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(1.西北農林科技大學動物科技學院,陜西 楊凌 712100;2.西北農林科技大學草業(yè)與草原學院)
繁殖學的三大技術支撐分別是人工授精、同期發(fā)情和超數排卵,人工授精(artificial insemination,AI)是代替自然交配的一種人工輔助生殖技術。2003年,隨著科學技術的快速發(fā)展和后基因組時代的到來,AI輔助生殖技術也隨之不斷改進和發(fā)展,為生命的繼續(xù)和繁衍提供了科學的解決手段,同時也為畜牧繁殖業(yè)的發(fā)展提供了更豐富的遺傳資源。
《科學引文索引》(Science Citation Index,SCI)創(chuàng)建于1961年,它不僅可以作為文獻檢索的工具,還可以為科學研究提供重要依據。Web of Science是大型綜合性、多學科、核心期刊引文索引數據庫,是ISI數據庫中的引文索引數據庫,共包括大約10000種世界范圍內最有影響力的高質量期刊。文獻計量分析學是運用統(tǒng)計分析方法,以科技文獻數量、相互引用等多維度客觀定量地分析梳理學科研究的國家、地區(qū)、研究機構等學術水平,揭示文獻分布規(guī)律、挖掘研究熱點、預測學科未來發(fā)展,該數據庫已被應用于很多學科。
本文利用Web of Science 核心集合數據庫,對2003.01.01~2019.12.30期間全球AI發(fā)表文獻進行計量統(tǒng)計,從發(fā)文國家、研究機構、論文影響力、關鍵詞、國家合作關系等方面分析AI發(fā)展現狀,明確未來發(fā)展趨勢,以期為我國AI技術研究提供科學的參考依據。
論文數據來自Web of Science 核心集合數據庫,采用高級檢索模式,檢索式為“TS=(artificial insemination)”,檢索語言為“All language”,檢索論文類型為“Article”,檢索時間跨度為2003.01.01~2019.12.30,檢索索引為SCI-Expanded,檢索時間為2020年4月12日21:00,共檢索到AI相關研究文獻6 096篇。
在2003~2019年期間,Web of Science 核心集合數據庫中有關AI研究相關文獻共6 096篇,全球AI研究領域論文數量總體呈逐步上升趨勢(圖1),其中2006年、2014年、2015年AI論文發(fā)表量較前一年相比略有下降,這可能與2006年國際政治局勢,2014年埃博拉疫情、ISIS橫掃中東以及2015年難民潮沖擊歐洲有一定關系。此外,中國AI研究相關論文共219篇(圖2),但在2008年和2014年降至最低點,推測這可能與數據庫中新論文的更新時間有關,此外,還可能受2008年全球金融危機、南方冰雪災害、汶川地震及2014年禽流感來襲有極大關系。
圖1 2003~2019年全球AI研究論文數量變化趨勢
圖2 中國2003~2019年AI文獻刊文年度變化趨勢
以2003~2019年全球AI研究領域論文發(fā)表國家/地區(qū)為統(tǒng)計源,排名前10的國家/地區(qū)分別是美國、巴西、西班牙、德國、日本、澳大利亞、加拿大、法國、意大利、印度。在論文發(fā)文量前10的國家/地區(qū)中美國論文數量占絕對優(yōu)勢,占總發(fā)文量的20 %以上,其次是巴西和西班牙。美國發(fā)文量遠遠高于其他國家,反映出美國在AI研究領域科研活動比較活躍。主要原因可能是美國畜牧業(yè)產值占農業(yè)總產值的比重較高,畜產品絕對數量大,是畜牧業(yè)生產的超級大國;此外,早在1938年美國便開始建立乳牛AI組織,AI技術實踐運用早。目前,巴西牛群存欄量居世界第二,商品牛數量、牛肉產量及牛肉出口量居世界首位,生豬存欄量及豬肉出口量均在世界前列,發(fā)達的畜牧養(yǎng)殖業(yè)為AI技術的開展提供了大量機會。西班牙是傳統(tǒng)的畜牧業(yè)國家,主要以養(yǎng)豬業(yè)為主,同時兼有養(yǎng)牛業(yè)、養(yǎng)禽業(yè)和養(yǎng)羊業(yè)等,自1995年以來,畜產品(肉類及雜碎)貿易以出口為主,畜牧養(yǎng)殖歷史悠久。此外,中國共發(fā)表論文219篇,排名第11位,與美國、巴西等相比差距明顯。我國屬于發(fā)展中國家,1978年以前,農業(yè)以種植業(yè)為主,養(yǎng)殖業(yè)僅作為家庭副業(yè),農業(yè)占比不高且長期發(fā)展滯留;在改革開放之后,隨著經濟發(fā)展和政府對養(yǎng)殖業(yè)的大力支持,我國畜牧業(yè)得以快速發(fā)展。但養(yǎng)殖成本較高、產業(yè)基礎薄弱及環(huán)境壓力等因素影響,畜牧發(fā)展仍面臨重重困難。
