文献计量学视角探析极端微生物的研究现状与趋势

　　极端微生物研究文献计量分析

　　摘要：以Web of Science论文数据库为数据源, 采用专业数据分析工具VOSviewer软件对2008-2017年极端微生物论文进行数据挖掘和定量分析。总结了此领域论文发表量的总体趋势, 包括发表国家、发表机构、发表期刊、发表作者、研究方向等方面的发表数量的排比以及被引频次。结果表明, 中国近几年相关论文的发表数量有所提高, 但论文的总引用频次和均篇被引频次和发达国家还是有很大的差距, 说明我国极端微生物方面与世界领先水平还有一定差距。

　　关键词：极端微生物; 文献计量; 态势分析;

　　收稿日期：2019-03-04

　　Quantitative analysis of the study of extremophiles

　　LI Xiao-feng TANG Miao-miao FENG Jin-hua

　　College of Oceanography, Hebei Agricultural University

　　Abstract：With Web of Science paper database as the data source, VOSviewer software, a professional data analysis tool, was used to conduct data mining and quantitative analysis of papers on extremophiles from 2008 to 2017. We summarized the general trend of the number of papers published in this field, the comparison of the number of publications and the frequency of citations in aspects of countries of publications, institutions of publications, journals of publications, and authors of the publications. The results showed that the number of papers about extremophiles published in China had increased in recent years, however, China still lagged behind developed countries in the total citation frequency and the average citation frequency of the papers, indicating that China still lagged behind the leading countries in the study of extremophiles.

　　Keyword:extremophiles; bibliometrics; situational analysis;

　　Received： 2019-03-04

　　极端微生物是指在一般生物无法生存的极端环境之中, 能够正常生活的微生物的统称, 根据生存环境的非生物特性, 可将微生物分为嗜热、嗜冷、嗜酸、嗜碱、嗜盐和嗜压六大类[1]。极端微生物由于具有独特的基因类型、特殊的生理机制及代谢产物, 对生命起源和演化的研究具有重要的启示[2,3], 在工农业及药物领域中也具有广阔的应用前景[4,5]。极端微生物的特性可能使原来不可能的生物技术成为可能, 为高效率、低成本生物技术奠定基础, 这有可能改变整个生物技术的面貌[6]。极端微生物的研究已经成为国际上的一个热门领域, 日本、美国、欧洲等国家都已经启动了极端微生物的研究计划, 中国科学院微生物研究所也成立了极端微生物研究组。主要的研究工作包括:新物种的发现[7,8]、新产物的研究与生产[9]、极端酶的结构与功能及其基因的克隆与表达[10,11]、适应机理的分子基础及遗传原理[12,13]、基因组分析等[14]。目前取得的研究成果也被广泛应用于食品、化工、工业等领域[15,16,17]。但到目前为止, 对极端微生物文献计量的统计研究相当少。因此, 本研究选取Web of Science平台的Web of Science核心期刊为数据源从国际视野把握国际动态, 通过文献计量方法对极端微生物研究进行统计分析和内容挖掘, 剖析研究该领域的主要问题, 探寻该领域的发展现状和态势, 以期为我国极端微生物的研究方向提供科学参考。

　　1 数据获取与方法

　　本文主要论述的是微生物方面的极端微生物的研究, 本文是基于Web of Science平台的Web of Science核心期刊为数据源。

　　对检索结果进行人工查阅最终选择2008-2017年论文1 103篇 (选择日期2008.01.01-2017.12.12) 。通过统计发表国家、机构、期刊、作者、研究方向等数量的数据, 再将统计得到的数据转化为趋势图, 根据趋势图对相关论文总体趋势、发表国家、发表机构、发表期刊、发表作者、研究方向、发表数量的排比以及被引频次进行对比分析, 进而得到极端微生物这一领域在国际的发展态势。

