專利名稱：用于處理雜交種子的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作物育種領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)各種雜交種子的系 統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
本節(jié)中的陳述僅僅是提供與本發(fā)明相關(guān)的背景信息，可能并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)前，通過人工去雄來去除母本的雄花部分，并且隨后采用來自父本的花粉給雌 花人工授粉，從而生產(chǎn)出各種雜交種子。這種方法是勞動(dòng)密集型的，且非常昂貴，而且還將 種子生產(chǎn)限制在使用人力是可獲得的并且具有成本效益的地區(qū)。例如，在某些類型的甜瓜 中已經(jīng)開發(fā)出雌性作物類型以便用作母本，并且如果遺傳表達(dá)強(qiáng)烈的話，那么這些類型不 需要人工操作。然而，該雌性性狀遺傳復(fù)雜，并且是不完全穿透的，使得其難以育種和使用。受控于單一隱性核基因的基因式雄性不育已經(jīng)在葫蘆、其它水果和蔬菜生長作物 中得到確認(rèn)。這種性狀可以被用于開發(fā)雄性不育式的母本，該母本不需要去除花朵或人工 去雄，并且還允許使用蜜蜂來授粉。然而，雄性不育系對于不育作物和可育作物總是隔離開 的，這是因?yàn)楸匦柰ㄟ^采用雜合的、同基因的雄性可育作物(Ms/ms)給雄性不育作物授粉 (ms/ms)從而維持這些不育系。因而，核基因式雄性不育的使用需要在雜交種子生產(chǎn)的田地 中將雄性可育的分離物從母本行中去除。該過程是勞動(dòng)密集型的，且常常是效率低下的，這 是因?yàn)樾坌钥捎魑镌谔锏刂惺请y以識別的。因?yàn)樵撛?，以前種子公司開發(fā)該性狀所作 的努力都被放棄了。本發(fā)明致力于滿足本領(lǐng)域中的這些需求，以便使用高處理量非破壞性種子取樣系 統(tǒng)對生產(chǎn)雜交種子的方法加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及通過使用高處理量非破壞性種子取樣在種子中促進(jìn)種質(zhì)改善活動(dòng)的 系統(tǒng)和方法。采用自動(dòng)的非破壞性取樣，使得在種群(或稱群體，population)中對獨(dú)立的 種子進(jìn)行測試成為可能。這允許開發(fā)出用于種質(zhì)改善和管理的新的且更有效的方法，其導(dǎo) 致了改善的育種種群。在各個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于種子的高處理量取樣的自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng) 包括種子裝載站，用于將獨(dú)立的種子從散裝種子箱內(nèi)的多顆相似的種子中分離開；定向 子系統(tǒng)，用于從種子裝載站接收獨(dú)立的種子，并且對這些獨(dú)立的種子進(jìn)行定向；取樣子系 統(tǒng)，用于從獨(dú)立的種子中去除組織樣品；種子及樣品傳送子系統(tǒng)，用于在種子已經(jīng)被去除組 織樣品后在取樣子系統(tǒng)和種子收集托盤內(nèi)選定井之間運(yùn)送種子，并且用于將組織樣品從取樣子系統(tǒng)運(yùn)送到取樣收集托盤內(nèi)的選定井中。在其它實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于從種子種群中提取樣品材料以便進(jìn)行測試的 自動(dòng)且高處理量的方法。該方法包括將獨(dú)立的種子從種子種群中分離；使分離的種子以 期望的方位定向，使得以特定的方位放置每顆種子中含有每顆相應(yīng)種子的胚芽的“尖端”， 同時(shí)保持每顆種子的發(fā)芽能力。然后，在種子已經(jīng)被取樣后將每顆種子運(yùn)送到種子收集托 盤內(nèi)的選定井，并且將種子的組織樣品運(yùn)送到樣品收集托盤內(nèi)的選定井。在又一些其它的實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于種子的高處理量取樣的自動(dòng)方法。 該方法包括在自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)的種子裝載站處將獨(dú)立的種子從多顆相似的種子中分 離出。該方法另外還包括在自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)的定向子系統(tǒng)處接收這些獨(dú)立的種子，并 且使其定向，同時(shí)保留每顆種子的發(fā)芽活力。該方法進(jìn)一步包括在自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)的 取樣子系統(tǒng)處從獨(dú)立的種子上去除組織樣品，同時(shí)保留每顆種子的發(fā)芽能力。又進(jìn)一步地， 該方法包括利用自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)的種子及樣品傳送子系統(tǒng)，在種子已經(jīng)被去除組織樣 品后將每顆種子存放在多個(gè)種子收集托盤中選定的一個(gè)托盤內(nèi)的選定井中，并且將每個(gè)組 織樣品存放到多個(gè)樣品收集托盤中選定的一個(gè)托盤內(nèi)的選定井中。該方法還進(jìn)一步包括將 選定的樣品收集托盤中的選定井以及將選定的種子收集托盤中的選定井存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫內(nèi)， 使得每個(gè)樣品以及去除該樣品的對應(yīng)的種子能夠被追蹤，以便預(yù)先選擇感興趣的種子，其 中每個(gè)樣品都被存放在選定的樣品收集托盤中的選定井中，且每顆對應(yīng)的取樣種子都被存 放在選定的種子收集托盤中的選定井中。在又一些其它實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于將雄性不育基因滲入到種子中的 方法。該方法包括提供種子種群；從該種群內(nèi)的每個(gè)種子中去除包括了帶核酸的細(xì)胞的 組織樣品；對從每顆種子提取的核酸進(jìn)行分析，以便確定是否存在指示雄性不育基因存在 的至少一個(gè)基因標(biāo)記；基于是否存在雄性不育標(biāo)記從該種群中選擇種子，以及從該種子培 養(yǎng)可育作物。在又一些其它實(shí)施例中，本發(fā)明提供了水果或蔬菜雜交種的母本，其中該母本包 含至少一種細(xì)胞核的雄性不育基因。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，可以針對表示了至少一個(gè)基因性狀的一個(gè)或多個(gè)特性 對樣品進(jìn)行分析。這些特性的示例可以包括基因標(biāo)記、單核苷酸多態(tài)性、簡單序列重復(fù)、限 制酶斷片長度多態(tài)性、單體型、標(biāo)簽SNP、基因標(biāo)記的等位基因、基因、源于DNA的序列、源于 RNA的序列、啟動(dòng)子、基因的5'未轉(zhuǎn)譯區(qū)、基因的3'未轉(zhuǎn)譯區(qū)、微RNA、siRNA、QTL、衛(wèi)星標(biāo) 記、轉(zhuǎn)基因、mRNA、ds mRNA、轉(zhuǎn)錄譜、以及甲基化模式。根據(jù)本文所提供的說明，本教導(dǎo)的更多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些 說明和具體示例僅僅旨在說明之目的，不應(yīng)用來限制本教導(dǎo)的范圍。


本文所描述的附圖僅僅用作說明的目的，不應(yīng)用來以任何方式限制本發(fā)明的范圍。圖1是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的用于非破壞性對種子進(jìn)行取樣的自動(dòng)化種子處 理系統(tǒng)的框圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1所示種子處理系統(tǒng)的立體圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1所示種子處理系統(tǒng)的定向基座的前視圖。圖2B是根據(jù)本發(fā)明各種其它實(shí)施例的圖1所示種子處理系統(tǒng)的定向基座的前視 圖。圖2C是根據(jù)本發(fā)明又一些其它各種實(shí)施例的圖1所示種子處理系統(tǒng)的定向基座 的前視圖。圖2D是根據(jù)本發(fā)明又一些其它各種實(shí)施例的圖1所示種子處理系統(tǒng)的定向基座 的前視圖。圖2E是根據(jù)本發(fā)明又一些各種其它實(shí)施例的圖1所示種子處理系統(tǒng)的定向基座 的前視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1和圖2所示種子處理系統(tǒng)的側(cè)視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1、圖2和圖3所示種子處理系統(tǒng)的種子裝載 站、種子定向子系統(tǒng)、種子取樣子系統(tǒng)的立體4A是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1、圖2和圖3所示種子取樣子系統(tǒng)的種子裝 載站的側(cè)視圖，其中示出了種子分揀器(singulator)及分送器組件。圖5是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1、圖2、圖3和圖4所示種子取樣子系統(tǒng)的立 體圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1所示種子取樣子系統(tǒng)的線性致動(dòng)種子取樣組 件的前視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的各種其它實(shí)施例的圖6所示線性致動(dòng)種子取樣組件的前視 圖。圖8A是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1所示種子取樣子系統(tǒng)的取樣保持固定裝置 的前視圖。圖8B是根據(jù)本發(fā)明的各種其它實(shí)施例的圖1所示種子取樣子系統(tǒng)的取樣保持固 定裝置的前視圖。圖8C是根據(jù)本發(fā)明的又一些其它各種實(shí)施例的圖1所示種子取樣子系統(tǒng)的取樣 保持固定裝置的前視圖。圖8D是根據(jù)本發(fā)明的又一些其它各種實(shí)施例的圖1所示種子取樣子系統(tǒng)的取樣 保持固定裝置的前視圖。圖8E是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1、圖2、圖3和圖4所示種子取樣子系統(tǒng)的取 樣保持固定裝置的立體圖。圖8D是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖8A所示取樣保持固定裝置沿線A_A剖取的剖 視圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1所示種子處理系統(tǒng)的主控系統(tǒng)的框圖。圖10是瓊脂糖凝膠的圖示，其中示出了在聯(lián)接到ms3基因的標(biāo)記處的等位基因分 角軍(resolution)。圖11描繪了包含ms3和ms4基因的遺傳基因連鎖群，其中示出了 ms基因相對于 聯(lián)接的分子標(biāo)記的位置。圖12是瓊脂糖凝膠的圖示，其中示出了來自反應(yīng)混合物的PCR產(chǎn)物，該反應(yīng)混合 物使用了從甜瓜種子組織樣品中分離出的DNA。
