根际微生物与植物互作研究文献计量分析

龙 莹，李 伟，潘 军，冯作山,3

（1. 中国农业科学院油料作物研究所，湖北 武汉 430062；2. 湖北嘉博文生物科技有限公司，湖北 武汉 430071；3. 北京嘉博文生物科技有限公司，北京 100015）

根际是指围绕在植物根系附近的土体[1]，此类土体理化性质易受植物生长影响。根际微生物即根际区域内微生物，在受到植物根系影响的同时，也能介导植物生理和代谢调节[2]。根际微生物通过与植物根系相互作用，对植物生长[3]、根系养份吸收[4]、植物抗病[5]、次生代谢物生产[1]、土壤污染治理[6]等方面起关键作用。正确调控根际微生物能促进植物宿主营养吸收、提高对病虫害等生物胁迫和环境胁迫的适应能力[7]，研究根际微生物与植物互作对于农业发展具有重要意义。依据CNKI 数据库显示，从1988—2021年间，国内目前针对于该领域研究相关期刊文献仅有500 余篇，相较农业其他领域而言其研究基础相对薄弱。笔者通过梳理国内外研究发展趋势、研究热点、高产研究机构及作者等关键指标，可对该领域研究进行全面认知。

文献计量法是指通过数学与统计学方法，对文献进行定量化分析[8]，通过数据分析可从中找出变化规律，进而预测其未来的发展趋势[9]，目前已广泛应用于农学、医学、社会学、广告学等[10-16]诸多领域。王晴等基于Web of Science 数据库，用文献计量法分析了1990—2020 年有机污染土壤和地下水生物修复领域的研究热点及趋势[17]。范利超等对中国期刊全文数据库（CNKI）和Web of Science 核心合集数据库中关于土壤微塑料研究领域的国内外文献进行计量分析，了解了微塑料在土壤环境中的研究状况[18]。笔者利用Web of Science 核心数据库，收集1991 年1 月—2021 年8 月期间根际微生物与植物相关研究文献，借助Web of Science 数据库自带分析工具、CiteSpace 知识图谱分析软件、VOSviwer 可视化分析软件、SPSS统计分析软件、Excel 作图等对文献进行全面分析[19-27]，可了解根际微生物与植物互作的研究现状与未来趋势，以期为根际微生物与植物互作相关的研究提供参考与指导。

1 材料与方法

1.1 数据来源及保存

数据来源于Web of Science 数据库核心合集，检索时间为1991 年1 月—2021 年8 月，主题定义为“Rhizosphere microorganism*”AND “Plant* interaction*”，文献类型设置为“Article Review”，语言设置为“English”，共计获得微生物与植物互作的相关文献1 134 篇，文献以“其他格式”进行下载并保存以待分析。

1.2 统计分析方法

利用WOS 自带数据统计分析功能，分析近30年来（1991 年1 月—2021 年8 月）土壤微生物与植物互作相关的文章，对研究作者、研究机构、国家、各时间段发表篇幅、发表刊物等进行计量分析。结合VOSviewer 1.6.16、CiteSpace 5.7.R5W、SPSS 19.0 和Excel 2019 等工具进行图表绘制及统计分析。

2 结果与分析

2.1 发文量变化趋势

发文量可以从某一程度反映相关研究在科学领域受关注的程度和热度，也能反映该研究领域的发展速度和研究前景。从WoS 数据库检索获取的近30 a 来土壤微生物与植物互作相关的年度发文分布情况看，1991—2005 年每年文献量均不超过20 篇，年发文量较平稳，处于起步研究阶段；2006—2017 年间年发文量虽有波动但整体处于缓慢上升阶段，2006 年的年发文量为24 篇，2017 年的年发文量增至80 篇；2017年以来为快速发展阶段，2017—2020 年的发文量平均增长率为28.03%。从发文量来看，人们对根际微生物和植物互作的关注度越来越高。采用SPPS 19.0 时间序列预测法，预测2021 年发文量达192 篇。

