馬玲利, 李 倬, 馬忠仁, 馬劍波, 趙 霏,3,*

(1.西北民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究中心生物工程與技術(shù)國家民委重點實驗室，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院；3.西北民族大學(xué)醫(yī)學(xué)部西北民族地區(qū)環(huán)境生態(tài)與人群健康國家民委重點實驗室)

隨著人口數(shù)量不斷增加，人們對于肉類、乳制品的需求量不斷擴大，因此提高牛的繁殖能力至關(guān)重要。目前的生殖技術(shù)包括：基因組選擇、利用細胞和分子技術(shù)對公牛的精液進行評估、精液低溫保存和人工授精、同步發(fā)情、母牛的超數(shù)排卵技術(shù)、卵子提取、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植等。除了技術(shù)的進步，與動物相關(guān)的影響超排卵效果因素包括牛的品種、年齡、胎次、遺傳、產(chǎn)乳狀態(tài)、繁殖史、營養(yǎng)、精神壓力、季節(jié)、氣候、精液和疾病等也吸引越來越多研究者的關(guān)注。文獻計量學(xué)是用數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的方法，定量地分析科學(xué)文獻信息的分布結(jié)構(gòu)、數(shù)量關(guān)系及變化規(guī)律的交叉科學(xué)。文獻計量和知識網(wǎng)絡(luò)分析的重要工具有VOSviewer和CiteSpace等可視化工具。為了幫助研究人員了解牛繁殖能力領(lǐng)域的研究概況，以便更加全面地去設(shè)計試驗，本文以 Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫收錄的牛繁殖能力相關(guān)論文作為研究對象，運用這兩種可視化工具，從發(fā)表文獻的年份、國家、機構(gòu)、作者、高頻關(guān)鍵詞等方面，對牛繁殖能力研究領(lǐng)域的熱點與前沿進行解析和追蹤，為牛繁殖能力的研究提供一定的參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 文獻來源和檢索策略

利用計算機檢索 Web of Science(WoS)核心合集庫從建庫至2021年4月的文獻。檢索條件為“#1=主題：(FertilityORFecundability)”，“#2=主題：

(CattleORBosindicusORZebuORZebusORBosTaurusORDomesticCowORDomesticCowsORBosgrunniensORYakORYaks)”，檢索策略為：#1 AND #2。

1.2 研究方法

閱讀題目及摘要，納入以英文形式全文發(fā)表的牛繁殖功能相關(guān)研究的論文；排除會議、新聞報道、資訊、消息和不相關(guān)文獻。選擇“全記錄與引用的參考文獻”下載txt 格式。

CiteSpace能直觀地揭示大量數(shù)據(jù)信息和復(fù)雜關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及科學(xué)知識的發(fā)展脈絡(luò)、研究熱點和前沿。Network中N表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量，E表示連線數(shù)量；使用中介中心性來發(fā)現(xiàn)和衡量文獻的重要性，中介中心性超過0.1的節(jié)點稱為關(guān)鍵節(jié)點，并用彩色圓圈對節(jié)點進行重點標注。VOSviewer軟件有強大的主題聚類功能，聚類清晰詳細。借助節(jié)點大小、顏色等說明元素之間的特征與聯(lián)系。

本研究將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CiteSpace 5.7.R5中分析國家、機構(gòu)、作者和參考文獻共被引。在VOSviewer version 1.6.10中分析關(guān)鍵詞共現(xiàn)和聚類。CiteSpace軟件設(shè)置參數(shù)為：time slice(1997-2001)，years per slice(1)，term source(全選)，selection criteria(50)。VOSviewer軟件設(shè)置參數(shù)設(shè)置為 : unit of analysis(all keywords)，Counting method(fractional counting)。

