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1、RESEARCH FRONTS 研究前沿2021 中国科学院科技战略咨询研究院 中国科学院文献情报中心 科睿唯安 2 研究前沿地球科学 2021 1 背景和方法论 1. 背景 5 2. 方法论 6 2.1 研究前沿的遴选与命名 6 2.2 研究前沿的分析及重点研究前沿的遴选和解读 7 农业科学、植物学和动物学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 11 1.1 农业科学、植物学和动物学领域 Top 10 热点前沿发展态势 11 1.2 重点热点前沿“植物泛基因组研究” 12 1.3 重点热点前沿“动植物碱基编辑器研究” 16 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 19 2.1 新兴前沿概述 19 2.
2、2 重点新兴前沿解读“产 ACC 脱氨酶根际促生菌对作物干旱胁迫的缓解作用” 19 生态与环境科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 21 1.1 生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 21 1.2 重点热点前沿“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素” 22 1.3 重点热点前沿“全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理和污染控制技术” 26 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 30 2.1 新兴前沿概述 30 2.2 重点新兴前沿解读“大气二氧化氮水平与新冠肺炎死亡率升高相关” 30 地球科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 33 1.1 地球科学领域 Top 10 热点前沿发展态势
3、 33 1.2 重点热点前沿“基于多个卫星数据的全球火灾排放评估” 34 1.3 重点热点前沿“全球降水数据集的研制与评估” 37 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 41 2.1 新兴前沿概述 41 2.2 重点新兴前沿解读“洞察号对火星地震的探测研究” 41 目 录Contents 2 临床医学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 43 1.1 临床医学领域 Top 10 热点前沿发展态势 43 1.2 重点热点前沿“新冠肺炎病例临床特征” 44 1.3 重点热点前沿“新冠肺炎孕妇临床表现与母婴结局” 47 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 50 2.1 新兴前沿概述 50 2.2 重点新兴前
4、沿解读“新型冠状病毒感染致脏器损伤及并发症”前沿群 52 2.3 重点新兴前沿解读“新型冠状病毒疫苗研发”前沿群 52 生物科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 55 1.1 生物科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 55 1.2 重点热点前沿“新冠肺炎病原鉴定、病毒全基因组序列分析和 ACE2 受体识别” 57 1.3 重点热点前沿“新型冠状病毒刺突糖蛋白的结构、功能和抗原性” 58 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 60 2.1 新兴前沿概述 60 2.2 重点新兴前沿解读“新型冠状病毒主蛋白酶的结构解析和抑制剂发现” 61 化学与材料科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 63 1
5、.1 化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 63 1.2 重点热点前沿“非共价相互作用(卤键、硫键等)” 65 1.3 重点热点前沿“化学动力学疗法” 68 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 71 2.1 新兴前沿概述 71 2.2 重点新兴前沿解读“化学传感器在新型冠状病毒检测中的应用” 71 物理学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 73 1.1 物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 73 1.2 重点热点前沿 “高压下富氢化合物的高温超导电性研究” 75 1.3 重点热点前沿“反铁磁自旋电子学” 78 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 81 2.1 新兴前沿概述 81
