)貿(mào)易以出口為主，畜牧養(yǎng)殖歷史悠久。此外，中國共發(fā)表論文219篇，排名第11位，與美國、巴西等相比差距明顯。我國屬于發(fā)展中國家，1978年以前，農(nóng)業(yè)以種植業(yè)為主，養(yǎng)殖業(yè)僅作為家庭副業(yè)，農(nóng)業(yè)占比不高且長期發(fā)展滯留；在改革開放之后，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政府對養(yǎng)殖業(yè)的大力支持，我國畜牧業(yè)得以快速發(fā)展。但養(yǎng)殖成本較高、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱及環(huán)境壓力等因素影響，畜牧發(fā)展仍面臨重重困難。

2.3 AI 研究領(lǐng)域發(fā)表論文最多的科研機(jī)構(gòu)

以2003～2019年全球AI研究領(lǐng)域論文發(fā)表機(jī)構(gòu)為統(tǒng)計(jì)源，在4 048個(gè)研究機(jī)構(gòu)中選出發(fā)文量前10的科研機(jī)構(gòu)，分別是圣保羅大學(xué)、圣保羅州立大學(xué)、佛羅里達(dá)州立大學(xué)系統(tǒng)、佛羅里達(dá)大學(xué)、法國農(nóng)業(yè)食品與環(huán)境國家研究院、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、威斯康星大學(xué)系統(tǒng)、瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)大學(xué)、印度農(nóng)業(yè)研究委員會、密蘇里大學(xué)體系。按所屬國家劃分，10個(gè)研究機(jī)構(gòu)中5個(gè)屬于美國，2個(gè)屬于巴西，法國、瑞典和印度各1個(gè)；根據(jù)洲際劃分，10個(gè)研究機(jī)構(gòu)中5個(gè)屬于北美洲，2個(gè)屬于南美洲，2個(gè)屬于歐洲，1個(gè)屬于亞洲。由此可見：美國、巴西及法國AI研究科研實(shí)力較強(qiáng)，AI研究國際影響力主要集中在這三個(gè)國家。此外，以2003～2019年中國AI研究論文發(fā)表機(jī)構(gòu)為統(tǒng)計(jì)源，在283個(gè)研究機(jī)構(gòu)中選出發(fā)文量前10的科研機(jī)構(gòu)，分別為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院、西北農(nóng)林科技大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院、溫州醫(yī)科大學(xué)、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)。中國AI研究主要集中在農(nóng)業(yè)院校，為中國AI研究發(fā)展做出了極大的推動作用。

2.4 AI 研究論文最多的期刊

以2003～2019年全球AI發(fā)表刊物為統(tǒng)計(jì)源，發(fā)文量排名前10的期刊累計(jì)載文達(dá)2 817篇，占總發(fā)文的46.211 %，分別是Theriogenology、JournalofDairyScience、Animal?ReproductionScience、ReproductioninDomesticAnimals、JournalofAnimalScience、ReproductionFertilityandDevelopment、Animal、AnimalReproduction、JournalofReproductionandDevelopment、TropicalAnimalHealthandProduction。其中3個(gè)期刊來自美國，發(fā)文量為1 566篇，占總發(fā)文的25.689 %；2個(gè)期刊來自荷蘭，德國、澳大利亞、英國、巴西、日本各1個(gè)。美國的Theriogenology、JournalofDairyScience，荷蘭的AnimalReproduction?Science和德國的ReproductioninDomesticAnimals屬AI高載文量期刊，占總載文的36.467 %。此外，2003～2019年，發(fā)表中國AI研究領(lǐng)域論文最多的10個(gè)期刊，分別為AnimalReproductionScience、Theriogenology、Cryobiology、Andrologia、AnimalScienceJournal、AsianAustralasianofAnimalSciences、PoultryScience、ActaOceanologicaSinica、Aquaculture、BiologyofReproduction。從國際和國內(nèi)期刊發(fā)文來看，主要是Theriogenology、AnimalReproductionScience，說明國內(nèi)與國際AI研究認(rèn)可度高度相符，但中國AI研究及自主高質(zhì)量期刊仍需要不斷提升發(fā)展。

2.5 AI 研究論文被引次數(shù)最多的文章

以2003～2019年全球AI研究論文為統(tǒng)計(jì)源，被引次數(shù)排名前10的論文中，美國共有5篇；愛爾蘭、巴西、法國、意大利及瑞典各1篇。此外，以2003～2019年中國AI研究領(lǐng)域發(fā)表論文為統(tǒng)計(jì)源，被引次數(shù)排名前10的論文中，中國科學(xué)院昆明動物研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)各發(fā)表2篇。

