CN101868141B - 用于处理杂交种子的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于生产杂交种子的系统和方法。在各种实施例中，本发明提供了用于高处理量非破坏性种子取样的系统。在另一实施例中，用于生产杂交种子的高处理量非破坏性方法包括：从种群中的多个种子去除样品，同时保留种子的发芽能力；以及对样品进行分析，以便确定是否存在一个或多个指示了雄性不育基因的基因标记。

Description

用于处理杂交种子的系统和方法

相关申请的交叉引用 

本申请要求2007年8月29日提交的美国临时申请No.60/968,800的权益。在此将上述申请的公开内容全部并入本文。 

技术领域

本发明涉及作物育种领域。更具体地，本发明提供了用于生产各种杂交种子的系统和方法。 

背景技术

本节中的陈述仅仅是提供与本发明相关的背景信息，可能并不构成现有技术。 

当前，通过人工去雄来去除母本的雄花部分，并且随后采用来自父本的花粉给雌花人工授粉，从而生产出各种杂交种子。这种方法是劳动密集型的，且非常昂贵，而且还将种子生产限制在使用人力是可获得的并且具有成本效益的地区。例如，在某些类型的甜瓜中已经开发出雌性作物类型以便用作母本，并且如果遗传表达强烈的话，那么这些类型不需要人工操作。然而，该雌性性状遗传复杂，并且是不完全穿透的，使得其难以育种和使用。 

受控于单一隐性核基因的基因式雄性不育已经在葫芦、其它水果和蔬菜生长作物中得到确认。这种性状可以被用于开发雄性不育式的母本，该母本不需要去除花朵或人工去雄，并且还允许使用蜜蜂来授粉。然而，雄性不育系对于不育作物和可育作物总是隔离开的，这是因为必需通过采用杂合的、同基因的雄性可育作物(Ms/ms)给雄性不育作物授粉(ms/ms)从而维持这些不育系。因而，核基因式雄性不育的使用需要在杂交种子生产的田地中将雄性可育的分离物从母本行中去除。该过程是劳动密集型的，且常常是效率低下的，这是因为雄性可育作物在田地中是难以识别的。因为该原因，以前种子公司开发该性状所作的努力都被放弃了。 

本发明致力于满足本领域中的这些需求，以便使用高处理量非破 坏性种子取样系统对生产杂交种子的方法加以改进。 

发明内容

本发明涉及通过使用高处理量非破坏性种子取样在种子中促进种质改善活动的系统和方法。采用自动的非破坏性取样，使得在种群(或称群体，population)中对独立的种子进行测试成为可能。这允许开发出用于种质改善和管理的新的且更有效的方法，其导致了改善的育种种群。 

在各个实施例中，本发明提供了用于种子的高处理量取样的自动化系统。该系统包括：种子装载站，用于将独立的种子从散装种子箱内的多颗相似的种子中分离开；定向子系统，用于从种子装载站接收独立的种子，并且对这些独立的种子进行定向；取样子系统，用于从独立的种子中去除组织样品；种子及样品传送子系统，用于在种子已经被去除组织样品后在取样子系统和种子收集托盘内选定井之间运送种子，并且用于将组织样品从取样子系统运送到取样收集托盘内的选定井中。 

在其它实施例中，本发明提供了用于从种子种群中提取样品材料以便进行测试的自动且高处理量的方法。该方法包括：将独立的种子从种子种群中分离；使分离的种子以期望的方位定向，使得以特定的方位放置每颗种子中含有每颗相应种子的胚芽的“尖端”，同时保持每颗种子的发芽能力。然后，在种子已经被取样后将每颗种子运送到种子收集托盘内的选定井，并且将种子的组织样品运送到样品收集托盘内的选定井。 

在又一些其它的实施例中，本发明提供了用于种子的高处理量取样的自动方法。该方法包括在自动化种子处理系统的种子装载站处将独立的种子从多颗相似的种子中分离出。该方法另外还包括在自动化种子处理系统的定向子系统处接收这些独立的种子，并且使其定向，同时保留每颗种子的发芽活力。该方法进一步包括在自动化种子处理系统的取样子系统处从独立的种子上去除组织样品，同时保留每颗种子的发芽能力。又进一步地，该方法包括利用自动化种子处理系统的种子及样品传送子系统，在种子已经被去除组织样品后将每颗种子存放在多个种子收集托盘中选定的一个托盘内的选定井中，并且将每个 组织样品存放到多个样品收集托盘中选定的一个托盘内的选定井中。该方法还进一步包括将选定的样品收集托盘中的选定井以及将选定的种子收集托盘中的选定井存储到数据库内，使得每个样品以及去除该样品的对应的种子能够被追踪，以便预先选择感兴趣的种子，其中每个样品都被存放在选定的样品收集托盘中的选定井中，且每颗对应的取样种子都被存放在选定的种子收集托盘中的选定井中。 