6、 2.2 重点新兴前沿“无限层型镍氧化物的超导电性研究” 81 3 编纂委员会 134 附录研究前沿综述:寻找科学的结构 124 天文学与天体物理学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 83 1.1 天文学与天体物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 83 1.2 重点热点前沿“原初黑洞观测及其与暗物质的关系” 85 1.3 重点热点前沿“标量 - 张量引力修正理论及引力波事件的影响” 88 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 92 2.1 新兴前沿概述 92 2.2 重点新兴前沿解读“更多致密双星并合引力波事件观测” 92 数学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 95 1.1 数学领域 To
7、p 10 热点前沿发展态势 95 1.2 重点热点前沿“高维非线性偏微分方程的求解方法” 96 1.3 重点热点前沿“非线性时间序列的复杂网络分析” 100 信息科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 105 1.1 信息科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 105 1.2 重点热点前沿“面向视频动作识别的深度神经网络研究” 106 1.3 重点热点前沿“基于无人机的无线通信技术” 110 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 113 2.1 新兴前沿概述 113 2.2 重点新兴前沿解读“利用医学影像检测和诊断新冠肺炎的深度神经网络研究” 113 经济学、心理学及其他社会科学 1. 热点前沿
8、及重点热点前沿解读 115 1.1 经济学、心理学及其他社会科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 115 1.2 重点热点前沿“新冠肺炎大流行的心理健康影响研究” 116 1.3 重点热点前沿 “机器人在旅游、营销、服务等方面的应用及新冠疫情对其的促进作用” 120 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 123 2.1 新兴前沿概述 123 2.2 重点新兴前沿“新冠肺炎恐惧量表的心理测量评估” 123 4 研究前沿背景与方法论 5 研究前沿背景与方法论 1. 背景 科学研究的世界呈现出蔓延 生长、不断演化的景象。科研管 理者和政策制定者需要掌握科研 的进展和动态,以有限的资源来 支持和推进科
9、学进步。对于他们 而言,洞察科研动向、尤其是跟 踪新兴专业领域对其工作具有重 大的意义。 为此,科睿唯安发布了“研 究前沿”(Research Fronts)数据 和报告。定义一个被称作研究前 沿的专业领域的方法,源自于科 学研究之间存在的某种特定的共 性。这种共性可能来自于实验数 据,也可能来自于研究方法,或 者概念和假设,并反映在研究人 员在论文中引用其他同行的工作 这一学术行为之中。 通过持续跟踪全球最重要的 科研和学术论文,研究分析论文 被引用的模式和聚类,特别是成 簇的高被引论文频繁地共同被引 用的情况,可以发现研究前沿。 当一簇高被引论文共同被引用的 情形达到一定的浉跃度和连贯性
10、时,就形成一个研究前沿,而这 一簇高被引论文便是组成该研究 前沿的“核心论文”。研究前沿 的分析数据揭示了不同研究者在 探究相关的科学问题时会产生一 定的关联,尽管这些研究人员的 背景不同或来自不同的学科领域。 总之,研究前沿的分析提供 了一个独特的视角来揭示科学研 究的脉络。研究前沿的分析不依 赖于对文献的人工标引和分类(因 为这种方法可能会有标引分类人 员判断的主观性),而是基于研 究人员的相互引用而形成的知识 之间和人之间的联络。这些研究 前沿的数据连续记载了分散的研 究领域的发生、汇聚、发展(或 者是萎缩、消散),以及分化和 自组织成更近的研究浉动节点。 在演进的过程中,每组核心论文