具體實(shí)施例方式以下描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，不應(yīng)該用來限制本發(fā)明及其應(yīng)用或使用。本公開提供了利用高處理量非破壞性種子取樣來促進(jìn)種子中種質(zhì)改善活動(dòng)的新 方法，其中所述種子例如為花椰菜、甘藍(lán)菜、胡蘿卜、菜花、大白菜、黃瓜、干豆、茄子、茴香、 四季豆、葫蘆、韭蔥、萵苣、甜瓜、秋葵、洋蔥、豌豆、胡椒、南瓜、蘿卜、菠菜、倭瓜、甜玉米、西 紅柿、以及西瓜。該方法可用于對種子進(jìn)行分析以便識別并選出包括一個(gè)或多個(gè)期望性狀、 標(biāo)記和基因型的種子。在本發(fā)明的一個(gè)方面，該分析方法允許對存在于散裝種子種群或批 量種子種群中的獨(dú)立種子進(jìn)行分析，使得能夠確定這些獨(dú)立種子的化學(xué)和/或基因特性。用于高處理量非破壞性種子取樣的設(shè)備、系統(tǒng)和方法已被描述。例如，在 共同擁有的美國專利申請No. 11/213，430(2005年8月26日提交)；美國專利申請 No. 11/213，431(2005 年 8 月 26 日提交)；美國專利申請 No. 11/213，432(2005 年 8 月 26日提交)；美國專利申請No. 11/213,434(2005年8月26日提交)；美國專利申請 No. 11/213，435(2005 年8 月 26 日提交)；美國專利申請 No. 11/680，180(2007年 2 月 27 日 提交)；以及美國專利申請No. 11/680,611(2007年2月27日提交)中公開了用于種子自 動(dòng)取樣的設(shè)備和系統(tǒng)，以及對種子進(jìn)行取樣、測試和統(tǒng)裝(bulk)的方法，在此通過引用將 這些文獻(xiàn)的全部內(nèi)容并入本文。參照圖1，本發(fā)明提供了自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)10，種子系統(tǒng)10被構(gòu)造成并且可操 作以便通過使用高處理量非破壞性種子取樣在所選擇的種子中促進(jìn)種質(zhì)改善活動(dòng)。更具體 地，如下文將描述的那樣，種子處理系統(tǒng)10被構(gòu)造成并且可操作以便測試種群中的獨(dú)立種 子，并且僅選擇具有一個(gè)或多個(gè)期望特性的種子，由此提供用于種質(zhì)改善和管理的有效方 法，從而導(dǎo)致形成改善的繁殖種群。在各種實(shí)施例中，種子處理系統(tǒng)10總體上包括種子裝載站100和定向子系統(tǒng)200， 種子裝載站100被構(gòu)造成并可操作以便將獨(dú)立的種子與多個(gè)相似的種子分離開，定向子系 統(tǒng)200接收來自種子裝載站100的獨(dú)立種子并且使得每個(gè)種子以期望方位定向以便取樣， 這將在下文詳述。另外，種子處理系統(tǒng)10總體上包括取樣子系統(tǒng)300和種子及樣品傳送 子系統(tǒng)400，取樣子系統(tǒng)300被構(gòu)造成并可操作以便從每顆種子中去除樣品(例如，組織樣 品)，種子及樣品傳送子系統(tǒng)400被構(gòu)造成并可操作以便將每顆種子和相應(yīng)的樣品從取樣 站300分別運(yùn)送到種子收集組件500和樣品收集組件600。更具體地，種子及樣品傳送子系 統(tǒng)400被構(gòu)造成并可操作以便將每顆被取樣的種子運(yùn)送到多個(gè)種子收集托盤504 (其在圖2 中示例性示出)中的一個(gè)，并且將每個(gè)相應(yīng)的樣品運(yùn)送到多個(gè)樣品收集托盤604(例如，微 型碟，在圖2中示例性示出)中的一個(gè)。 種子處理系統(tǒng)10另外還包括主控系統(tǒng)700，主控系統(tǒng)500被構(gòu)造成并可操作以便 控制種子處理系統(tǒng)10的所有操作。也就是說，主控系統(tǒng)700同時(shí)控制并協(xié)調(diào)種子裝載站 100、定向子系統(tǒng)300、種子及樣品傳送子系統(tǒng)400、以及種子收集組件500和樣品收集組件 600的操作，從而實(shí)現(xiàn)將種子從多顆種子中分離開；使每顆種子以期望方位定向；從每顆 種子去除樣品；以及將每顆種子和對應(yīng)于該種子的相應(yīng)樣品運(yùn)送到種子托盤504和樣品托 盤604，這將在下文詳述。應(yīng)當(dāng)理解的是，在此示例性示出并描述的種子處理系統(tǒng)10的各種實(shí)施例包括了各種支柱、梁、平臺、基座、支架等等，在它們上面耦接、連接和/或安裝有本文中所描述的 各種部件、裝置、機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、組件以及子組件。盡管這樣的支柱、梁、平臺、基座、支 架等等對于種子處理系統(tǒng)10的各實(shí)施例的構(gòu)架是必需的，但是關(guān)于它們的放置、方位以及 相互連接的描述卻并非是必需的，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員能夠輕易并且完全理解種子處理系 統(tǒng)10各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)、功能和操作。而且，這樣的支柱、梁、平臺、基座、支架等等也被清 楚地示出在各附圖中，這樣使得它們的放置、方位以及相互連接是易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員 理解的。因此，為了簡明起見，在本文中將這樣的支柱、梁、平臺、基座、支架等等僅僅稱作系 統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)，而略去了對它們的放置、方位以及相互連接的進(jìn)一步描述。另外，本文中示出 并描述的某些圖可能去除了系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)的某些部分(即，未示出)，以便更清楚地示出種 子處理系統(tǒng)10的各實(shí)施例。
現(xiàn)參見圖2和圖3，在各種實(shí)施例中，裝載站100可包括種子分揀器104，且定向子 系統(tǒng)200可包括多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)定向基座204以及在定向基座204上方安裝到系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)的 一個(gè)或多個(gè)成像裝置208。另外，取樣子系統(tǒng)300可包括多個(gè)對應(yīng)的取樣保持固定裝置304， 且種子及樣品傳送子系統(tǒng)400可包括在取樣保持固定裝置304下方安裝的多個(gè)分送器組件 404?，F(xiàn)在參見圖2、圖3和圖4，在各種實(shí)施例中，種子分揀器104包括種子箱110、分 離輪112和位于種子箱110底部(未示出)和分離輪112之間的種子分揀室116。種子分 揀器104另外還包括馬達(dá)114 (例如，分度馬達(dá))，其耦接至分離輪112，以便當(dāng)由主控系統(tǒng) 700控制時(shí)，可控地轉(zhuǎn)動(dòng)分離輪112。而且，分離輪112被安裝成在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得在 其操作期間分離輪112的面(未示出)相鄰于種子分揀室116的開口側(cè)以及相鄰于位于種 子箱110和分離輪112之間的種子收集器120轉(zhuǎn)動(dòng)。種子分離輪112的面包括多個(gè)凹進(jìn)端 口(未示出)，這些凹進(jìn)端口圍繞分離輪112的周緣部分被周向地間隔分開。每個(gè)凹進(jìn)端口 均延伸通過分離輪112的面，并被連通地耦接到真空系統(tǒng)(未示出)，使得在每個(gè)凹進(jìn)端口 處能夠提供真空。在各種實(shí)施例中，為了啟動(dòng)種子處理系統(tǒng)10的操作，把將要被取樣和測試的多顆 種子放在種子箱110的內(nèi)部容器中。經(jīng)由重力、加壓空氣和/或真空，使存放到種子箱內(nèi)部 腔室中的種子可控地通過漏斗進(jìn)入分揀室116，并且接觸分離輪112的面。另外，在所述凹 進(jìn)端口中的至少一些凹進(jìn)端口處提供真空，例如，在至少如下凹進(jìn)端口處提供真空，即，這 些凹進(jìn)端口在分離輪112轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是相鄰于種子分揀室116的開口側(cè)行進(jìn)的。為了基本上一次一顆地從存放到種子箱110中的多顆種子中分離種子(即，對種 子進(jìn)行分揀)，分離輪112經(jīng)由馬達(dá)114增量地轉(zhuǎn)動(dòng)。在分離輪112轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)凹進(jìn)端口順 序地行進(jìn)經(jīng)過種子分揀室116，取出至少一顆種子，并且將每顆種子放置到種子收集器120 中。也就是說，隨著分離輪112增量地轉(zhuǎn)動(dòng)并且凹進(jìn)端口增量地經(jīng)過相鄰的分揀室116，種 子中與分離輪的面接觸的各顆獨(dú)立種子通過相應(yīng)凹進(jìn)端口處提供的真空被拾取并被保持 在每個(gè)凹進(jìn)端口處。隨著分離輪112繼續(xù)增量地轉(zhuǎn)動(dòng)，這些種子被運(yùn)送出分揀室116，到達(dá) 種子收集器120，在種子收集器120處將每顆種子從分離輪112的面上去除。在每顆種子均 被從分離輪112去除后，每顆種子經(jīng)由種子收集器120經(jīng)漏斗到達(dá)種子傳輸管124。然后， 每顆種子通過重力、真空或加壓空氣穿過種子傳輸管124，并被傳送到種子定向子系統(tǒng)200 的一個(gè)相應(yīng)定向基座204。
在各種實(shí)施例中，種子收集器120包括剝離板(未示出)，該剝離板與分離輪112 的面基本上平齊，并且被構(gòu)造成當(dāng)分離輪112增量地轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過種子收集器120時(shí)接觸來自 相應(yīng)凹進(jìn)端口的種子并且將其物理地取出。之后，每顆被取出的種子經(jīng)漏斗通過種子傳輸 管124傳送到一個(gè)相應(yīng)的定向基座204。替代性地，在各種其它實(shí)施例中，當(dāng)獨(dú)立凹進(jìn)端口 定位成相鄰于種子收集器120時(shí)，通過在每個(gè)獨(dú)立凹進(jìn)端口處暫時(shí)終止真空從而可以將每 顆種子從相應(yīng)的凹進(jìn)端口中釋放出來。之后，這些被取出的種子經(jīng)由傳輸管124傳輸?shù)揭?個(gè)相應(yīng)的定向基座204。在又一些其它實(shí)施例中，當(dāng)獨(dú)立凹進(jìn)端口定位成相鄰于種子收集 器120時(shí)，通過在每個(gè)獨(dú)立凹進(jìn)端口處臨時(shí)提供加壓空氣從而可以將每顆種子從相應(yīng)凹進(jìn) 端口中吹出。之后，這些被取出的種子經(jīng)由傳輸管124被傳輸?shù)揭粋€(gè)相應(yīng)的定向基座204。另外，在各種實(shí)施例中，種子裝載站100可以包括具有成形表面的散裝種子料斗(未示出)和在種子箱110上方安裝到系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)的振動(dòng)式送料機(jī)構(gòu)(未示出)?？梢?將大量的種子放在散裝種子料斗中，其中種子經(jīng)漏斗到達(dá)振動(dòng)式送料機(jī)構(gòu)上?？山?jīng)由主控 系統(tǒng)700控制振動(dòng)式送料機(jī)構(gòu)，以便將種子定量地供給到種子箱110中，在種子箱110中這 些種子被分揀并被傳輸?shù)椒N子定向子系統(tǒng)200，如上所述的那樣。如上所述，在各種實(shí)施例中，種子定向子系統(tǒng)200包括多個(gè)定向基座204以及一個(gè) 或多個(gè)成像裝置208。另外，種子定向子系統(tǒng)200可以包括種子拾放裝置組212，其被可運(yùn) 動(dòng)地安裝到種子取樣器系統(tǒng)10的固定不動(dòng)的系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在參照圖2A、圖3和圖4，在各種實(shí)施例中，每個(gè)定向基座204可以包括耦接到 軸220遠(yuǎn)端的種子座216，當(dāng)由主控系統(tǒng)700控制時(shí)，軸220可通過馬達(dá)224轉(zhuǎn)動(dòng)。種子座 216被構(gòu)造成從種子傳輸管124接收種子，并且保持這些種子以便由一個(gè)或多個(gè)成像裝置 208成像，這將在下文詳述。例如，在各種實(shí)施例中，每個(gè)種子座216的面226 (即，頂表面) 可以包括凹進(jìn)的種子容儲(chǔ)器228 (例如，凹槽或溝道)，種子容儲(chǔ)器228被構(gòu)造成從種子傳輸 管124接收種子并且保持這些種子以便由一個(gè)或多個(gè)成像裝置208成像，這將在下文詳述。 而且，種子容儲(chǔ)器228可以被形成為具有如下形狀，該形狀將會(huì)導(dǎo)致每顆種子“平”躺在相 應(yīng)種子容儲(chǔ)器228中。也就是說，每個(gè)種子容儲(chǔ)器228可以被構(gòu)形成使每顆相應(yīng)的種子躺在 容儲(chǔ)器228內(nèi)時(shí)位于相應(yīng)種子的相對著寬邊之一上。因此，每顆種子躺在各自相應(yīng)的相對 寬邊之一上，使得種子的胚芽可以被一個(gè)或多個(gè)成像裝置208觀察到，并且每顆種子的“尖 端”在基本上正交于相應(yīng)定向基座軸220的360°平面內(nèi)指向任意處。另外，在各種實(shí)施例中，每個(gè)定向基座204可以被連通地連接到真空源(未示出)， 真空源由主控系統(tǒng)700控制以選擇性地在每個(gè)種子座216的面226和/或種子容儲(chǔ)器228 提供真空。因此，在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)種子被存放在定向基座204上時(shí)，如下所述的那樣， 種子被放置在相應(yīng)定向基座204的種子座216上，且真空可以被提供在相應(yīng)種子座216的 種子容儲(chǔ)器228和/或面226處，以便將種子牢固且穩(wěn)定地保持于其上。另外，在各種實(shí)施 方式中，每個(gè)種子座216和/或種子容儲(chǔ)器228能夠被設(shè)定尺寸成并且由合適的柔韌材料 加工成，使得當(dāng)提供真空時(shí)，每顆種子均被牢固地保持在相應(yīng)的定向基座204上，而不會(huì)損 害種子或者危及種子的完整性和發(fā)芽能力，例如，不會(huì)損害種子的種子胚?，F(xiàn)在參照圖2B，在各種實(shí)施方式中，每個(gè)定向基座204可以包括連接到軸220遠(yuǎn) 端的真空吸嘴252，其中軸220可以由馬達(dá)224轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)真空吸嘴252都連通地連接到 真空源(未示出)，真空源由主控系統(tǒng)700控制以選擇性地在每個(gè)真空吸嘴252的尖端256處提供真空。因此，在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)種子被存放在定向基座204上時(shí)，如以下所述那 樣，種子被放置在相應(yīng)定向基座204的尖端256上，且在尖端256處提供真空以便將每顆種 子牢固且穩(wěn)定地保持于其上。而且，每個(gè)真空吸嘴252的尖端256被構(gòu)造成使得每顆種子 都被牢固地保持在相應(yīng)真空吸嘴252的尖端256上，使得每顆種子的“尖端”在基本上正交 于相應(yīng)的定向基座軸220的360°平面內(nèi)指向任意處。另外，在各種實(shí)施例中，每個(gè)真空吸 嘴252和尖端256能夠被設(shè)定尺寸，并且由合適的柔韌材料加工成，使得當(dāng)提供真空時(shí)，每 顆種子均被牢固地保持在相應(yīng)的定向基座204上，而不會(huì)損害種子或者危及種子的完整性 和發(fā)芽能力，例如，不會(huì)損害種子的種子胚。