以2003~2019年全球AI研究領域論文發(fā)表機構為統(tǒng)計源,在4 048個研究機構中選出發(fā)文量前10的科研機構,分別是圣保羅大學、圣保羅州立大學、佛羅里達州立大學系統(tǒng)、佛羅里達大學、法國農業(yè)食品與環(huán)境國家研究院、威斯康星大學麥迪遜分校、威斯康星大學系統(tǒng)、瑞典農業(yè)科學大學、印度農業(yè)研究委員會、密蘇里大學體系。按所屬國家劃分,10個研究機構中5個屬于美國,2個屬于巴西,法國、瑞典和印度各1個;根據洲際劃分,10個研究機構中5個屬于北美洲,2個屬于南美洲,2個屬于歐洲,1個屬于亞洲。由此可見:美國、巴西及法國AI研究科研實力較強,AI研究國際影響力主要集中在這三個國家。此外,以2003~2019年中國AI研究論文發(fā)表機構為統(tǒng)計源,在283個研究機構中選出發(fā)文量前10的科研機構,分別為中國農業(yè)大學、中國科學院、西北農林科技大學、華中農業(yè)大學、中國農業(yè)大學、華中科技大學、中國水產科學研究院、溫州醫(yī)科大學、四川農業(yè)大學、華南農業(yè)大學。中國AI研究主要集中在農業(yè)院校,為中國AI研究發(fā)展做出了極大的推動作用。
以2003~2019年全球AI發(fā)表刊物為統(tǒng)計源,發(fā)文量排名前10的期刊累計載文達2 817篇,占總發(fā)文的46.211 %,分別是Theriogenology、JournalofDairyScience、Animal?ReproductionScience、ReproductioninDomesticAnimals、JournalofAnimalScience、ReproductionFertilityandDevelopment、Animal、AnimalReproduction、JournalofReproductionandDevelopment、TropicalAnimalHealthandProduction。其中3個期刊來自美國,發(fā)文量為1 566篇,占總發(fā)文的25.689 %;2個期刊來自荷蘭,德國、澳大利亞、英國、巴西、日本各1個。美國的Theriogenology、JournalofDairyScience,荷蘭的AnimalReproduction?Science和德國的ReproductioninDomesticAnimals屬AI高載文量期刊,占總載文的36.467 %。此外,2003~2019年,發(fā)表中國AI研究領域論文最多的10個期刊,分別為AnimalReproductionScience、Theriogenology、Cryobiology、Andrologia、AnimalScienceJournal、AsianAustralasianofAnimalSciences、PoultryScience、ActaOceanologicaSinica、Aquaculture、BiologyofReproduction。從國際和國內期刊發(fā)文來看,主要是Theriogenology、AnimalReproductionScience,說明國內與國際AI研究認可度高度相符,但中國AI研究及自主高質量期刊仍需要不斷提升發(fā)展。
以2003~2019年全球AI研究論文為統(tǒng)計源,被引次數排名前10的論文中,美國共有5篇;愛爾蘭、巴西、法國、意大利及瑞典各1篇。此外,以2003~2019年中國AI研究領域發(fā)表論文為統(tǒng)計源,被引次數排名前10的論文中,中國科學院昆明動物研究所、中國農業(yè)大學各發(fā)表2篇。
以2003~2019年全球AI研究論文作者為統(tǒng)計源,將16 975位作者按發(fā)文量排序列出發(fā)文量前10的作者(表1)。美國和巴西在AI研究領域的科研實力雄厚。中國AI研究主要集中在農業(yè)科研大學,主要有華中農業(yè)大學的楊利國老師、四川農業(yè)大學的曾長軍老師及西北農林科技大學的胡建宏老師、李清旺老師、羅軍老師。
表1 2003~2019年全球AI研究發(fā)文量前10的作者
利用文獻計量在線分析網站(http://bibliometric.com/results.html)制作國家間合作關系圖(圖3),彩色線條連接的表示兩國間存在AI研究合作關系,彩色陰影面積越大表明與其他國家AI研究聯(lián)系越緊密,存在合作關系國家數目越多,目前,在AI研究領域全世界的國家/地區(qū)間的合作關系較緊密,其中以美國、巴西、西班牙、德國、日本等國家聯(lián)系最為密切,并且發(fā)文量均位居全球前列。此外,中國AI研究國家合作也較為密切,表明我國近年來畜牧業(yè)發(fā)展迅速。
圖3 2003~2019年全球AI研究國家間合作關系