2 結(jié)果

2.1 年發(fā)文量分析

共檢索到6116篇英文文獻，篩選后納入3227篇文獻。運用Citespace軟件對導(dǎo)入文獻進行去重，最終得到3155篇文獻記錄。如圖 1所示，1997年發(fā)表了第一篇牛繁殖能力相關(guān)文獻，之后發(fā)文量呈現(xiàn)緩慢增長趨勢，2012-2014年發(fā)文量有所下降，2014-2016年發(fā)文量迅速增長，2018年發(fā)文量最高(244篇)。

圖1 牛繁殖能力研究的文獻發(fā)表情況

2.2 科研合作網(wǎng)絡(luò)分析-國家、機構(gòu)和作者

利用CiteSpace分析論文國家、機構(gòu)及作者分布及合作網(wǎng)絡(luò)。將國家發(fā)表數(shù)量設(shè)置為10篇以上繪制國家合作圖譜。得到了N=113，E=414的國家合作可視化圖譜(圖2)，說明國家節(jié)點數(shù)量是113個，國家之間的連線多達414條。結(jié)合表1和表2發(fā)現(xiàn)，發(fā)文量排名前5的國家為美國(700篇)、巴西(409篇)、德國(187篇)、印度(172篇)、愛爾蘭(169篇)；而中心性排名前5的國家為美國(0.38)、加拿大(0.21)、德國(0.19)、比利時(0.16)、巴西(0.14)、瑞典(0.14)。

圖2 牛繁殖能力研究國家合作圖譜

表1 發(fā)文量前10的國家、機構(gòu)、作者

表2 中心性前10的國家、機構(gòu)、作者

將機構(gòu)發(fā)表數(shù)量設(shè)置為12篇以上，繪制出機構(gòu)合作圖譜。由圖3可知，N=641，E=810，說明研究牛繁殖能力的核心機構(gòu)和單位節(jié)點數(shù)量是 641個。結(jié)合表1和表2發(fā)現(xiàn)，發(fā)文量排名前5的機構(gòu)中有2個位于美國，2個位于愛爾蘭，還有1個在巴西。它們分別為佛羅里達大學(xué)(137篇)、圣保羅大學(xué)(104篇)、都柏林大學(xué)(91篇)、愛爾蘭農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)與食品發(fā)展局(85篇)、威斯康辛大學(xué)(81篇)；而中心性排名前5的機構(gòu)為佛羅里達大學(xué)(0.12)、瑞典大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)(0.09)、圭爾夫大學(xué)(0.09)、昆士蘭大學(xué)(0.07)、圣保羅大學(xué)(0.06)。

圖3 牛繁殖能力研究機構(gòu)合作圖譜

將作者發(fā)表數(shù)量設(shè)置為3篇以上，繪制出作者合作圖譜N=954，E=1167(圖4)。結(jié)合表1和表2發(fā)現(xiàn)，發(fā)文量排名前5的作者分別為LOPEZGATIUS F(39篇)、BERRY D P(26篇)、LONERGAN P(22篇)、SANTOS J E P(22篇)、GARCIAISPIERTO I(20篇)，而中心性排名前4的作者是BERRY D P(0.02)、LONERGAN P(0.02)、FRICKE P M(0.02)、DISKIN M G(0.02)。發(fā)文量前10的作者中有7位的中心性都在0.01及以上。

圖4 牛繁殖能力研究作者合作圖譜

2.3 參考文獻共被引分析

文獻共被引指的是兩篇(或兩篇以上)同時被后來一篇或多篇論文所引證。對檢索的文獻進行共被引頻次和中心性整理如表3、表4所示。

表3 參考文獻共被引頻次表

表4 參考文獻共被引中心性表

2.4 基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)和聚類的研究熱點圖譜分析

通過VOSviewer關(guān)鍵詞(頻率≥50，同義詞進行合并)共現(xiàn)和聚類分析，繪制出牛繁殖能力研究熱點聚類視圖(圖5)。節(jié)點大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率高低，線條代表關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系，節(jié)點和線條的顏色表示不同聚類類型。結(jié)果表明排在前3位的高頻關(guān)鍵詞有“fertility”、“cattle”、“dairy cow”。共形成4個聚類，表明牛繁殖能力相關(guān)領(lǐng)域的研究共有4個主題。主題1(紅色)包括heifers、estrous-cycle、ovulation、hormone、pregnancy等26個關(guān)鍵詞；主題 2(綠色)包括cattle、energy-balance、milk production、cows、disease等21個關(guān)鍵詞；主題 3(藍色)包括fertility、calving interval、genetic correlation、puberty、growth等14個關(guān)鍵詞。主題 4(黃色)包括bull、spermatozoa、quality、fertilization等10個關(guān)鍵詞。