現(xiàn)在參照圖2C，在各種實(shí)施方式中，每個(gè)定向基座204可以包括連接到軸220遠(yuǎn)端 的種子保持爪260，其中軸220可以由馬達(dá)224轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)種子保持爪260包括多個(gè)抓握指 264，其可以由主控系統(tǒng)700控制以便抓住并保持住被種子裝載站100輸送到相應(yīng)定向基座 204的種子。因此，在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)種子被傳輸?shù)蕉ㄏ蚧?04時(shí)，如以下所述那樣， 隨著主控系統(tǒng)700的控制，種子被相應(yīng)的種子保持爪260抓住并且被牢固地保持住。而且， 每顆種子都被相應(yīng)的種子保持爪260牢固地保持住，使得每顆種子的“尖端”在基本上正交 于相應(yīng)的定向基座軸220的360°平面內(nèi)指向任意處。另外，在各種實(shí)施方式中，主控系統(tǒng) 700控制由相應(yīng)的抓握指264施加在每顆種子上的壓力，使得每顆種子均被每個(gè)相應(yīng)的種 子保持爪260牢固地保持住，而不會(huì)損害種子或者危及種子的完整性和發(fā)芽能力，例如，不 會(huì)損害種子的種子胚?，F(xiàn)在參照圖2D，在各種實(shí)施例中，每個(gè)定向基座204可以包括連接到軸220遠(yuǎn)端的 微型針268，其中軸220可以由馬達(dá)224轉(zhuǎn)動(dòng)。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)種子被傳輸?shù)蕉ㄏ蚧?座204時(shí)，如以下所述那樣，種子被相應(yīng)的微型針268刺住或者戳住，以便將種子保持于其 上。而且，每顆種子被牢固地保持在相應(yīng)的微型針268上，使得每顆種子的“尖端”在基本 上正交于相應(yīng)的定向基座軸220的360°平面內(nèi)指向任意處。此外，憑借每根微型針268的 非常小的直徑(例如，0. 02mm到0. 07mm)，每顆種子被牢固地保持在每根相應(yīng)的微型針268 上，而不會(huì)損害種子或者危及種子的完整性和發(fā)芽能力，例如，不會(huì)損害種子的種子胚?，F(xiàn)在參照圖2E，在各種實(shí)施例中，每個(gè)定向基座204可以包括連接到軸220遠(yuǎn)端的 散氣頭272，其中軸220可以由馬達(dá)224轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)散氣頭272被連通地連接到氣源(未示 出)，氣源由主控系統(tǒng)700控制以便選擇性地在每個(gè)散氣頭272的面276處提供氣流。每個(gè) 散氣頭272的面276包括多個(gè)孔口(未示出)，使得氣流能夠在每個(gè)相應(yīng)的面276上散開。 更具體地，在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)種子從種子裝載站100傳送到定向基座204時(shí)(這將在后 文描述)，在相應(yīng)散氣頭272的面276上散開的氣流提供了氣墊，該氣墊使每顆相應(yīng)的種子 稍微浮起并且將每顆相應(yīng)的種子牢固地保持在相應(yīng)的散氣頭272上方。而且，每個(gè)散氣頭 272保持每顆種子，使得每顆種子的“尖端”在基本上正交于相應(yīng)的定向基座軸220的360° 平面內(nèi)指向任意處。另外，在每個(gè)散氣頭272處提供的氣墊將每顆種子牢固地保持在相應(yīng) 的定向基座204上，而不會(huì)損害種子或者危及種子的完整性和發(fā)芽能力，例如，不會(huì)損害種 子的種子胚。如圖2和圖4中最佳所示的，在各種實(shí)施例中，種子分揀器104被可滑動(dòng)地安裝到 線性工作臺108，使得種子分揀器104能夠沿著線性工作臺108的長度平移，以便將種子傳 送管124的分配端128選擇性地定位在每個(gè)定向基座204的種子座216上方。在各種實(shí)施方式中，線性工作臺108包括平移軌132和致動(dòng)器136，其可操作以使托架138沿著平移軌 132的長度雙向運(yùn)動(dòng)，種子分揀器104安裝到托架138。如上所述，主控系統(tǒng)700可操作以 控制并協(xié)調(diào)種子分揀器104的操作和其沿著線性工作臺108的運(yùn)動(dòng)，以便經(jīng)由種子傳輸管 124順序地將單個(gè)種子存放在每個(gè)定向基座204的種子座216上。現(xiàn)在參照圖4A，在各種實(shí)施例中，種子分揀器104被固定地安裝到系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)， 并且種子裝載站100包括旋轉(zhuǎn)式分送器組件140。旋轉(zhuǎn)式分送器組件140可由主控系統(tǒng)700 控制以便順序地將由種子分揀器104分揀的每顆種子分送到多根種子傳輸管124之一中。 每根種子傳輸管124的近端142均被連接到分送器組件140的分送器塊144，而每根傳輸管 的遠(yuǎn)端146均被固定地定位在對應(yīng)的一個(gè)定向基座204的上方。更具體地，分送器組件140 還額外包括可由主控系統(tǒng)700控制的旋轉(zhuǎn)式分送器頭部148和旋轉(zhuǎn)式馬達(dá)154 (例如，伺服 馬達(dá))，以便將每顆相應(yīng)的被分揀的種子引到多個(gè)分送通路150中的一個(gè)內(nèi)，其中所述分送 通路150延伸穿過分送器塊144。分送器頭部148經(jīng)由可轉(zhuǎn)動(dòng)的套環(huán)152旋轉(zhuǎn)地連接到種 子收集器120。這樣，如上所述，當(dāng)從分離輪112去除種子時(shí)，這些種子行進(jìn)并穿過種子收集 器120和可轉(zhuǎn)動(dòng)的套環(huán)152，進(jìn)入到分送器148的內(nèi)部通道(未示出)。在每顆種子被分揀 時(shí)，主控系統(tǒng)700經(jīng)由馬達(dá)154使分送器148繞可轉(zhuǎn)動(dòng)套環(huán)152的縱向軸線增量地轉(zhuǎn)動(dòng)，以 便順序地將分送器頭部的內(nèi)部通道的分配端定位成與每個(gè)分送通路150同軸對準(zhǔn)。因此， 每顆分揀的種子將被分送到一根對應(yīng)的種子傳輸管中，并由此被存放到一個(gè)對應(yīng)的定向基 座204上?，F(xiàn)在參照圖3和圖4，一個(gè)或多個(gè)成像裝置208在定向基座204的上方被安裝到 系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)定向基座204 (更具體地，是每個(gè)定向基座204的種子座216)處于 一個(gè)或多個(gè)成像裝置208的視場內(nèi)。因此，當(dāng)每顆種子被存放到相應(yīng)種子座216上時(shí)，該種 子被放置在一個(gè)或多個(gè)成像裝置208的視場內(nèi)。隨后，相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)成像裝置208獲 得每顆種子的定向圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)被傳送到主控系 統(tǒng)700。成像裝置208可以是任何適 于采集被存放到定向基座204上的種子的圖像的成像裝置。例如，在各種實(shí)施例中，成像裝 置208可以包括高速、高分辨率的數(shù)字照相機(jī)(或稱攝像機(jī)或攝照機(jī))(例如，突破性視覺 技術(shù)(DVT)的機(jī)器視覺照相機(jī))，以便采集每顆種子的可視圖像數(shù)據(jù)。替代性地，所采集的 圖像數(shù)據(jù)可以是近紅外(NIR)圖像數(shù)據(jù)、NMR/MRI圖像數(shù)據(jù)、或任何其它類型的圖像數(shù)據(jù)。如上所述，當(dāng)種子被存放到定向基座204上時(shí)，每顆種子被定向成使得每顆種子 的“尖端”在基本上正交于相應(yīng)定向基座軸220的360°平面內(nèi)指向任意處。所采集的圖像 數(shù)據(jù)被傳送到主控系統(tǒng)700，其中在執(zhí)行了定向算法時(shí)，這些圖像數(shù)據(jù)被分析以便確定每顆 種子的方位(例如，當(dāng)種子被設(shè)置在相應(yīng)的定向基座的座216上時(shí)，每顆種子的“尖端”和/ 或“冠”指向哪個(gè)方向)。例如，在各種實(shí)施例中，定向算法(例如，矢量確定算法)的執(zhí)行 能夠確定每顆種子的形心位置，從而將離相應(yīng)種子的形心的最遠(yuǎn)點(diǎn)識別為種子的“尖端”， 并且將相應(yīng)種子相對于該“尖端”的一端識別為相應(yīng)種子的“冠”。隨后，基于每顆相應(yīng)種 子的所確定的方位，主控系統(tǒng)700將每顆種子定位在期望方位中。也就是說，主控系統(tǒng)700 將通過馬達(dá)220轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)相應(yīng)的定向裝置軸220，以便將每顆種子定向成使得每顆種子的 “尖端”或“冠”指向期望方向，例如，正交地朝向或者正交地背離取樣子系統(tǒng)300的前邊緣 308 (在圖5中示出)。使種子定向在正確位置中最小化了當(dāng)從種子中去除樣品時(shí)對種子發(fā) 芽能力的影響，這將在后文描述。
現(xiàn)在參照圖3和圖4，在各種實(shí)施例中，一旦每顆種子被定位在期望方位中，則經(jīng) 由拾放裝置組212使每顆種子運(yùn)動(dòng)到取樣子系統(tǒng)300。在各種實(shí)施例中，拾放裝置組212包 括多個(gè)拾放裝置232，即，拾放裝置232的數(shù)目與定向裝置204的數(shù)目相等。類似地，取樣子 系統(tǒng)300包括的取樣保持固定裝置304的數(shù)目與定向裝置204的數(shù)目相等。 每個(gè)拾放裝置232包括至少一個(gè)種子拾取器236，所述種子拾取器耦接到線性及 旋轉(zhuǎn)式致動(dòng)器244的致動(dòng)器臂240，所述線性及旋轉(zhuǎn)式致動(dòng)器244由主控系統(tǒng)700控制。在 操作中，一旦每顆種子如上所述被以期望方位定向，則主控系統(tǒng)700操作每個(gè)相應(yīng)的致動(dòng) 器244以便將每個(gè)種子拾取器236的提取尖端248定位成在相應(yīng)種子定向基座204所保持 的相應(yīng)種子的正上方。然后，主控系統(tǒng)700將控制每個(gè)相應(yīng)的致動(dòng)器244，以便降低相應(yīng)的 致動(dòng)器臂240和連接到致動(dòng)器臂的種子拾取器236，使得提取尖端248能夠抓握相應(yīng)的種 子。一旦每顆種子被相應(yīng)的提取尖端248抓握住(即，固定位或保持住)，則主控系統(tǒng)700 將控制每個(gè)致動(dòng)器244升高相應(yīng)的致動(dòng)器臂240和連接到致動(dòng)器的種子拾取器236，使得相 應(yīng)的種子從相應(yīng)的種子座216提升起來。之后，經(jīng)由主控系統(tǒng)700的控制，每個(gè)致動(dòng)器244 使每顆相應(yīng)的種子運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)取樣保持固定裝置304正上方的位置。隨后，主控系統(tǒng)700 將控制每個(gè)致動(dòng)器244，以便降低相應(yīng)的致動(dòng)器臂240和連接到致動(dòng)器的種子拾取器236， 使得提取尖端248能夠?qū)⒚款w種子相應(yīng)的種子放置到對應(yīng)的取樣保持固定裝置304中，由 此每顆種子被保持住且樣品被去除，這將在下文詳述。特別地，利用定向數(shù)據(jù)，主控系統(tǒng)700 使每顆種子在相應(yīng)的定向基座204上定向，從而使得每顆種子將被放置到對應(yīng)的取樣保持 固定裝置304中，并使這些種子的包含胚芽的部分(S卩“尖端”)指向遠(yuǎn)離與每個(gè)相應(yīng)取樣 保持固定裝置304相關(guān)的切割裝置340的方向。因此，當(dāng)被放置到一個(gè)取樣保持固定裝置 304中時(shí)，每顆種子將被定位成使得每顆種子的“冠”指向成朝向或面向?qū)?yīng)切割裝置34的 方向。因此，每個(gè)樣品將從每顆相應(yīng)種子的“冠”中去除，種子的“冠”中包含有該種子的子 葉和/或胚乳組織(這將在后文描述)，從而使得每顆種子的發(fā)芽能力被保留。拾放裝置的提取尖端252可以是任何尖端或裝置，其適于從種子座216中抓握或 拾取種子并且將每顆種子放置到取樣子系統(tǒng)的一個(gè)相應(yīng)取樣保持固定裝置304中，而不會(huì) 損害種子或者危及種子的完整性和發(fā)芽能力，例如，不會(huì)損害種子的種子胚。