全球玉米育种研究发展态势分析报告
The following article is from 国科农研院 Author 国科农研院
本报告由北京农林科学院农业信息与经济研究所授权刊发。报告以全球玉米育种领域相关的外文文献为研究基础，利用文献计量法对全球玉米育种领域科研发展态势进行分析，深入挖掘该领域研究前沿与研究热点，可为我国科研团队深入了解全球玉米育种研究现状及未来发展方向提供重要参考。
全球玉米育种基础研究发展态势分析报告
北京市农林科学院农业信息与经济研究所
一、数据来源与分析工具
文献数据来源于ISI Web of Science数据库平台，该库是全球最大、覆盖学科最多的综合性学术信息资源，收录了自然科学、工程技术、生物医学等各个研究领域最具影响力的超过8700多种核心学术期刊。本报告选择Web of Science核心合集数据库，文献类型为Article和Review，时间范围为2013年1月1日至2018年9月25日，即近五年内发表的玉米育种全球文献。
采用主题检索方式进行文献检索，即在全球范围内检索与玉米育种主题直接相关的科技文献数据信息。在保证查全率与查准率的基础上，采用多字段高级检索方法，具体步骤如下：（1）分析领域主题，明确检索要素及要素间的逻辑关系，经专家审定后，确定以传统育种、分子标记育种、转基因育种等关键词制定检索式；（2）根据选择的关键词结合布尔逻辑运算组成初步检索式进行检索；（3）根据初检获得的文献，参考其上位类和下位类，补充同义词、近义词，将其整合到检索式中，扩大检索范围避免漏检的同时过滤垃圾信息，提高查准率；（4）经反复试检调整，确定完整的检索式并开展检索。
二、全球玉米育种领域发展态势分析
（一） 玉米育种领域发文趋势分析
2013-2017年全球玉米育种领域年度发文情况，如图1所示。整体来看，全球玉米育种领域发文量基本稳定在1000余篇，趋势波动较小，处于稳步发展状态。
图1 2013-2017年国际玉米育种领域年发文趋势
（二） 玉米育种领域发文国家/地区分布
1、 重要国家发文量分析
国家的发文量一定程度上代表了国家地区在该研究领域的活跃度。h指数表示至少有h篇论文被引用h次，可以从一定程度反映论文的质量与影响力，能够准确揭示国家在该领域的科研实力。通过对玉米育种领域论文数据发文量排名前10位国家的发文量和h指数进行统计分析，绘制得如图2所示。
从发文量分析，中国发文量排名第一，美国位居第二，两个国家发文量远远高于其他7个重要发文国家，是玉米育种领域研究的主力军。从国家发文的影响力来看，中国和美国表现较为突出，遥遥领先于其他各个国家，美国h指数最高，其科研综合实力处于全球领先地位，中国排名第2。结合发文量和影响力综合分析，中国、巴西两国的发文量虽较高，但h指数表现一般，说明中国和巴西发表论文的质量和影响力还有待提高，其他各国的论文的产出和论文影响力表现较为一致。
图2 国际玉米育种领域近五年重要研究国家发文量与h指数对比
国家之间的合作紧密程度和中心地位可以通过图中节点的中介中心性表示。全球玉米育种领域形成了以德国、澳大利亚、肯尼亚、印度为中心的紧密合作网络，分别为：1）德国、新西兰、巴西和意大利等国家形成的欧洲早期合作网络；2）肯尼亚、南非、印度、法国和澳大利亚各国形成的中期合作网络；3）德国和印度、日本和新西兰、巴基斯坦和韩国等跨地域国家间的新兴合作关系，其中巴基斯坦是突现度较高（短时间内出现频次较多的名词）的新兴合作网络的中心；4）我国与国际育种领域的重要国家的合作网络较为单一，主要与美国保持合作关系。
图3 国际玉米育种领域近五年重要国家合作网络图
3、 重要研究机构发文量分析
从科技论文的发表数量和被引频次可以一定程度上反映出一个机构的产出和影响力。2013-2018年玉米育种领域发文量排名前10的机构及被引频次分布情况，如图4所示。排名前三的发文机构分别是中国农业科学院（423篇）、美国农业部农业科学研究院（321篇）和中国农业大学（265篇），是玉米育种领域的主要研究力量，反映出我国在该领域的科研水平处于领先地位。
从发文机构分析，我国科研机构和大学在玉米育种领域发文量表现突出，在近5年一直活跃在国际玉米育种领域前沿：发文量排名前10机构中，我国占据5个（3所科研机构和2所大学），并且排名前3位的机构中有两家来自我国。美国仅次于中国，涉及1所科研机构和3所大学，主要研究力量除美国农业部农业科学研究院外，还包括美国顶级综合大学爱荷华州立大学、康纳尔大学和明尼苏达大学。除中国和美国的机构外，德国的霍恩海姆大学是唯一跻身前十的机构，是以农业科学为主的老牌院校，是一支稳定的研究力量。