在又一些其它实施例中，本发明提供了一种用于将雄性不育基因渗入到种子中的方法。该方法包括：提供种子种群；从该种群内的每个种子中去除包括了带核酸的细胞的组织样品；对从每颗种子提取的核酸进行分析，以便确定是否存在指示雄性不育基因存在的至少一个基因标记；基于是否存在雄性不育标记从该种群中选择种子，以及从该种子培养可育作物。 

在又一些其它实施例中，本发明提供了水果或蔬菜杂交种的母本，其中该母本包含至少一种细胞核的雄性不育基因。 

在本发明的各种实施例中，可以针对表示了至少一个基因性状的一个或多个特性对样品进行分析。这些特性的示例可以包括：基因标记、单核苷酸多态性、简单序列重复、限制酶断片长度多态性、单体型、标签SNP、基因标记的等位基因、基因、源于DNA的序列、源于RNA的序列、启动子、基因的5′未转译区、基因的3′未转译区、微RNA、siRNA、QTL、卫星标记、转基因、mRNA、ds mRNA、转录谱、以及甲基化模式。 

根据本文所提供的说明，本教导的更多应用领域将变得明显。应当理解的是，这些说明和具体示例仅仅旨在说明之目的，不应用来限制本教导的范围。 

附图说明

本文所描述的附图仅仅用作说明的目的，不应用来以任何方式限制本发明的范围。 

图1是根据本发明各种实施例的用于非破坏性对种子进行取样的自动化种子处理系统的框图。 

图2是根据本发明各种实施例的图1所示种子处理系统的立体图。 

图2A是根据本发明各种实施例的图1所示种子处理系统的定向基座的前视图。 

图2B是根据本发明各种其它实施例的图1所示种子处理系统的定向基座的前视图。 

图2C是根据本发明又一些其它各种实施例的图1所示种子处理系统的定向基座的前视图。 

图2D是根据本发明又一些其它各种实施例的图1所示种子处理系统的定向基座的前视图。 

图2E是根据本发明又一些各种其它实施例的图1所示种子处理系统的定向基座的前视图。 

图3是根据本发明各种实施例的图1和图2所示种子处理系统的侧视图。 

图4是根据本发明各种实施例的图1、图2和图3所示种子处理系统的种子装载站、种子定向子系统、种子取样子系统的立体图 

图4A是根据本发明各种实施例的图1、图2和图3所示种子取样子系统的种子装载站的侧视图，其中示出了种子分拣器(singulator)及分送器组件。 

图5是根据本发明各种实施例的图1、图2、图3和图4所示种子取样子系统的立体图。 

图6是根据本发明各种实施例的图1所示种子取样子系统的线性致动种子取样组件的前视图。 

图7是根据本发明的各种其它实施例的图6所示线性致动种子取样组件的前视图。 

图8A是根据本发明各种实施例的图1所示种子取样子系统的取样保持固定装置的前视图。 

图8B是根据本发明的各种其它实施例的图1所示种子取样子系统的取样保持固定装置的前视图。 

图8C是根据本发明的又一些其它各种实施例的图1所示种子取样子系统的取样保持固定装置的前视图。 

图8D是根据本发明的又一些其它各种实施例的图1所示种子取样子系统的取样保持固定装置的前视图。 

图8E是根据本发明各种实施例的图1、图2、图3和图4所示种 子取样子系统的取样保持固定装置的立体图。 

图8F是根据本发明各种实施例的图8E所示取样保持固定装置沿线A-A剖取的剖视图。 

图9是根据本发明各种实施例的图1所示种子处理系统的主控系统的框图。 

图10是琼脂糖凝胶的图示，其中示出了在联接到ms3基因的标记处的等位基因分解(resolution)。 

图11描绘了包含ms3和ms4基因的遗传基因连锁群，其中示出了ms基因相对于联接的分子标记的位置。 

图12是琼脂糖凝胶的图示，其中示出了来自反应混合物的PCR产物，该反应混合物使用了从甜瓜种子组织样品中分离出的DNA。 

具体实施方式

以下描述在本质上仅仅是示例性的，不应该用来限制本发明及其应用或使用。 

本公开提供了利用高处理量非破坏性种子取样来促进种子中种质改善活动的新方法，其中所述种子例如为花椰菜、甘蓝菜、胡萝卜、菜花、大白菜、黄瓜、干豆、茄子、茴香、四季豆、葫芦、韭葱、莴苣、甜瓜、秋葵、洋葱、豌豆、胡椒、南瓜、萝卜、菠菜、倭瓜、甜玉米、西红柿、以及西瓜。该方法可用于对种子进行分析以便识别并选出包括一个或多个期望性状、标记和基因型的种子。在本发明的一个方面，该分析方法允许对存在于散装种子种群或批量种子种群中的独立种子进行分析，使得能够确定这些独立种子的化学和/或基因特性。 