例如，在各種 實(shí)施例中，每個(gè)提取尖端248可以包括真空吸嘴，由此當(dāng)將種子從相應(yīng)的種子定向基座204 中去除并放置到對應(yīng)的取樣保持固定裝置304中時(shí)，利用真空來升舉和保持每顆相應(yīng)的種 子。替代性地，每個(gè)提取尖端248可以包括機(jī)械爪、微型針、或任何其它保持裝置，其在將種 子從定向基座204傳輸?shù)綄?yīng)的取樣保持固定裝置304時(shí)不會(huì)危及種子的完整性和發(fā)芽能 力。另外，在各種實(shí)施例中，致動(dòng)器244能夠被操作以獨(dú)立地或一致地轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的致動(dòng)器臂 240，以便將種子從相應(yīng)的種子座216傳輸?shù)綄?yīng)的取樣保持固定裝置304。替代性地，拾放 裝置212被構(gòu)造成并可操作以使每個(gè)拾放裝置232在定向子系統(tǒng)200和取樣子系統(tǒng)300之 間獨(dú)立地或一致地側(cè)向運(yùn)動(dòng)，以便將種子從相應(yīng)的種子座216傳輸?shù)綄?yīng)的取樣保持固定 裝置304。盡管定向子系統(tǒng)200在本文中已經(jīng)被描述和示出成利用拾放裝置232以便將種子 從定向基座204傳輸?shù)饺颖３止潭ㄑb置304，但是也可以利用任何合適的機(jī)構(gòu)來執(zhí)行該 操作，并且該合適的機(jī)構(gòu)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可想到的是，定向子系統(tǒng)200可以包 括任何合適的設(shè)備、裝置、組件等等，它們被構(gòu)造成并可操作以轉(zhuǎn)動(dòng)、翻轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、或以其它形式使每顆種子從定向基座204運(yùn)動(dòng)到取樣保持固定裝置304，使得每顆種子的“尖端”面 向遠(yuǎn)離切割裝置340的方向，其中所述切割裝置340是與每個(gè)相應(yīng)的取樣保持固定裝置304 相關(guān)聯(lián)的切割裝置。
現(xiàn)在參照圖2、圖3、圖4和圖5，在各種實(shí)施例中，取樣子系統(tǒng)300包括基部平臺 312，其安裝到系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)，并且取樣保持固定裝置304安裝到基部平臺312。取樣子系統(tǒng) 300進(jìn)一步包括多個(gè)取樣組件316，即，取樣組件316的數(shù)目與取樣保持固定裝置304的數(shù) 目相等。一般性地，在操作中每顆種子都被保持在相應(yīng)的取樣保持固定裝置304中，且通 過對應(yīng)的取樣組件316從每顆種子的“冠”(例如，每顆種子中包含子葉和/或胚乳組織的 部分)中去除其樣品，而不會(huì)損害種子或者危及種子的完整性和發(fā)芽能力。然后，經(jīng)由種子 及樣品傳送子系統(tǒng)400將每顆被取樣的種子傳輸?shù)椒N子收集組件500，并且將每個(gè)對應(yīng)的 被去除的樣品傳輸?shù)綐悠肥占M件600，這將在后文描述。在各種實(shí)施例中，每個(gè)取樣保持固定裝置304包括抓握器塊320，其構(gòu)造成當(dāng)通過 主控系統(tǒng)700進(jìn)行控制時(shí)，在軌道324 (例如，軌或燕尾槽)上在種子接收位置和種子取樣 位置之間滑動(dòng)。在各種實(shí)施方式中，每個(gè)抓握器塊320包括種子溝道328和一對相對的夾 持指332。當(dāng)通過主控系統(tǒng)700控制時(shí)，夾持指332在打開位置和閉合位置之間是可運(yùn)動(dòng) 的，其中在打開位置中時(shí)，通過相應(yīng)的拾放裝置232將種子放置在夾持指332之間，在閉合 位置中時(shí)，夾持指332將每顆相應(yīng)的種子牢牢地保持住以便由對應(yīng)的取樣組件316取樣。這樣，在各種實(shí)施例中，拾放裝置232將種子從相應(yīng)的定向基座204中去除，然后 將這些種子放置在種子溝道328內(nèi)以及已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到種子接收位置的相應(yīng)抓握塊320的夾持 指332之間。隨后，主控系統(tǒng)700將控制抓握器塊320的操作，以便使夾持指332運(yùn)動(dòng)到閉 合位置，并且使抓握器塊320運(yùn)動(dòng)到種子取樣位置。應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)每顆種子已經(jīng)被放置 在相應(yīng)抓握器塊320內(nèi)并且由其保持住，且抓握器塊320已經(jīng)運(yùn)動(dòng)到種子取樣位置時(shí)，每顆 種子的一部分已經(jīng)被充足地暴露，以便允許對應(yīng)的取樣組件316從每顆相應(yīng)種子中去除或 取得樣品。例如，在各種實(shí)施例中，在每顆相應(yīng)種子的“冠”部分處被暴露，使得樣品能夠從 “冠”中去除，并且不會(huì)被相應(yīng)的抓握器塊320干涉。在各種實(shí)施例中，使用由定向子系統(tǒng)200獲得的成像數(shù)據(jù)，每個(gè)抓握器塊320的取 樣位置均由主控系統(tǒng)700獨(dú)立地確定，使得僅從各相應(yīng)種子去除或提取期望量的樣品。也 就是說，每個(gè)抓握器塊320沿著相應(yīng)的軌道324行進(jìn)的距離能夠被獨(dú)立地動(dòng)態(tài)控制，以便將 每顆相應(yīng)種子相對于對應(yīng)的取樣組件316定位，使得在取樣時(shí)僅去除或提取每顆種子的期望量。在各種實(shí)施例中，每個(gè)取樣組件316包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)336，其可操作以控制切割 裝置340的運(yùn)動(dòng)，以便從每顆相應(yīng)的種子去除或提取樣品(例如，組織樣品)。在各種實(shí)施 方式中，切割裝置340包括連接到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)336的軸的切割刀片，使得軸的轉(zhuǎn)動(dòng)將使得相應(yīng) 的切割刀片以弧線式的、上下的、軋刀式動(dòng)作來運(yùn)動(dòng)，以便對相應(yīng)的種子進(jìn)行切割并去除樣 品。在各種其它實(shí)施方式中，切割刀片可以經(jīng)由凸輪裝置連接到驅(qū)動(dòng)馬達(dá)336的軸，使得每 根軸的轉(zhuǎn)動(dòng)將會(huì)使相應(yīng)的切割刀片以上下且橫切的動(dòng)作來運(yùn)動(dòng)，以便去除相應(yīng)的樣品。切 割刀片可以包括適于根據(jù)由相應(yīng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)336施加的切割動(dòng)作來切割種子的任何切割刀 片，而不會(huì)擠壓種子并損害芽胚，由此危及種子的完整性和發(fā)芽能力。例如，在各種實(shí)施例中，切割刀片包括類似于萬能刀片或手術(shù)刀那樣的刀片。一旦已經(jīng)從種子去除或提取每個(gè)樣品，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)336將使相應(yīng)的切割裝置 340返回到為下一顆種子做好準(zhǔn)備的切割位置。在各種實(shí)施方式中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)336僅僅 需要轉(zhuǎn)動(dòng)大約30度，以便切割相應(yīng)的種子以去除樣品。如上所述，定向子系統(tǒng)200利用方位數(shù)據(jù)來使每顆種子在相應(yīng)的定向基座204上 定向，使得每顆種子被放置到對應(yīng)的取樣保持固定裝置304中，且使每顆種子的“冠”面向 或指向相應(yīng)的切割裝置340，而使每個(gè)種子的“尖端”指向成遠(yuǎn)離相應(yīng)的切割裝置340。因 此，將從每顆種子的“冠”去除每個(gè)樣品，使得相應(yīng)種子的芽胚將不會(huì)被損害，且每個(gè)種子的 發(fā)芽能力得以保留。另外，如本文中所述，主控系統(tǒng)700相對于每個(gè)對應(yīng)的切割裝置340空 間地定位每顆種子的“冠”，使得僅每顆種子的冠的期望量被去除，以便由此保留每顆種子 的發(fā)芽能力?，F(xiàn)在參照圖6，在各種實(shí)施例中，每個(gè)取樣組件316可以包括線性致動(dòng)的種子取樣 裝置344，其包括可由主控系統(tǒng)700控制的線性致動(dòng)器348，以便使驅(qū)動(dòng)桿352沿著線性致 動(dòng)器348的縱向軸線X雙向運(yùn)動(dòng)。另外，在各種實(shí)施例中，每個(gè)切割裝置340可以包括連接 到相應(yīng)驅(qū)動(dòng)桿352遠(yuǎn)端的樣品提取刀頭356。樣品提取刀頭356被構(gòu)造成從每顆種子去除 或提取樣品。更具體地，一旦種子被保持在取樣保持固定裝置304內(nèi)，則主控系統(tǒng)700能夠 控制相應(yīng)的線性致動(dòng)器348的操作，以便使相應(yīng)的樣品提取刀頭356運(yùn)動(dòng)成與相應(yīng)的種子 接觸，使得樣品提取刀頭356從種子上去除樣品。例如，在各種實(shí)施例中，樣品提取刀頭356可以是中空的切割管(例如，活組織檢 查沖頭、穿孔器、或?qū)⒈煌苿?dòng)穿過每顆種子的類似裝置)，其經(jīng)由線性致動(dòng)器348，以便刺穿 每顆種子并提取樣品。在其它實(shí)施例中，每個(gè)線性致動(dòng)器348可以包括旋轉(zhuǎn)的線性致動(dòng)器， 且每個(gè)樣品提取刀頭356可以包括切割的旋轉(zhuǎn)刀頭。因此，主控系統(tǒng)700可以控制線性致 動(dòng)器348同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)(例如，旋轉(zhuǎn))切割的旋轉(zhuǎn)刀頭，并使相應(yīng)的樣品提取刀頭356運(yùn)動(dòng)到與 相應(yīng)的種子接觸，以便在每顆種子中鉆孔并提取樣品?，F(xiàn)在參照圖7，在各種實(shí)施例中，每個(gè)切割裝置340可以包括被連接到相應(yīng)驅(qū)動(dòng)桿 352遠(yuǎn)端的旋轉(zhuǎn)式馬達(dá)360，旋轉(zhuǎn)的切割刀片364連接到相應(yīng)馬達(dá)360的軸。在這樣的實(shí)施 例中，一旦種子被保持在取樣保持固定裝置304中，則主控系統(tǒng)700可以控制相應(yīng)的線性致 動(dòng)器348和馬達(dá)360的操作，以便轉(zhuǎn)動(dòng)切割刀片364并使轉(zhuǎn)動(dòng)的切割刀片364運(yùn)動(dòng)到與相 應(yīng)種子接觸，以便從該種子切取樣品。每個(gè)切割裝置340可以包括合適的裝置，以便去除或提取每 顆種子的期望量，從 而提供每個(gè)種子的樣品(例如，組織樣品)。例如，在各種實(shí)施例中，每個(gè)切割裝置340可以 包括氣刀、激光、水流噴射器、振動(dòng)式刀片或刀頭、或適于從每顆種子去除期望樣品的任意 其它切割裝置。此外，在各種實(shí)施例中，每個(gè)切割裝置340可以包括多個(gè)切割刀片、提取刀頭、旋 轉(zhuǎn)式切割刀片、氣刀、激光、水流噴射器、振動(dòng)式刀片或刀頭等等，使得可以去除每顆種子的 多個(gè)部分。例如，在各種實(shí)施例中，每個(gè)切割裝置可以包括兩個(gè)切割刀片、提取刀頭、旋轉(zhuǎn)式 切割刀片等等。在這樣的實(shí)施例中，主控系統(tǒng)700可以控制取樣組件316和取樣保持固定 裝置304的操作，以便去除并拋棄每顆種子包括每顆種子的皮或種皮的第一部分，并隨后 或同時(shí)去除或提取每顆種子包括組織(例如，子葉和/或胚乳)的第二部分，其可以用作樣品并適于基因分析，如以下所述的那樣。替代性地，在各種實(shí)施例中，可以利用包括單個(gè)切割刀片、提取刀頭、旋轉(zhuǎn)式切割 刀片等等的切割裝置去除每顆種子的多個(gè)部分。例如，在這樣的實(shí)施例中，主控系統(tǒng)700可 以控制取樣組件316和取樣保持固定裝置304的操作，以便去除并拋棄每顆種子的第一部 分，由此去除并拋棄每顆種子的皮或種皮。隨后，主控系統(tǒng)700可以控制取樣組件316和取 樣保持固定裝置304的操作以便去除或提取每顆種子包括組織(例如，子葉和/或胚乳) 的第二部分，其可以用作樣品并適于基因分析，如以下所述那樣。