　　2 极端微生物研究现状与趋势

　　2.1 文献的总体趋势

　　一个研究方向的进展情况可以从论文的发表数量以及增长趋势表现出其重要性。根据数据统计可知, 1986-2018年极端微生物相关出版物总量1 596篇, 被引频次总计49 385。由近十年的论文发表数量趋势图 (图1) 来看, 出版物总量1 103篇, 被引频次总计18 189, 近十年发表论文数量约为总数量的69.11%。近十年大致呈上升趋势, 表明近年来研究极端微生物的人数在不断增多, 极端微生物正在成为国际研究的热点。

　

　　图1 国际发表论文总量和论文增长率 

　　2.2 发表国家

　　极端微生物相关论文发布数据显示, 共有81个国家发表过相关论文, 发表数量排在前十 (如表1所示) 的依次是美国、德国、中国、西班牙、印度、法国、意大利、英国、巴西、智利, 论文发表数量上百的仅有三个国家, 美国、德国、中国, 但最强的还是美国, 其发表数量比德国和中国发表数量之和还要多。但是近三年论文发表量占比排名依次是美国、中国、德国、印度、西班牙、意大利、英国、法国、巴西、智利, 说明中国在这方面的研究正在呈上升趋势。由图2可知, 美国相关论文发表数量、被引频次和均篇被引频次都相对较高, 德国、西班牙、法国、英国、智利等国虽然发表论文数量比较低, 但其论文均篇被引的次数还是比较高的。论文均篇被引频次前三是美国、法国、德国, 其发表论文质量是比较好的。虽然中国发表论文的数量位居第三, 但其论文总被引频次数位居第五, 均篇被引频次数却位居第九的位置, 说明中国与此领域相关的论文在数量提高的同时, 论文水平还需进一步提高。

　　表1 发表数量前十国家数据表 导出到EXCEL

　

　　图2 发表数量前十国家论文被引频次与均被引频次  

　　2.3 发表机构

　　Web of Science核心期刊近十年记录, 发表过相关论文的机构有446家, 发表数量排在前十 (如表2所示) 的是CSIC (最高科研理事会) 、中国科学院、法国国家科学研究院、美国国家航空航天局、圣保罗大学、图西亚大学、意大利国立研究委员会 (CNR, Consiglio Nazionale delle Ricerche) 、加州大学伯克利分校、佐治亚大学、INRA (法国国家农业科学研究院) 。前十的发表机构发表论文总和占总论文数量的16.32%, 其他的436家机构仅仅占83.68%, 从近三年的发文量可以看出中国科学院的文章发表量占比达到第一名, 说明在中国, 极端微生物引起了越来越多的关注和相关探索, 也出现了越来越多的研究成果。

　　表2 发表数量前十机构表 导出到EXCEL

　

　　2.4 发表期刊

　　有记录的发表期刊有167家, 排前十的期刊 (如表3所示) 为《极端微生物》《公共科学图书馆·综合》《微生物学前沿》《应用与环境微生物学》《天体生物学》《微生物生态学》《应用微生物学和生物技术》《环境微生物学》《ISME杂志》 (ISME JOURNAL) 和《极地生物学》。仅从论文发表数量来看各期刊发表数量还是比较多的, 而且结合近三年发表数量来看, 排前三的是《微生物学前沿》《极端微生物》和《极地生物学》, 说明有的期刊是最近几年开始发表相关的论文, 也表明该方向的国际地位有所提升。但是如果结合期刊的总引频次和均篇引频次数 (图3) 来看, 虽然有的期刊发表的论文数量比较多, 但其论文总被引频次数比较少, 均篇被引频次数也比较少, 如《微生物学前沿》发表数量能排到第三位, 但其总被引频次仅排第九, 均篇被引频次仅排第十, 说明虽然在近三年发表的论文数量较多, 但其论文质量还需提高。期刊如《ISME杂志》, 虽然其发表数量仅仅排在第九位, 但其总被引频次和均篇被引频次能排到第一, 说明这本杂志质量较高, 论文值得参考。