用于高处理量非破坏性种子取样的设备、系统和方法已被描述。例如，在共同拥有的美国专利申请No.11/213,430(2005年8月26日提交)；美国专利申请No.11/213,431(2005年8月26日提交)；美国专利申请No.11/213,432(2005年8月26日提交)；美国专利申请No.11/213,434(2005年8月26日提交)；美国专利申请No.11/213,435(2005年8月26日提交)；美国专利申请No.11/680,180(2007年2月27日提交)；以及美国专利申请No.11/680,611(2007年2月27日提交)中公开了用于种子自动取样的设备和系统，以及对种子进行取 样、测试和统装(bulk)的方法，在此通过引用将这些文献的全部内容并入本文。 

参照图1，本发明提供了自动化种子处理系统10，种子系统10被构造成并且可操作以便通过使用高处理量非破坏性种子取样在所选择的种子中促进种质改善活动。更具体地，如下文将描述的那样，种子处理系统10被构造成并且可操作以便测试种群中的独立种子，并且仅选择具有一个或多个期望特性的种子，由此提供用于种质改善和管理的有效方法，从而导致形成改善的繁殖种群。 

在各种实施例中，种子处理系统10总体上包括种子装载站100和定向子系统200，种子装载站100被构造成并可操作以便将独立的种子与多个相似的种子分离开，定向子系统200接收来自种子装载站100的独立种子并且使得每个种子以期望方位定向以便取样，这将在下文详述。另外，种子处理系统10总体上包括取样子系统300和种子及样品传送子系统400，取样子系统300被构造成并可操作以便从每颗种子中去除样品(例如，组织样品)，种子及样品传送子系统400被构造成并可操作以便将每颗种子和相应的样品从取样站300分别运送到种子收集组件500和样品收集组件600。更具体地，种子及样品传送子系统400被构造成并可操作以便将每颗被取样的种子运送到多个种子收集托盘504(其在图2中示例性示出)中的一个，并且将每个相应的样品运送到多个样品收集托盘604(例如，微型碟，在图2中示例性示出)中的一个。 

种子处理系统10另外还包括主控系统700，主控系统500被构造成并可操作以便控制种子处理系统10的所有操作。也就是说，主控系统700同时控制并协调种子装载站100、定向子系统300、种子及样品传送子系统400、以及种子收集组件500和样品收集组件600的操作，从而实现：将种子从多颗种子中分离开；使每颗种子以期望方位定向；从每颗种子去除样品；以及将每颗种子和对应于该种子的相应样品运送到种子托盘504和样品托盘604，这将在下文详述。 

应当理解的是，在此示例性示出并描述的种子处理系统10的各种实施例包括了各种支柱、梁、平台、基座、支架等等，在它们上面耦接、连接和/或安装有本文中所描述的各种部件、装置、机构、系统、子系统、组件以及子组件。尽管这样的支柱、梁、平台、基座、支架 等等对于种子处理系统10的各实施例的构架是必需的，但是关于它们的放置、方位以及相互连接的描述却并非是必需的，因为本领域技术人员能够轻易并且完全理解种子处理系统10各种实施例的结构、功能和操作。而且，这样的支柱、梁、平台、基座、支架等等也被清楚地示出在各附图中，这样使得它们的放置、方位以及相互连接是易于被本领域技术人员理解的。因此，为了简明起见，在本文中将这样的支柱、梁、平台、基座、支架等等仅仅称作系统支撑结构，而略去了对它们的放置、方位以及相互连接的进一步描述。另外，本文中示出并描述的某些图可能去除了系统支撑结构的某些部分(即，未示出)，以便更清楚地示出种子处理系统10的各实施例。 

现参见图2和图3，在各种实施例中，装载站100可包括种子分拣器104，且定向子系统200可包括多个可转动定向基座204以及在定向基座204上方安装到系统支撑结构的一个或多个成像装置208。另外，取样子系统300可包括多个对应的取样保持固定装置304，且种子及样品传送子系统400可包括在取样保持固定装置304下方安装的多个分送器组件404。 

现在参见图2、图3和图4，在各种实施例中，种子分拣器104包括种子箱110、分离轮112和位于种子箱110底部(未示出)和分离轮112之间的种子分拣室116。种子分拣器104另外还包括马达114(例如，分度马达)，其耦接至分离轮112，以便当由主控系统700控制时，可控地转动分离轮112。而且，分离轮112被安装成在竖直平面内转动，使得在其操作期间分离轮112的面(未示出)相邻于种子分拣室116的开口侧以及相邻于位于种子箱110和分离轮112之间的种子收集器120转动。种子分离轮112的面包括多个凹进端口(未示出)，这些凹进端口围绕分离轮112的周缘部分被周向地间隔分开。每个凹进端口均延伸通过分离轮112的面，并被连通地耦接到真空系统(未示出)，使得在每个凹进端口处能够提供真空。 

