2021研究前沿.pdf

RESEARCHFRONTS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1背景和方法论1.背景 52.方法论 62.1 研究前沿的遴选与命名 62.2 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 111.1 农业科学、植物学和动物学领域 Top 10 热点前沿发展态势 111.2 重点热点前沿“植物泛基因组研究”121.3 重点热点前沿“动植物碱基编辑器研究”162.新兴前沿及重点新兴前沿解读 192.1 新兴前沿概述 192.2 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 211.1 生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 211.2 重点热点前沿“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素”221.3 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”262.新兴前沿及重点新兴前沿解读 302.1 新兴前沿概述 302.2 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 331.1 地球科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 331.2 重点热点前沿“基于多个卫星数据的全球火灾排放评估”341.3 重点热点前沿“全球降水数据集的研制与评估”372.新兴前沿及重点新兴前沿解读 412.1 新兴前沿概述 412.2 重点新兴前沿解读“洞察号对火星地震的探测研究”41目 录Contents2临床医学1.热点前沿及重点热点前沿解读 431.1 临床医学领域 Top 10 热点前沿发展态势 431.2 重点热点前沿“新冠肺炎病例临床特征”441.3 重点热点前沿“新冠肺炎孕妇临床表现与母婴结局”472.新兴前沿及重点新兴前沿解读 502.1 新兴前沿概述 502.2 重点新兴前沿解读“新型冠状病毒感染致脏器损伤及并发症”前沿群 522.3 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 551.1 生物科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 551.2 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”571.3 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”582.新兴前沿及重点新兴前沿解读 602.1 新兴前沿概述 602.2 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 631.1 化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 631.2 重点热点前沿“非共价相互作用（卤键、硫键等）”651.3 重点热点前沿“化学动力学疗法”682.新兴前沿及重点新兴前沿解读 712.1 新兴前沿概述 712.2 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 731.1 物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 731.2 重点热点前沿“高压下富氢化合物的高温超导电性研究”751.3 重点热点前沿“反铁磁自旋电子学”782.新兴前沿及重点新兴前沿解读 812.1 新兴前沿概述 812.2 重点新兴前沿“无限层型镍氧化物的超导电性研究”813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 831.1 天文学与天体物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 831.2 重点热点前沿“原初黑洞观测及其与暗物质的关系”851.3 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”882.新兴前沿及重点新兴前沿解读 922.1 新兴前沿概述 922.2 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 951.1 数学领域 Top 10 热点前沿发展态势 951.2 重点热点前沿“高维非线性偏微分方程的求解方法”961.3 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 1051.1 信息科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 1051.2 重点热点前沿“面向视频动作识别的深度神经网络研究”1061.3 重点热点前沿“基于无人机的无线通信技术”1102.新兴前沿及重点新兴前沿解读 1132.1 新兴前沿概述 1132.2 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.热点前沿及重点热点前沿解读 1151.1 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 1151.2 重点热点前沿“新冠肺炎大流行的心理健康影响研究”1161.3 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”1202.新兴前沿及重点新兴前沿解读 1232.1 新兴前沿概述 1232.2 重点新兴前沿“新冠肺炎恐惧量表的心理测量评估”1234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、2018 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、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2284120192茶树基因组研究与品质性状形成的分子机理2511312018.83植物泛基因组研究169002018.84多功能食品智能包装膜的研制3417572018.55非洸猪瘟的流行病学和病毒学研究及防控199622018.56间歇性禁食对健康、衰老和疾病进程的影响1715532018.47早期陆地植物进化研究2315222018.48动植物碱基编辑器研究4673082018.29褪黑素处理对果实储藏品质的影响及作用机理169052018.210植物免疫受体 NLR 及其介导的抗病机制3625092018.112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、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201520162017201820192020 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 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10501001502002503007395112841061216151413被引频次核心论文序号1314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16.3%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。024681097653221111111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%0501001502002503002721417660463729292718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20004006008001000120014001351792131571911234529 31 33 35 37 39 41 432725核心论文序号1Science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、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,CBEs)，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 Therapeutis 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3214542 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。0400100500200600300700800900中国美国澳大利亚德国英国法国日本韩国印度加拿大841580130122999871615353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（PGPR）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153202019.82植物抗胁迫的系统信号传导122302019.73提高植物抗非生物胁迫性的调节因子71822019.74产 ACC 脱氨酶根际促生菌 对作物干旱胁迫的缓解作用61252019.720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31184320202新冠肺炎疫情期间的封锁隔离措施对空气质量的影响27129520203昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素2018282019.44燭煤及工业烟气中汞污染的消除2712252018.95微塑料在土壤中的暴露及对土壤生态系统的影响2926572018.26全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理和污染控制技术3630082018.17低成本大气颗粒物传感器性能评估1713952018.1间的封锁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、毒理和污染控制技术”。这三个前沿所涉及污染物均是在全球范围内带来重大、长期生态环境飾险，受到全球关注的典型污染物，多年入选环境领域的热点前沿。如汞污染相关研究分别在 2016、2017、2020年入选热点前沿；微塑料污染相关研 究 分 别 在 2015、2016、2017、2020 年入选热点前沿；全氟化合物相关研究在 2020 年和 2021 年连续被列入热点前沿。生态科学子领域的热点前沿主要涉及生物多样性和物种分类两个方面，具体包括“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素”和“物种界定方法的改进”。22研究前沿生态与环境科学排名热点前沿核心论文被引频次核心论文平均出版年8气溶胶与大气边界层相互作用及其对空气质量的影响22197720189全球空气污染造成的死亡率和疾病负担估计31884201810物种界定方法的改进1113512018图 4生态与环境科学领域 Top10 热点前沿的施引论文1.2 重点热点前沿“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素”昆虫是生态系统的重要组成部分，对整个生物圈包括人类的生存影响深远。昆虫在生态系统中扮演着分解者、植食者、传粉者、捕食者或寄生者的角色，而其本身又是其它动植物的猎物。昆虫生物多样性和数量的减少，不仅会影响包括植物授粉在内的生态系统服务功能，还会影响食物链中以它为食的动植物等的生存，造成食物网和生态系统的崩溃，引起巨大的生态、环境级联效应，进而造成社会和经济损失。近年来，随着人类浉动导致的生境破碎化、栖息地丧失、化肥农药的大量使用和有毒化学品在环境中的广泛扩散、气候变化等，全球201520162017201820192020 空气、水体、物体表面等环境中新型冠状病毒的检测与传播 新冠肺炎疫情期间的封锁隔离措施对空气质量的影响 昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素 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 全氟和多氟烷基化合物的分布、暴露、毒理和污染控制技术 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 全球空气污染造成的死亡率和疾病负担估计 物种界定方法的改进23研究前沿生态与环境科学图 5“昆虫衰退现状、灭绝危机与驱动因素”研究前沿中核心论文的被引频次分布曲线昆虫生物多样性已经呈现急剧下降的趋势。但是，由于昆虫衰退的过程是很宏观的，身处其中的人类很难获得足够直观、深刻的体会，且除美欧等部分发达国家外，昆虫生物多样性的监测极不充分，其衰退和多样性丧失状况被严重低估。该热点前沿的核心论文有20篇，研究内容主要是餐虫、节肢动物等陆生和水生昆