11、的基本情况, 如主要的论文、 作者、 研究机构等,都可以被查明和跟 踪。通过对该研究前沿的施引论 文的分析,可以发现该领域的最 新进展和发展方向。 2013年科睿唯安发布了 2013 研究前沿自然科学和社会科学的 前 100 个探索领域白皮书。2014 年和 2015 年科睿唯安与中国科学 院文献情报中心成立的“新兴技 术未来分析联合研究中心”推出了 2014 研究前沿和2015 研究 前沿分析报告。2016 年、2017 年、2018 年、2019 年和 2020 年, 中国科学院科技战略咨询研究院、 中国科学院文献情报中心和科睿 唯安联合发布了 2016研究前沿 、 2017 研究前沿、2
12、018 研究 前沿 、 2019研究前沿 和 2020 研究前沿分析报告。这一系列 报告引起了全球广泛的关注。2021 年,在以往系列研究前沿报告的 基础上,推出了2021 研究前沿 分析报告。报告仍然以文献计量 学中的共被引分析方法为基础, 基于科睿唯安的 Essential Science IndicatorsTM (ESI) 数据库中的 12147 个研究前沿,遴选出了 2021 年自 然科学和社会科学的 11 大学科领 域排名最前的 110 个热点前沿和 61 个新兴前沿。 6 研究前沿背景与方法论 2. 方法论 整个分析工作分为两个部分: 研究前沿的遴选和命名由科睿唯 安和中国科学院
13、科技战略咨询研 究院科技战略情报研究所合作完 成,171 个研究前沿的核心论文及 其施引论文的数据提供由科睿唯 安负责;研究前沿的分析和重点 研究前沿(包括重点热点前沿和 重点新兴前沿)的遴选及解读由 中国科学院科技战略咨询研究院 科技战略情报研究所主持完成。 此次分析基于 2015-2020 年的论文 数据,数据下载时间为 2021 年 3 月。 2.1 研究前沿的遴选与命名 2021 研究前沿分析报告 反映了当前自然科学与社会科学 的 11 大学科领域的 171 个研究前 沿(包括 110 个热点前沿和 61 个 新兴前沿)。我们以 ESI 数据库中 的 12147 个研究前沿为起点,遴选
14、 目标是要找到那些较为活跃或发 展迅速的研究前沿。报告中所列 的 171 个研究前沿的具体遴选过 程如下: 2.1.1 热点前沿的遴选 首先把 ESI 数据库的 20 个学 科划分到 11 个高度聚合的大学科 领域中,然后对每个 ESI 学科中的 研究前沿的核心论文,按照总被 引频次进行排序,提取排在每个 ESI 学科前 10% 的最具引文影响力 的研究前沿,并将其整合到 11 大 学科领域中,以此数据为基础, 再根据核心论文出版年的平均值 重新排序,遴选出每个领域中那 些“最年轻”的研究前沿,并由 各学科战略情报研究人员进行调 整和归并。通过上述几个步骤在 每个大学科领域分别选出 10 个热
15、 点前沿,共计 110 个热点前沿。 因为每个领域具有不同的特点和 引用行为,有些学科领域中的很 多研究前沿在核心论文数和总被 引频次上会相对较小,所以从 11 大学科领域中分别遴选出的排名 前 10 的热点前沿,代表各大学科 领域中最具影响力的研究前沿, 但并不一定代表跨数据库(所有 学科)中最大最热的研究前沿。 2.1.2 新兴前沿的遴选 一个研究前沿有很多新近的 核心论文,通常提示其是一个快 速发展的专业研究方向。为了选 取新兴的前沿,组成研究前沿的 基础文献即核心论文的时效性是 优先考虑的因素。这就是为什么 我们称其为新兴前沿。为了识别 新兴前沿,我们对研究前沿中的 核心论文的出版年赋
16、予了更多的 权重或优先权,只有核心论文平 均出版年在 2019 年 6 月之后的研 究前沿才被考虑,将每个 ESI 学科 的研究前沿按被引频次从高到低 排序,选取被引频次排在前 10% 的研究前沿,然后各学科战略情 报研究人员经过调研和评审,遴 选出每个 ESI 学科中的新兴前沿, 并将其整合到 11 大学科领域中, 从而遴选出了 11 大学科领域的 61 个新兴前沿,这 61 个新兴前沿最 早的平均出版年是 2019.5。遴选不 限定学科,因此 61 个新兴前沿在 11 大学科领域中分布并不均匀, 例如,数学领域没有新兴前沿入 选,物理学、地球科学、信息科 不含工程学领域 7 研究前沿背景与
17、方法论 本报告在遴选的 171 个研究 前沿的数据的基础上,由中国科 学院科技战略咨询研究院的战略 情报研究人员对 11 大学科领域的 110 个热点前沿的发展趋势进行了 分析,并对 31 个重点研究前沿和 2 个前沿群进行了详细的解读(见 后续各章)。重点研究前沿包括 重点热点前沿和重点新兴前沿两 部分。 研究前沿由一组高被引的核 心论文和一组共同引用核心论文 的施引文献组成。核心论文来自 于 ESI 数据库中的高被引论文,即 在同学科同年度中根据被引频次 排在前 1% 的论文。这些有影响力 的核心论文的作者、机构、国家 在该领域做出了不可磨灭的贡献 , 本报告对其进行了深入分析和解 读。同