在各种实施例中，为了启动种子处理系统10的操作，把将要被取样和测试的多颗种子放在种子箱110的内部容器中。经由重力、加压空气和/或真空，使存放到种子箱内部腔室中的种子可控地通过漏斗进入分拣室116，并且接触分离轮112的面。另外，在所述凹进端口中的至少一些凹进端口处提供真空，例如，在至少如下凹进端口处提 供真空，即，这些凹进端口在分离轮112转动时是相邻于种子分拣室116的开口侧行进的。 

为了基本上一次一颗地从存放到种子箱110中的多颗种子中分离种子(即，对种子进行分拣)，分离轮112经由马达114增量地转动。在分离轮112转动时，每个凹进端口顺序地行进经过种子分拣室116，取出至少一颗种子，并且将每颗种子放置到种子收集器120中。也就是说，随着分离轮112增量地转动并且凹进端口增量地经过相邻的分拣室116，种子中与分离轮的面接触的各颗独立种子通过相应凹进端口处提供的真空被拾取并被保持在每个凹进端口处。随着分离轮112继续增量地转动，这些种子被运送出分拣室116，到达种子收集器120，在种子收集器120处将每颗种子从分离轮112的面上去除。在每颗种子均被从分离轮112去除后，每颗种子经由种子收集器120经漏斗到达种子传输管124。然后，每颗种子通过重力、真空或加压空气穿过种子传输管124，并被传送到种子定向子系统200的一个相应定向基座204。 

在各种实施例中，种子收集器120包括剥离板(未示出)，该剥离板与分离轮112的面基本上平齐，并且被构造成当分离轮112增量地转动经过种子收集器120时接触来自相应凹进端口的种子并且将其物理地取出。之后，每颗被取出的种子经漏斗通过种子传输管124传送到一个相应的定向基座204。替代性地，在各种其它实施例中，当独立凹进端口定位成相邻于种子收集器120时，通过在每个独立凹进端口处暂时终止真空从而可以将每颗种子从相应的凹进端口中释放出来。之后，这些被取出的种子经由传输管124传输到一个相应的定向基座204。在又一些其它实施例中，当独立凹进端口定位成相邻于种子收集器120时，通过在每个独立凹进端口处临时提供加压空气从而可以将每颗种子从相应凹进端口中吹出。之后，这些被取出的种子经由传输管124被传输到一个相应的定向基座204。 

另外，在各种实施例中，种子装载站100可以包括具有成形表面的散装种子料斗(未示出)和在种子箱110上方安装到系统支撑结构的振动式送料机构(未示出)。可以将大量的种子放在散装种子料斗中，其中种子经漏斗到达振动式送料机构上。可经由主控系统700控制振动式送料机构，以便将种子定量地供给到种子箱110中，在种子 箱110中这些种子被分拣并被传输到种子定向子系统200，如上所述的那样。 

如上所述，在各种实施例中，种子定向子系统200包括多个定向基座204以及一个或多个成像装置208。另外，种子定向子系统200可以包括种子拾放装置组212，其被可运动地安装到种子取样器系统10的固定不动的系统支撑结构。 

现在参照图2A、图3和图4，在各种实施例中，每个定向基座204可以包括耦接到轴220远端的种子座216，当由主控系统700控制时，轴220可通过马达224转动。种子座216被构造成从种子传输管124接收种子，并且保持这些种子以便由一个或多个成像装置208成像，这将在下文详述。例如，在各种实施例中，每个种子座216的面226(即，顶表面)可以包括凹进的种子容储器228(例如，凹槽或沟道)，种子容储器228被构造成从种子传输管124接收种子并且保持这些种子以便由一个或多个成像装置208成像，这将在下文详述。而且，种子容储器228可以被形成为具有如下形状，该形状将会导致每颗种子“平”躺在相应种子容储器228中。也就是说，每个种子容储器228可以被构形成使每颗相应的种子躺在容储器228内时位于相应种子的相对着宽边之一上。因此，每颗种子躺在各自相应的相对宽边之一上，使得种子的胚芽可以被一个或多个成像装置208观察到，并且每颗种子的“尖端”在基本上正交于相应定向基座轴220的360°平面内指向任意处。 

另外，在各种实施例中，每个定向基座204可以被连通地连接到真空源(未示出)，真空源由主控系统700控制以选择性地在每个种子座216的面226和/或种子容储器228提供真空。因此，在这样的实施例中，当种子被存放在定向基座204上时，如下所述的那样，种子被放置在相应定向基座204的种子座216上，且真空可以被提供在相应种子座216的种子容储器228和/或面226处，以便将种子牢固且稳定地保持于其上。另外，在各种实施方式中，每个种子座216和/或种子容储器228能够被设定尺寸成并且由合适的柔韧材料加工成，使得当提供真空时，每颗种子均被牢固地保持在相应的定向基座204上，而不会损害种子或者危及种子的完整性和发芽能力，例如，不会损害种子的种子胚。 

