基于Web of Science細菌活的非可培養狀態研究文獻的可視化分析

包秋華，劉倩宇

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，乳品生物技術與工程教育部重點實驗室，農業農村部奶制品加工重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010018）

活的非可培養狀態（viable but non-culturable，VBNC）是指細菌處于不良環境脅迫條件下進入的一種特殊狀態，其在常規培養基上不能培養，但實際上采用非可培養方法檢測是活的，仍具有低的代謝活性，當條件合適時又可以恢復生長繁殖能力復蘇到可培養態，被認為是細菌躲避不良環境的一種生存策略[1-5]。VBNC的概念首次由Xu Huaishu等[6]于1982年提出，描述了在河流和海洋環境中埃希氏大腸桿菌（Escherichia coli）和霍亂弧菌（Vibrio cholerae）存在VBNC。由于細菌VBNC的存在嚴重影響著基于細菌可培養性的傳統檢測方法的準確性[1]。隨后在國內外引起了極大反響和關注。VBNC細菌的發現對傳統的微生物學、食品安全、傳染病學等研究均提出了新的挑戰[2]。

迄今為止，已有超過100 種微生物被證實可進入VBNC，包括細菌和真菌，細菌又分致病菌和非致病菌[1]。其中致病菌有埃希氏大腸桿菌（Escherichia coli）[1,6-8]、霍亂弧菌（Vibrio cholerae）[1,6,9]、副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）[10]、哈維氏弧菌（Vibrio harveyi）[11]、創傷弧菌（Vibrio vulnificus）[12]、單核細胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）[13]、結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）[14]、沙門氏菌（Salmonella）[15]、糞腸球菌（Enterococcus faecalis）[16]、丁香假單孢桿菌（Pseudomonas syringae）[17]和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）[18]；非致病菌有食品中常見的雙歧桿菌（Bifidobacterium）[19]、乳酸桿菌[20]、短乳桿菌（Lactobacillus brevis）[21]和德氏乳桿菌保加利亞亞種（Lactobacillus delbrueckiisubsp.bulgaricus）ND02[22]等。由于可培養細胞與VBNC細胞在生理特性（耐化學性、黏附性、細胞形態、代謝、基因表達、膜和細胞壁組成、毒力）等方面有很大差異，所以不同細菌在不同條件下VBNC的誘導、復蘇、特性分析、檢測方法、機理探究等多方面被廣泛研究[1,6-27]。另外，自然界中99%以上的微生物因各種環境壓力的驅使而處于VBNC無法分離培養，導致它們不能被充分的研究和利用[28]。

近30 年來，細菌VBNC的研究文獻數量逐年增加，并取得了突破性的研究成果，為食品安全、微生物的開發利用等提供了重要指導，但目前缺少關于細菌VBNC文獻的綜述。為了全面了解國內外細菌VBNC的研究現狀和發展趨勢，本文利用Web of Science進行文獻檢索，利用文獻計量學方法分析VBNC研究領域的研究熱點及發展狀況等。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源和提取

本研究數據來源于科睿唯安Web of Science-Science Citation Index（SCI）中的所有數據庫。首先以“主題詞＝VBNC”進行檢索，即標題、摘要、作者和關鍵詞中有“VBNC”的文獻均被搜集。SCI收錄文獻中出現VBNC相關報道的最早時間為1994年，故選擇時間跨度為1994—2021年（數據檢索截止時間為2021年12月31日），共檢索出以細菌VBNC為主題詞的研究類文獻911篇；然后選取Web of Science核心合集數據庫（是所有數據庫中的一種），選取Article和Review兩種文獻類型，點擊“精煉”，顯示以VBNC為主題詞的文獻有836 篇。本文以836 篇VBNC文獻作為研究對象，利用Web of Science平臺分析檢索結果功能，得到VBNC研究發表論文在出版年、國家或地區、機構、來源出版物、研究方向等方面的詳細數據。

1.2 研究方法

文獻計量法是基于統計學和數學的定量分析方法，該方法以相關文獻為研究對象，根據各類文獻信息對某個研究領域的現狀及其發展趨勢進行客觀描述[29]。本文利用Web of Science平臺、Excel軟件和Cite Space 5.8軟件的分析功能以及人工篩選方法等，對發表論文量、發表時間、發文機構、來源出版物、研究方向、關鍵詞、研究熱點等多維度進行統計及分析，以期揭示細菌VBNC狀態的研究現狀及發展趨勢。