2.2 前10 位发文量国家

从数据中提取国家的发文量可以看出此国家对该领域的重视程度及技术需求。表1 显示排名前10 位发文量的国家依次为中国、美国、德国、法国、印度、意大利、荷兰、加拿大、西班牙和澳大利亚，占世界总发文量的88.71%。前3 位的中国、美国、德国占世界总发文量的49.21%。从首次发文时间来看，美国、法国相关研究较早，中国最晚。通过CiteSpace 对文量前10 位发的国家间合作关系网分析，如图1 所示，整体而言，各国家间均存在不同层次合作关系，其中，美国、德国、新西兰、加拿大4 国与其余9 国均有合作关系。中介中心位代表对该研究领域的影响度大小，中心位值越大影响越大，聚类图中圆点越大。由表1及图1 可看出，德国影响度最高，其次为美国，再次为法国，最后为中国，由此可知，我国发文量虽最多但影响力并不强。

表1 前10 位累计发文量国家

图1 发文量前10 位的国家间合作关系

2.3 发文量前5 位研究机构及合作关系

近30 a 来本领域涉及研究机构有1 378 家，其中发文量前10 位的有29 家，占总发文量40%。如表2所示，发文量前5 位的机构有中国科学院、西班牙国家研究委员会、哥廷根大学、西澳大利利亚大学、美国农业部农业研究局、法国国家农业研究科学院、加利福尼亚大学伯克利分校、俄罗斯科学院、中国农业大学、中国科学院大学、瓦格宁根大学共计11 家，发 文 量 分 别 为57、32、22、19、19、19、16、16、16、16、16 篇。其中美国农业部农业研究局相关研究最早，中国科学院研究最晚。

表2 前10 位发文量的研究机构

经VOSviewer 对发文量第一的中国科学院做合作网络分析，结点间距离越短表明两单位合作越紧密，由图2 可知，中国科学院与中国科学院大学、科隆大学、法国农业科学院、瓦格宁根大学、亥姆霍兹环境研究中心、哥廷根大学、霍恩海姆大学、俄罗斯科学院、圣保罗大学、西澳大利亚大学、西班牙国家研究委员会、中国农业大学和西北农林大学这14 家单位合作密切。

图2 中国科学院合作单位网络

2.4 核心作者及合作关系网络

研究作者数量可以反应某一领域研究现状，核心作者则能体现其对领域贡献力。本领域研究作者有5 014 位，依据普莱斯核心作者定律M=0.749×(nmax)(1/2)，M 值为3.35 即发文4 篇以上的为核心作者，总计有77 位。居前5 位的作者分别为Yakov kuzyakov（哥廷根大学）、R Azcon（西班牙国家研究委员会）、林文雄（福建农林大学）；Berg Gabriele（格拉茨技术大学）和Larsen John（墨西哥国立自治大学），发文量分别为20、12、11、9 和9 篇。

通过VOSviewer 对77 位核心作者间合作关系分析，结果发现仅有18 位作者存在合作关系，且形成4个核心合作团体，具体结果见图3。第一合作团队以Kuzyakov yakov 为核心，第二合作团队以Richardson alane 为核心，第三合作团队以Zhou Jinzhong 为核心，第四合作团队以Lemanceau philippe 为核心。

图3 核心作者间合作网

2.5 主要期刊分布

期刊分布分析有助于检索者快速获取该研究领域的核心期刊，从而更快捷获取研究相关文献，了解研究现状。表3 为发文量排名前10 位的期刊。其中前5 位期刊占总发文量的23.19%。影响因子最高的期刊为New Phytologist，影响因子为10.151，刊文量17 篇，排名第9 位，占总发文量的1.5%。发文量与被引量均靠前则能表明某一期刊对该领域的持续性关注度越高、贡献也越大。由表3 可以看出，Plant and Soil，Soil Biology & Biochemistry，Fems Microbiology Ecology 3 大期刊在发文量及引文量均在前5 位，其中Plant and Soil 两者均排第1 位，表明此刊物为微生物与植物互作研究领域主流研究期刊。

