高通量種子自動化取樣及陽性種子挑選系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分子育種技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種高通量種子自動化取樣及陽性種子挑選系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物技術(shù)和育種研究，以及種子產(chǎn)業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和危機(jī)，從傳統(tǒng)的常規(guī)育種技術(shù)向依靠生物技術(shù)，信息技術(shù)，和自動化的轉(zhuǎn)變是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇。實(shí)現(xiàn)高通量分子育種的基本前提是首先實(shí)現(xiàn)高通量提取不同的高純度DNA/RNA/蛋白/代謝物這是目前制約生物技術(shù)和分子育種效率的限速步驟之一。
[0003]常規(guī)分析方法都是先在田間種植大量群體，取植株葉片提取DNA/RNA。而采用單粒種子切取胚乳提取DNA可以先在室內(nèi)進(jìn)行目的基因的大規(guī)模篩選，只選擇含有目的基因的籽粒種植于田間，繼續(xù)進(jìn)行下一步選育，這樣可以大大提高玉米育種效率。此外，提取胚乳DNA不僅可以節(jié)省植物幼苗的培育時(shí)間，還可以打破地域種植季節(jié)限制，實(shí)現(xiàn)一年多代檢測。從保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性考慮，由于切取胚乳后的剩余部分仍然可以在田間種植，真正實(shí)現(xiàn)室內(nèi)鑒定結(jié)果與田間結(jié)果一一對應(yīng)，克服了取樣誤差、田間出苗率、環(huán)境因素對室內(nèi)鑒定結(jié)果與田間鑒定結(jié)果相關(guān)性的影響，能夠保證室內(nèi)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確率。從生產(chǎn)成本考慮，提取胚乳DNA可以大面積節(jié)約土地，大量節(jié)約人力、物力和財(cái)力。所以，提取胚乳DNA進(jìn)行檢測符合現(xiàn)代植物育種的需求，該發(fā)明具有十分廣闊的應(yīng)用前景，不僅可以廣泛應(yīng)用于植物分子生物學(xué)領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于常規(guī)育種及品種保護(hù)，例如:1)分子標(biāo)記輔助育種中用于目的基因的跟蹤及定向選擇，可以減少田間選擇的不穩(wěn)定性及經(jīng)驗(yàn)依賴度。2)在轉(zhuǎn)基因育種中具有更大的應(yīng)用前景和空間，如轉(zhuǎn)基因材料的檢測、T1代進(jìn)行純合株系的鑒定、轉(zhuǎn)基因玉米的回交轉(zhuǎn)育篩選。3)轉(zhuǎn)基因安全檢測。2001年我國發(fā)布實(shí)施了《農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全管理?xiàng)l例》，對農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因及其產(chǎn)品實(shí)行安全評價(jià)制度。4)加快種子純度的分子檢測速度，在品種保護(hù)、純度和真實(shí)性檢測方面具有重要價(jià)值，對保證種子質(zhì)量安全具有重要意義。5)常規(guī)育種中的自交系提純，比如有些自交系在7代以后仍然在個(gè)別性狀上出現(xiàn)分離，在田間根據(jù)植物學(xué)性狀用肉眼選擇提純難度很大，而在實(shí)驗(yàn)室用分子標(biāo)記方法很容易挑選出純合的個(gè)體種植于田間。6)用于基因表達(dá)、代謝途徑的研究
