本文摘要：摘要：隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類及其他動(dòng)植物等的活動(dòng)為外源微生物在食物鏈、環(huán)境介質(zhì)中傳播創(chuàng)造了條件，造成外源微生物頻繁流動(dòng)并對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)微生物入侵。為了解國內(nèi)外微生物入侵相關(guān)研究進(jìn)展，本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite對WebofScie
摘要：隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人類及其他動(dòng)植物等的活動(dòng)為外源微生物在食物鏈、環(huán)境介質(zhì)中傳播創(chuàng)造了條件，造成外源微生物頻繁流動(dòng)并對土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)微生物入侵。為了解國內(nèi)外微生物入侵相關(guān)研究進(jìn)展，本文利用CiteSpace、VOSviewer及HistCite對WebofScience核心合集數(shù)據(jù)庫中微生物入侵領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)及其變化趨勢等進(jìn)行計(jì)量分析。結(jié)果表明：微生物入侵相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)量逐年上升，受到的關(guān)注度越來越高;美國、中國、德國、印度、澳大利亞等國家在該領(lǐng)域發(fā)文量居前列，且具有較緊密的國際學(xué)術(shù)合作網(wǎng)絡(luò);高通量測序與宏基因組為核心的微生物測定分析技術(shù)的快速發(fā)展，使得微生物入侵成為研究熱點(diǎn)，當(dāng)前的研究文獻(xiàn)集中于根際促生菌作用機(jī)制、根際微生物群與植物健康等方面。研究指出有益微生物入侵可有效防治植物病害、促進(jìn)植物生長以及修復(fù)污染土壤等，但病原微生物入侵土壤可造成作物減產(chǎn)、質(zhì)量下降，甚至可經(jīng)食物鏈傳播而威脅人類及其他動(dòng)物的健康，因此微生物入侵的影響與入侵菌株性質(zhì)緊密相關(guān)。未來研究趨勢主要集中于入侵微生物與特異性土著微生物的相互作用關(guān)系、植物病原微生物的防控機(jī)制與技術(shù)應(yīng)用等方面，以期為土壤健康與綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：土壤;微生物入侵;文獻(xiàn)計(jì)量;WebofScience;CiteSpace;VOSviewer
微生物入侵指外源性微生物經(jīng)自然或人為途徑進(jìn)入到新生態(tài)系統(tǒng)，通過競爭、協(xié)同等作用對侵入地的群落組成、結(jié)構(gòu)及功能產(chǎn)生效應(yīng)的過程[1]。有害微生物入侵土壤造成土壤生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)以及功能的失衡，形成微生物污染。土壤生態(tài)系統(tǒng)組成多樣，功能復(fù)雜，其健康因子主要包括酸堿度、有機(jī)質(zhì)、碳氮磷以及微生物等，其中微生物作為影響土壤健康的關(guān)鍵因子，可參與有機(jī)質(zhì)分解、土壤結(jié)構(gòu)和耕性改善、礦物質(zhì)分解及固氮等過程，是土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動(dòng)的核心驅(qū)動(dòng)力[2]。
經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展以及人類活動(dòng)的日益頻繁，為外源生物的傳播創(chuàng)造了良好的前提條件。微生物正隨著水體、動(dòng)植物遷移以及經(jīng)濟(jì)貿(mào)易等方式以前所未有的規(guī)模在全球范圍內(nèi)進(jìn)行傳遞，其中包括細(xì)菌克隆體與抗性基因在全球陸地環(huán)境間的快速傳播[3]。外源微生物進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)可對土著微生物群落結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生影響[4]，主要包括以下兩個(gè)方面：
積極影響：主要指有益微生物入侵，如人為添加外源根際促生菌，可促進(jìn)植物生長，修復(fù)土壤污染，降低土傳病害發(fā)生率等，例如人為將固氮螺菌(Azospirillum)大量投入土壤中可顯著提高植物固氮能力、植物激素活性以及防控病蟲害等[5];解鉀菌、溶磷菌與蒼白桿菌組成的植物根際促生混合菌劑可顯著提高蒲兒根在銅污染土壤中的抗逆性和對銅的富集能力[6];多黏類芽孢桿菌(Paenibacilluspolymyxa)可通過降解尖孢鐮刀菌毒素以減輕黃瓜枯萎病病害程度[7]。