另外，在各種實(shí)施例中，主控系統(tǒng)700可以控制取樣組件316和取樣保持固定裝置 304的操作以便從每顆相應(yīng)的種子中去除不同的樣品大小或量。也就是說，主控系統(tǒng)700能 夠?qū)⒚款w種子的“冠”定位成距離相應(yīng)切割裝置340以任意特定距離，使得能夠去除或提取 任意的期望樣品量和樣品大小。應(yīng)當(dāng)理解的是，每個(gè)取樣保持固定裝置304被構(gòu)造成并可操作以便牢固地保持每 顆相應(yīng)的種子，使得當(dāng)對應(yīng)的取樣組件316從每顆種子去除樣品時(shí)，每顆相應(yīng)的種子不會(huì) 運(yùn)動(dòng)，并且不會(huì)被損害，也不會(huì)危及每顆相應(yīng)種子的發(fā)芽能力。例如，示例性參照圖5，在 各種實(shí)施例中，每個(gè)夾持指332可以由柔韌材料(例如，橡膠或其它類似合成橡膠的材料) 制造或者可以包括柔韌材料的層，其可幫助將每顆相應(yīng)的種子牢固且穩(wěn)固地保持在夾持指 332之間，而不會(huì)損害種子芽胚，也不會(huì)危及種子的完整性和發(fā)芽能力，例如，不會(huì)損害種子 的芽胚。現(xiàn)在參照圖8A，在各種實(shí)施例中，每個(gè)取樣保持固定裝置304可以包括一對相對 的柔韌墊(pliable paddles) 362，其耦接至安裝在基部366上的致動(dòng)器365。在這樣的實(shí) 施例中，當(dāng)每顆種子被從定向子系統(tǒng)300傳輸并放置在柔韌墊362之間時(shí)，主控系統(tǒng)700控 制致動(dòng)器365以便將每顆相應(yīng)的種子牢牢地抓握并保持在柔韌墊362之間。柔韌墊362可 以由任意柔韌材料(例如，橡膠或其它類似合成橡膠的材料)制造，其可幫助將每顆相應(yīng)的 種子牢固且穩(wěn)固地保持在柔韌墊362之間，而不會(huì)損害種子，也不會(huì)危及種子的完整性和 發(fā)芽能力?，F(xiàn)在參照圖8B，在各種實(shí)施例中，每個(gè)取樣保持固定裝置304可以包括帶凹槽的 底部368，其包括凹進(jìn)的種子溝道369和經(jīng)由旋轉(zhuǎn)式致動(dòng)器372樞轉(zhuǎn)連接到基部368的柔韌 罩蓋370。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)每顆種子被從定向子系統(tǒng)300傳輸并放置到種子溝道369 中時(shí)，主控系統(tǒng)700控制旋轉(zhuǎn)式致動(dòng)器372以便將柔韌罩蓋370定位成與每顆相應(yīng)的種子 接觸，由此將每個(gè)相應(yīng)的種子牢固地保持在相應(yīng)的種子溝道369中。柔韌罩蓋370可以由 任意柔韌材料(例如，橡膠或其它類似合成橡膠的材料)制造，其可幫助將每顆相應(yīng)的種子 牢固且穩(wěn)固地保持在種子溝道369中，而不會(huì)損害種子，也不會(huì)危及種子的完整性和發(fā)芽 能力?，F(xiàn)在參照圖8C，在各種實(shí)施例中，每個(gè)取樣保持固定裝置304可以包括一對相對 的帶槽墊374，其耦接至安裝在基部378上的致動(dòng)器376。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)每顆種子 被從定向子系統(tǒng)300傳輸并放置在帶槽墊374之間時(shí)，主控系統(tǒng)700控制致動(dòng)器376以便 將每顆相應(yīng)的種子牢牢地抓握并保持在帶槽墊374之間。因此，每顆相應(yīng)的種子將被牢固 且穩(wěn)固地保持在帶槽墊374的凹槽內(nèi)，而不會(huì)損害種子，也不會(huì)危及種子的完整性和發(fā)芽 能力。
現(xiàn)在參照圖8D，在各種實(shí)施例中，每個(gè)取樣保持固定裝置304可以包括基部380， 并且包括安裝到線性致動(dòng)器385的驅(qū)動(dòng)桿384遠(yuǎn)端的真空杯382。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng) 每顆種子被從定向子系統(tǒng)300傳輸并放置在基部380上時(shí)，主控系統(tǒng)700控制線性致動(dòng)器 385以便將真空杯382定位成接觸每顆相應(yīng)的種子。然后，在相應(yīng)的真空杯382處提供真 空。因此，每顆相應(yīng)的種子被牢固且穩(wěn)固地保持在相應(yīng)的真空杯382內(nèi)并且位于相應(yīng)的基 部380上，而不會(huì)損害種子，也不會(huì)危及種子的完整性和發(fā)芽能力。 現(xiàn)在參照圖5、圖8E和圖8F，在各種實(shí)施例中，每個(gè)取樣保持固定裝置304可以包 括固定地安裝到基部平臺312的夾持塊388，夾持塊388包括基部392和蓋394，以便在取 樣期間保持種子。另外，每個(gè)取樣保持固定裝置304可以包括可滑動(dòng)地安裝到基部平臺312 的基準(zhǔn)塊390，其構(gòu)造成并可操作以將每顆種子對準(zhǔn)在相應(yīng)的夾持塊內(nèi)，使得在取樣期間去 除每顆種子的特定期望量。每個(gè)夾持塊基部932的頂表面包括種子嵌入座396的第一尾部 396A，每個(gè)相應(yīng)夾持塊的蓋394的底表面包括相應(yīng)的種子嵌入座396的第二尾部396B，且每 個(gè)基準(zhǔn)塊390的頂表面包括相應(yīng)種子嵌入座396的頭部396B。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)由主 控系統(tǒng)700控制時(shí)，每個(gè)夾持塊的蓋在初始時(shí)被放置在“打開”位置中，從而提供到相應(yīng)的 種子嵌入座396的第一尾部396A的接近途徑。另外，當(dāng)由主控系統(tǒng)700控制時(shí)，每個(gè)基準(zhǔn) 塊390被放置成接近相應(yīng)的夾持塊的基部392。當(dāng)每個(gè)基準(zhǔn)塊390被放置在“取樣”位置中 時(shí)，在相應(yīng)的夾持塊基部392和基準(zhǔn)塊390之間提供了切割間隙398，每個(gè)基準(zhǔn)塊390基本 上覆蓋了相應(yīng)的提取孔386。在任意取樣保持固定裝置304的夾持塊蓋394處于“打開”位置中且基準(zhǔn)塊390處 于“取樣”位置中，種子可以被從定向子系統(tǒng)300傳輸并放置到相應(yīng)的種子嵌入座396中， 艮口，相應(yīng)種子嵌入座396的第一尾部396A和頭部396C。更具體地，每顆種子均被放置到 相應(yīng)的種子嵌入座396中，使得每顆種子的“冠”鄰接相應(yīng)的種子嵌入座頭部396C的遠(yuǎn)端 399，由此使得每顆種子的“冠”相對于切割間隙398 —致且準(zhǔn)確地對準(zhǔn)。因此，每個(gè)切割裝 置340將一致且準(zhǔn)確地僅去除每顆種子的特定樣品量，這將在下文詳述。一旦種子已經(jīng)被放置到相應(yīng)的種子嵌入座396 (即，相應(yīng)種子嵌入座396的第一尾 部396A和頭部396C)中，主控系統(tǒng)700指令相應(yīng)的夾持塊的蓋394到“閉合”位置，由此每 顆相應(yīng)的種子被牢固地保持在種子嵌入座396內(nèi)，而不會(huì)損害種子，也不會(huì)危及種子的完 整性和發(fā)芽能力，即不會(huì)損害種子芽胚。此外，在這樣的實(shí)施例中，切割裝置340可以包括旋轉(zhuǎn)式切割刀片364，其構(gòu)造成 并可操作以經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的馬達(dá)(未示出)和主控系統(tǒng)700的控制從而轉(zhuǎn)動(dòng)并相對于夾持塊 388豎直地和/或水平地運(yùn)動(dòng)，以便去除每個(gè)相應(yīng)的樣品。更具體地，旋轉(zhuǎn)式切割刀片364 可以被構(gòu)造成并可操作以便以高速轉(zhuǎn)動(dòng)并沿著由切割間隙398提供的路徑行進(jìn)通過每顆 相應(yīng)的種子。一旦種子已經(jīng)被取樣，則通過主控系統(tǒng)700的控制，使相應(yīng)的基準(zhǔn)塊390運(yùn)動(dòng)離開 對應(yīng)的夾持塊基部392，到達(dá)“提取”位置，由此不再蓋住相應(yīng)的提取孔386并在夾持塊基部 392和基準(zhǔn)塊390之間形成提取間隙395。然后，種子樣品經(jīng)由重力、真空和/或加壓空氣從 種子嵌入座396的頭部396C通過提取孔386被提取，并且被存放到樣品收集托盤604 (例 如，微型碟)中的一個(gè)中，如下所述那樣。隨后，主控系統(tǒng)700指令?yuàn)A持塊的蓋394到“打 開”位置，以便允許被取樣的種子經(jīng)由重力、真空和/或加壓空氣從種子嵌入座396的第一尾部396A通過提取孔386被提取，并且被存放到種子收集托盤504中的一個(gè)中，這將在后 文描述。
在各種實(shí)施方式中，夾持塊的蓋394可以由柔韌材料(例如，橡膠或其它類似合成 橡膠的材料)制造或者可以包括由柔韌材料制成襯墊，其可幫助將每顆相應(yīng)的種子牢固且 穩(wěn)固地保持在種子嵌入座396內(nèi)，而不會(huì)損害種子，也不會(huì)危及種子的完整性和發(fā)芽能力。 替代性地，在其它實(shí)施方式中，夾持塊的蓋394可以包括柔韌且平坦的蓋，S卩，沒有種子嵌 入座396的第二尾部396B，例如上面關(guān)于圖8B所描述的那樣。而且，可以想到的是，上面參照圖8A、圖8B、圖8C、圖8D、圖8E和圖8F所描述的取 樣保持固定裝置304的任意組合被用來在取樣期間將每顆種子牢固且穩(wěn)固地保持住，而不 會(huì)損害種子，也不會(huì)危及種子的完整性和發(fā)芽能力?，F(xiàn)在參照圖2，每個(gè)種子收集托盤504包括多個(gè)種子井506，每個(gè)種子井506適于 接收從種子及樣品傳送子系統(tǒng)400分配來的種子，這將在后文描述。例如，在各種實(shí)施例 中，每個(gè)種子收集托盤504可以包括二十四井504。類似地，每個(gè)樣品收集托盤604包括多 個(gè)樣品井606，每個(gè)樣品井606適于接收從種子及樣品傳送子系統(tǒng)400分配來的樣品，這將 在后文描述。例如，在各種實(shí)施例中，每個(gè)樣品收集托盤604可以包括具有九十六微型井 606的微型碟。一旦種子已經(jīng)被取樣，則種子和樣品經(jīng)由種子及樣品傳送子系統(tǒng)400被分別存放 到種子收集組件500和樣品收集組件600中。而且，種子及樣品傳送子系統(tǒng)400可以由主 控系統(tǒng)700控制，以便將取樣的種子整理送至種子收集托盤504并將對應(yīng)的種子樣品整理 送至樣品收集托盤604，同時(shí)對對應(yīng)的取樣種子和種子樣品在相應(yīng)的種子收集托盤504和 樣品收集托盤604中的位置進(jìn)行追蹤并建立映射(map)。如上所述，在各種實(shí)施例中，種子及樣品傳送子系統(tǒng)400包括多個(gè)分送器組件 404。更具體地，種子及樣品傳送子系統(tǒng)400包括在數(shù)目上與取樣組件316的數(shù)目相等的分 送器組件404。而且，每個(gè)分送器組件404經(jīng)由系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)被安裝成相鄰于一個(gè)對應(yīng)的取 樣組件316，使得當(dāng)每個(gè)取樣組件316從種子中去除樣品時(shí)，樣品和被取樣的種子被順序地 存放到相應(yīng)的分送器組件404中。種子及樣品傳送子系統(tǒng)400另外包括在數(shù)目上與分送器組件404的數(shù)目相等的種 子存放管408。每根種子存放管408包括近端和相對的遠(yuǎn)端，其中近端連接到一個(gè)相應(yīng)的分 送器組件404，并且相對的遠(yuǎn)端定位在種子收集組件500的種子托盤平臺508上方。種子托 盤平臺508構(gòu)造成可去除地將多個(gè)種子收集托盤504保持在固定的位置和方位中。此外， 種子及樣品傳送子系統(tǒng)400包括在數(shù)目上與分送器組件404相等的樣品存放管412。每根 樣品存放管412包括近端和相對的遠(yuǎn)端，其中近端連接到分送器組件404中相應(yīng)一個(gè)，并且 相對的遠(yuǎn)端定位在樣品收集組件600的樣品托盤平臺608上方。樣品托盤平臺608構(gòu)造成 可去除地將多個(gè)樣品收集托盤604保持在固定的位置和方位中。每個(gè)分送器組件404被構(gòu)造成并可操作以便經(jīng)由主控系統(tǒng)700的控制從而將種子 樣品分送到對應(yīng)的樣品存放管412，以及將對應(yīng)的被取樣的種子分送到種子存放管408。一 般地，隨著種子被取樣，相應(yīng)的樣品經(jīng)由重力、真空、和/或加壓空氣被提取到對應(yīng)的分送 器組件404中，由此主控制器700指令分送器組件404將樣品分送到相應(yīng)的樣品存放管412 中。相應(yīng)的樣品然后經(jīng)由重力、真空、和/或加壓空氣被傳輸通過樣品存放管412，并被存放到樣品收集托盤604中被選擇一個(gè)的井606中被選擇的一個(gè)中，其中樣品收集托盤604被 可去除地安裝到樣品托盤平臺608。類似地，相應(yīng)取樣的種子隨后經(jīng)由重力、真空、和/或加 壓空氣被提取到對應(yīng)的分送器組件404中，由此主控制器700指令分送器組件404將取樣 的種子分送到相應(yīng)的種子存放管408中。然后，相應(yīng)的種子經(jīng)由重力、真空、和/或加壓空 氣被傳輸通過種子存放管408，并被存放到種子收集托盤504中被選擇一個(gè)的井506中被選 擇的一個(gè)中，其中種子收集托盤504被可去除地安裝到種子托盤平臺508。 例如，參照圖3和圖5，在各種實(shí)施例中，取樣子系統(tǒng)基部平臺312可以包括多個(gè) 提取孔386，其中每個(gè)提取孔386均位于相應(yīng)一個(gè)切割裝置340的正下方。另外，每個(gè)分送 器組件404的入口管416在提取孔386中對應(yīng)的一個(gè)處被連接到取樣子系統(tǒng)基部平臺312 的底部。因此，當(dāng)種子被取樣時(shí)，相應(yīng)的樣品經(jīng)由重力、真空、和/或加壓空氣通過相應(yīng)的提 取孔386被提取，并且經(jīng)由對應(yīng)的入口管416進(jìn)入到對應(yīng)的分送器組件404中。然后，所提 取的樣品經(jīng)由分送器組件404被分送到相應(yīng)的樣品存放管412，并且被存放到樣品收集托 盤604中特定一個(gè)的井606中的特定一個(gè)中。