基于文獻計量學的昆蟲細胞色素P450研究發展態勢分析

劉小寧，劉 寧，李 芬，馬愛芳，馬 紀，高希武

(1.新疆大學生命科學與技術學院，新疆生物資源基因工程重點實驗室，烏魯木齊 830046;2.新疆農科院農作物品種資源研究所，烏魯木齊 830091;3.中國農業大學農學與生物技術學院，北京 100193)

細胞色素P450 酶系是廣泛存在于生物體中的一類代謝酶系，是一種多功能氧化酶(冷欣夫和邱星輝，2001)，而細胞色素P450 是多功能氧化酶的重要組成部分，起著與底物結合以及末端氧化酶的作用(Gotoh，1992)。細胞色素P450 酶系具有底物廣泛性和功能多樣性的特點，可以代謝多種內源性物質(保幼激素及其類似物、蛻皮甾醇和脂肪酸等)和外源性物質(藥物、植物次生物質及其毒素等)，其中對植物次生物質的代謝在昆蟲對寄主植物的適應性方面起了主要作用，而對殺蟲劑的代謝是昆蟲產生抗藥性的主要機制。因其在生物學上的重要性，自發現以來，一直作為生物學研究的一個重要對象(Nebert et al.，1991;Nelson et al.，1993，1996;Negishi et al.，1996;)。開展昆蟲細胞色素P450 的研究，不僅對我們深入研究害蟲的抗藥性機制，植食性昆蟲與植物的協同進化機制具有重要意義，還為新農藥的設計研發、害蟲治理新策略的研究提供理論依據。

總結與理性反思是科學發展的一個重要方法。對一門科學的發展歷史的反思，最好的方法之一就是對該領域已有的研究成果進行總結歸納。為此，基于作者在害蟲抗藥性方面多年的研究和技術跟蹤，利用文獻計量法和詞頻分析法，對昆蟲細胞色素P450 研究領域的成果進行梳理、總結和歸納，分析昆蟲細胞色素P450 研究近年來的變化趨勢，從科研論文的產出和研究范圍等角度，揭示昆蟲細胞色素P450 的研究動態，以期對昆蟲細胞色素P450 的深入研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究材料

本文是以近年來正式發表的昆蟲細胞色素P450 文獻信息為研究材料，采用文獻計量學對文獻內容進行客觀、系統和量化描述、分析，全面總結和分析昆蟲細胞色素P450 的研究動向變化。

1.2 數據來源

為能較全面地反映昆蟲細胞色素P450 的研究現狀，本文數據來源于中國知網(CNKI)中的中國學術期刊全文數據庫和Science Direct 電子期刊數據庫。CNKI 數據庫是目前世界上最大的連續動態更新的中文期刊全文數據庫，收錄國內學術期刊近8000種，全文文獻總量3000 多萬篇;Science Direct 電子期刊數據庫全文收錄了2000 余種Elsevier Science 公司出版的學術期刊，其中的1400多種期刊都是SCI、EI 等國際公認的權威大型檢索數據庫收錄的各個學科的核心學術期刊。這兩個數據庫內容覆蓋了自然科學、工程技術、農業、哲學、醫學等24個學科，是目前的權威期刊文獻檢索工具。因此，基于這兩個數據庫來檢索昆蟲細胞色素P450 研究文獻并對其進行統計分析，結果能夠全面反映該研究領域的概貌。

1.3 檢索策略

文獻主題有著高度的相關性，故本文的檢索策略是以主題為檢索途徑，分別在CNKI 數據庫和Science Direct 電子期刊數據庫中檢索主題是“P450+昆蟲”進行檢索，文獻的檢索時段為1999-2012年。對獲得的該時段發表的文獻，通過文獻篇名進行文獻內容甄別，剔除所有的短訊、會議介紹等檢索文獻數，獲取昆蟲P450 研究文獻總計中文文獻206 篇、英文文獻712 篇。

1.4 研究動態分析

詞頻分析法是利用能夠揭示或表達文獻核心內容的關鍵詞在某一研究領域文獻中出現的頻次高低來確定該領域研究熱點和發展動向的一種文獻計量方法。關鍵詞是用于表達文獻主題內容的核心詞匯，關鍵詞搜索是一種重要的文獻查詢方法。如果某一關鍵詞在其所在領域的文獻中大量出現，則可反映出該關鍵詞所表征的研究主題是該領域的研究熱點(王芳，2007)。本文采用詞頻分析法對Science Direct 電子期刊數據庫中昆蟲細胞色素P450 的文獻(1999-2012年)進行分析研究。