2.6 AI 研究論文作者及國家間合作關(guān)系分析

以2003～2019年全球AI研究論文作者為統(tǒng)計(jì)源，將16 975位作者按發(fā)文量排序列出發(fā)文量前10的作者(表1)。美國和巴西在AI研究領(lǐng)域的科研實(shí)力雄厚。中國AI研究主要集中在農(nóng)業(yè)科研大學(xué)，主要有華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的楊利國老師、四川農(nóng)業(yè)大學(xué)的曾長軍老師及西北農(nóng)林科技大學(xué)的胡建宏老師、李清旺老師、羅軍老師。

表1 2003～2019年全球AI研究發(fā)文量前10的作者

利用文獻(xiàn)計(jì)量在線分析網(wǎng)站(http://bibliometric.com/results.html)制作國家間合作關(guān)系圖(圖3)，彩色線條連接的表示兩國間存在AI研究合作關(guān)系，彩色陰影面積越大表明與其他國家AI研究聯(lián)系越緊密，存在合作關(guān)系國家數(shù)目越多，目前，在AI研究領(lǐng)域全世界的國家/地區(qū)間的合作關(guān)系較緊密,其中以美國、巴西、西班牙、德國、日本等國家聯(lián)系最為密切，并且發(fā)文量均位居全球前列。此外，中國AI研究國家合作也較為密切，表明我國近年來畜牧業(yè)發(fā)展迅速。

圖3 2003～2019年全球AI研究國家間合作關(guān)系

2.7 AI 研究論文的學(xué)科分類及關(guān)鍵詞分析

在2003～2019年期間，Web of Science核心集合中收錄AI研究論文的主要研究方向(圖4)，雷達(dá)圖中百分比表示學(xué)科論文數(shù)占總論文數(shù)的百分比，由圖4可知，農(nóng)學(xué)論文數(shù)約占總論文的44.193 %，獸醫(yī)科學(xué)約占總論文數(shù)的44.144 %，其次是繁殖生物學(xué)，約占總論文數(shù)的38.484 %。由此可見，AI研究主要集中在農(nóng)學(xué)、獸醫(yī)科學(xué)和繁殖生物學(xué)領(lǐng)域。由于某些論文的多學(xué)科屬性，所以全部百分比之和大于100 %。

關(guān)鍵詞可反映出一項(xiàng)研究的突出成果和焦點(diǎn)，也是對一項(xiàng)研究的凝練和核心表達(dá)。分析關(guān)鍵詞的內(nèi)在聯(lián)系有助于發(fā)掘AI當(dāng)前研究熱點(diǎn)和未來前進(jìn)方向，根據(jù)VOS viewer分析發(fā)現(xiàn)(圖5)，Artificial Insemination、sperm/semen、cryopreservation、progesterone、pregnancy等詞處于聯(lián)系中心的位置，并且在熱點(diǎn)分布中這幾個(gè)詞顏色最深,表明精液、冷凍保存、孕酮和受孕是AI研究熱點(diǎn),這些與AI研究及實(shí)踐運(yùn)用息息相關(guān)。此外，dairy cow、cattle、beef cattle、sheep、goat、boar/pig在熱點(diǎn)分布中，顏色較深且比較集中，表明AI研究主要集中在奶牛、肉牛、綿羊、山羊及豬的實(shí)踐研究運(yùn)用中。

圖4 2003～2019年全球AI研究論文歸屬學(xué)科

圖5 AI 研究論文關(guān)鍵詞分析

2.8 AI 研究論文語種分布

2003～2019年AI發(fā)表文獻(xiàn)共6 096篇，英文論文占主導(dǎo)地位，占總發(fā)文量的93.668 %；葡萄牙語占總發(fā)文量的2.198 %；其次是德語占總發(fā)文量的1.329 %；西班牙語、法語、匈牙利語、意大利語、土耳其語、波蘭語、荷蘭語共占總發(fā)文量的2.559 %。高質(zhì)量的AI論文主要集中在歐美州，主要是英文文獻(xiàn)，原因可能是AI研究較早、研究水平較高；另外，歐美國家語言以英語為主，而Web of Science收錄的文獻(xiàn)主要是英文文獻(xiàn)。