消極影響：主要指有害微生物入侵，如沙門氏菌(Salmonella)、尖孢鐮刀菌(Fusariumoxysporum)、致病性大腸桿菌(EnteropathogenicEscherichiacoli)等，可顯著改變土著微生物群落結(jié)構(gòu)與功能，造成農(nóng)作物病害，降低農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量。此類病原微生物可通過土壤、水、空氣、食物等途徑進(jìn)入人體，對人類健康產(chǎn)生威脅。例如1996年日本暴發(fā)的大腸桿菌O157:H7疫情導(dǎo)致44個(gè)都府縣受到污染。美國于2009年由于番茄受到種植土壤中沙門氏菌污染后造成人群沙門氏菌疫情暴發(fā)等[10];湖北省武漢市于019年末發(fā)生的新冠肺炎病毒傳染事件對人群健康以及社會經(jīng)濟(jì)造成了極大的影響。
早期監(jiān)控追蹤技術(shù)相對落后，對微生物入侵關(guān)注度較低，隨著現(xiàn)代科技手段的不斷發(fā)展，開展微生物入侵相關(guān)的研究結(jié)果對防控土傳病害、提高土壤生產(chǎn)力、保護(hù)人類健康具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際價(jià)值。目前，關(guān)于土壤生態(tài)系統(tǒng)的“微生物入侵”相關(guān)內(nèi)容的計(jì)量整合分析還十分有限，本文基于WebofScience(WoS)核心數(shù)據(jù)庫，結(jié)合CiteSpace、OSviewer等軟件，對國內(nèi)外近20年內(nèi)(2000年—2021年)微生物入侵土壤生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)文數(shù)量、主要國家及研究機(jī)構(gòu)、研究學(xué)者、學(xué)科門類以及關(guān)鍵詞聚類等內(nèi)容進(jìn)行計(jì)量分析，重點(diǎn)關(guān)注土壤學(xué)領(lǐng)域微生物入侵的研究熱點(diǎn)，全面了解外源微生物入侵對植物土壤生態(tài)體系的影響，旨在為培育健康土壤和保障作物安全提供理論支撐。
1材料與方法
1.1數(shù)據(jù)來源
本文分析論文數(shù)據(jù)庫檢索源為WebofScience核心合集數(shù)據(jù)庫，根據(jù)研究目標(biāo)，以“soil”AND“invasive”OR“invasion”AND“soilmicrobial”OR“soilpathogen”OR“soilmicrobe”OR“soilbornedisease”等關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，時(shí)間設(shè)置為2000年—2021年，篩選數(shù)據(jù)類型為“article”，檢索文獻(xiàn)截止日期設(shè)置為2021年月號，最終檢索結(jié)果為23333篇。選擇篩選得到的所有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)出為純文本格式，保存于“input”文件夾。在CiteSpace中點(diǎn)擊Data—>Import/Export，進(jìn)入CiteSpace功能界面，并在菜單中選擇數(shù)據(jù)的預(yù)處理菜單，進(jìn)入數(shù)據(jù)預(yù)處理功能界面。選擇工作文件夾為“input”和“output”，數(shù)據(jù)加載結(jié)束后，點(diǎn)擊“Removeduplicates(WoS)”執(zhí)行去重過程，得到的文件即為后續(xù)分析數(shù)據(jù)源。
1.2研究方法
利用WebofScience自帶分析檢索結(jié)果功能，對2000年—2021年間發(fā)表的23333篇文獻(xiàn)進(jìn)行發(fā)文國家地區(qū)、學(xué)科的計(jì)量分析，采用Excel2013(MicrosoftCorporation，Redmond，WA，USA)與Origin2019軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)圖計(jì)算與繪制;利用CiteSpace分析數(shù)據(jù)源文獻(xiàn)得到關(guān)鍵詞突現(xiàn)信息(Burstness)并計(jì)算關(guān)鍵文獻(xiàn)中心度;采用VOSviewer的Coauthorship功能分析發(fā)文國家與機(jī)構(gòu)之間合作緊密程度，閾值均設(shè)置為50;通過共現(xiàn)分析(Cooccurence)，將閾值設(shè)置為100，選定所有關(guān)鍵詞(AllKeywords)選項(xiàng)統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)頻率較多的關(guān)鍵詞，反映該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn);Cocitation分析近二十年來被引頻次最高，影響最大的文獻(xiàn);利用HistCite運(yùn)算期刊本地引用及總引用。
2結(jié)果與討論
2.1文獻(xiàn)產(chǎn)出趨勢