现在参照图2B，在各种实施方式中，每个定向基座204可以包括连接到轴220远端的真空吸嘴252，其中轴220可以由马达224转动。每个真空吸嘴252都连通地连接到真空源(未示出)，真空源由主控系统700控制以选择性地在每个真空吸嘴252的尖端256处提供真空。因此，在这样的实施例中，当种子被存放在定向基座204上时，如以下所述那样，种子被放置在相应定向基座204的尖端256上，且在尖端256处提供真空以便将每颗种子牢固且稳定地保持于其上。而且，每个真空吸嘴252的尖端256被构造成使得每颗种子都被牢固地保持在相应真空吸嘴252的尖端256上，使得每颗种子的“尖端”在基本上正交于相应的定向基座轴220的360°平面内指向任意处。另外，在各种实施例中，每个真空吸嘴252和尖端256能够被设定尺寸，并且由合适的柔韧材料加工成，使得当提供真空时，每颗种子均被牢固地保持在相应的定向基座204上，而不会损害种子或者危及种子的完整性和发芽能力，例如，不会损害种子的种子胚。 

现在参照图2C，在各种实施方式中，每个定向基座204可以包括连接到轴220远端的种子保持爪260，其中轴220可以由马达224转动。每个种子保持爪260包括多个抓握指264，其可以由主控系统700控制以便抓住并保持住被种子装载站100输送到相应定向基座204的种子。因此，在这样的实施例中，当种子被传输到定向基座204时，如以下所述那样，随着主控系统700的控制，种子被相应的种子保持爪260抓住并且被牢固地保持住。而且，每颗种子都被相应的种子保持爪260牢固地保持住，使得每颗种子的“尖端”在基本上正交于相应的定向基座轴220的360°平面内指向任意处。另外，在各种实施方式中，主控系统700控制由相应的抓握指264施加在每颗种子上的压力，使得每颗种子均被每个相应的种子保持爪260牢固地保持住，而不会损害种子或者危及种子的完整性和发芽能力，例如，不会损害种子的种子胚。 

现在参照图2D，在各种实施例中，每个定向基座204可以包括连接到轴220远端的微型针268，其中轴220可以由马达224转动。在这样的实施例中，当种子被传输到定向基座204时，如以下所述那样，种子被相应的微型针268刺住或者戳住，以便将种子保持于其上。而且，每颗种子被牢固地保持在相应的微型针268上，使得每颗种子 的“尖端”在基本上正交于相应的定向基座轴220的360°平面内指向任意处。此外，凭借每根微型针268的非常小的直径(例如，0.02mm到0.07mm)，每颗种子被牢固地保持在每根相应的微型针268上，而不会损害种子或者危及种子的完整性和发芽能力，例如，不会损害种子的种子胚。 

现在参照图2E，在各种实施例中，每个定向基座204可以包括连接到轴220远端的散气头272，其中轴220可以由马达224转动。每个散气头272被连通地连接到气源(未示出)，气源由主控系统700控制以便选择性地在每个散气头272的面276处提供气流。每个散气头272的面276包括多个孔口(未示出)，使得气流能够在每个相应的面276上散开。更具体地，在这样的实施例中，当种子从种子装载站100传送到定向基座204时(这将在后文描述)，在相应散气头272的面276上散开的气流提供了气垫，该气垫使每颗相应的种子稍微浮起并且将每颗相应的种子牢固地保持在相应的散气头272上方。而且，每个散气头272保持每颗种子，使得每颗种子的“尖端”在基本上正交于相应的定向基座轴220的360°平面内指向任意处。另外，在每个散气头272处提供的气垫将每颗种子牢固地保持在相应的定向基座204上，而不会损害种子或者危及种子的完整性和发芽能力，例如，不会损害种子的种子胚。 

如图2和图4中最佳所示的，在各种实施例中，种子分拣器104被可滑动地安装到线性工作台108，使得种子分拣器104能够沿着线性工作台108的长度平移，以便将种子传送管124的分配端128选择性地定位在每个定向基座204的种子座216上方。在各种实施方式中，线性工作台108包括平移轨132和致动器136，其可操作以使托架138沿着平移轨132的长度双向运动，种子分拣器104安装到托架138。如上所述，主控系统700可操作以控制并协调种子分拣器104的操作和其沿着线性工作台108的运动，以便经由种子传输管124顺序地将单个种子存放在每个定向基座204的种子座216上。 