表3 发文量前10 位的期刊

2.6 高频关键词

关键词是对文章主要内容的凝练与总结，精炼准确地反映了文章的核心。关键词出现的频率及被引次数越高，说明该关键词相关主题受关注度越高。通过VOSviewer 分析，获取了关键词的被引次数，前10 位的高频关键词列于表4。由表可看出，前3 位高频词为“根际”“多样性”“土壤“，分别被引464、192、191 次。土壤微生物多样性、植物根际效应、植物生长等为该领域研究高关注词。以“氮” “植物修复” “植物与微生物互作”等关键词相关研究关注度也很高。

表4 高频关键词

2.7 研究热点与发展趋势

1991—2021 年以6 a 为一个切片，经CiteSpace中LLR 聚类分析后，30 a 间已形10 个主题（图4），主要分布在4 个时间段，分别为：1991—1995 年，此阶段出现4 个主题，研究热点为根际细菌、氮素、丛枝菌根；1996—2001 年，此阶段出现5 个主题，依次为丛枝菌根、草原、溶磷、生物防控、根际；2007—2011 年，此阶段以拟南芥为研究主题；2017—2021年，出现一个“共生网络”主题。由此可见，本领域随时间推移已从单一功能研究逐渐向全方位网络调控机理研究转移。此外，结合高被引文献分析可以看出，作者Hodge Angela、Jones DL、Larsen J 与Gianninazzipearson V 对“丛枝菌根”类主题类研究贡献大；作者Barea J M 对“溶磷根细菌”类主题研究贡献大；Mawdsley J L 对“草坪”类主题研究贡献大，Picard C 对“生物防控”主题研究贡献大；Davide Bulgarelli 对“拟南芥”为主题类研究贡献大；Sasse Joelle与R Core Team对“共生网络”主题类研究贡献大。

图4 主题发展趋势

3 结论与展望

3.1 结 论

从该领域各年份总发文量来看，2017 年前处于缓慢发展阶段，2017 年后是领域快速上升阶段，表明当前是此领域发展优势期。我国在此领域发文量最多但影响力排名则为第4 位，说明其影响力并不高。前10 位研究机构有28 家，其中，国内研究机构有中国科学院、中国科学院大学、中国农业大学、福建农林大学、南京农业大学、中国农业科学院6 家，美国有5 家，德国有4 家，荷兰有4 家，这4 国研究机构合计占总机构量67%，说明这4 国研究机构为该领域贡献主体。

Yakovkuzyakov（哥廷根大学）、R Azcon（西班牙国家研究委员会）、林文雄（福建农林大学）为本领域发文量最多的前3 位核心作者。而Roeland L Berendsen等[28]发表的题为“The rhizosphere microbiome and plant health”与Harsh P Bais 等[29]发表的题为“The role of root exudates in rhizosphere in the ractions with plantd and other organisms”2 篇综述文章引用率最高，对领域发展概况具有较好指导意义。

“根际”“多样性”以及“土壤”为该领域高频关键词，而“共生网络关系”研究则是近年来热点研究主题。当前领域主要学科方向为农学、植物学、微生物学、环境生态学、生物应用微生物学等。从发文量与被引频次综合来看，“Plant and Soil”“Soil Biology& Biochemistry”“Fems Microbiology Ecology”属于该领域综合力靠前刊物。

3.2 展 望

根际微生物和植物互作的相关研究虽有一定的成果，但目前仍处于操控植物根际微生物的早期阶段[30-31]。现阶段，不少研究主要分析单驱动因子对根际微生物的影响，还不足以阐明高度复杂的根际微生物组作用机制[32-33]。依据CiteSpace 突显分析，未来将以“植物微生物群” “细菌”“生态学”“多样性”“丰度”“胁迫”“次生代谢物”“高通量测序”为核心词展开相关研究，利用生物信息学、基因组学、分子学、宏基因组学、宏转录组、宏蛋白质组学及群落代谢组学等[34]学科研究技术手段综合阐述根际微生物宏观调控机制。结合模式植物和模式微生物群落可能会更快地揭示其互作机制。通过充分认识根际微生物组装配过程的驱动因素，探索其与植物宿主间的互作关系，方能更好地解决农业生产和土壤健康等问题。