隨后，對應(yīng)的被取樣種子經(jīng)由重力、真空、和/ 或加壓空氣通過提取孔386被提取，并且經(jīng)由入口管416進(jìn)入到對應(yīng)的分送器組件404中。 然后，所提取的被取樣種子經(jīng)由分送器組件404被分送到相應(yīng)的樣品存放管412，并且被存 放到種子收集托盤504中特定一個(gè)的井506中的特定一個(gè)中。為了將每個(gè)樣品都存放到樣品收集托盤604中特定一個(gè)的井606中的特定一個(gè) 中，樣品托盤平臺608被安裝到樣品托盤平臺X-Y工作臺612，樣品托盤平臺X-Y工作臺612 是雙向的平移機(jī)構(gòu)，其包括X軸線平移軌616和Y軸線平移軌618。樣品托盤平臺X-Y工作 臺612另外包括第一線性致動(dòng)器620，其可操作以使第一托架(未示出)沿著X軸線平移軌 616的長度雙向運(yùn)動(dòng)，并且還包括第二線性致動(dòng)器624，其可操作以使第二托架(未示出) 沿著Y軸線平移軌618的長度雙向運(yùn)動(dòng)。Y軸線平移軌618安裝到第一托架，且樣品托盤平 臺608被安裝到第二托架。另外，樣品存放管412經(jīng)由系統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)被安裝成將近端定位 在樣品托盤平臺X-Y工作臺612上方，且樣品托盤平臺608將多個(gè)樣品收集托盤604保持 住。當(dāng)每個(gè)樣品收集托盤604被放置在樣品托盤平臺608上時(shí)，關(guān)于每個(gè)樣品收集托 盤604的樣品收集托盤識別號(例如，條形碼)和每個(gè)相應(yīng)的樣品收集托盤604在樣品托 盤平臺608上的位置被記錄在主控系統(tǒng)700中?；诿總€(gè)樣品收集托盤604被記錄的位置 以及每個(gè)樣品收集托盤604中井606的已知識別號和構(gòu)造，主控系統(tǒng)700確定每個(gè)樣品收 集托盤井606在樣品托盤平臺608上的X-Y坐標(biāo)位置。在與種子取樣的協(xié)調(diào)中，樣品托盤平臺X-Y工作臺612的第一線性致動(dòng)器620和 第二線性致動(dòng)器624由主控系統(tǒng)700控制，以便使樣品托盤平臺608在X-Y坐標(biāo)系內(nèi)運(yùn)動(dòng)， 從而將任意一個(gè)或多個(gè)被選擇的樣品收集托盤604的一個(gè)或多個(gè)被選擇的井606精確地定 位在任意一個(gè)或多個(gè)樣品存放管412的近端正下方的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)位置處。因此，每個(gè) 樣品將被存放到樣品收集托盤604的特定的被選擇的井606中。例如，在各種實(shí)施例中，在取樣子系統(tǒng)300從相應(yīng)的種子提取樣品之前，如上所 述，主控系統(tǒng)700控制樣品托盤平臺X-Y工作臺612以便將所選組的井606定位在位于兩 個(gè)或多個(gè)樣品存放管412下方的相應(yīng)的目標(biāo)位置處。當(dāng)所選組的井606被放置在相應(yīng)的目 標(biāo)位置處時(shí)，每根樣品存放管412的近端與所選組中的井606的對應(yīng)一個(gè)對準(zhǔn)，并且與其接近或接觸。隨后，主控系統(tǒng)700指令取樣子系統(tǒng)300從相應(yīng)的種子提取樣品。然后，每顆種 子被吸入到對應(yīng)的分送器組件404，并且通過相應(yīng)的樣品存放管412傳輸?shù)綄?yīng)的被選擇 的樣品收集托盤的井606。主控系統(tǒng)700然后將每個(gè)存放的提取樣品的X-Y位置與所記錄的井606的位置進(jìn) 行比較，以便將每個(gè)被提取的樣品映射到每個(gè)樣品被存放的相應(yīng)樣品收集托盤604的相應(yīng) 的井606。
類似地，為了將每個(gè)被取樣的種子都存放到種子收集托盤504中特定一個(gè)的井 506中的特定一個(gè)中，種子托盤平臺508被安裝到種子托盤平臺X-Y工作臺512，種子托盤 平臺X-Y工作臺512是雙向的平移機(jī)構(gòu)，其包括X軸線平移軌516和Y軸線平移軌518。種 子托盤平臺X-Y工作臺512另外包括第一線性致動(dòng)器520，其可操作以使第一托架(未示 出)沿著X軸線平移軌516的長度雙向運(yùn)動(dòng)，并且還包括第二線性致動(dòng)器524，其可操作以 使第二托架(未示出)沿著Y軸線平移軌518的長度雙向運(yùn)動(dòng)。Y軸線平移軌518安裝到 第一托架，且種子托盤平臺508被安裝到第二托架。另外，種子存放管408經(jīng)由系統(tǒng)支撐結(jié) 構(gòu)被安裝成將近端定位在種子托盤平臺X-Y工作臺512上方，且種子托盤平臺508將多個(gè) 種子收集托盤504保持住。當(dāng)每個(gè)種子收集托盤504被放置在種子托盤平臺508上時(shí)，關(guān)于每個(gè)種子收集托 盤504的種子收集托盤識別號(例如，條形碼)和每個(gè)相應(yīng)的種子收集托盤504在種子托 盤平臺508上的位置被記錄在主控系統(tǒng)700中?；诿總€(gè)樣品收集托盤504被記錄的位置 以及每個(gè)樣品收集托盤504中井506的已知識別號和構(gòu)造，主控系統(tǒng)700確定每個(gè)種子收 集托盤井506在種子托盤平臺508上的X-Y坐標(biāo)位置。在與種子取樣的協(xié)調(diào)中，種子托盤平臺X-Y工作臺512的第一線性致動(dòng)器520和 第二線性致動(dòng)器524由主控系統(tǒng)700控制，以便使種子托盤平臺508在X-Y坐標(biāo)系內(nèi)運(yùn)動(dòng)， 從而將任意一個(gè)或多個(gè)被選擇的種子收集托盤504的一個(gè)或多個(gè)被選擇的井506精確地定 位在任意一個(gè)或多個(gè)種子存放管408的近端正下方的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)位置處。因此，每個(gè) 被取樣的種子將被存放到種子收集托盤504的特定的被選擇的井506中。例如，在各種實(shí)施例中，在取樣子系統(tǒng)300從相應(yīng)的種子提取樣品之前，如上所 述，主控系統(tǒng)700控制種子托盤平臺X-Y工作臺512以便將所選組的井506定位在位于兩 個(gè)或多個(gè)種子存放管408下方的相應(yīng)的目標(biāo)位置處。當(dāng)所選組的井506被放置在相應(yīng)的目 標(biāo)位置處時(shí)，每根種子存放管408的近端與所選組中的井506的對應(yīng)一個(gè)對準(zhǔn)，并且與其接 近或接觸。隨后，主控系統(tǒng)700指令取樣子系統(tǒng)300從相應(yīng)的種子提取樣品。然后，每顆種 子被吸入到對應(yīng)的分送器組件404，并且通過相應(yīng)的種子存放管408傳輸?shù)綄?yīng)的被選擇 的種子收集托盤的井506。主控系統(tǒng)700然后將每個(gè)存放的提取的取樣種子的X-Y位置與所記錄的井506的 位置進(jìn)行比較，以便將每個(gè)被提取的取樣種子映射到每個(gè)取樣種子被存放的相應(yīng)種子收集 托盤504的相應(yīng)的井506。更具體地，主控系統(tǒng)700然后能夠使具體的井606和樣品收集托盤604 (每個(gè)樣品 被存放到樣品收集托盤604中)與具體的井506和種子收集托盤504(每顆對應(yīng)的被取樣 的種子被存放到種子收集托盤504中)相關(guān)、聯(lián)系、綁定或映射。因此，每個(gè)樣品以及提取 該樣品的對應(yīng)的種子可以被追蹤以便用于農(nóng)作物分析或者用于其它目的。例如，育種員可以利用將每個(gè)種子樣品和取得這些樣品的相應(yīng)取樣種子聯(lián)系起來的映射數(shù)據(jù)預(yù)選擇種子 和那些包含特定遺傳基因的作物。盡管已經(jīng)在本文中將種子處理系統(tǒng)10描述并示出為包括有拾放裝置組212，以便 使定向的種子從定向基座204運(yùn)動(dòng)到取樣保持固定裝置304，隨后種子被取樣，但是可以設(shè) 想種子處理系統(tǒng)10的其它實(shí)施例，其中每個(gè)種子在相應(yīng)的定向基座上被保持并取樣。例 如，在各種實(shí)施例中，每個(gè)定向基座204可以包括上述任意保持固定裝置304，其被連接到 可由馬達(dá)224轉(zhuǎn)動(dòng)的軸220的遠(yuǎn)端。因此，在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)種子被存放到定向基座204 上時(shí)，種子被從一根或多根種子傳輸管124直接存放到相應(yīng)的保持固定裝置304上。之后， 相應(yīng)的保持固定裝置304牢固且穩(wěn)固地保持住種子，并且經(jīng)由被一個(gè)或多個(gè)成像裝置208 選擇的方位數(shù)據(jù)，種子被定向成使得“冠”朝向相應(yīng)的取樣組件316，如上所述那樣。在這樣的實(shí)施例中，每個(gè)取樣組件316都是可運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)由主控系統(tǒng)700控制時(shí)，在關(guān)于每顆種子的空間關(guān)系上定位相應(yīng)的切割裝置定位以便從每顆種子去除期望的樣品 量。因此，一旦每顆種子已經(jīng)被存放到相應(yīng)的定向基座204/保持固定裝置304時(shí)，每顆種 子被定向，以便將“冠”定位成朝向相應(yīng)的取樣組件316。然后使每個(gè)相應(yīng)的取樣組件運(yùn)動(dòng)， 以便使得相應(yīng)的切割裝置340關(guān)于相應(yīng)的種子“冠”正確定位，并且去除樣品。然后，樣品 和取樣的種子被提取到相應(yīng)的分送器組件404，并且存放到對應(yīng)的樣品收集托盤604和種 子收集托盤504中，如上所述那樣。參照圖9，如本文中所用，主控系統(tǒng)700可以包括基于系統(tǒng)的單個(gè)計(jì)算機(jī)，或者包 括基于子系統(tǒng)的多個(gè)計(jì)算機(jī)，這些子系統(tǒng)可以被聯(lián)網(wǎng)在一起以便協(xié)調(diào)種子處理系統(tǒng)10的 操作，如本文中所描述的那樣。例如，在各種實(shí)施例中，主控系統(tǒng)700可以包括多個(gè)控制器 子系統(tǒng)，例如，用于本文中所描述的種子取樣器系統(tǒng)10的每個(gè)站、系統(tǒng)和子系統(tǒng)的控制器 子系統(tǒng)。在這樣的實(shí)施例中，每個(gè)控制器子系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器或微處理器，其 與各個(gè)種子取樣系統(tǒng)傳感器、裝置、機(jī)構(gòu)、馬達(dá)、工具等等通信，并且與主控制器系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)在 一起以便協(xié)作地操作種子處理系統(tǒng)10的所有站、系統(tǒng)和子系統(tǒng)。或者，替代性地，主控制系統(tǒng)700可以包括基于系統(tǒng)的單個(gè)計(jì)算機(jī)，其與種子處理 系統(tǒng)10的各個(gè)傳感器、裝置、機(jī)構(gòu)、馬達(dá)、工具等等通信，以便協(xié)作地操作種子處理系統(tǒng)10 的所有站、系統(tǒng)和子系統(tǒng)。例如，在各種實(shí)施例中，主控系統(tǒng)700是基于總體上包括至少一 個(gè)處理器704的系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，其中處理器704適于執(zhí)行主控系統(tǒng)700的全部功能，以便自 動(dòng)地、或機(jī)器人地控制種子處理系統(tǒng)10的操作，如本文中所描述的那樣。主控系統(tǒng)700另 外包括至少一個(gè)電子存儲(chǔ)裝置708，其包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如，硬盤或任何其它電子數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)裝置，以便將這些事物存儲(chǔ)為軟件包或程序、算法和數(shù)字信息、數(shù)據(jù)、查找表、電子展 開表和數(shù)據(jù)庫等等。在各種實(shí)施例中，主控系統(tǒng)700可進(jìn)一步包括用于將這些事物作為信 息、數(shù)據(jù)和/或圖形表示進(jìn)行顯示的顯示裝置712 ；以及至少一個(gè)用戶接口裝置716，例如鍵 盤、鼠標(biāo)、記錄筆(stylus)、和/或在顯示裝置712上的交互式觸摸屏。在各種實(shí)施例中，主 控系統(tǒng)700可以進(jìn)一步包括可移除的介質(zhì)讀取器720，以便從可移除的電子存儲(chǔ)介質(zhì)讀取 信息和數(shù)據(jù)，和/或?qū)⑿畔⒑蛿?shù)據(jù)寫到可移除的電子存儲(chǔ)介質(zhì)，例如，軟盤、光盤、DVD光盤、 壓縮磁盤、或任意其它計(jì)算機(jī)可讀的可移除和便攜式電子存儲(chǔ)介質(zhì)。在各種實(shí)施方式中，可 移除的介質(zhì)讀取器720可以是被使用的I/O端口，以便讀取外部或外圍存儲(chǔ)裝置，例如，拇 指驅(qū)動(dòng)器、記憶棒/卡、或外部硬盤驅(qū)動(dòng)器。