2 結果與分析

在Web of Science平臺中的所有數據庫SCI數據源顯示1994—2021年間有關VBNC研究文獻共911 篇，包括了12 種文獻類型，從中精煉出836 篇文獻（包括Articles和Review 2 種類型）作為研究對象，占文獻總數的91.77%。選取兩個時間區段進行對比分析，分別為1994—2010年和2011—2021年。分析內容包括發表論文量、發表時間、發文機構、來源出版物、研究方向、研究熱點等。

2.1 年度統計文獻數量

1994—2021年期間，細菌VBNC研究的出版年發表論文量見圖1，可以看出，文獻數量除個別年份有所波動外，總體上呈現相對穩定的增長趨勢。

圖1 1994—2021年細菌VBNC研究的出版年發表論文量趨勢Fig.1 Annual number of research papers on bacteria VBNC state published from 1994 to 2021

在文獻計量學領域，文獻發表數量的變化直接反映了某學科的發展動態與趨勢[30]。細菌VBNC研究最早發文是1994年發表的1 篇文獻。該文指出痢疾志賀氏菌I型的VBNC不但具有不可培養特性外，還具有能主動吸收蛋氨酸，又能將蛋氨酸合成蛋白質的能力，說明其具有潛在致病性[31]。從圖1可以看出，自1994年以來，文獻發表量持續上升，2010年達到小的高峰，2011年文獻發表量出現了下降趨勢，但是從2011年后又呈現穩定增長狀態。所以本文后續數據分析將時間區段分為1994—2010年和2011—2021年。1994—2010年的VBNC研究的發文量為253 篇；2011—2021年發文量為583 篇，占文獻總量的69.74%，是過去17 年（1994—2010年）發文量的2.30 倍。Web of Science是獲取全球學術信息的重要數據庫平臺，Web of Science三大引文索引（科學引文索引（SCIE）+社會科學引文索引（SSCI）+藝術人文引文索引（A&HCI））收錄了全球18 250多種權威的、高影響力的國際學術期刊，內容涵蓋自然科學、社會科學、藝術與人文等學科領域，其中SCIE涵蓋1900年至今的178 個學科的9 300多種主流期刊。Web of Science擁有嚴格的篩選機制，其依據文獻計量學中的布拉德福定律，只收錄各學科領域中的重要學術期刊[32]。在Web of Science平臺的所有數據庫中，雖然輸入查詢起止時間為1982—2021年，但沒有查到1994年之前以VBNC為主題詞的文獻，可能有3 種原因：1）1982—1993年的VBNC論文期刊不被Web of Science收錄；2）主題詞VBNC發生演變；3）內蒙古農業大學未購買此庫中1994年之前的回溯文獻。經求助科睿唯安總部的Web of Science平臺進行VBNC搜索，數據結果變化不大，說明以前二個原因為主，所以本文所用數據能滿足分析細菌VBNC研究進展的需求。

分析1994—2021年期間VBNC文獻的國家來源，結果發現836 篇細菌VBNC研究文獻來自67 個國家或地區，2 個不同時間區段細菌VBNC研究發表論文量前10 名的國家或地區分布情況見表1。1994—2010年（225 篇）和2011—2021年（511 篇）2 個時間區段發表論文量排名在前10 位的國家或地區共參與736 篇文獻的發表，占文獻總量的88.04%，發表論文量非常集中。

表1 1994—2010年和2011—2021年細菌VBNC研究發表論文量前10 名的國家或地區分布情況Table 1 Distribution of the top 10 countries or regions for the number of research papers on bacterial VBNC state published from 1994 to 2010 and from 2011 to 2021

從表1可看出，1994—2010年期間，美國有關細菌VBNC研究發表論文量居全球第一，法國緊隨其后；2011—2021年期間，中國有關細菌VBNC研究發表論文量占比為27.27%，遠超美國，躍居世界第一。這說明目前中國在世界細菌VBNC研究領域占有非常重要的地位。