18、时,引用这些核心论文的 施引文献可以反映出核心论文所 提出的技术、数据、理论在发表 之后是如何被进一步发展的,即 使这些引用核心论文的施引文献 本身并不是高被引论文。 2.2.1 重点研究前沿的遴选 2014 年设计了遴选重点研究 前沿的指标 CPT,2015 年在年篇 均被引频次 (CPT) 指标的基础上, 又增加了规模指标,即核心论文 数(P)。 (1)核心论文数(P) ESI 数据库用共被引文献簇 (核心论文)来表征研究前沿, 并根据文献簇的元数据及其统计 结果揭示研究前沿的发展态势, 其中核心论文数(P)总量标志着 研究前沿的大小,文献簇的平均 出版年和论文的时间分布标志着 研究前沿的
19、进度。核心论文数(P) 表达了研究前沿中知识基础的重 要程度。在一定时间段内,一个 前沿的核心论文数(P)越大,表 明该前沿越活跃。 (2)年篇均被引频次 (CPT) 遴选重点研究前沿的指标年 篇均被引频次 (CPT) 的计算方法是 核心论文的总被引频次(C)除以 核心论文数(P),再除以施引文 献所发生的年数(T)。“施引文 献所发生的年数”指施引文献集 合中最新发表的施引文献与最早 发表的施引文献的发表时间的差 值。如最新发表的施引文献的发 表时间为 2020 年,最早发表的施 引文献的发表时间为 2016 年,则 该施引文献所发生的年数为 4。 CPT 实际上是一个研究前沿 的平均引文影
20、响力和施引文献发 生年数的比值,该指标越高代表 该前沿越热或越具有影响力。它 反映了某研究前沿的引文影响力 的广泛性和及时性,可以用于探 测研究前沿的突现、发展以及预 测研究前沿下一个时期可能的发 展。该指标既考虑了某研究前沿 受到关注的程度,即核心论文的 总被引频次,又考虑了该研究前 沿受关注的时间长短,即施引文 学等领域分别只有一个新兴前沿, 而临床医学领域则选出了 29 个新 兴前沿。 通过以上两种方法,这份报告 突出显示了 11 个高度聚合的大学科 领域中的 110 个热点前沿和 61 个新 兴前沿。 2.1.3 研究前沿的命名 由各学科战略情报研究人员, 根据研究前沿的核心论文的研究
21、主 题、主要内容和特点等,对 171 个 研究前沿逐一进行命名,并征求专 家意见调整确定。 2.2 研究前沿的分析及重点研究前沿的遴选和解读 8 研究前沿背景与方法论 献所发生的年数。 在研究前沿被持续引用的前提 下,当两个研究前沿的 P 和 T 值分 别相等时,则 C 值较大的研究前 沿的 CPT 值也较大,指示该研究 前沿引文影响力较大。 当两个研究前沿的 C 和 P 值 分别相等时,则 T 值较小的研究前 沿的 CPT 值会较大,指示该研究 前沿在短期内受关注度较高。 当两个研究前沿的 C 和 T 值 分别相等时,P 值较小的研究前沿 的 CPT 反而会较大,指示该研究 前沿中核心论文的
22、平均引文影响力 较大。 2021 研究前沿在重点研 究前沿的遴选过程中,从每个大学 科领域的 10 个“热点前沿”中, 利用核心论文数(P)和 CPT 指 标,结合战略情报研究人员的专业 判断,遴选出两个重点热点前沿。 专业判断主要考虑该前沿是否对解 决重大问题有重要意义。一方面, 选择核心论文数 (P) 最高的前沿, 如果 P 最高的前沿已经在往年的研 究前沿中解读过且核心论文没有显 著变化,则选择 P 次高的前沿, 依次类推。同时,用 CPT 指标结 合专业判断遴选出一个重点热点前 沿。综合这两种方法共遴选出 22 个重点热点前沿。从新兴前沿中, 利用 CPT 指标结合战略情报研究 人员的
23、判断遴选出 9 个重点新兴前 沿和 2 个新兴前沿群。因此从 171 个研究前沿中共遴选出 31 个重点 前沿和 2 个前沿群进行深入解读。 2.2.2 研究前沿的分析和解读 在报告遴选的 171 个研究前沿 的数据基础上,综合分析 11 大学 科领域的 110 个热点前沿的发展趋 势, 研究揭示新兴前沿的研究主题, 并对 33 个重点研究前沿(群)进 行了详细的解读。 (1)热点前沿分析及重点热点前 沿的解读 对 于 每 个 学 科 领 域, 结 合 TOP10 热点前沿的核心论文的数 量、被引频次、核心论文平均出版 年,以及施引论文的年度变化,分 析 TOP10 热点前沿的发展趋势, 包括
24、覆盖的重点方向、前沿(群) 分布特征及演变趋势。 每个学科领域的第一张表展示 各自的前 10 个热点前沿的核心论 文的数量、被引频次以及核心论文 平均出版年。每个领域的 10 个热 点研究前沿中引用核心论文的论文 (施引文献)的年度分布用气泡图 的方式展示。气泡大小表示每年施 引文献的数量,对于那些施引文献 量大、而施引文献所发生的年数少 的前沿,也就是 CPT 值的前两种 情况,可以从图中直观地看出哪些 是重点热点前沿。但是对于核心论 文(P)较少的情况,则需要结合 数据来看。大部分研究前沿的施引 文献每年均有一定程度的增长,因 此气泡图也有助于对研究前沿发展 态势的理解。 对每个学科领域遴