總體上，如上所述那樣，主控系統(tǒng)700包括種子取樣程序，種子取樣程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置(例如，存儲(chǔ)裝置708)上，由處理器(例如，處理器704)執(zhí)行，并且使用來自用戶接 口(例如，用戶接口 716)、和/或種子處理系統(tǒng)10的各種部件、傳感器、系統(tǒng)和組件的各種 輸入。特別地，種子取樣程序可以包括各種用戶程序、應(yīng)用、例程、子例程、和/或算法，其可 以由處理器(例如，處理器704)執(zhí)行，以便實(shí)現(xiàn)和控制種子處理系統(tǒng)10的操作。另外，在各種實(shí)施例中，如上所述，主控系統(tǒng)700可以經(jīng)由有線聯(lián)接或無線聯(lián)接通 信地連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)(例如，局域網(wǎng)(LAN))。因此，主控系統(tǒng)700可以與遠(yuǎn)程服務(wù)器 網(wǎng)絡(luò)通信，以便上載和/或下載數(shù)據(jù)、信息、算法、軟件程序等等，和/或接收操作指令。另 夕卜，主控系統(tǒng)700能夠以各種形式配置，以便接入互聯(lián)網(wǎng)，從而從互連網(wǎng)網(wǎng)站和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 下載數(shù)據(jù)、信息、算法、軟件程序等，或?qū)?shù)據(jù)、信息、算法、軟件程序等上載到互連網(wǎng)網(wǎng)站和 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。通過本發(fā)明準(zhǔn)備的樣品可以被用于確定廣泛的各種物理學(xué)、形態(tài)學(xué)、化學(xué)和/或 基因的性狀。一般地，通過對用于表示了至少一個(gè)基因或化學(xué)性狀的一個(gè)或多個(gè)特性的樣 品進(jìn)行分析來確定這樣的性狀。表示了化學(xué)性狀的特性的非限制性示例包括蛋白質(zhì)、油、碳 水化合物、脂肪酸、氨基酸、生物聚合物、藥劑、淀粉、可發(fā)酵淀粉、二次化合物、以及代謝物。 因此，化學(xué)性狀的非限制性示例包括氨基酸含量、蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、發(fā)酵產(chǎn)出、發(fā)酵效 率、能量產(chǎn)出、油含量、蛋白質(zhì)圖譜確定、脂肪酸圖譜確定、代謝物圖譜確定。表示了基因性狀的特性的非限制性示例可以包括，例如，基因標(biāo)記、單核苷酸多態(tài) 性、簡單序列重復(fù)、限制酶斷片長度多態(tài)性、單體型、標(biāo)簽SNPs、基因標(biāo)記的等位基因、基因、 源于DNA的序列、源于RNA的序列、啟動(dòng)子、基因的5'未轉(zhuǎn)譯區(qū)、基因的3'未轉(zhuǎn)譯區(qū)、微 RNA、siRNA、數(shù)量性狀座位(QTL)、衛(wèi)星標(biāo)記、轉(zhuǎn)基因、mRNA、ds mRNA、轉(zhuǎn)錄譜、以及甲基化模 式。本發(fā)明的方法和裝置可以被用在育種程序中，以便選擇具有期望基因或化學(xué)性狀 的作物和種子，其中期望的基因性狀包括基因型、單體型、等位基因、序列、轉(zhuǎn)錄譜、以及甲 基化模式。本發(fā)明的方法可以被與任何育種方法組合使用，并且可以被用來選擇單代或選 擇多代。在特定的實(shí)施例中，本發(fā)明的方法在標(biāo)記輔助的育種程序中被用來確定種子的基 因特性。這樣的方法允許改善的標(biāo)記輔助育種程序，其中可以實(shí)施非破壞性的直接種子取 樣，同時(shí)維持獨(dú)立種子從種子取樣器到田地的識別。作為結(jié)果，標(biāo)記輔助育種程序?qū)е铝?“高處理量”且更有效的平臺，其中種子的種群具有期望的性狀，標(biāo)記或基因型可以在更短 的時(shí)間段內(nèi)被更有效地增加(bulked)，要求更少的田地和勞動(dòng)力資源。這些優(yōu)點(diǎn)將在下面 被更充分地描述。在各種實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于對具有基因差異的種子種群中的獨(dú)立種 子進(jìn)行分析的方法。該方法包括從種群中的種子去除包括帶有核酸的細(xì)胞的樣品，而不 會(huì)影響種子的發(fā)芽能力；關(guān)于至少一個(gè)基因標(biāo)記的存在或缺失對從樣品提取的核酸進(jìn)行分 析；基于核酸分析的結(jié)果從種群中選擇種子；以及由選擇的種子培育作物或作物組織。關(guān)于合適的基因多態(tài)性的存在或缺失對所提取的核酸進(jìn)行分析。用于該基因多 態(tài)性分析的廣泛的各種基因標(biāo)記是可獲得的，并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的。如此處 所用，基因標(biāo)記包括但不限于，簡單序列重復(fù)(SSRs)、單核苷酸多態(tài)性(SNPs)、插入或缺失(indels)、單特征多態(tài)性(SFPs，例如，像在Borevitz等人的2003 Gen. Resl3 :513_523中所 描述的那樣)或轉(zhuǎn)錄譜、以及核酸序列。用于基因標(biāo)記存在或缺失的核酸分析可以被用于 種群育種中的種子選擇。該分析可以被用于基因、QTL、等位基因、或包括基因標(biāo)記或聯(lián)接到 基因標(biāo)記的染色體區(qū)域(單體型)的選擇。在這方面，分析方法在本領(lǐng)域是已知的，并且包 括但不限于，基于PCR的檢測方法(例如，TagMan化驗(yàn))、微陣列方法、以及核酸序列方法。 可以使用具有對經(jīng)典育種策略進(jìn)行修改的更新的分子生物學(xué)技術(shù)來對將要被選擇的基因、 等位基因、QTL、或單體型進(jìn)行識別。如上所述，本發(fā)明的取樣系統(tǒng)和方法包含了種子的發(fā)芽能力，從而是非破壞性的。 發(fā)芽能力意味著被取樣的種子的絕大多數(shù)(即，大于所有被取樣種子的50% )在被取樣之 后保留了生長發(fā)育性。在特定實(shí)施例中，至少75 %的取樣種子保留了生長發(fā)育性，在某些實(shí) 施例中，至少85%的取樣種子保留了生長發(fā)育性。應(yīng)當(dāng)提到的是，在某些情況下或者關(guān)于某 些應(yīng)用，更低比率的發(fā)芽能力可以被容許，例如，基因型成本隨著時(shí)間而減少，這是因?yàn)楦?多數(shù)量的種子可以關(guān)于相同的基因型成本被取樣。還應(yīng)當(dāng)注意的是，取樣不必對生長發(fā)育 性具有任何影響。在其它實(shí)施例中，在取樣之后，發(fā)芽能力被維持至少六個(gè)月，以便確保被取樣的種 子將是可生長的，直到其到達(dá)田地用于種植時(shí)為止。在特定實(shí)施例中，本發(fā)明的方法還包括 對取樣的種子進(jìn)行處理以便維持發(fā)芽能力。這樣的處理一般可以包括本領(lǐng)域中已知的用于 在存儲(chǔ)或運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)保護(hù)種子免受環(huán)境條件影響的任何方式。例如，在各種實(shí)施例中，取樣 的種子可以被用聚合物和/或殺真菌劑處理，以便在被種植之前在其被存儲(chǔ)和運(yùn)送到田地 的同時(shí)保護(hù)被取樣的種子。在將種子從取樣位置運(yùn)送到田地的同時(shí)，可以使用一些保留單個(gè)種子識別性的方 法。這些方法包括但不限于，將背選擇的獨(dú)立種子傳輸?shù)椒N子帶、盒式托盤、索引式托盤、帶 有泥炭腐殖質(zhì)營養(yǎng)缽的移植、由獨(dú)立的種子包來人工種植?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中技術(shù)人員所已知的能提供充足的DNA產(chǎn)出、DNA質(zhì)量、PCR響應(yīng)、 以及序列方法響應(yīng)的任意DNA提取方法，從樣品中提取DNA。合適的DNA提取方法的非限 制示例是采用離心分離的基于SDS的提取。另外，所提取的DNA在提取后可以使用本領(lǐng)域 中技術(shù)人員已知的任何放大方法來加以放大。例如，一種合適的放大方法是來自Amersham Biosciences 的 GenomiPhi DNA 方文大予頁備(amplification prep)。此外，可以使用本領(lǐng)域中技術(shù)人員所已知的能提供充足的RNA產(chǎn)出、RNA質(zhì)量、PCR 響應(yīng)、以及序列方法響應(yīng)的任意RNA提取方法，從樣品中提取RNA。合適的RNA提取方法的 非限制示例是采用離心分離的基于SDS的提取，其中考慮了無核糖核酸酶(RNase-free)試 劑和供給。另外，所提取的RNA在提取后可以使用本領(lǐng)域中技術(shù)人員已知的任何放大方法 來加以放大。例 如，一種合適的放大方法是來自System Biosciences的Full Spectrum RNA放大。盡管本發(fā)明直接涉及對葫蘆種子的取樣，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識到任 何種子都可以利用本發(fā)明的方法和裝置。例如，在各種實(shí)施例中，種子可以選自由以下所構(gòu) 成的組苜蓿種子、蘋果種子、香蕉種子、大麥種子、豆的種子、花椰菜種子、蓖麻種子、柑橘 種子、紅花草種子、椰子種子、咖啡種子、玉米種子、棉花種子、黃瓜種子、花旗松種子、桉樹 種子、火炬松種子、亞麻籽種子、甜瓜種子、燕麥種子、橄欖種子、棕櫚樹種子、豌豆種子、花生種子、胡椒種子、白楊種子、放射松種子、油菜籽種子、稻米種子、黑麥種子、高粱種子、南 方松種子、大豆種子、草莓種子、甜菜種子、甘蔗種子、向日葵種子、楓香種子、茶葉種子、煙 草種植、西紅柿種子、草皮種子、小麥種子、以及擬南芥種子。在更特別的實(shí)施例中，從由以 下所構(gòu)成的組里選擇種子花椰萊種子、甘藍(lán)菜種子、胡蘿卜種子、菜花種子、大白菜種子、 黃瓜種子、干豆種子、茄子種子、茴香種子、四季豆種子、葫蘆種子、韭蔥種子、萵苣種子、甜 瓜種子、秋葵種子、洋蔥種子、豌豆種子、胡椒種子、南瓜種子、蘿卜種子、菠菜種子、倭瓜種 子、甜玉米種子、西紅柿種子、以及西瓜的種子。在更特定的實(shí)施例中，種子包括黃瓜種子、 干豆種子、四季豆種子、葫蘆種子、甜瓜種子、豌豆種子、倭瓜種子、甜玉米種子、秋葵種子、 以及西瓜的種子。本發(fā)明的方法還可以被用在育種程序中以便將性狀基因滲入到作物中。這樣的 方法包括從種群中的種子去除包括帶有核酸的細(xì)胞的樣品，而不會(huì)影響種子的發(fā)芽能力； 關(guān)于至少一個(gè)基因標(biāo)記的存在或缺失對從樣品提取的核酸進(jìn)行分析；基于核酸分析的結(jié)果 從種群中選擇種子；由選擇的種子培育可育作物；以及，將該可育作物用作與另一作物交 叉的母本或父本。 例如，在各種實(shí)施例中，本發(fā)明提供了生產(chǎn)雜交種子的改善方法。該方法包括將 由單個(gè)隱性核基因控制的基因式雄性不育基因滲入到種子中，從而開發(fā)出包括雄性不育母 本的種子種群。然后，對給種子種群進(jìn)行分析以便識別出與該標(biāo)記分開的種子，這些種子被 選擇用作母本以便生產(chǎn)雜交種子。該改善的工藝的有利之處在于其不需要去除花朵或人工 去雄，由此允許使用蜜蜂授粉。而且，通過該方法在一處對大量的種子進(jìn)行分析和選擇，然 后再將種子運(yùn)到世界上任意處以便直接播種從而生產(chǎn)雜交種子。示例性參照甜瓜種子，在甜瓜中識別出用于控制雄性不育的五個(gè)單個(gè)隱性核基 因。雄性不育系總是將不育作物和可育作物分開，這是因?yàn)楸匦柰ㄟ^采用雜合的、同基因的 雄性可育作物(Ms/ms)給雄性不育作物授粉(ms/ms)，從而維持這些不育系。因而，核基因 式雄性不育的使用需要在雜交種子生產(chǎn)的田地中將雄性可育的分離物從母本行中去除。然 而，通過將分子標(biāo)記聯(lián)接到雄性不育基因，本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)和方法可以別用來對所分離 的種子關(guān)于該標(biāo)記進(jìn)行分析，并且自動(dòng)選擇僅被預(yù)測是雄性不育的種子。在甜瓜中，五個(gè)雄性不育(ms)基因中的兩個(gè)已被繪制成帶分子標(biāo)記的基因圖譜。 ms3基因的圖譜繪制最初被Park等人在2004年完成。(參見，Park等人，“Identification of RAPD and SCAR markerslinked to the ms3 gene controlling male sterility in melon (Cucumismelon L. )"J. Amer. Soc. Hort. Sci. 129(6)819-825(2004))。申請人已經(jīng)證 明由Park等人所描述的ms3標(biāo)記可以被用于高處理量地對從甜瓜種子提取的DNA樣品進(jìn) 行分析(參見圖10)。圖10提供了瓊脂糖凝膠的圖示，其中示出了在聯(lián)接到ms3基因的標(biāo) 記處的等位基因分解。與ms3不育相關(guān)的標(biāo)記的等位基因在道6、8、10、12、14、16-21中處 于上方，而與ms3可育相關(guān)的標(biāo)記的等位基因在道1-5、7-9、11、13、15、17-21中位于下方。申請人:還將ms3基因映射到基因連鎖圖譜(參見圖11)。圖11提供了包含有ms3 和ms4基因的基因連鎖群的圖示，其中示出了 ms基因相對于被聯(lián)接的分子標(biāo)記的位置。聯(lián) 接距離(單位cM)被示出在連鎖群的左邊，分子標(biāo)記和ms位點(diǎn)被示出在連鎖群的右邊。申請人:還將ms4基因映射到位于兩個(gè)微型衛(wèi)星標(biāo)記CmNR65和CmG2797之間的位 置(參見圖12)。