在2003~2019年期間,Web of Science核心集合中收錄AI研究論文的主要研究方向(圖4),雷達圖中百分比表示學科論文數占總論文數的百分比,由圖4可知,農學論文數約占總論文的44.193 %,獸醫(yī)科學約占總論文數的44.144 %,其次是繁殖生物學,約占總論文數的38.484 %。由此可見,AI研究主要集中在農學、獸醫(yī)科學和繁殖生物學領域。由于某些論文的多學科屬性,所以全部百分比之和大于100 %。
關鍵詞可反映出一項研究的突出成果和焦點,也是對一項研究的凝練和核心表達。分析關鍵詞的內在聯(lián)系有助于發(fā)掘AI當前研究熱點和未來前進方向,根據VOS viewer分析發(fā)現(圖5),Artificial Insemination、sperm/semen、cryopreservation、progesterone、pregnancy等詞處于聯(lián)系中心的位置,并且在熱點分布中這幾個詞顏色最深,表明精液、冷凍保存、孕酮和受孕是AI研究熱點,這些與AI研究及實踐運用息息相關。此外,dairy cow、cattle、beef cattle、sheep、goat、boar/pig在熱點分布中,顏色較深且比較集中,表明AI研究主要集中在奶牛、肉牛、綿羊、山羊及豬的實踐研究運用中。
圖4 2003~2019年全球AI研究論文歸屬學科
圖5 AI 研究論文關鍵詞分析
2003~2019年AI發(fā)表文獻共6 096篇,英文論文占主導地位,占總發(fā)文量的93.668 %;葡萄牙語占總發(fā)文量的2.198 %;其次是德語占總發(fā)文量的1.329 %;西班牙語、法語、匈牙利語、意大利語、土耳其語、波蘭語、荷蘭語共占總發(fā)文量的2.559 %。高質量的AI論文主要集中在歐美州,主要是英文文獻,原因可能是AI研究較早、研究水平較高;另外,歐美國家語言以英語為主,而Web of Science收錄的文獻主要是英文文獻。
人工授精(AI)是動物繁殖技術的一項重大成就,與精液冷凍保存技術相結合,可以豐富優(yōu)良遺傳基因、優(yōu)化育種,使繁殖不受時間和空間的限制。與自然交配相比,AI可以有效降低疾病的傳播風險,減少公畜飼養(yǎng)量,提高養(yǎng)殖效益。為了解AI研究現狀,挖掘AI研究熱點,本研究通過檢索Web of Science核心集合數據庫,運用文獻計量學方法,對2003~2019期間AI研究相關論文進行統(tǒng)計分析,研究發(fā)現全球AI發(fā)表論文總體呈上升趨勢,年均發(fā)文量在358篇上下波動,其中美國AI研究最為活躍,另外巴西、西班牙、德國等AI研究也值得我們借鑒。此外,在全球前10的機構或期刊中,美國最多,其次是巴西,特別是巴西的圣保羅大學、圣保羅州立大學以及美國的佛羅里達州立大學系統(tǒng)、佛羅里達大學為AI研究做出了重要貢獻。中國AI研究發(fā)文量較少,主要集中在中國農業(yè)大學、中國科學院和西北農林科技大學,這與AI技術在歐洲、北美等經濟發(fā)達的國家/地區(qū)普及率較高,精液保存、質量檢測和授精技術較為完善有重要關系;此外,我國AI研究起步較晚,1985年潘壽文開始對犬進行精液冷凍和人工授精研究,當時國內科研人員整體英語水平不高、投稿價值導向及對SCI重視程度不夠,這也是引起我國SCI論文較少的原因之一。
20世紀50年代,畜牧產業(yè)化經營最早在美國產生,隨后迅速轉入歐洲、日本、澳大利亞等發(fā)達國家。隨著供產銷一體化、集約化的發(fā)展,畜牧養(yǎng)殖飼草供應科學化、生產專業(yè)化、產品商業(yè)化、服務社會化的經營格局最終在歐美等發(fā)達國家中實現。雖然我國AI研究起步較晚,但隨著改革開放和國家政策的大力支持,我國AI研究在近幾十年中比較活躍,國家合作關系較為密切。20世紀90年代以來,AI技術在我國商業(yè)實踐、生產運用中日漸成熟,為更多養(yǎng)殖戶所接受。從發(fā)展速度、普及范圍和動物種類來看,我國冷凍精液AI技術在奶牛上已普及,并對黑白花奶牛育種上起到關鍵作用。此外,AI技術在豬的育種繁殖中也得到了同樣的發(fā)展,根據有關部門統(tǒng)計,目前國內使用AI技術的大型養(yǎng)豬場占比例約為80 %~90 %;小型養(yǎng)豬場為 50 %~60 %,AI技術成績斐然。
AI作為育種改良及繁殖技術的重要手段,已廣泛運用與大型養(yǎng)殖場,配種時機的掌控、發(fā)情的鑒定、精液品質的檢測、輸精部位、輸精劑量及輸精人員的技術水平都是影響母畜妊娠率的關鍵因素。雖然我國AI研究實踐運用日漸成熟,但同國外研究相比,我國缺乏國際影響力的機構、高科技人才和高質量的期刊。因此,我們應加快步伐,加強與國外機構合作,研發(fā)新的精液冷凍保存方法、冷凍保護劑、抗氧化劑及新的AI技術,不斷提高科研水平。相信隨著精液冷凍、基因組測序、優(yōu)勢基因的挖掘及蛋白質功能技術的不斷發(fā)展,廣大科研工作者的不斷探索與實踐,中國AI研究將為遺傳資源的保護和畜牧業(yè)的發(fā)展提供新的技術保障。