[0004]在種子檢測時(shí)，有效種子樣品準(zhǔn)確的采樣部位、高通量采集及防止大量樣品采集中的交叉污染對結(jié)果的準(zhǔn)確性有決定性作用。目前，國內(nèi)常規(guī)種子取樣是手工使用小鉆頭鉆取胚乳，存在工作效率低、難以獲得有用的樣本量、存在重大污染風(fēng)險(xiǎn)、取樣準(zhǔn)確性低影響發(fā)芽率、嚴(yán)重依賴工作人員的技能等多種問題。例如，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張春慶等人發(fā)明的玉米種子切割器(申請?zhí)?CN201220278079，公開號:CN202622864U)采用鍘刀可以一次對一列種子進(jìn)行切割，但為了避免污染，存在切割完一列種子就需要對刀具進(jìn)行清洗或更換的問題。先鋒高級育種國際公司發(fā)明的用于處理、定位和/或自動定向物體的裝置、方法和系統(tǒng)(公開號為CN101573623A)在定位種子時(shí)需要先對種子進(jìn)行包被鐵基涂層才能實(shí)現(xiàn)對種子的磁性定向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)確、快速、高效的高通量種子自動化取樣及陽性種子挑選系統(tǒng)及方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種高通量種子自動化取樣及陽性種子挑選系統(tǒng)，其特征在于:它包括一操作平臺和一用于控制所述操作平臺的聯(lián)機(jī)電腦;所述操作平臺表面設(shè)置有排種區(qū)、取樣區(qū)和保存區(qū)三個(gè)操作區(qū)；所述排種區(qū)表面設(shè)置有種子振動盤、種子輸送帶和種子盒傳輸軌道;所述種子振動盤底部設(shè)置有一種子排出口，所述種子振動盤表面設(shè)置有一與所述種子輸送帶搭接的種子振動盤輸出帶;所述種子盒傳輸軌道緊鄰所述種子振動盤設(shè)置，所述種子盒傳輸軌道靠近所述操作平臺側(cè)壁的一端表面固定設(shè)置有第一板位，所述第一板位上放置一種子盒;所述種子盒傳輸軌道另一端兩側(cè)設(shè)置有兩可伸縮立柱，兩所述可伸縮立柱之間通過橫桿連接，所述橫桿上設(shè)置有一翻轉(zhuǎn)板，所述翻轉(zhuǎn)板兩側(cè)中部還分別設(shè)置有一卡扣;所述種子振動盤輸出帶和第一板位下方還分別設(shè)置有一用于檢測種子方向的圖像識別傳感器;所述取樣區(qū)表面設(shè)置有一凹槽，所述凹槽內(nèi)設(shè)置有取樣盒傳輸軌道;所述取樣盒傳輸軌道表面設(shè)置有用于取樣的第二板位;所述取樣盒傳輸軌道靠近操作平臺側(cè)壁的一端設(shè)置有激光槍移動軌道，所述激光槍移動軌道上設(shè)置有激光槍;所述取樣盒傳輸軌道另一端設(shè)置有取樣盒進(jìn)出口；所述取樣盒傳輸軌道上方設(shè)置有第一導(dǎo)桿，所述第一導(dǎo)桿滑動設(shè)置在操作平臺端部側(cè)壁上設(shè)置的第一軌道內(nèi)，且所述第一導(dǎo)桿上還固定設(shè)置有一取樣盒機(jī)械臂;所述保存區(qū)表面并排設(shè)置有用于保存種子樣品的第三板位和用于保存陽性種子樣品的第四板位;所述保存區(qū)上方還設(shè)置有第二導(dǎo)桿，所述第二導(dǎo)桿滑動設(shè)置在操作平臺端部側(cè)壁上設(shè)置的第二軌道內(nèi)，且所述第二導(dǎo)桿上還設(shè)置有一單管抓取機(jī)械臂。