　　表3 发表数量前十期刊数据表 导出到EXCEL

　

　　2.5 发表作者

　　在Web of Science核心期刊相关论文1 103篇, 所涉及到的作者数量很大, 现在根据发表数量排名前十名的作者 (如表4所示) 依次是AMILS R、COCKELL CS、KELLY RM、SELBMANN L、ASCASO C、MCKAY CP、ONOFRI S、WIERZCHOS J、ISOLA D、ADAMS MWW, 前十名作者发文量之和占9.8%, 接近十分之一, 还是比较高的。从近三年的发文量可以看出ADAMS MWW和ONOFRI S发文量占比明显有所提高, 当然也有作者发文量降低, 如AMILS R和MCKAY CP。再结合作者被引总数和均篇被引频次可以看出, 参考价值比较高的作者是ASCASO C、KELLY RM、ADAMS MWW、WIERZCHOS J, 这几位作者的被引总数与均篇被引频次都是比较高的, 更加值得一提的是ADAMS MWW这位作者发文量仅仅排到第十位, 但是其论文的均篇被引却排到第一位, 而且总被引频次排到了第二位 (见表4、图4) 。

　　图3 发表数量前十期刊论文被引频次与均被引频次  

　　表4 发表数量前十作者数据表 导出到EXCEL

　

　

　　2.6 研究方向

　　从研究方向的角度出发, 在1 103篇论文中总涉及到74个方向, 排前十的研究方向 (如表5所示) 为微生物学、生物技术应用微生物学、生态环境科学、生物化学分子生物学、科学技术其他主题、地质、化学、农业、生命科学、生物医学其他主题、工程。从总体设计方向来讲, 极端微生物所涉及到的领域比较广阔, 但是从发表量来看, 还是比较集中分布在生物、环境领域。

　

　　图4 发表数量前十作者论文被引频次与均篇被引频次 

　　表5 发表数量前十研究方向数据表 导出到EXCEL

　

　　2.7 关键字

　　基于2008-2017极端微生物论文关键词进行统计分析, 将出现频次最高的前50个关键词进行可视化分析, 得到图5。图5中节点与字体的大小取决于该节点的权重, 权重越大, 字体与节点越大, 节点间的关联用节点间的连线表示, 关系的强弱用连线粗细代表。从图中可以看出, 2008-2017年间, 极端微生物研究关键词体现出如下特点:

　　(1) 在关键词出现频次中应用最高的关键词microorganisms、diversity、bacteria、escherichia-coli为主, 出现次数依次是243、135、129、121, 在论文中占领主导地位。

　　(2) 除了有微生物、生命类等的关键词外, 环境、土地、水、鉴定等关键词出现比率也占有一定的比例, 说明极端微生物的研究领域不断地扩大。

　

　　图5 2008-2017年极端微生物研究热点图谱  

　　3 总结

　　通过对2008-2017年间极端微生物研究论文和被引用数据统计, 并制作对比图进行分析, 描述国际上极端微生物发展态势及近几年研究状况, 分析表明:

　　从国际总体角度出发, 极端微生物近几年发表论文数量呈稳定增加趋势, 学术影响力逐渐增高, 随着极端微生物研究领域的扩展以及研究的不断深入, 可以预见未来极端微生物方面的论文发表数量将进一步提升。

　　从研究实力的角度出发, 在极端微生物研究领域中, 美国、德国、中国仍然是最大的论文产出国, 西班牙、印度、法国、意大利等国家发展速度较快。在学术影响力上, 科技发达国家仍占一定的优势, 我国近几年来极端微生物论文发表数量有明显提高, 整体研究实力提升。中国科学院已经步入该领域国际领先水平的行列中, 尤其近几年论文发表数量明显增多。但在极端微生物的研究领域中, 我国还需进一步提高论文质量, 从而提高其学术影响力, 建议将前沿的研究技术手段引入研究过程, 增强国际交流合作, 注重研究成果的应用、推广和宣传等。