Webofcience核心數(shù)據(jù)庫檢索數(shù)據(jù)達(dá)2333篇，核心數(shù)據(jù)庫檢索分析表明發(fā)文學(xué)科主要集中在植物科學(xué)、微生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)與土壤學(xué)等，在檢索文獻(xiàn)時(shí)間范圍內(nèi)，植物科學(xué)比重最大為17.76，其次為環(huán)境科學(xué)(15.21)、微生物學(xué)(14.53%)、生態(tài)學(xué)(10.78)、土壤科學(xué)(0.73%)等學(xué)科。目前微生物入侵研究熱點(diǎn)主要集中于有益微生物的植物促生與病害防治功能[11]以及病原微生物入侵對植物與土壤造成生物污染[12]等方面，因此植物科學(xué)成為微生物入侵研究領(lǐng)域文章發(fā)表的主要學(xué)科。
微生物入侵相關(guān)研究的發(fā)文數(shù)量逐年增加，發(fā)文數(shù)量最多的國家為美國，其次為中國，且該領(lǐng)域逐漸出現(xiàn)了多角度的研究：包括探究外源微生物入侵的影響因子、微生物入侵的階段劃分、微生物入侵的干擾效應(yīng)等。產(chǎn)出量位列前十的期刊及其2021年影響因子如表所示，發(fā)表論文較多的學(xué)術(shù)期刊包括SoilBiologyBiochemistry(770篇)、FrontiersinMicrobiology(521篇)、oSne(489篇)、PlantandSoil(441篇)、AppliedSoilEcology(421篇)等，其中2021年單年影響因子大于的學(xué)術(shù)期刊有SoilBiologyBiochemistry、FrontiersinMicrobiology、ScienceoftheTotalEnvironment等。
其中，研究領(lǐng)域的發(fā)文學(xué)科劃分是根據(jù)3333篇文獻(xiàn)進(jìn)行綜合分析的結(jié)果，而關(guān)鍵期刊僅展示了排名靠前的部分期刊，可分別展示出該研究領(lǐng)域的重點(diǎn)學(xué)科與主要期刊。結(jié)果表明本地引用次數(shù)(TLCS)、總引用(TGCS)次數(shù)較高的期刊有SoilBiology&Biochemistry、PlantandSoil、AppliedSoilEcology、AppliedandEnvironmentalMicrobiology等，論文產(chǎn)出量前十期刊中大多數(shù)被歸類至土壤科學(xué)學(xué)科(1191篇)、植物科學(xué)學(xué)科(1148篇)及微生物學(xué)學(xué)科(602篇)，結(jié)果顯示該研究領(lǐng)域土壤科學(xué)學(xué)科總發(fā)文量低于其他學(xué)科，但該學(xué)科代表性期刊的發(fā)文量最高，表明微生物入侵相關(guān)研究一直是土壤科學(xué)學(xué)者的研究重點(diǎn)。
2.2發(fā)文的國家
地區(qū)與機(jī)構(gòu)在合作網(wǎng)絡(luò)分析中，圓圈大小表征相應(yīng)國家或機(jī)構(gòu)發(fā)文情況，各圓圈之間連線表征個(gè)體之間的聯(lián)系，連線愈密集合作關(guān)系愈強(qiáng)，圓圈越大表明發(fā)文數(shù)量越多。在所搜集2000年—2021年的文獻(xiàn)中，中國科學(xué)院發(fā)文數(shù)量最多，其中南京農(nóng)業(yè)大學(xué)與其他機(jī)構(gòu)合作最為密切。此外，本文對論文產(chǎn)出國進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)分析，結(jié)果顯示發(fā)文國家中美國與其他國家之間聯(lián)系最為密切，其次為中國、德國、印度等，與中國合作較為密切的國家地區(qū)主要有印度、澳大利亞、巴基斯坦、馬來西亞等國。
2.3文獻(xiàn)共被引
對外源微生物入侵領(lǐng)域進(jìn)行文獻(xiàn)共被引分析，其中心性最大的文獻(xiàn)為Lugtenberg和amilova發(fā)表的“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”，以及Stinson發(fā)表的“InvasivePlantSuppressestheGrowthofNativeTreeSeedlingsbyDisruptingBelowgroundMutualisms”。中心度是建立起個(gè)不相關(guān)節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系的橋梁，其中“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”中心度最高為0.09，凸顯出該節(jié)點(diǎn)的位置重要性，其中與植物相關(guān)的有益菌、病原菌研究在2000年—2021年的中心性值排名前十的文獻(xiàn)中占據(jù)近80%的比例，表明現(xiàn)階段學(xué)者的研究熱點(diǎn)主要集中于有益菌及病原菌入侵植物土壤體系的效應(yīng)。
Lugtenberg和Kamilova[13]于AnnualReviewerofMicrobiology上發(fā)表的“PlantgrowthpromotingRhizobacteria”文章，主要?dú)w納介紹了植物根際促生菌的定義、種類以及其直接與間接促生作用，并展望了植物根際促生菌在未來可持續(xù)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用;Stinson等[14]發(fā)表于oSBiology上的“InvasivePlantSuppressestheGrowthofNativeTreeSeedlingsbyDisruptingBelowgroundMutualisms”文章。