现在参照图4A，在各种实施例中，种子分拣器104被固定地安装到系统支撑结构，并且种子装载站100包括旋转式分送器组件140。旋转式分送器组件140可由主控系统700控制以便顺序地将由种子分拣器104分拣的每颗种子分送到多根种子传输管124之一中。每根种 子传输管124的近端142均被连接到分送器组件140的分送器块144，而每根传输管的远端146均被固定地定位在对应的一个定向基座204的上方。更具体地，分送器组件140还额外包括可由主控系统700控制的旋转式分送器头部148和旋转式马达154(例如，伺服马达)，以便将每颗相应的被分拣的种子引到多个分送通路150中的一个内，其中所述分送通路150延伸穿过分送器块144。分送器头部148经由可转动的套环152旋转地连接到种子收集器120。这样，如上所述，当从分离轮112去除种子时，这些种子行进并穿过种子收集器120和可转动的套环152，进入到分送器148的内部通道(未示出)。在每颗种子被分拣时，主控系统700经由马达154使分送器148绕可转动套环152的纵向轴线增量地转动，以便顺序地将分送器头部的内部通道的分配端定位成与每个分送通路150同轴对准。因此，每颗分拣的种子将被分送到一根对应的种子传输管中，并由此被存放到一个对应的定向基座204上。 

现在参照图3和图4，一个或多个成像装置208在定向基座204的上方被安装到系统支撑结构，使得每个定向基座204(更具体地，是每个定向基座204的种子座216)处于一个或多个成像装置208的视场内。因此，当每颗种子被存放到相应种子座216上时，该种子被放置在一个或多个成像装置208的视场内。随后，相应的一个或多个成像装置208获得每颗种子的定向图像数据，该数据被传送到主控系统700。成像装置208可以是任何适于采集被存放到定向基座204上的种子的图像的成像装置。例如，在各种实施例中，成像装置208可以包括高速、高分辨率的数字照相机(或称摄像机或摄照机)(例如，突破性视觉技术(DVT)的机器视觉照相机)，以便采集每颗种子的可视图像数据。替代性地，所采集的图像数据可以是近红外(NIR)图像数据、NMR/MRI图像数据、或任何其它类型的图像数据。 

如上所述，当种子被存放到定向基座204上时，每颗种子被定向成使得每颗种子的“尖端”在基本上正交于相应定向基座轴220的360°平面内指向任意处。所采集的图像数据被传送到主控系统700，其中在执行了定向算法时，这些图像数据被分析以便确定每颗种子的方位(例如，当种子被设置在相应的定向基座的座216上时，每颗种子的“尖端”和/或“冠”指向哪个方向)。例如，在各种实施例中，定向算法 (例如，矢量确定算法)的执行能够确定每颗种子的形心位置，从而将离相应种子的形心的最远点识别为种子的“尖端”，并且将相应种子相对于该“尖端”的一端识别为相应种子的“冠”。随后，基于每颗相应种子的所确定的方位，主控系统700将每颗种子定位在期望方位中。也就是说，主控系统700将通过马达220转动每个相应的定向装置轴220，以便将每颗种子定向成使得每颗种子的“尖端”或“冠”指向期望方向，例如，正交地朝向或者正交地背离取样子系统300的前边缘308(在图5中示出)。使种子定向在正确位置中最小化了当从种子中去除样品时对种子发芽能力的影响，这将在后文描述。 

现在参照图3和图4，在各种实施例中，一旦每颗种子被定位在期望方位中，则经由拾放装置组212使每颗种子运动到取样子系统300。在各种实施例中，拾放装置组212包括多个拾放装置232，即，拾放装置232的数目与定向装置204的数目相等。类似地，取样子系统300包括的取样保持固定装置304的数目与定向装置204的数目相等。 

每个拾放装置232包括至少一个种子拾取器236，所述种子拾取器耦接到线性及旋转式致动器244的致动器臂240，所述线性及旋转式致动器244由主控系统700控制。在操作中，一旦每颗种子如上所述被以期望方位定向，则主控系统700操作每个相应的致动器244以便将每个种子拾取器236的提取尖端248定位成在相应种子定向基座204所保持的相应种子的正上方。然后，主控系统700将控制每个相应的致动器244，以便降低相应的致动器臂240和连接到致动器臂的种子拾取器236，使得提取尖端248能够抓握相应的种子。一旦每颗种子被相应的提取尖端248抓握住(即，固定位或保持住)，则主控系统700将控制每个致动器244升高相应的致动器臂240和连接到致动器的种子拾取器236，使得相应的种子从相应的种子座216提升起来。之后，经由主控系统700的控制，每个致动器244使每颗相应的种子运动到相应取样保持固定装置304正上方的位置。随后，主控系统700将控制每个致动器244，以便降低相应的致动器臂240和连接到致动器的种子拾取器236，使得提取尖端248能够将每颗种子相应的种子放置到对应的取样保持固定装置304中，由此每颗种子被保持住且样品被去除，这将在下文详述。特别地，利用定向数据，主控系 统700使每颗种子在相应的定向基座204上定向，从而使得每颗种子将被放置到对应的取样保持固定装置304中，并使这些种子的包含胚芽的部分(即“尖端”)指向远离与每个相应取样保持固定装置304相关的切割装置340的方向。因此，当被放置到一个取样保持固定装置304中时，每颗种子将被定位成使得每颗种子的“冠”指向成朝向或面向对应切割装置34的方向。因此，每个样品将从每颗相应种子的“冠”中去除，种子的“冠”中包含有该种子的子叶和/或胚乳组织(这将在后文描述)，从而使得每颗种子的发芽能力被保留。 