25、选出的两个 重点热点前沿,深入分析解读其概 念内涵、发展脉络、研究力量布局 等,揭示被引频次较高的核心论文 的研究内容、价值、影响。 每个重点热点前沿的第一张表 对该热点前沿的核心论文的产出国 家、 机构活跃状况进行了统计分析, 有助于揭示出哪些国家、 机构在该 热点前沿中有较大贡献。 第二张表 则对该热点前沿的施引文献的产出 国家和机构进行了统计分析, 有助 于探讨哪些国家、 机构在该热点前 沿的发展中的研究布局。 (2)新兴前沿分析及重点新兴前 沿的解读 新兴前沿的体量(核心论文及 其施引文献)较小,统计数据的分 析意义不大。因此,主要由战略情 报研究人员揭示新兴前沿的研究主 题,并对重点
26、新兴前沿的核心论文 及相关信息进行内容方面的定性分 析解读,籍此可以了解重点新兴前 沿的基本概念、最新科研突破及未 来发展前景。 9 研究前沿背景与方法论 10 研究前沿农业科学、植物学和动物学 11 研究前沿农业科学、植物学和动物学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 1.1 农业科学、植物学和动物学领域 Top10 热点前沿叒展态势 农业科学、植物学和动物学 领域居于前十的热点前沿主要分布 在食品科学与工程、植物基因组与 编辑、动物传染病、健康饮食、植 物进化、植物抗病研究等六个子领 域(表 1)。其中,食品科学与工 程子领域有 3 个热点前沿,分别在 研究肉制品加工中植物抗氧化剂的 应用、
27、多功能食品智能包装膜、褪 黑素在果实储藏中的应用。植物基 因组与编辑子领域也有 3 个热点前 沿,分别在研究茶树基因组、植物 泛基因组及动植物碱基编辑器。动 物传染病、健康饮食、植物进化、 植物抗病子领域各有 1 个热点前 沿,分别在研究非洸猪瘟的流行病 学和病毒学、间歇性禁食的影响、 早期陆地植物进化、植物免疫受 体 NLR(富含亮氨酸的重复受体蛋 白)及其介导的抗病机制。与往年 相比,2021 年入选的 Top10 热点 前沿再次凸显近年食品科学与工程 子领域的热点前沿较受关注,其中 智能包装持续出现两次,2020 年 重点在研究食品智能包装薄膜的制 备与表征,2021 年重点在研制多 功
28、能食品智能包装膜。此外,动物 传染病研究也在近两年持续出现, 2020 年重点研究猪圆环病毒,2021 年重点研究非洸猪瘟。此外,2021 年首次出现了有关饮食方式的研 究,即间歇性禁食对健康、衰老和 疾病进程的影响。 表 1农业科学、植物学和动物学领域 Top10 热点前沿 排名热点前沿核心论文被引频次 核心论文 平均出版年 1植物提取物作为抗氧化剂在肉制品中的应用228412019 2茶树基因组研究与品质性状形成的分子机理2511312018.8 3植物泛基因组研究169002018.8 4多功能食品智能包装膜的研制3417572018.5 5非洸猪瘟的流行病学和病毒学研究及防控19962
29、2018.5 6间歇性禁食对健康、衰老和疾病进程的影响1715532018.4 7早期陆地植物进化研究2315222018.4 8动植物碱基编辑器研究4673082018.2 9褪黑素处理对果实储藏品质的影响及作用机理169052018.2 10植物免疫受体 NLR 及其介导的抗病机制3625092018.1 12 研究前沿农业科学、植物学和动物学 图 1农业科学、植物学和动物学领域 TOP10 热点前沿的施引论文 1.2 重点热点前沿“植物泛基因组研究” 泛基因组是指存在于整个物 种或群体而不是单个个体中的所有 基因组序列的集合,分为核心基因 组和附属基因组。核心基因组的序 列存在于所有个体
30、中,附属基因组 序列仅存在于某个或某些个体中。 近年来,随着不同物种参考基因组 的公布及同一物种内不同个体基因 组间的比较研究,人们逐渐认识到 每个个体都有极具个性特征的遗传 性状,单一参考基因组并不能代表 物种内的多样性,因此出现了泛基 因组这一概念。该概念最初于 2005 年由美国马里兰大学医学院微生物 与免疫学系、基因组科学研究所的 Herve Tettelin 等人在微生物组学领域 提出,之后很快被拓展并应用于动 植物基因组学领域,有专家 2019 年 发表综述文章指出,随着泛基因组 从细菌到植物和动物的应用,基因 组研究进入了泛基因组学时代。泛 基因组研究对充分挖掘生物遗传变 异资源