　　从发表的期刊角度出发, 极端微生物发表期刊还是以生物类、生态类期刊为主, 发表数量上来讲以《极端微生物》《公共科学图书馆·综合》《微生物学前沿》等期刊为主, 但以ISME杂志引用率和均篇引用率为高。

　　从发展的领域来看, 微生物研究方向以微生物学、生物技术应用微生物学、生态环境科学等为主, 但极端微生物的研究方向不断扩展, 已经涉足到了地质、化学、农业等领域, 可见极端微生物在科学研究领域的地位不断提升, 发展很有前景。

　　参考文献

　　[1] RAMPELOTTO P H.Extremophiles and Extreme Environments[J].Life, 2013, 3 (3) :482-485.
　　[2] BEATTY J T, OVERMANN J, LINCE M T, et al.An Obligately Photosynthetic Bacterial Anaerobe from a Deep-Sea Hydrothermal Vent[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2005, 102 (26) :9306.
　　[3] SCHIPPERS A, NERETIN L N, KALLMEYER J, et al.Prokaryotic cells of the deep sub-seafloor biosphere identified as living bacteria[J].Nature, 2005, 433 (7028) :861.
　　[4] 黎唯, 李一青, 李铭刚, 等.极端环境微生物源活性物质的研究进展[J].国外医药抗生素分册, 2007, 28 (1) :1-5.
　　[5] 熊海容.极端微生物与燃料酒精工业[C]//湖北省暨武汉市生化与分子生物学学会.湖北省暨武汉市生物化学与分子生物学学会第八届第十七次学术年会论文汇编, 2007:1.
　　[6] 马延和.新的生命形式:极端微生物[J].微生物学通报, 1999, 26 (1) :80.
　　[7] WOESE C R, KANDLER O, WHEELIS M L.Towards a natural system of organisms:proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 1990, 87 (12) :4576.
　　[8] 周正富.新疆沙漠干燥环境中耐辐射细菌的多样性及耐辐射细菌新物种的分离鉴定[C]//中国微生物学会微生物资源专业委员会、工业微生物学专业委员会.第三届全国微生物资源学术暨国家微生物资源平台运行服务研讨会会议论文摘要集.
　　[9] 李升康, 王玉桥.深海微生物极端酶的研究进展[J].海洋科学, 2009, 33 (5) :98-102.
　　[10] 刘杰凤, 马超, 王春, 等.海洋微生物纤维素酶及半纤维素酶基因克隆与表达研究进展[J].生物技术通报, 2012 (6) :36-42.
　　[11] TRIVEDI N, GUPTA V, KUMAR M, et al.An alkali-halotolerant cellulase from Bacillus flexus, isolated from green seaweed Ulva lactuca[J].Carbohydrate Polymers, 2011, 83 (2) :891-897.
　　[12] ROSSI M, CIARAMELLA M, CANNIO R, et al.Extremophiles 2002[J].Journal of Bacteriology, 2003, 185 (13) :3683.
　　[13] 董锡文, 薛春梅, 吴玉德.极端微生物及其适应机理的研究进展[J].微生物学杂志, 2005, 25 (1) :74-77.
　　[14] 汪天虹, 侯运华.海洋极端微生物和极端酶分子生物学研究[J].科技导报, 2004 (9) :7-10.
　　[15] 顾觉奋, 罗学刚.极端微生物活性物质的研究进展[J].中国天然药物, 2003, 1 (4) :252-256.
　　[16] 梅建凤, 王普, 陈虹.极端微生物源抗生素的研究与开发[J].中国现代应用药学, 2004 (s1) :44-46.
　　[17] 曹竹安, 陈博, 林章凛.能源生物技术:能源植物与极端微生物[J].生物产业技术, 2008 (5) :19-24