2 結果與分析

2.1 昆蟲細胞色素P450 研究領域發展概況

在1999-2012年間，按上述檢索方法共檢索到英文文獻712 篇，如圖1 所示，國際上(含中國)的昆蟲細胞色素P450 英文文獻總量呈波浪式上升趨勢，2012年，文獻數達到頂峰為95 篇，是1999年文獻數的413%。我國的昆蟲細胞色素P450 文獻數量在2006年前呈現平穩發展，后呈現出波浪式上升趨勢，見圖2。從國內外昆蟲細胞色素P450 的研究文獻數量及年際間的變動分析，昆蟲細胞色素P450 作為重要的多功能代謝酶，其生物學重要性越來越得到人們的認識和關注，已經成為國內外學者、機構的研究重點和熱點。

在對圖1 和圖2 的進一步比較分析中，在最能代表昆蟲細胞色素P450 領域技術研究水平的英文文獻上，可以看出我國文獻數在1999-2005年間基本穩定，變動甚微;2006年開始變動放大并逐步上升，2012年，文獻數達到頂峰的7 篇，占到當年國際英文文獻數的7.4%，而1999年的英文文獻數僅占當年國際英文文獻的4.3%。結合中文文獻數的年際間變化，可以肯定我國在1999-2005年期間，有關昆蟲細胞色素P450 的研究團隊相對集中，2005年后開始受到國內的廣泛關注，研究團隊相對擴大，研究的水平逐步提高，科技創新能力和水平與國際的差距逐步在縮小，一定程度上反映了我國目前的科技研究現狀，以及科技自主創新能力與國際發達國家仍存在著不容忽視的差距。

圖1 1999-2012年國際昆蟲細胞色素P450 領域英文文獻的年際分布Fig.1 The amount of literature in Science Direct database related to insect cytochrome P450 during 1999-2012

圖2 1999-2012年中國昆蟲細胞色素P450 領域文獻的年際分布Fig.2 the amount of literature in CNKI related to insect cytochrome P450 during 1999-2012

2.2 中國昆蟲細胞色素P450 領域文獻的基金資助分析

科研論文是否獲得各類科學研究基金的資助，一定程度上反映了學術研究的背景和質量;基金文獻率的大小則反映出一個研究領域受資助、受關注的程度。經統計，1999-2012年國內細胞色素P450 研究領域有206 篇中英文文獻，顯示有基金支持的占全部文獻的59.7%，其中76 篇文獻得到兩項或兩項以上的基金資助，占總文獻數的36.9%，說明了我國昆蟲細胞色素P450 研究的國內實際需求，以及各級政府部門的重視和支持。通過基金項目的資助，能夠保證研究者研究方向的穩定性和研究的連續性，提升研究深度和科研成果的質量。

2.3 昆蟲細胞色素P450 的研究動態

依據表1、表2 的變化，綜合考慮國內外文獻數的年際間變化及時間序列，將1999-2012年對半劃分成1999-2005年、2006-2012年2個時間段，文獻中所出現的關鍵詞對應排序，使相同或近似的關鍵詞都聚集在一起，并對關鍵詞進行規范和分類匯總，統計出各個關鍵詞出現的頻次，最后按頻次的高低進行排列分析。

由表1 和表2 可以看出，關鍵詞在兩個時間段有著明顯的變化，我們根據這種變化，將關鍵詞分成3 大類:第1 類是詞頻相對穩定型，如家蠅、煙草天蛾和殺蟲劑抗性等;第2 類是詞頻逐年增長型，例如果蠅、P450 基因、棉鈴蟲、埃及斑蚊和家蠶等;第3 類是新增型，從無到有，例如小麥癭蚊、小菜蛾、褐飛虱、沙漠蝗、定量PCR、基因表達和Sf9 細胞等。

科技文獻是體現技術研究水平的載體，關鍵詞最能體現文獻的研究內容，關鍵詞的變化將在一定程度上反映出某個時間段技術研究的變化。在1999-2012年間，昆蟲細胞色素P450 的研究出現了以下趨勢和新的研究熱點。第一，研究對象擴大化，不僅僅局限于果蠅等有限昆蟲物種，由原來的模式昆蟲果蠅向嚴重影響人們身體健康的衛生害蟲(蚊類、蠅類)、給農業生產帶來重大經濟損失的農業害蟲(棉鈴蟲、小麥癭蚊和煙粉虱等)以及經濟昆蟲(家蠶)轉變，這些昆蟲成為新的研究對象;第二，研究層次的深化，研究內容從原來P450 酶的生物化學性質(Warren and Gilbert，1986;Rose and Terriere，1980)、簡單分子生物學向縱深發展。自1985年Feyereisen 等從家蠅中分離出第一個昆蟲P450 基因，便開始了昆蟲P450 分子水平上的研究(Feyereisen et al.，1989)，到上個世紀90年代末期達到小高潮，主要表現為昆蟲P450 基因的克隆及其表達規律研究(Wang and Hobbs，1995;Zhang and Scott，1996;Ranasinghe et al.，1997;Rose et al.，1997;Ranasinghe and Hobbs，1998;Scott et al.，1998;Li et al.，2001)，其后在2006年前后，深入到昆蟲P450 基因功能與調控的研究(Mao et al.，2007;Zhang et al.，2013);第三，研究由理論向實踐拓展，正是由于前期昆蟲P450 蛋白和分子水平上大量研究成果的積累，人們的研究目光轉向科技成果的轉化應用研究，如中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所利用植物介導棉鈴蟲P450 基因RNA 干擾，獲得了含CYP6AE14 相應序列的dsRNA 轉基因植物，當棉鈴蟲進食這種轉基因植物后，棉鈴蟲P450 基因的表達顯著降低，繼而致使棉鈴蟲生長緩慢，發育受到抑制(Mao et al.，2007)，這為棉鈴蟲等農業害蟲防治探索特異性更強且環境安全的新技術奠定基礎。