圖5 牛繁殖能力研究關(guān)鍵詞聚類圖譜

2.5 基于突現(xiàn)詞檢測算法的研究前沿分析

將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CiteSpace探測關(guān)鍵詞突現(xiàn)，共探測到177個突變術(shù)語，取排名前20個突變術(shù)語(圖6)。其中有9個突變術(shù)語的突變周期均集中在2015～2021年。突變強度最大的是“postpartum ovulation”(1998-2006年)和“estrus synchronization”(1998-2005年)。而近3-5年來突變強度較大的關(guān)鍵詞包括：“bostaurus”(2017年-2021年)、“antral follicle count”(2017年-2021年)和“gene expression”(2018年-2021年)。

圖6 牛繁殖能力研究突現(xiàn)詞排序圖譜

3 討論

3.1 科研合作網(wǎng)絡(luò)分析——國家、機構(gòu)和作者

牛繁殖能力研究的國家分布分析結(jié)果顯示，研究活躍度的世界分布極不平衡，發(fā)文量排前十的國家中有4個屬于歐洲，2個位于北美洲，2個位于亞洲，1個位于南美洲，1個位于大洋洲。歐洲和北美洲國家是研究的領(lǐng)導(dǎo)者，發(fā)文數(shù)量占總發(fā)文量的47.04%。尤其是美國，發(fā)文數(shù)量和中心性均位于第一位，與各國聯(lián)系密切，研究質(zhì)量高，影響力最大。值得注意的是，巴西和印度是前十位中僅有的兩個發(fā)展中國家。巴西發(fā)文量僅次于美國，位居第二，這與巴西自身的地理位置有重要關(guān)系。巴西地處熱帶和亞熱帶，生物資源和水資源豐富，得天獨厚的牧業(yè)發(fā)展條件加上國家一系列的政策推動，使得巴西農(nóng)業(yè)取得了重要的成就。在印度，牛是印度生產(chǎn)條件的必要組成部分；同時，印度宗教禁止宰牛確保了牛犢和牛群的不斷供應(yīng)，幫助印度保護和維持了農(nóng)業(yè)體系。

機構(gòu)的全球分布與國家分布是一致的，發(fā)文量排前十的機構(gòu)中(3所機構(gòu)，7所大學(xué))有3個屬于美國，其中佛羅里達大學(xué)的發(fā)文量和中心性均排在第一位，在牛繁殖能力領(lǐng)域的研究具有權(quán)威性。發(fā)文量排名第二的圣保羅大學(xué)(巴西)是唯一的發(fā)展中國家機構(gòu)，且其中心性(0.06)大于0.1。說明巴西不管從國家層面還是從機構(gòu)層面，在牛繁殖能力的研究領(lǐng)域都做出了重大貢獻。除此之外，瑞典農(nóng)業(yè)科學(xué)院、加拿大的圭爾夫大學(xué)和澳大利亞昆士蘭大學(xué)雖然在發(fā)文數(shù)量排名上靠后，但是它們的中心性卻很高，說明這些國家機構(gòu)的發(fā)文數(shù)量少，質(zhì)量卻很高。由圖2和圖3 可知，機構(gòu)合作圖譜的密度(Density=0.0039)低于國家合作圖譜的密度(Density=0.0654)，各個機構(gòu)之間合作聯(lián)系程度低于國家之間的聯(lián)系程度，需要進一步加強機構(gòu)之間的合作。