拾放装置的提取尖端252可以是任何尖端或装置，其适于从种子座216中抓握或拾取种子并且将每颗种子放置到取样子系统的一个相应取样保持固定装置304中，而不会损害种子或者危及种子的完整性和发芽能力，例如，不会损害种子的种子胚。例如，在各种实施例中，每个提取尖端248可以包括真空吸嘴，由此当将种子从相应的种子定向基座204中去除并放置到对应的取样保持固定装置304中时，利用真空来升举和保持每颗相应的种子。替代性地，每个提取尖端248可以包括机械爪、微型针、或任何其它保持装置，其在将种子从定向基座204传输到对应的取样保持固定装置304时不会危及种子的完整性和发芽能力。另外，在各种实施例中，致动器244能够被操作以独立地或一致地转动相应的致动器臂240，以便将种子从相应的种子座216传输到对应的取样保持固定装置304。替代性地，拾放装置212被构造成并可操作以使每个拾放装置232在定向子系统200和取样子系统300之间独立地或一致地侧向运动，以便将种子从相应的种子座216传输到对应的取样保持固定装置304。 

尽管定向子系统200在本文中已经被描述和示出成利用拾放装置232以便将种子从定向基座204传输到取样保持固定装置304，但是也可以利用任何合适的机构来执行该操作，并且该合适的机构在本发明的范围之内。例如，可想到的是，定向子系统200可以包括任何合适的设备、装置、组件等等，它们被构造成并可操作以转动、翻转、滑动、或以其它形式使每颗种子从定向基座204运动到取样保持固定装置304，使得每颗种子的“尖端”面向远离切割装置340的方向，其中所述切割装置340是与每个相应的取样保持固定装置304相关联的切割装置。 

现在参照图2、图3、图4和图5，在各种实施例中，取样子系统300包括基部平台312，其安装到系统支撑结构，并且取样保持固定装置304安装到基部平台312。取样子系统300进一步包括多个取样组件316，即，取样组件316的数目与取样保持固定装置304的数目相等。 

一般性地，在操作中每颗种子都被保持在相应的取样保持固定装置304中，且通过对应的取样组件316从每颗种子的“冠”(例如，每颗种子中包含子叶和/或胚乳组织的部分)中去除其样品，而不会损害种子或者危及种子的完整性和发芽能力。然后，经由种子及样品传送子系统400将每颗被取样的种子传输到种子收集组件500，并且将每个对应的被去除的样品传输到样品收集组件600，这将在后文描述。 

在各种实施例中，每个取样保持固定装置304包括抓握器块320，其构造成当通过主控系统700进行控制时，在轨道324(例如，轨或燕尾槽)上在种子接收位置和种子取样位置之间滑动。在各种实施方式中，每个抓握器块320包括种子沟道328和一对相对的夹持指332。当通过主控系统700控制时，夹持指332在打开位置和闭合位置之间是可运动的，其中在打开位置中时，通过相应的拾放装置232将种子放置在夹持指332之间，在闭合位置中时，夹持指332将每颗相应的种子牢牢地保持住以便由对应的取样组件316取样。 

这样，在各种实施例中，拾放装置232将种子从相应的定向基座204中去除，然后将这些种子放置在种子沟道328内以及已经运动到种子接收位置的相应抓握块320的夹持指332之间。随后，主控系统700将控制抓握器块320的操作，以便使夹持指332运动到闭合位置，并且使抓握器块320运动到种子取样位置。应当理解的是，当每颗种子已经被放置在相应抓握器块320内并且由其保持住，且抓握器块320已经运动到种子取样位置时，每颗种子的一部分已经被充足地暴露，以便允许对应的取样组件316从每颗相应种子中去除或取得样品。例如，在各种实施例中，在每颗相应种子的“冠”部分处被暴露，使得样品能够从“冠”中去除，并且不会被相应的抓握器块320干涉。 

在各种实施例中，使用由定向子系统200获得的成像数据，每个抓握器块320的取样位置均由主控系统700独立地确定，使得仅从各相应种子去除或提取期望量的样品。也就是说，每个抓握器块320沿 着相应的轨道324行进的距离能够被独立地动态控制，以便将每颗相应种子相对于对应的取样组件316定位，使得在取样时仅去除或提取每颗种子的期望量。 