表1 基于Science direct 數據庫1999-2006年昆蟲P450 發表文章關鍵詞頻次分布Table 1 Statistical results of keyword frequency distribution of articles related to insect cytochrome P450 during 1999-2006 on the basis of Science direct database

表2 基于Science direct 數據庫2007-2012年昆蟲P450 發表文章關鍵詞頻次分布Table 2 Statistical results of keyword frequency distribution of articles related to insect cytochrome P450 during 2007-2012 on the basis of Science direct database

(續上表)

3 結論與討論

通過對近十多年來，在昆蟲細胞色素P450 研究領域，國內外公開發表的中英文文獻進行查詢，并按照文獻計量學、關鍵詞詞頻法進行分年度統計分析，為國內在昆蟲細胞色素P450 的研究進行回顧，分析現狀及所出現的動態變化，提出今后努力的方向和重點。從國內外機構、研究者所發表的英文文獻呈現出逐年增加的態勢，顯示出有關昆蟲細胞色素P450 的研究日益受到國內外學者、研究機構的重視，研究的深度日益加深。研究的昆蟲種類由最早的模式昆蟲果蠅向衛生害蟲、農業害蟲、經濟昆蟲等范圍擴展;研究內容從原來P450 酶的生物化學性質(Rose and Terriere，1980;Warren and Gilbert，1986)及簡單分子生物學向基因組學等縱深發展;研究方向及重點由理論研究向實踐轉化應用研究拓展。

研究技術對研究領域內的方向、重點會產生巨大的影響，近年來，分子生物學、基因組學技術發展較快，技術突破和成果較多，對各研究領域均產生了巨大影響，為了占據昆蟲細胞色素P450 研究制高點，必然需要加強對生物學的前沿技術研究和跟蹤。

人類自從知道蘇云金桿菌伴孢晶體對鱗翅目昆蟲具有毒殺作用而對哺乳動物無毒，開發了很多生物制劑，多年來，一直停留在此階段。與此同時，世界先進國家在分子生物學、基因組學上的突破，帶動了對蘇云金桿菌伴孢晶體的研究，并成功獲得經人工修飾的轉Bt 基因棉花品種推廣應用。盡管存在一定的爭議，但無可厚非的是保障了棉花生產的穩定和連續，也取得了顯著的經濟效益。這種模式、理念值得在昆蟲細胞色素P450 研究中借鑒。

昆蟲細胞色素P450 是一類廣泛存在的多功能代謝酶系，生理功能及其重要。在廣泛認知其結構與功能的基礎上，深入研究P450 的基因調控、抑制表達機制，獲得對昆蟲細胞色素的人工調控技術，進而轉向轉基因植株研究，獲得高表達活性且穩定遺傳的種質資源。將成為眾多學者、研究機構努力的方向和重點。

運用文獻計量和關鍵詞計量分析的方法展示一個學科領域的研究動向，這是一項實證研究。進行大工作量的數據檢索和處理，目的就是盡可能增加本文結論的可信度。雖然對大量文獻數據的查詢非常認真和嚴謹，但不可避免的會存在一定的局限性，比如時間跨度問題、文獻數據庫選擇及個別遺漏或者重復文獻等(梁立明和謝彩霞，2003)，但總體上能夠反映出國內外在昆蟲細胞色素P450 研究的概況;利用科學合理的分析方法，亦能夠反映出其研究的動態變化。文中對某些分析結果的認識分析還僅僅停留在表象上，我們感興趣的也有科研指導意義的昆蟲細胞色素P450 前沿熱點領域分析，昆蟲細胞色素P450 論文的半衰期等等，是今后值得進一步深入探討研究的問題。

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