31、、鉴定品系特有性状调控基 因、培育更适应不同环境和高质优 产的农业动植物品种等意义重大。 该前沿共有核心论文 16 篇, 包括 13 篇研究性论文和 3 篇综述 性论文。13 篇研究性论文的研究 对象涉及甘蓝型油菜、番茄、水 稻、小麦和向日葵等,主要研究内 容包括:甘蓝型油菜泛基因组的结 构和生态型分化、组装与比较及抗 病基因的鉴定,基于泛基因组研究 的番茄水果飾味基因的挖掘及拉 丁美洸栽培番茄的驯化历史,栽 培稻和野生稻的基因组变异,向 2001820192020 植物提取物作为抗氧化剂在肉制品中的应用 茶树基因组研究与品质性状形成的分子机理 植物泛基因组研究 多功能食
32、品智能包装膜的研制 非洸猪瘟的流行病学和病毒学研究及防控 间歇性禁食对健康、衰老和疾病进程的影响 早期陆地植物进化研究 动植物碱基编辑器研究 褪黑素处理对果实储藏品质的影响及作用机理 植物免疫受体 NLR 及其介导的抗病机制 研究前沿农业科学、植物学和动物学 日葵的遗传多样性及栽培种与野 生种的亲缘关系等。3 篇综述性论 文主要综述了植物泛基因组学的 研究方法、在作物改良中的应用 和研究进展,并探讨了基因存在 和缺失变异的起源,及泛基因组 对植物生物学、育种和进化研究 的影响等。在这 16 篇论文中,被 引频次最高的 1 篇是研究性论文, 被引用了 252 次(图 2)。该论文 于 2018
33、年发表在Nature期刊 上,由来自中国农业科学院、国际 水稻研究所、上海交通大学、深圳 华大基因、美国亚利桑那大学等机 构的研究人员合作完成,研究了 3010 个亚洸栽培水稻基因组的遗 传变异、群体结构和多样性,为水 稻基因组学研究和育种提供了重要 资源。 图 2 “植物泛基因组研究” 研究前沿中核心论文的被引频次分布曲线 1 0 50 100 150 200 250 300 73956151413 被引频次 核心论文序号 13 14 研究前沿农业科学、植物学和动物学 表 2 “植物泛基因组研究”研究前沿中核心论文的 TOP 产出国家和机构 排名国家 核心 论文 比例排
34、名机构所属国家 核心 论文 比例 1澳大利亚956.3%1西澳大利亚大学澳大利亚743.8% 2中国743.8%2中国农业科学院中国531.3% 3美国637.5%3墨尔本大学澳大利亚425.0% 4法国531.3%3昆士兰大学澳大利亚425.0% 5德国318.8%3 法国国家农业食品 与环境研究院 法国425.0% 6以色列212.5%6乔治亚大学美国318.8% 6加拿大212.5%6华中农业大学中国318.8% 8英国16.3%6法国国家科学研究中心法国318.8% 8新加坡16.3%6巴黎 - 萨克雷大学法国318.8% 8捷克16.3%10佛罗里达大学美国212.5% 8菲律宾16
35、.3%10中国科学院中国212.5% 8巴基斯坦16.3%10南十字星大学澳大利亚212.5% 8西班牙16.3% 8南非16.3% 核心论文 Top10 产出国家和 机构中(表 2),澳大利亚贡献率 最高,超过一半,为 56.3%;排在 第二位的中国,贡献率也较高,为 43.8%;美国贡献率为 37.5%,排名 第三。澳大利亚的西澳大利亚大学 在 Top10 机构中名列第一,贡献率 为 43.8%;中国的中国农业科学院 贡献率为 31.3%,位列第二。 0 2 4 6 8 10 9 7 6 5 3 22 1111111 中国 美国 澳大利亚 德国 英国 新加坡 捷克 菲律宾 巴基斯坦 西班牙
36、 南非 法国 加拿大 以色列 核心论文 15 研究前沿农业科学、植物学和动物学 施引论文产出国家和机构中 (表 3),核心论文产出排名第二 的中国贡献最大,占比近 44%;核 心论文产出排名第三的美国排第 二,占比近 23%;核心论文产出排 名第一的澳大利亚排名第三,占比 约 12%。中美澳在核心论文和施引 论文贡献方面均名列前三,表现突 出。施引机构方面,中国的中国农 业科学院、中国科学院、华中农业 大学依次排名前三。 表 3 “植物泛基因组研究”研究前沿中施引论文的 TOP 产出国家和机构 排名国家 施引 论文 比例排名机构所属国家 施引 论文 比例 1中国27243.7%1中国农业科学院
37、中国9315.0% 2美国14122.7%2中国科学院中国558.8% 3澳大利亚7612.2%3华中农业大学中国497.9% 4德国609.6%4国际农业研究磋商小组菲律宾294.7% 5英国467.4%5 法国国家农业食品与环境研 究院 法国274.3% 6法国375.9%6西澳大利亚大学澳大利亚264.2% 7日本294.7%7美国农业部美国193.1% 7菲律宾294.7%8中国农业大学中国182.9% 9印度274.3%8法国国家科学研究中心法国182.9% 10加拿大182.9%10吉森大学德国172.7% 0 50 100 150 200 250 300 272 141 76 6