主要介紹了入侵植物大蒜芥菜(Alliariapetiolata)可通過改變土壤中菌根真菌與植物的互作機(jī)制進(jìn)而抑制本土樹種的健康生長;Lundberg等[15]發(fā)表在Nature上的“DefiningtheCoreArabidopsisThalianaRootMicrobiome”主要闡明了擬南芥核心根際細(xì)菌菌群與內(nèi)生菌菌群的互作與寄主、土壤類型顯著相關(guān)，可知穩(wěn)定的微生物區(qū)系在受到外源微生物擾動(dòng)時(shí)對植物土壤微生物互作可造成顯著影響;其他文獻(xiàn)主要關(guān)注于根際細(xì)菌與植物健康的作用機(jī)理、地上菌群與地下菌群的生態(tài)功能等[1617]，揭示了微生物群落的穩(wěn)定性與植物土壤體系的生態(tài)功能息息相關(guān)。
3結(jié)論
2000年—2021年微生物入侵領(lǐng)域文章發(fā)表最多的學(xué)科為植物科學(xué)，但發(fā)文量前十期刊里土壤學(xué)科占比最高;我國近兩年關(guān)于微生物入侵研究的發(fā)文數(shù)量超越美國而躍居第一，表明我國對土壤健康、生態(tài)健康的重視程度顯著提高;植物促生與生物防控是微生物入侵領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著微生物科技手段的進(jìn)一步發(fā)展，極大擴(kuò)展了學(xué)者對植物土壤體系微生態(tài)平衡的理解，近些年來對微生物群落結(jié)構(gòu)功能的研究已逐漸深入，該領(lǐng)域未來研究趨勢主要集中于提高有益微生物對植物生長的促進(jìn)作用以及病原微生物的防控效果等方面。
參考文獻(xiàn)(References)：
[1]BottonS,vanHeusdenM,ParsonsJR,etal.Resilienceofmicrobialsystemstowardsdisturbances[J].CriticalReviewsinMicrobiology,2006,32(2):101112.
[2]ZhangGL,WuHY.From“problems”to“solutions”:Soilfunctionsforrealizationofsustainabledevelopmentgoals[J].BulletinofChineseAcademyofSciences,2018,33(2):124134.張甘霖,吳華勇.從問題到解決方案:土壤與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[J].中國科學(xué)院院刊,2018,33(2):124134.]
[3]ZhuYG,GillingsM,SimonetP,etal.Microbialmassmovements[J].Science,2017,357(6356):10991100.
[4]vanElsasJD,ChiurazziM,MallonCA,etal.Microbialdiversitydeterminestheinvasionofsoilbyabacterialpathogen[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,2012,109(4):11591164.
[5]BashanY,deBashanLE.HowtheplantgrowthpromotingbacteriumAzospirillumpromotesplantgrowth—Acriticalassessment[J].AdvancesinAgronomy,2010,108:77136.
[6]ShenT,WangQY,CuiYL,etal.EffectsofplantgrowthpromotingrhizobacteriaonthecopperenrichmentabilityofSinoseneciooldhamianusandphysicochemicalpropertiesofsoil[J].JournalofAgroEnvironmentScience,2020,39(3):572580.[沈甜王瓊瑤,崔永亮,等.植物根際促生細(xì)菌對蒲兒根富集銅及土壤理化性質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2020,39(3)572580
[7]DuNS,ShiL,YuanYH,etal.ProteomicanalysisrevealsthepositiverolesoftheplantgrowthpromotingrhizobacteriumNSY50intheresponseofcucumberrootstoFusariumoxysporumf.sp.cucumerinuminoculation[J].FrontiersinPlantScience,2016,7:1859.
作者：陳敏1,2，秦華1,2，常健瑋1,2，徐建明，邢佳佳1,2†
轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jjlw/29739.html