[0007]進(jìn)一步，所述聯(lián)機(jī)電腦內(nèi)設(shè)置有排樣模塊、進(jìn)樣模塊、圖像識別模塊、翻轉(zhuǎn)模塊臺面軌道移動模塊、取樣模塊、激光切割模塊、樣品保存模塊和陽性樣品挑選模塊;所述排樣模塊用于對樣品排列進(jìn)行編輯記錄;所述進(jìn)樣模塊控制種子振動盤和種子輸送帶對種子進(jìn)行排列;所述圖像識別模塊用于根據(jù)圖像識別傳感器對種子的方向進(jìn)行識別;所述翻轉(zhuǎn)模塊用于控制所述翻轉(zhuǎn)板使得種子盒內(nèi)種子胚乳外露的高度一致，并將種子盒翻轉(zhuǎn)180度，使種子胚乳向下;所述臺面軌道移動模塊用于控制所述操作平臺上的種子盒傳輸軌道、取樣盒傳輸軌道和激光槍移動軌道進(jìn)行移動;所述取樣模塊用于控制所述第一導(dǎo)桿上的取樣盒抓取臂將種子盒由種子盒傳輸軌道轉(zhuǎn)移到取樣盒傳輸軌道;所述激光切割模塊用于對激光槍的激光切割力度和激光切割次數(shù)進(jìn)行設(shè)置;所述樣品保存模塊用于控制所述第二導(dǎo)桿上的單管抓取機(jī)械臂將種子盒由取樣盒傳輸軌道移動到所述第三板位進(jìn)行樣品保存;所述陽性樣品挑選模塊用于根據(jù)陽性種子鑒定結(jié)果將陽性種子挑選到陽性種子盒中進(jìn)行保存。
[0008]進(jìn)一步，所述種子盒采用96孔種子盒，其包括一盒底，所述盒底上設(shè)置有一96孔板架，所述96孔板架表面間隔設(shè)置有八排十二列共96個(gè)方孔，每一所述方孔內(nèi)分別插設(shè)有一種子管;所述種子管包括兩夾板，兩所述夾板中部鉸接將所述種子管分為上、下兩部分，所述種子管上部的兩夾板末端搭接在所述方孔邊沿，所述種子管下部的兩夾板側(cè)面通過彈性材料連接，且下部的兩夾板上還分別設(shè)置有一用于固定種子位置的卡扣;所述種子管上方還放置有一盒蓋。
[0009]進(jìn)一步，所述種子輸送帶采用可伸縮結(jié)構(gòu)，其末端設(shè)置有一種子放置孔。
[0010]進(jìn)一步，所述操作平臺外部還設(shè)置有一用于保證操作人員安全的裝置保護(hù)罩。
[0011]—種采用上述高通量種子自動化取樣及陽性種子挑選系統(tǒng)的挑選方法，包括以下步驟:1)首先，聯(lián)機(jī)電腦中的排樣模塊將種子的樣品編號與種子盒上每一盒孔編號進(jìn)行一一對應(yīng);2)進(jìn)樣模塊、臺面軌道移動模塊以及翻轉(zhuǎn)模塊將種子按步驟1)編輯的順序裝滿種子盒，并將種子盒移動到設(shè)定位置等待取樣;3)取樣模塊控制第一導(dǎo)桿將排種區(qū)上裝滿種子的種子盒移動到取樣區(qū);4)關(guān)閉裝置保護(hù)罩，在激光切割模塊中設(shè)定好相關(guān)參數(shù)，由臺面軌道移動模塊控制激光槍對取樣區(qū)上種子盒內(nèi)的種子進(jìn)行胚乳切割;5)種子盒中的種子全部切割完畢后，臺面軌道移動模塊控制取樣盒傳輸軌道將取樣盒從取樣盒進(jìn)出口移出，由操作人員取出裝有胚乳樣品的取樣盒根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn);6)樣品保存模塊控制第二導(dǎo)桿將切割完胚乳的種子盒轉(zhuǎn)移到保存區(qū)進(jìn)行保存;7)操作人員根據(jù)步驟5)中對取樣盒中所有胚乳樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在陽性樣品挑選模塊中編輯種子盒中的陽性種子與陽性種子盒中盒孔的一一對應(yīng)關(guān)系，并由陽性樣品挑選模塊控制第二導(dǎo)桿進(jìn)行陽性種子保存。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟2)中，進(jìn)樣模塊、臺面軌道移動模塊以及翻轉(zhuǎn)模塊將種子按步驟1)編輯的順序裝滿種子盒，并將種子盒移動到設(shè)定位置等待取樣，包括以下步驟:①打開裝置保護(hù)罩，在種子盒傳輸軌道的第一板位上放置一種子盒，將種子倒入種子振動盤中；②進(jìn)樣模塊控制種子振動盤和種子輸送