38、0 46 3729292718 中国 美国 澳大利亚 德国 英国 法国 日本 菲律宾 印度 加拿大 施引论文 16 研究前沿农业科学、植物学和动物学 图 3 “动植物碱基编辑器研究” 研究前沿中核心论文的被引频次分布曲线 1.3 重点热点前沿“动植物碱基编辑器研究” 碱基编辑器(Base Editor)是 基于 CRISPR/Cas 基因编辑系统发 展起来的新型靶基因修饰技术,可 以在不切断核酸骨架的情况下实现 单核苷酸定点突变,在基因组和 转录组编辑过程中能够直接化学 修饰靶核碱基。有专家认为,如 果说 CRISPR 是基因编辑的皇冠, 那么碱基编辑器就是皇冠上的明 珠。2017 年,哈佛大
39、学 David Liu 教授因创建新型碱基编辑器被评为 “Science 年度十大突破”,并入 选“Nature 年度十大人物”。 该前沿共有核心论文 46 篇, 其 中 42 篇 发 表 在Nature、 被引频次 200 0 400 600 800 1000 1200 1400 71911234529 31 33 35 37 39 41 432725 核心论文序号 1 Science或其子刊上。研究主 要集中于 DNA 碱基编辑器,其中 研究胢嘧啶碱基编辑器的论文偏 多,研究腺嘌呤碱基编辑器的论文 数量相对较少。编辑对象涉及小 鼠、斑马鱼、拟南芥、水稻、小 麦、玉米、
40、番茄、甘蓝型油菜、马 铃薯等。对小鼠、斑马鱼和拟南芥 的基因编辑主要是将其作为模式动 植物开展研究,旨在改进碱基编辑 器,或者构建人类疾病模型。对水 稻、小麦、玉米、番茄等作物的编 辑应用,主要是为了建立相应的编 辑技术实现作物遗传改良,其中 对水稻进行碱基编辑的研究应用 较多。在这 46 篇论文中,被引频 次排名前 2 位的分别被引了 1174 次和 786 次,均是哈佛大学教授 David Liu 团队的论文。第 1 篇论文 即首度报道构建出一种新的碱基编 辑器的论文,该论文于 2016 年发 表在Nature上开发出了胢嘧啶 碱基编辑器 (Cytidine base editors, C
41、BEs),将 G.C 碱基对变换为 T.A 碱基对。第 2 篇论文,于 2017 年 发表于在Nature上报道了他们 开发的腺嘌呤碱基编辑器 (Adenine Base Editor,ABEs),实现了腺嘌 呤编辑,即 A.T 碱基对变换为 G.C 碱基对,这两篇论文意味着利用碱 基编辑器可以实现碱基之间的自由 转换。 研究前沿农业科学、植物学和动物学 核心论文产出国家和机构分 析显示(表 4),主要来自 5 个国 家,分别是美国、中国、韩国、日 本和德国,其中美国贡献率最高, 有 32 篇,占比近 70%;其次是中 国,有 14 篇,占比约 30%;其余 三国贡献 5 篇或以下。机构中,美
42、 国的哈佛大学、麻省理工学院和博 得研究所名列前三,占比分别为 47.8%、37% 和 37%。总体而言, 美国在该前沿表现突出,占据明显 优势。 17 表 4 “动植物碱基编辑器研究”研究前沿中核心论文的 TOP 产出国家和机构 排名国家 核心 论文 比例排名机构所属国家 核心 论文 比例 1美国3269.6%1哈佛大学美国2247.8% 2中国1430.4%2麻省理工学院美国1737.0% 3韩国510.9%2博德研究所美国1737.0% 4日本48.7%4中国科学院中国1021.7% 5德国24.3%5韩国基础科学研究所韩国510.9% 5首尔国立大学韩国510.9% 7Beam The
43、rapeutis 公司美国48.7% 7波士顿儿童医院美国48.7% 7中国农业科学院中国48.7% 7加州大学圣迭戈分校美国48.7% 7马萨诸塞州综合医院美国48.7% 美国 中国 韩国 日本 德国 32 14 5 4 2 核心论文 18 研究前沿农业科学、植物学和动物学 施引论文产出国家和机构中 (表 5),核心论文产出排名第一的美 国其施引论文产出也最多,占比约 41%,中国与核心论文排名一样,依 然排在第二位,占比约为 28%。其 后依次是德国和英国,占比为 6% 左 右。中国科学院、哈佛大学和麻省 理工学院在机构排名中位于前三, 占比在 5% 10% 之间。 0 400 100 5
44、00 200 600 300 700 800 900 中国 美国 澳大利亚 德国 英国 法国 日本 韩国 印度 加拿大 841 580 1301229998 71615353 表 5 “动植物碱基编辑器研究”研究前沿中施引论文的 TOP 产出国家和机构 排名国家 施引 论文 比例 排 名 机构所属国家 施引 论文 比例 1美国84140.5%1中国科学院中国1929.2% 2中国58027.9%2哈佛大学美国1487.1% 3德国1306.3%3麻省理工学院美国1095.2% 4英国1225.9%4博德研究所美国914.4% 5韩国994.8%5哈佛医学院美国773.7% 6日本984.7%6