从机构影响力分析，各国机构的影响力和产出的结果表现基本一致，反映出我国中国农业科学院、中国农业大学和中国科学院在玉米育种研究领域有较强的基础科研实力和影响力，美国的国家农业科学研究院和爱荷华州立大学是代表美国玉米育种领域的突出研究力量。明尼苏达大学是唯一一家跻身前十的德国机构，反映出该大学在玉米育种领域拥有较老的研究资历和深厚的科研储备。
图4 国际玉米育种领域重要研究机构发文量与h指数对比
4、 重要研究机构合作分析
全球玉米育种领域前20个主要研究机构合作关系网如图5所示，图中节点及标签显示出各个机构及名称，节点大小表示发文量的高低，节点中的紫圈代表其中介中心性的高低，节点间连线的粗细表示合作的强度，连线的颜色由深到浅代表时间由远及近。
全球玉米育种领域重要研究机构合作网络的中心地位（节点中紫圈的大小）排名前五依次为：康奈尔大学、美国农业部农业研究局、中国农业科学院、乔瓦州州立大学和中国农业大学，各机构之间既有早期合作又发展了以各自为中心的新兴合作网络，分别为：1）康奈尔大学、中国农业科学院、美国农业部农业研究局三大重要合作中心之间的早期合作关系网；2）中国农业科学院、华中农业大学、四川农业大学、河南农业大学间的国内合作关系网；3）美国农业部农业研究局、乔瓦州州立大学、明尼苏达大学大学、康奈尔大学等机构的新兴合作关系网；4）威斯康星大学、中国农业大学和南京农业大学间的新兴跨国机构合作关系网络。
全球玉米育种领域机构合作布局呈现出康奈尔大学、美国农业部农业研究局、中国农业科学院、乔瓦州州立大学和中国农业大学5个机构之间的早期合作网络结构，随后逐步形成了以5个机构为中心的小型合作网络。合作模式由国家、地区内部合作演变为跨地区的国际合作模式。
图5 国际玉米育种领域近五年重要机构合作图
三、全球玉米育种领域研究主题分析
（一）玉米育种领域研究前沿
玉米育种领域研究主题在不断地动态演变，及时探测、识别并追踪该领域的最新前沿，既能够为科研人员科学研究和掌握科研动态提供参考，又是科研管理者进行科学决策的重要依据。某领域的研究前沿表现为涌现的施引文献群组，它可以从描述观点的正文和引用的参考文献两个方面表征研究前沿。本报告基于谱聚类算法，从文章关键词中提取聚类标签，以时间线图展示玉米育种领域的前沿分布，如图6所示。
玉米育种领域在近五年（2013-2018年）的高被引文章形成了34个聚类，其中显著度最高的聚类有7个，分别为：#0：crop domestication、#1：major QTL、#2：radiation hybrid mapping、#3：genomic selection、#5：statistical procedure、#7：elite hybrid、#11：metabolism。
图6 全球玉米育种领域近五年研究前沿
Sigma指数是结合节点在网络结构中重要性（中介中心性）和节点在时间上的重要性（突发性）两个指标符合构造的测度节点新颖性的一个指标，Sigma指数高的节点即我们需要关注的重点前沿。表1提供了2013-2018年共被引网络聚类高Sigma值节点信息，通过高Sigma值节点所分布的聚类，可以看出玉米育种领域近五年的研究前沿依次为：crop domestication（作物驯化）、major QTL（主效数量性状基因/位点）、radiation hybrid mapping（辐射杂交定位）、genomic selection（基因组选择）。
表1 近五年文献共被引网络聚类高Sigma值节点信息
（二）玉米育种领域研究热点和研究聚类
以玉米育种领域近五年（2013-2018年）的6026篇文献为样本，获取文章全部关键词，结合专家意见对关键词进行清洗和合并，最后选出出现频次大于等于5的有效关键词372个，计算关键词的共现关系，挖掘各研究的热点和聚类。
某一领域研究热点可以通过高频关键词表示。图7中关键词所在区域颜色越红说明其出现频次越高，由此分析可得全球玉米育种领域近五年的Top5的研究热点为：quantitative trait loci（数量性状基因座）、identification（鉴定）、gene（基因）、resistance（抗性）、bacillus-thuringiensis（苏云金芽孢杆菌）。
图7 全球玉米育种领域近五年研究热点分布图
图8 全球玉米育种领域近五年研究聚类网络图
图8为2013-2018年玉米育种领域文章的关键词网络聚类，通过Association strength算法将关键词聚为7个类别（cluster），从中遴选出具有显著性的4个聚类，即玉米育种领域的研究热点，分别为：抗生物/非生物胁迫、分子标记育种、基因组学研究（高通量测序技术）、转基因作物及技术相关。