2.2 發文機構分析

2.2.1 總體分析

1994—2021年期間，836 篇細菌VBNC研究文獻有1 528 個機構參與，細菌VBNC研究發表論文量前10 位的機構分布情況見表2。發表論文量排名在前10 位的機構共參與250 篇文獻的發表，占文獻總量的29.90%，文獻量不集中。

表2 1994—2021年細菌VBNC研究發表論文量前10 名的機構分布情況Table 2 Distribution of the top 10 institutions for the number of research papers on bacterial VBNC state published from 1994 to 2021

從表2可以看出，1994—2021年間發表論文量排名前10 位的機構分別是美國北卡羅來納大學、美國馬里蘭系統大學、法國國家農業食品與環境研究院、法國國家科學研究中心以及中國的浙江大學、華南理工大學、中國科學院、浙江師范大學、中國農業大學、中國科學院城市環境研究所。這10 個機構中有2 個機構來自美國，2 個機構來自法國，6 個機構來自中國。前10 名的發文機構中美國的發文機構均為高校，法國的發文機構均為研究機構，中國的發文機構為高校和研究機構，這說明美國、法國、中國在細菌VBNC研究領域擁有穩定、持續的研究團隊，研究規模大。

論文的被引頻次是文獻計量學中反映論文質量和影響力的一個重要指標[33]。從表2可以看出，北卡羅來納大學的總被引頻次（4 511 次）和篇均被引頻次（137 次）均為最高，說明該校細菌VBNC研究起步較早，受關注程度較高，細菌VBNC領域研究成果較多且影響力較大，被認可程度較高。

h指數是美國加利福尼亞大學圣地亞哥分校的物理學家喬治·赫希（Jorge Hirsch） 提出的一個混合量化指標，可用于評估研究人員的學術產出數量與學術產出水平。一個人的h指數是指在一定期間內他發表的論文至少有h篇的被引頻次不低于h次。比如，一個學者總共發表的論文數為Np，其中有h篇論文的被引次數都大于或者等于h，其他的（Np-h）篇論文被引次數都小于h，則該學者的科研水平指數就為h[34-35]。篇均被引次數與h指數均為質量兼顧性指標，篇均被引次數兼顧了論文整體的數量與質量，而h指數均衡兼顧了h篇被引論文的質量與數量，h指數能夠校正篇均被引次數對論文數量少、高被引綜述類論文數量較多因素引起的過高評價[30,33-36]。從表2可以看出，h指數前3 位的發文機構分別是北卡羅來納大學、馬里蘭系統大學、法國國家農業食品與環境研究院，說明這3 所機構在國內外細菌VBNC研究領域發表的論文數量較多且質量高，有較強的學術影響力。

2.2.2 分時間段分析

將按兩個不同時間段細菌VBNC研究發表論文量對比，前5 名的發文機構對比情況見表3，可以看出，1994—2010年期間發文機構集中在北卡羅來納大學、維羅納大學、法國國家農業食品與環境研究院、馬里蘭系統大學、法國國家科學研究中心。2011—2021年發文機構集中在華南理工大學、浙江大學、中國科學院、馬里蘭系統大學、浙江師范大學，其中有4 所機構是中國的。表明兩個不同時間段發表論文量居前5的機構發生明顯變化。

表3 1994—2010年和2011—2021年細菌VBNC研究發表論文量前5 名的機構對比情況Table 3 Comparison of the top five institutions that produced research papers on bacterial VBNC state from 1994 to 2010 and from 2011 to 2021

2.3 來源出版物分析

對所刊載論文的來源出版物進行統計分析，可以確定某一研究領域期刊發表的核心陣地，有助于了解該領域的主要研究成果，也能指導科研人員選擇重點出版物進行閱讀和投稿。根據文獻的集中分散規律，某一研究領域的大多數文獻相對集中在少量期刊上，而剩余的文獻則分布在其他大多數的相關期刊上[34]。