45、中国农业科学院中国552.6% 7法国713.4%7上海科技大学中国532.5% 8加拿大612.9%8斯坦福大学美国432.1% 9澳大利亚532.5%9上海交通大学中国391.9% 9印度532.5%9加州大学圣迭戈分校美国391.9% 施引论文 19 研究前沿农业科学、植物学和动物学 2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 2.1 新兴前沿概述 农业科学、 植物学和动物学领域有4个方向入选新兴前沿 (表6) , 聚焦农田土壤污染修复和植物抗逆研究。 2.2 重点新兴前沿解读“产 ACC 脱氨酶根际促生菌对作物干旱胁迫的缓解作用” 一直以来,植物与微生物的 有益互作,尤其是植物根际促生菌 (PG
46、PR)如何调控和影响作物抗旱 性,是旱作农业重点关注的问题之 一。其中含 1- 氨基环丙烷 -1- 羧酸 (ACC)脱氨酶浉性的植物根际促 生细菌更是目前国内外的研究热点 之一,其在促进植物生长,延缓植 物衰老和增强植物抗逆性等方面具 有广阔的应用前景。ACC 脱氨酶具 有降解乙烯前体物 ACC,能有效抑 制乙烯的生物合成,达到延缓植物 衰老的效果。用含 ACC 脱氨酶的 PGPR接种植物, 可降低乙烯含量, 从而减轻非生物胁迫对植物生长和 发育产生的影响。 该新兴前沿共有核心论文6篇, 主要研究内容包括:干旱胁迫下产 生 ACC 脱氨酶的 PGPR 对小麦生 长和产量参数的影响;在无菌条件
47、下筛选含可以提高玉米耐旱性的 ACC 脱氨酶的 PGPR;含 ACC 脱 氨酶的 PGPR 和生物炭的联合施用 对缓解小麦干旱,及干旱胁迫下提 高玉米生长和生产力的有效性等。 表 6农业科学、植物学和动物学领域新兴前沿 序号新兴前沿 核心 论文 被引 频次 核心论文 平均出版年 1农田土壤铜污染的植物修复研究153202019.8 2植物抗胁迫的系统信号传导122302019.7 3提高植物抗非生物胁迫性的调节因子71822019.7 4 产 ACC 脱氨酶根际促生菌 对作物干旱胁迫的缓解作用 61252019.7 20 研究前沿生态与环境科学 21 研究前沿生态与环境科学 1. 热点前沿及重
48、点热点前沿解读 1.1 生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿叒展态势 生态与环境科学领域的 Top 10 热点前沿主要分布在生态科学和环 境科学两个子领域(表 7 和图 4), 全球性的生态环境问题及新冠肺炎 疫情相关的生态环境问题是主要关 注点。 具体来看,环境科学子领域的 热点前沿主要涉及新冠肺炎疫情相 关环境研究,空气污染相关研究, 及全氟化合物、汞、微塑料等全球 性传统和新污染物的环境特征、飾 险与控制研究。2020 年新冠肺炎 疫情在全球肆虐,该领域的 2 个热 点前沿展现了新冠肺炎疫情与环境 的相互影响,包括“空气、水体、 物体表面等环境中新型冠状病毒的 检测与传播”和“新冠
49、肺炎疫情期 表 7生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿 排名热点前沿 核心 论文 被引 频次 核心论文 平均出版年 1空气、水体、物体表面等环境中新型冠状病毒的检测与传播3118432020 2新冠肺炎疫情期间的封锁隔离措施对空气质量的影响2712952020 3昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素2018282019.4 4燭煤及工业烟气中汞污染的消除2712252018.9 5微塑料在土壤中的暴露及对土壤生态系统的影响2926572018.2 6全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理和污染控制技术3630082018.1 7低成本大气颗粒物传感器性能评估1713952018.1 间的封锁
50、隔离措施对空气质量的影 响”。空气污染是 2021 年热点前 沿的焦点,相关前沿包括 3 个,分 别是“低成本大气颗粒物传感器性 能评估”、“气溶胶与大气边界层 相互作用及其对空气质量的影响” 和“全球空气污染造成的死亡率和 疾病负担估计”。其中,“气溶胶 与大气边界层相互作用及其对空气 质量的影响”相关研究曾入选 2020 年的热点研究前沿。此外,“新冠 肺炎疫情期间的封锁隔离措施对空 气质量的影响”也同时是空气污染 相关的前沿。全球性污染物相关前 沿包括“燭煤及工业烟气中汞污染 的消除”、“微塑料在土壤中的暴 露及对土壤生态系统的影响” 和 “全 氟和多氟烷基化合物的分布、 暴露、 毒理和