（三）玉米育种领域主题演进
对玉米育种领域论文数据的关键词进行统计和清洗，以每一年进行时间分区，结合关键词的共现次数和中介中心性，综合选出每个时间切片高频高中心性关键词，如表2所示。结合玉米育种领域2013-2018年高被引文献主题随时间变化（见图9），分析得出玉米育种领域2013-2018年研究主题的演进过程。
表2 2013-2018年玉米育种领域高频高中心性关键词表
图9 2013-2018年玉米育种领域突现的Top22引用高峰文献
综合来看，玉米育种领域各个研究主题进程主要从原始研究进展和育种技术进展两方面概括：
（1）玉米育种原始研究：1）转基因育种、杂种优势相关的QTL定位：包括玉米的基因表达、过表达，水稻、模式植物拟南芥基因组的相关研究，以及玉米、大麦作物的转基因育种、基因的多态性研究。进展包括：利用模式植物（如拟南芥）对玉米基因表达系统进行研究，包括对玉米的抗病性和抗逆性机理，以及通过光、环境因素等条件对玉米生命活动内在机理认识的探究。其中，非生物胁迫相关基因在玉米生产中的作用是近年的研究进展。2）玉米作物的分子育种研究，围绕耐旱性、盐碱等非生物胁迫性研究，以及基因在作物抗病性中的作用原理，同时涉及作物光合成、花期、抗病性等复杂农艺性状研究，以及对作物的风险评估。此外，围绕DNA的多态性、单核苷酸多态性和作物农艺性状的全基因组关联分析，以及基因编辑技术的实践和在玉米中的成功应用也是一项重要进展。
（2）育种技术和方法研究：分子标记辅助育种从微卫星标记（SSR）、限制性片段长度多态性（RFLP）、QTL（数量性状基因座）精确定位技术在基因组测序和重要基因分离中的应用发展至以单核苷酸多态性（SNP）的第三代分子辅助标记选择技术为主流。SNP因其分布密度高、遗传稳定、与表型性状相关性强、易于实现自动化分析等诸多优势成为玉米育种的重要辅助技术与研究方向。以单核苷酸序列差异为基础的分子标记辅助选择技术在我国玉米育种中应用是分子标记育种技术的最新进展。
四、总结与建议
全球玉米育种研究领域在近五年（2013-2018年）处于平稳发展阶段。中国和美国在论文产出和影响力两方面表现突出，是全球玉米育种领域科学研究的主力军，研究力量代表分别是中国农业科学院、美国农业部农业科学研究院和中国农业大学。国际合作布局基本形成了以德国、澳大利亚、肯尼亚、印度为中心的合作网络，出现了德国和印度，日本和新西兰，韩国和巴基斯坦等跨地区的新兴合作关系。
全球玉米育种领域近五年的研究前沿为：crop domestication、major QTL、genomic selection、radiation hybrid mapping。全球玉米育种领域近五年的Top5的研究热点为：quantitative trait loci、identification、gene、resistance、bacillus-thuringiensis。除玉米外涉及的主要育种作物为：arabidopsis-thaliana、rice。研究主题的演进过程在原始研究和育种技术两个层面论述均有创新进展。
我国在玉米育种领域的基础研究力量较强，处于世界领先地位。但全球影响力稍落后于美国，合作模式和合作网络也较为单一（主要与美国展开合作），相对而言，局限了我国农业玉米育种领域基础研究的发展。
1、重视科研成果质量，提高我国玉米育种的全球影响力明晰国际玉米育种领域的发展脉络，把握和洞悉育种技术的动态前沿，保持并发挥我国科研机构的玉米育种领域科研的巨大优势，将科研成果产出与科研成果质量并重，努力提高我国玉米育种领域科研水平，提升我国在玉米育种领域的国际影响力。
2、加强国际合作交流，合理布局研究力量
鼓励国内机构及科研人员在全球范围内合作，特别是开展玉米育种领域科研强国和玉米传统大国之间的跨国家、跨地区合作，促进我国科研机构、大学与国际领先机构的学术交流，基于全球玉米育种领域中重要国家和重点研究机构的布局，逐步形成我国玉米育种领域的国际合作网络，进一步为我国科研发展积蓄力量，为科技创新奠定基础。
3、追求科研创新，促进玉米育种技术研究的开发和应用。
结合我国玉米育种现状，充分挖掘和利用国内外优良资源，引进学习育种技术，加强种质改良和材料创新，拓宽种质资源基础。将单倍体育种、分子育种与转基因技术相结合，在现代商业化育种体系的基础上进行技术创新，实现玉米育种基础研究向实践应用的过渡，加快玉米育种产业化进程。
本报告作者：齐世杰
授权转载于：国科农研院 （GLOCON-AGRI-INST）
中国农业科学微平台
CAAS_ChinaAgriSci
欢迎关注、分享、投稿