3 討論

人工授精(AI)是動物繁殖技術(shù)的一項(xiàng)重大成就，與精液冷凍保存技術(shù)相結(jié)合，可以豐富優(yōu)良遺傳基因、優(yōu)化育種，使繁殖不受時(shí)間和空間的限制。與自然交配相比，AI可以有效降低疾病的傳播風(fēng)險(xiǎn)，減少公畜飼養(yǎng)量，提高養(yǎng)殖效益。為了解AI研究現(xiàn)狀，挖掘AI研究熱點(diǎn)，本研究通過檢索Web of Science核心集合數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，對2003～2019期間AI研究相關(guān)論文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究發(fā)現(xiàn)全球AI發(fā)表論文總體呈上升趨勢，年均發(fā)文量在358篇上下波動，其中美國AI研究最為活躍，另外巴西、西班牙、德國等AI研究也值得我們借鑒。此外，在全球前10的機(jī)構(gòu)或期刊中，美國最多，其次是巴西，特別是巴西的圣保羅大學(xué)、圣保羅州立大學(xué)以及美國的佛羅里達(dá)州立大學(xué)系統(tǒng)、佛羅里達(dá)大學(xué)為AI研究做出了重要貢獻(xiàn)。中國AI研究發(fā)文量較少，主要集中在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院和西北農(nóng)林科技大學(xué)，這與AI技術(shù)在歐洲、北美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家/地區(qū)普及率較高，精液保存、質(zhì)量檢測和授精技術(shù)較為完善有重要關(guān)系；此外，我國AI研究起步較晚，1985年潘壽文開始對犬進(jìn)行精液冷凍和人工授精研究，當(dāng)時(shí)國內(nèi)科研人員整體英語水平不高、投稿價(jià)值導(dǎo)向及對SCI重視程度不夠，這也是引起我國SCI論文較少的原因之一。

20世紀(jì)50年代，畜牧產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營最早在美國產(chǎn)生，隨后迅速轉(zhuǎn)入歐洲、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家。隨著供產(chǎn)銷一體化、集約化的發(fā)展，畜牧養(yǎng)殖飼草供應(yīng)科學(xué)化、生產(chǎn)專業(yè)化、產(chǎn)品商業(yè)化、服務(wù)社會化的經(jīng)營格局最終在歐美等發(fā)達(dá)國家中實(shí)現(xiàn)。雖然我國AI研究起步較晚，但隨著改革開放和國家政策的大力支持，我國AI研究在近幾十年中比較活躍，國家合作關(guān)系較為密切。20世紀(jì)90年代以來，AI技術(shù)在我國商業(yè)實(shí)踐、生產(chǎn)運(yùn)用中日漸成熟，為更多養(yǎng)殖戶所接受。從發(fā)展速度、普及范圍和動物種類來看，我國冷凍精液AI技術(shù)在奶牛上已普及，并對黑白花奶牛育種上起到關(guān)鍵作用。此外，AI技術(shù)在豬的育種繁殖中也得到了同樣的發(fā)展，根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)使用AI技術(shù)的大型養(yǎng)豬場占比例約為80 %～90 %;小型養(yǎng)豬場為 50 %～60 %，AI技術(shù)成績斐然。

AI作為育種改良及繁殖技術(shù)的重要手段，已廣泛運(yùn)用與大型養(yǎng)殖場，配種時(shí)機(jī)的掌控、發(fā)情的鑒定、精液品質(zhì)的檢測、輸精部位、輸精劑量及輸精人員的技術(shù)水平都是影響母畜妊娠率的關(guān)鍵因素。雖然我國AI研究實(shí)踐運(yùn)用日漸成熟，但同國外研究相比，我國缺乏國際影響力的機(jī)構(gòu)、高科技人才和高質(zhì)量的期刊。因此，我們應(yīng)加快步伐，加強(qiáng)與國外機(jī)構(gòu)合作，研發(fā)新的精液冷凍保存方法、冷凍保護(hù)劑、抗氧化劑及新的AI技術(shù)，不斷提高科研水平。相信隨著精液冷凍、基因組測序、優(yōu)勢基因的挖掘及蛋白質(zhì)功能技術(shù)的不斷發(fā)展，廣大科研工作者的不斷探索與實(shí)踐，中國AI研究將為遺傳資源的保護(hù)和畜牧業(yè)的發(fā)展提供新的技術(shù)保障。