來自愛爾蘭都柏林大學(xué)的BERRY D P和LONERGAN P兩位教授同時是高產(chǎn)作者和高中心性作者，而發(fā)文數(shù)量最高的LOPEZGATIUS F(萊里達大學(xué))教授的中心性稍低，說明作者在注重文章數(shù)量的同時要更加重視和其他作者的合作。

3.2 參考文獻共被引分析

1973年, 美國情報學(xué)家Small首次提出了文獻共被引(Co-citation)的概念，作為度量文獻間關(guān)系程度的一種研究方法。高被引文獻構(gòu)成了該領(lǐng)域的學(xué)科基礎(chǔ)，從表中可以看出高被引文獻的發(fā)表年份均在2000年-2016年之間。Lucy MC等人在2001年發(fā)表的研究與泌乳相關(guān)的生長激素受體基因表達的基本機制這篇文獻被引次數(shù)最高，說明其在該領(lǐng)域內(nèi)具有重要影響。Walsh SW等人在2011年發(fā)表的影響奶牛繁殖能力的因素的綜述中心性最高，說明這篇文獻在領(lǐng)域內(nèi)最具權(quán)威。此外，還發(fā)現(xiàn)研究領(lǐng)域排名前十的發(fā)文期刊中，出現(xiàn)頻次最高的為J DAIRY SCI，其次為THERIOGENOLOGY；而在中心性排名中，權(quán)威文獻發(fā)表數(shù)量最多的期刊是ANIM REPROD SCI，其次是J DAIRY SCI和ANIMAL。說明ANIM REPROD SCI和J DAIRY SCI這兩個期刊在牛繁殖能力的研究領(lǐng)域較為權(quán)威。

3.3 牛繁殖能力研究領(lǐng)域的研究熱點

關(guān)鍵詞是一篇論文的核心概括，關(guān)鍵詞通過聚類分析可以對研究主題進行探究。根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜和聚類圖譜，得到了該領(lǐng)域的4個研究熱點。

3.3.1 小母牛和肉用母牛定時人工授精技術(shù) 主題1的關(guān)鍵詞有：小母牛、發(fā)情周期、激素、排卵和懷孕率等。分析圖5可知，目前提高小母牛和肉用母牛繁殖能力的措施主要依賴于人工授精技術(shù)，主要通過使用雌二醇、前列腺素、促性腺激素釋放激素等激素來干預(yù)發(fā)情周期，以此提高排卵數(shù)量和質(zhì)量，增加受孕率。根據(jù)激素的來源和種類、注射劑量、次數(shù)、時間、內(nèi)部激素釋放裝置的放置等的不同，超排卵方案有很大的差異。由于動物福利的提高，簡化的超排卵方案成為研究的熱點。Barajas, J.L等人發(fā)現(xiàn)用單劑量馬絨毛膜促性腺激素注射替代最后4次卵泡刺激素注射，可以減少超排卵程序所需的治療次數(shù)。Kimura, K.等人發(fā)現(xiàn)，單劑量的卵泡刺激素和氫氧化鋁凝膠混合進行肌內(nèi)注射是一種有效、新穎、實用的超排卵方法。在繁殖標記物的研究方面也有新發(fā)現(xiàn)，許多綜述表明抗苗勒氏管激素(Anti-Mullerianhormone)是一種可靠且易于檢測的繁殖標記物，可用于測定牛的繁殖能力。

3.3.2 奶牛能量攝入及產(chǎn)奶相關(guān)疾病 主題2的關(guān)鍵詞有：奶牛、能量平衡、疾病等。營養(yǎng)可能會通過改變激素代謝來影響牛卵泡的發(fā)育，需要綜合考慮激素和母牛的代謝狀態(tài)來制定超數(shù)排卵方案。研究發(fā)現(xiàn)奶牛長期吃干物質(zhì)含量高的飼料會降低超排卵反應(yīng)和胚胎生產(chǎn)潛力。特別是自然排卵的奶牛，高采食量與低濃度的類固醇會顯著降低奶牛的胚胎質(zhì)量，所以營養(yǎng)平衡對高產(chǎn)奶牛尤為重要〗。在超排卵前和超排卵期間限制能量攝入可以產(chǎn)生更多的卵泡，并改善胚胎質(zhì)量。即使在一段時間內(nèi)的過量喂養(yǎng)后，短期的限制飲食攝入量也會有效。奶牛隨著產(chǎn)奶量的增加，特別是同時伴隨跛行、乳腺炎、子宮炎、消化和呼吸道等疾病的發(fā)生，繁殖率大大降低。