2.3.1 總體分析

將1994—2021年期間的836 篇文獻根據來源出版物進行檢索分析，結果顯示這些文獻來自355 個出版物，平均每種出版物載文2.35 篇。細菌VBNC研究發表論文量前10 名的出版物分布情況見表4，發表論文量前10 名的出版物（Applied and Environmental Microbiology、Frontiers in Microbiology、International Journal of Food Microbiology、Journal of Applied Microbiology、Food Control、Journal of Microbiological Methods、Water Research、Letters in Applied Microbiology、Food Microbiology和PLoS ONE）累計發文262 篇，占比31.34%。按照布拉德福劃分核心期刊的三區分法（核心區、相關區、離散區）[35,37]。前10 種期刊處于細菌VBNC研究的布拉德福核心區，因此這些期刊是查閱細菌VBNC文獻資料的重要信息源。發表論文量前10 名出版物的出版地集中在英國（占比50%）、荷蘭（占比20%）、美國（占比20%）和瑞士（占比10%）4 個國家。根據2021年期刊引用報告（Journal Citation Reports，JCR）分區，發表論文量前10 名的出版物JCR分區相對靠前，Q1有6 個，Q2有2 個，Q3有2 個。根據2021年影響因子數據，發表論文量前10 名出版物的影響因子范圍在2.363～11.236。

表4 1994—2021年細菌VBNC研究發表論文量前10 名的出版物分布情況Table 4 Distribution of the top 10 journals for the number of research papers on bacterial VBNC state published from 1994 to 2021

2.3.2 分時間段分析

將1994—2021年期間的836 篇文獻根據來源出版物按著兩個不同時間段進行對比分析，結果顯示1994—2010年來源出版物有128 個；2011—2021年來源出版物有291 個。兩個時間區段細菌VBNC研究發表論文量前5 名的出版物對比情況見表5。1994—2010年發表論文量前5 名的出版物有Applied and Environmental Microbiology、Journal of Applied Microbiology、Letters in Applied Microbiology、FEMS Microbiology Ecology和Environmental Microbiology。2011—2021年發表論文量前5 名的出版物有Frontiers in Microbiology、International Journal of Food Microbiology、Food Control、Applied and Environmental Microbiology和PLoS ONE。兩個時間區段細菌VBNC研究發表論文量前5 名的出版物有明顯的差異，表明細菌VBNC投稿期刊范圍更加廣泛。

表5 1994—2010年和2011—2021年細菌VBNC研究發表論文量前5 名的出版物對比情況Table 5 Comparison of the top five publications that published research papers on bacteria VBNC state from 1994 to 2010 and from 2011 to 2021

2.4 研究方向分析

將Web of Science核心合集中1994—2021年期間的836 篇文獻按研究方向分類，細菌VBNC研究方向分布于在96 個研究領域。不同時間區段細菌VBNC研究發表論文量前10 名的研究方向對比情況見表6。近11 年來細菌VBNC研究方向變化不大，微生物學領域發表論文量始終排名第一，始終是細菌VBNC領域最主要的研究方向。傳染病學、生物化學分子生物學和微生物學始終處于前3 名，科學技術其他專題研究領域發表論文量增加較多，排名上升明顯。生物化學分子生物學、環境科學生態學、生物技術應用微生物學領域發表論文增量小，排名退步。細菌是生物范疇內的微生物，有關微生物等方面的研究與其發展十分同步。關于細菌VBNC病毒學、熱帶醫學、海洋學、醫療檢驗技術、普通內科方面的研究文章占比很少，究其原因，是因為該領域研究難度較大，技術不成熟。

表6 1994—2010年和2011—2021年細菌VBNC研究發表論文量前10 名的研究方向對比情況Table 6 Comparison of the top 10 research directions in bacteria VBNC state published from 1994 to 2010 and from 2011 to 2021

2.5 研究熱點分析

研究熱點是指在某一時間段內，有內在聯系的數量相對較多的一組論文所探討的研究問題和專題[28]。通過研究熱點的分析，可以有效地把握當前研究領域的研究動向。目前常用于繪制知識圖譜的軟件有Cite Space和VOS viewer等，其中Cite Space在實際應用中使用較為廣泛。Cite Space是可視化文獻分析軟件，功能選項主要包括共現分析、合作分析、共引分析和耦合分析?？梢酝ㄟ^關鍵詞共現圖譜得到研究熱點[29,38-40]。