圖12提供了瓊脂糖凝膠圖像，其中示出了來自反應(yīng)混合物的PCR產(chǎn)物，該反應(yīng)混合物使用了從甜瓜種子組織樣品中離析的DNA。迄今為止的經(jīng)驗(yàn)顯示，聯(lián)接到ms3 基因和ms4基因的標(biāo)記提供了必需的標(biāo)記工具，用于ms基因到甜瓜母本系的ms基因的有 效的基因滲入，以及用于使用本文所描述的該自動(dòng)的、非破壞性的種子取樣和標(biāo)記分析方 法對來自關(guān)于不育而分開的眾多母本系的原種的雄性不育基因型(ms/ms)進(jìn)行選擇。使用本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)包括但不限于，減少了每一種群或育種系所需的勞動(dòng)力和 田地資源、增加了對每單位田地育種種群的更大數(shù)目進(jìn)行評估的能力、以及增加了在授粉 之前關(guān)于期望的性狀對育種種群進(jìn)行分析的能力。每種群的田地資源是通過限制了達(dá)到期 望基因型所要求的田地空間來減少的。例如，一個(gè)1000個(gè)獨(dú)立體的種群可以被種植成每行 25顆種子，總共在田地中占據(jù)40行。使用常規(guī)的組織取樣，全部1000株作物通過采取葉組 織來加標(biāo)記和人工取樣。分子標(biāo)記的結(jié)果必需在授粉之前就需要，并且僅那些包含期望基 因組分的作物將被授粉 。這樣，如果確定50顆種子包含有期望的基因組分，則常規(guī)育種方 法將需要種植1000株作物以便保留該50顆期望的種子。作為對比，本發(fā)明的方法使得育 種員在種植之前在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析1000顆種子并選擇50顆期望的種子。然后，這50顆獨(dú)立 體被種植在田地中，僅僅占用2行，每行25顆種子。另外，本發(fā)明的方法并不要求在田地中 進(jìn)行標(biāo)記和取樣，由此顯著地減少了所需要的人工勞動(dòng)資源。除了減少每種群的田地種植行數(shù)的數(shù)目，本發(fā)明的方法還進(jìn)一步增加了育種員在 給定的苗圃中能夠評估的種群數(shù)目。利用上述示例，其中每1000顆種子的種群有50顆種 子包含期望的基因組分，育種員應(yīng)用本發(fā)明的方法能夠評估20個(gè)具有50顆種子的種群，而 其使用的田地面積和用常規(guī)田地組織取樣技術(shù)的單一種群所使用的田地面積是相同的。即 使是關(guān)于單個(gè)等位基因，對F2種群使用了期望的1 2 1分離比例，育種員也能夠在和 單一的田地組織取樣種群的相同田地面積中評估4個(gè)種群。本發(fā)明方法一個(gè)進(jìn)一步的潛在優(yōu)勢在于，與在某些地理地形中使作物生長相關(guān)聯(lián) 的風(fēng)險(xiǎn)得以緩解，在這些地理地形中作物可能貧瘠地生長，或者經(jīng)受貧瘠的環(huán)境條件(包 括疾病)，或者甚至可能在暴風(fēng)雨中被破壞。當(dāng)本文中介紹實(shí)施例的元件或特征時(shí)，措詞“一”、“一個(gè)”、“一顆”、“一根”、“一種”、 以及“該”和“所述”旨在意指一個(gè)或多個(gè)這樣的元件或特征。術(shù)語“包括”和“具有”的含 義是包括性的，意指除了具體提到的那些元件或特征之外，可能還有另外的元件或特征。要 進(jìn)一步理解的是，本文所描述的方法、過程、以及操作不應(yīng)被理解為必需按照所詳述和例示 出的特定順序來執(zhí)行，除非被特別地明確為執(zhí)行順序。本發(fā)明的描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，因此，不脫離本發(fā)明要旨的變形都被認(rèn) 為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這樣的變形不被認(rèn)為是脫離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種用于種子的高處理量取樣的自動(dòng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括種子裝載站，其用于將獨(dú)立的種子從一散裝種子箱內(nèi)的多顆類似種子中分離開；定向子系統(tǒng)，其用于接收來自所述種子裝載站的獨(dú)立種子并且對所述獨(dú)立種子進(jìn)行定向；取樣子系統(tǒng)；其用于從所述獨(dú)立種子中去除組織樣品，而不損害所述種子的芽胚；以及種子及樣品傳送子系統(tǒng)，其用于在所述種子被去除組織樣品之后在所述取樣子系統(tǒng)和種子收集托盤中的所選井之間運(yùn)送每顆種子，并且還用于將每個(gè)組織樣品從所述取樣子系統(tǒng)運(yùn)送到樣品收集托盤內(nèi)的所選井。
2.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，所述定向子系統(tǒng)包括多個(gè)定向基座，每個(gè)定向基座 被構(gòu)造成并可操作以接收和保持來自種子裝載站的所述獨(dú)立種子，而不損害所述種子的芽 胚。
3.如權(quán)利要求2所述系統(tǒng)，其中，所述定向子系統(tǒng)進(jìn)一步包括至少一個(gè)成像裝置，所述 成像裝置可操作以采集方位數(shù)據(jù)，并且每個(gè)定向基座被構(gòu)造成并可操作以基于所述方位數(shù) 據(jù)來定向所述種子，從而使得從所述種子上去除所述組織樣品，而不會(huì)損害所述芽胚。
4.如權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，其中，所述取樣子系統(tǒng)包括多個(gè)取樣保持固定裝置和多個(gè) 對應(yīng)的取樣組件，每個(gè)取樣保持固定裝置被構(gòu)造成并可操作以接收和保持來自所述定向子 系統(tǒng)的被定向的種子，而不損害所述種子的芽胚。
5.如權(quán)利要求4所述系統(tǒng)，其中，所述定向子系統(tǒng)被構(gòu)造成并可操作以將每顆種子輸 送到所述取樣保持固定裝置中對應(yīng)的一個(gè)取樣保持固定裝置，并使每顆種子包含所述芽胚 的“尖端”定位成遠(yuǎn)離每個(gè)相應(yīng)的對應(yīng)取樣組件的切割裝置，使得能夠通過相應(yīng)的切割裝置 從每顆種子沒有包含芽胚的部分中去除組織樣品。
6.如權(quán)利要求5所述系統(tǒng)，其中，所述取樣保持固定裝置包括夾持塊，其固定地安裝到基部平臺，并且被構(gòu)造成并可操作以便當(dāng)所述相應(yīng)的切割裝 置去除所述組織樣品時(shí)，牢固且穩(wěn)固地保持每顆相應(yīng)的種子，而不損害每顆相應(yīng)種子的芽 胚；以及基準(zhǔn)塊，其滑動(dòng)地安裝到所述基部平臺，并且被構(gòu)造成并可操作以便使在所述相應(yīng)夾 持塊內(nèi)的每顆種子對準(zhǔn)，使得每顆種子的特定量被作為所述組織樣品去除，而不損害每顆 相應(yīng)種子的芽胚。
7.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，所述取樣子系統(tǒng)被構(gòu)造成并可操作以便去除每顆種 子的第一部分和第二部分，所述第一部分包括每顆相應(yīng)種子的皮，所述第二部分包括能夠 用作所述樣品并適于進(jìn)行基因分析的組織。
8.如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其中，所述種子選自下列種子構(gòu)成的組中黃瓜種子、干豆 種子、四季豆種子、葫蘆種子、甜瓜種子、豌豆種子、倭瓜種子、甜玉米種子、秋葵種子、以及 西瓜種子。
9.一種用于種子的高處理量取樣的自動(dòng)方法，所述方法包括在自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)的種子裝載站處將獨(dú)立的種子從多顆類似種子中分離開； 在所述自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)的定向子系統(tǒng)處接收所述獨(dú)立種子并定向所述獨(dú)立種子；在所述自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)的取樣子系統(tǒng)處從所述獨(dú)立種子中去除組織樣品，同時(shí)保 留每顆種子的發(fā)芽能力；利用所述自動(dòng)化種子處理系統(tǒng)的種子及樣品傳送子系統(tǒng)，在所述種子被去除組織樣品 后，將每顆種子存放到多個(gè)種子收集托盤中所選一個(gè)托盤內(nèi)的所選井中，并且將每個(gè)組織 樣品存放到多個(gè)樣品收集托盤的所選一個(gè)托盤內(nèi)的所選井中；以及將其內(nèi)存放著每個(gè)樣品的所選樣品收集托盤內(nèi)的所選井以及其內(nèi)存放著對應(yīng)的被取 樣種子的所選種子收集托盤內(nèi)的所選井存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，使得每個(gè)樣品和從中取得所述樣 品的對應(yīng)種子能夠被追蹤以便預(yù)選擇感興趣的種子。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，接收和定向所述獨(dú)立種子包括將每顆種子存放 到所述定向子系統(tǒng)的多個(gè)定向基座中對應(yīng)的一個(gè)定向基座上，并且將每顆種子保持在相應(yīng) 的定向基座上，而不損害每顆種子的所述芽胚。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，接收和定向所述獨(dú)立種子進(jìn)一步包括采集被保 持在相應(yīng)定向基座上的每顆種子的方位數(shù)據(jù)，并且利用采集的方位數(shù)據(jù)來將每個(gè)種子定向 在特定方位中，而不損害每顆種子的芽胚。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，從所述獨(dú)立種子中去除組織樣品包括 將每顆被定向的種子存放在多個(gè)取樣保持固定裝置中對應(yīng)的一個(gè)取樣保持固定裝置中，使每顆種子包含著芽胚的“尖端”定位成遠(yuǎn)離與取樣保持固定裝置相關(guān)聯(lián)的多個(gè)取樣組 件中對應(yīng)的一個(gè)取樣組件的切割裝置，每個(gè)取樣組件均與取樣保持固定裝置中對應(yīng)的一個(gè) 取樣保持固定裝置相關(guān)聯(lián)；以及當(dāng)每個(gè)相應(yīng)的切割裝置從每顆種子不包含芽胚的部分中去除所述組織樣品時(shí)，將每顆 種子牢固且穩(wěn)固地保持在相應(yīng)的取樣保持固定裝置中，而不損害每顆種子的芽胚，
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，從所述獨(dú)立種子中去除組織樣品進(jìn)一步包括將 每顆種子的“冠”鄰接成抵靠著與所述取樣保持固定裝置相關(guān)聯(lián)的多個(gè)基準(zhǔn)塊中對應(yīng)的一 個(gè)基準(zhǔn)塊，每個(gè)基準(zhǔn)塊與所述取樣保持固定裝置中對應(yīng)的一個(gè)取樣保持固定裝置相關(guān)聯(lián)， 使得每顆種子的“冠”的特定量被作為所述組織樣品去除，而不損害每顆相應(yīng)種子的所述芽 胚。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，從所述獨(dú)立種子中去除組織樣品進(jìn)一步包括 去除每顆種子的第一部分，所述第一部分包括每顆相應(yīng)種子的皮；以及去除每顆種子的第二部分，所述第二部分包括能用作樣品并適于基因分析的組織。
15.一種用于將雄性不育基因滲入到雜交種子中的方法，所述方法包括 提供雜交種子的種群；從所述種群中的多顆種子中去除包括了帶核酸的細(xì)胞的組織樣品，同時(shí)保留每顆種子 的發(fā)芽能力；對從每個(gè)組織樣品提取的核酸進(jìn)行分析，以確定至少一個(gè)基因標(biāo)記是否存在，所述至 少一個(gè)基因標(biāo)記指示了是否存在雄性不育基因；基于所述雄性不育標(biāo)記的存在，從所述多顆種子中選擇種子；以及 從所述種子培育可育作物。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述方法進(jìn)一步包括將所述可育作物用作與另 一作物雜交的母本。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述雜交種子包括從下列種子構(gòu)成的組中選擇 的種子黃瓜種子、干豆種子、四季豆種子、葫蘆種子、甜瓜種子、豌豆種子、倭瓜種子、甜玉 米種子、秋葵種子、以及西瓜種子。
18.一種甜瓜雜交種的母本，所述母本包含至少一個(gè)雄性不育核基因。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)雜交種子的系統(tǒng)和方法。在各種實(shí)施例中，本發(fā)明提供了用于高處理量非破壞性種子取樣的系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，用于生產(chǎn)雜交種子的高處理量非破壞性方法包括從種群中的多個(gè)種子去除樣品，同時(shí)保留種子的發(fā)芽能力；以及對樣品進(jìn)行分析，以便確定是否存在一個(gè)或多個(gè)指示了雄性不育基因的基因標(biāo)記。
文檔編號A01C1/02GK101868141SQ200880113531
公開日2010年10月20日 申請日期2008年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者J·J·金, J·R·赫巴, K·德佩爾曼, P·鐘, T·C·奧斯博恩 申請人:孟山都技術(shù)有限公司