3.3.3 遺傳選擇 主題3的關(guān)鍵詞有：遺傳相關(guān)、繁殖力等。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，牛繁殖能力的研究逐漸深入到了與遺傳相關(guān)的分子層面。現(xiàn)有的胚胎質(zhì)量評價方法(包括形態(tài)學(xué)評價和胚胎活檢)對發(fā)育中的胚胎有一定的健康風(fēng)險，為了了解控制胚胎發(fā)育的分子機制，越來越多的研究者開始關(guān)注牛的全基因組的分析。通過全基因組關(guān)聯(lián)研究可以確定與奶牛育性相關(guān)的數(shù)量性狀的位點和候選的基因，能更清楚地了解育性性狀的遺傳結(jié)構(gòu)。

3.3.4 公牛精子質(zhì)量 主題4的關(guān)鍵詞有：公牛、精子、質(zhì)量、授精等。優(yōu)質(zhì)精液是人工授精成功的先決條件，目前公牛精子質(zhì)量研究的熱點集中在：①、改進精子儲存方法，保護精子活力，延長儲存時間。②、將經(jīng)過性別分類的精子用于人工受精，以提高牛的繁殖能力。③、在基因水平上對精子進行改造和篩選。

3.4 牛繁殖能力研究領(lǐng)域研究的前沿與趨勢

從圖6可以看出，研究竇卵泡數(shù)和提高青春期小母牛繁殖能力之間的相關(guān)性是該領(lǐng)域研究的前沿。竇卵泡計數(shù)(Antral follicular count)是一種預(yù)測卵巢儲備卵泡的數(shù)量的方法。牛的竇卵泡計數(shù)在牛的不同品種間存在差異，但在個體內(nèi)具有高度的重復(fù)性和遺傳性，可以鑒別動物繁殖潛力。Cruz, R.S.等人發(fā)現(xiàn)，根據(jù)竇卵泡計數(shù)來篩選早熟母牛的結(jié)果是有差異的，母牛斷奶后的最大竇卵泡數(shù)和抗苗勒氏管激素濃度的結(jié)果可用于篩選早熟的布拉福德母牛，但這種方法并不適用于赫里福德母牛的篩選。目前，對青春期前和青春期小母牛的竇卵泡計數(shù)的研究知之甚少。因此對青春期小母牛的竇卵泡計數(shù)的研究將成為一個研究趨勢。

4 結(jié)論

本研究運用CiteSpace和VOSviewer可視化工具對牛繁殖能力研究的相關(guān)文獻進行了可視化分析，對研究作者和機構(gòu)合作的現(xiàn)狀，以及研究熱點前沿進行了解析、追蹤，并對研究的趨勢進行了預(yù)測。分析可知，美國在牛繁殖能力研究領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。目前，小母牛和肉用母牛定時人工授精技術(shù)、奶用牛能量攝入及產(chǎn)奶相關(guān)疾病、遺傳選擇、如何提高公牛精子質(zhì)量等是熱點研究領(lǐng)域。而對分子層面的機制研究和青春期小母牛的竇卵泡計數(shù)的研究是近年來研究的前沿領(lǐng)域，代表著未來的發(fā)展趨勢。本研究也存在一定的局限性：本研究只檢索了一個英文數(shù)據(jù)庫，可能不會完全代表牛繁殖能力相關(guān)研究的發(fā)表情況。綜上，本文通過可視化方法為牛繁殖能力的研究提供了一定的參考和借鑒。