為了分析近些年細菌VBNC狀態研究熱點，將近11 年（2011—2021年）關鍵詞數據導出，運用Cite Space軟件繪制共現知識圖譜和突現知識圖譜。具體操作流程：將Web of Science中導出的關鍵詞數據導入Cite Space 5.8軟件，設置time slicing（時間分段）11 年，結點選擇keywords，點擊go，再點擊可視化，得出關鍵詞共現圖（圖2），并得到頻次、中介中心性數據，整理制得表7、8。在共現圖可視化菜單下有burstness（突現），點擊進入，再點擊refresh、view，彈出對話框點擊確定，得到關鍵詞突現圖，分析所得數據最終得出研究熱點。

下面對2011—2021年的各個結果逐一展示和分析。

2.5.1 關鍵詞共現圖和高頻關鍵詞分析

由Cite Space 5.8軟件得到的2011—2021年細菌VBNC研究領域關鍵詞共現圖（圖2）。圖2中圓圈代表關鍵詞出現的頻次，某個關鍵詞出現的次數越多，其圓圈越大，表明它是細菌VBNC領域的研究熱點。關鍵詞之間的連接線表明兩個關鍵詞在同一篇文章中出現，連線越粗標識兩者共現的頻次越高[30]。圖2中共有80 個節點，表示有80 個關鍵詞，關鍵詞之間的連線數量是91 條，網絡密度是0.028 8。

圖2 2011—2021年細菌VBNC研究領域關鍵詞共現圖Fig.2 Co-occurrence map of keywords in the research field of bacterial VBNC state from 2011 to 2021

2011—2021年細菌VBNC研究領域前30 個高頻次關鍵詞見表7。頻次高的關鍵詞主要是Escherichia coli（埃希氏大腸桿菌）、VBNC、nonculturable state（非可培養狀態）、survival（存活）、resuscitation（復蘇）、bacteria（細菌）、cell（細胞）和propidium monoazide（疊氮溴化丙錠）等，這些關鍵詞在文獻中被大量提及，是核心關鍵詞，這些高頻關鍵詞反映了細菌VBNC研究領域的研究熱點。

表7 2011—2021年細菌VBNC研究領域前30 個高頻次關鍵詞Table 7 Top 30 high-frequency keywords in the research field of bacterial VBNC state from 2011 to 2021

2.5.2 中介中心性關鍵詞分析

由Cite Space 5.8軟件得到的2011—2021年細菌VBNC研究領域前20 個中介中心性關鍵詞表，如表8所示。關鍵詞的中介中心性指的是一個關鍵詞擔任其他兩個關鍵詞之間最短連接橋梁的次數，能夠反映某一關鍵詞的媒介能力和橋梁作用[33]。

由表8可知，關鍵詞按照中介中心性降序排序分別為復蘇、非可培養狀態、糞腸球菌、耐性、美國、沙門氏菌、誘導、空腸彎曲桿菌、細菌、創傷弧菌、消毒、表達、饑餓、毒性、廢水、生長、單核細胞增生李斯特菌、副溶血性弧菌、流式細胞儀、創傷弧菌。中介中心性最高的關鍵詞為復蘇、非可培養狀態、糞腸球菌，這些都是研究細菌VBNC文獻中的核心關鍵詞，在該領域發揮了核心樞紐的作用；耐性、美國、沙門氏菌、誘導、空腸彎曲桿菌、細菌、創傷弧菌、消毒這些是中介中心性較高的關鍵詞，在關鍵詞共現圖譜的網絡結構中占據重要的中介位置；其余中介中心性較低的關鍵詞在表中沒有體現，中介中心性為0的關鍵詞不具備獨立的中介作用，很大程度地依賴高中介中心性的關鍵詞[32]。

表8 2011—2021年細菌VBNC研究領域前20 個中介中心性關鍵詞Table 8 Top 20 betweeness centrality keywords in the research field of bacterial VBNC state from 2011 to 2021

2.5.3 關鍵詞突現圖分析

由Cite Space 5.8軟件得到的2011—2021年細菌VBNC研究領域關鍵詞突現圖，如表9所示。關鍵詞突現分析可以預測VBNC研究的前沿熱點，突現強度越高，說明該關鍵詞是該時間段內的研究熱點[40]。

表9 2011—2021年細菌VBNC研究領域前20 個關鍵詞突現圖Table 9 Burst of keywords in the research field of bacterial VBNC state from 2011 to 2021

將表9中前20 個關鍵詞翻譯成中文，分別為創傷弧菌、群體、糞腸球菌、霍亂弧菌、饑餓、美國、壓力應激、腸出血性大腸桿菌、活性、微生物、疊氮溴化丙錠、埃希氏大腸桿菌O157:H7、創傷弧菌、溫度、氧化應激、嗜肺軍團菌、活的不可培養狀態、機制、快速檢測、聚合酶鏈式反應。

從表9可以看出，2011年突現強度最高的關鍵詞是vulnificus（創傷），表明創傷弧菌是2011年細菌VBNC領域的研究熱點；2013—2014年突現強度最高的關鍵詞是cholerae（霍亂）；2015年突現強度最高的關鍵詞是viability（活性）；2017年突現強度最高的關鍵詞是Vibrio vulnificus（創傷弧菌）；2019年突現強度最高的關鍵詞是VBNC state（活的不可培養狀態）。總體來看，vulnificus（創傷）、VBNC state（活的不可培養狀態）和viability（活性）是突現強度最大的關鍵詞，其次是temperature（溫度）、Escherichia coliO157:H7（埃希氏大腸桿菌）、cholerae（霍亂）、Legionella pneumophila（嗜肺軍團菌）、starvation（饑餓）、mechanism（機制）等，這反映出細菌VBNC在各個時間段的研究前沿熱點。

查閱文獻發現，上述結果和關于VBNC的文獻綜述描述[1,26-27]是相吻合的，本文的結果更具有可視化的優勢和統計學意義。VBNC檢測手段和機理探究依然是未來主攻方向之一[1,23-24,26]。為更科學地認識微生物、檢測和消殺致病菌、利用有益菌，各國科學家們依舊還會在不同微生物進入VBNC條件、檢測手段、抗性基因轉移、形成機制等方面[1,25,28,41-43]開展大量的工作。另外，依靠現有技術培養的微生物僅占微生物總種類數的1%左右，而不可培養的微生物才是環境微生物多樣性的主體。作為不可培養微生物資源的一部分，VBNC細菌最有可能突破培養條件限制，為其提供重要研究模型，這必將有助于開發這個極富利用潛力的巨大群體資源[19]。

3 結 語

基于Web of Science顯示1994—2021年期間有關VBNC研究文獻共911 篇，在文獻搜索界面勾選Web of Science核心合集數據庫，再勾選Article和Review兩種類型后精煉出文獻836 篇，占文獻總數的91.77%。分析細菌VBNC研究的836 篇文獻數據可得。

1994—2021年間有關細菌VBNC研究文獻逐年呈現相對穩定增長趨勢，發展勢頭良好。發文量排名前10 名的機構分別是美國北卡羅來納大學、美國馬里蘭系統大學、法國國家農業食品與環境研究院、法國國家科學研究中心、浙江大學、華南理工大學、中國科學院、浙江師范大學、中國農業大學和中國科學院城市環境研究所。2011—2021年間中國發文量躍居世界第一。

從來源出版物來看，發文期刊主要集中在微生物、食品科學技術等領域，前10 名期刊處于細菌VBNC研究的布拉德福核心區。從研究方向來看，細菌VBNC研究涉及領域廣泛，微生物學領域的研究和應用是持續受關注的研究方向。近11 年在微生物學、傳染病學、基因遺傳學及食品科技等領域發文量增幅明顯，表明細菌VBNC在食品安全、科學技術、生物醫學方面的研究越發受到重視。從研究熱點看，活的不可培養、誘導、復蘇、活性、疊氮溴化丙錠、大腸桿菌、創傷弧菌、霍亂弧菌等關鍵詞是被大家關注的熱點。

在未來，隨著經濟社會的發展，人們對自身的健康日趨重視，食品安全性的提高和食源性疾病的預防備受關注；加之人們熱衷于挖掘和利用自然界中大量不可培養微生物，關于不同細菌VBNC的檢測方法、形成機制、復蘇機制研究需要更進一步的研究。細菌VBNC的深入研究必將吸引更多國家和不同領域的科學工作者的關注。這將會對食品安全、微生物資源的開發利用等重大問題的解決提供技術、理論支撐。