在各种实施例中，每个取样组件316包括旋转驱动马达336，其可操作以控制切割装置340的运动，以便从每颗相应的种子去除或提取样品(例如，组织样品)。在各种实施方式中，切割装置340包括连接到驱动马达336的轴的切割刀片，使得轴的转动将使得相应的切割刀片以弧线式的、上下的、轧刀式动作来运动，以便对相应的种子进行切割并去除样品。在各种其它实施方式中，切割刀片可以经由凸轮装置连接到驱动马达336的轴，使得每根轴的转动将会使相应的切割刀片以上下且横切的动作来运动，以便去除相应的样品。切割刀片可以包括适于根据由相应驱动马达336施加的切割动作来切割种子的任何切割刀片，而不会挤压种子并损害芽胚，由此危及种子的完整性和发芽能力。例如，在各种实施例中，切割刀片包括类似于万能刀片或手术刀那样的刀片。 

一旦已经从种子去除或提取每个样品，相应的驱动马达336将使相应的切割装置340返回到为下一颗种子做好准备的切割位置。在各种实施方式中，每个驱动马达336仅仅需要转动大约30度，以便切割相应的种子以去除样品。 

如上所述，定向子系统200利用方位数据来使每颗种子在相应的定向基座204上定向，使得每颗种子被放置到对应的取样保持固定装置304中，且使每颗种子的“冠”面向或指向相应的切割装置340，而使每个种子的“尖端”指向成远离相应的切割装置340。因此，将从每颗种子的“冠”去除每个样品，使得相应种子的芽胚将不会被损害，且每个种子的发芽能力得以保留。另外，如本文中所述，主控系统700相对于每个对应的切割装置340空间地定位每颗种子的“冠”，使得仅每颗种子的冠的期望量被去除，以便由此保留每颗种子的发芽能力。 

现在参照图6，在各种实施例中，每个取样组件316可以包括线性致动的种子取样装置344，其包括可由主控系统700控制的线性致动器348，以便使驱动杆352沿着线性致动器348的纵向轴线X双向运动。另外，在各种实施例中，每个切割装置340可以包括连接到相应驱动杆352远端的样品提取刀头356。样品提取刀头356被构造成 从每颗种子去除或提取样品。更具体地，一旦种子被保持在取样保持固定装置304内，则主控系统700能够控制相应的线性致动器348的操作，以便使相应的样品提取刀头356运动成与相应的种子接触，使得样品提取刀头356从种子上去除样品。 

例如，在各种实施例中，样品提取刀头356可以是中空的切割管(例如，活组织检查冲头、穿孔器、或将被推动穿过每颗种子的类似装置)，其经由线性致动器348，以便刺穿每颗种子并提取样品。在其它实施例中，每个线性致动器348可以包括旋转的线性致动器，且每个样品提取刀头356可以包括切割的旋转刀头。因此，主控系统700可以控制线性致动器348同时转动(例如，旋转)切割的旋转刀头，并使相应的样品提取刀头356运动到与相应的种子接触，以便在每颗种子中钻孔并提取样品。 

现在参照图7，在各种实施例中，每个切割装置340可以包括被连接到相应驱动杆352远端的旋转式马达360，旋转的切割刀片364连接到相应马达360的轴。在这样的实施例中，一旦种子被保持在取样保持固定装置304中，则主控系统700可以控制相应的线性致动器348和马达360的操作，以便转动切割刀片364并使转动的切割刀片364运动到与相应种子接触，以便从该种子切取样品。 

每个切割装置340可以包括合适的装置，以便去除或提取每颗种子的期望量，从而提供每个种子的样品(例如，组织样品)。例如，在各种实施例中，每个切割装置340可以包括气刀、激光、水流喷射器、振动式刀片或刀头、或适于从每颗种子去除期望样品的任意其它切割装置。 

此外，在各种实施例中，每个切割装置340可以包括多个切割刀片、提取刀头、旋转式切割刀片、气刀、激光、水流喷射器、振动式刀片或刀头等等，使得可以去除每颗种子的多个部分。例如，在各种实施例中，每个切割装置可以包括两个切割刀片、提取刀头、旋转式切割刀片等等。在这样的实施例中，主控系统700可以控制取样组件316和取样保持固定装置304的操作，以便去除并抛弃每颗种子包括每颗种子的皮或种皮的第一部分，并随后或同时去除或提取每颗种子包括组织(例如，子叶和/或胚乳)的第二部分，其可以用作样品并适于基因分析，如以下所述的那样。 

替代性地，在各种实施例中，可以利用包括单个切割刀片、提取刀头、旋转式切割刀片等等的切割装置去除每颗种子的多个部分。例如，在这样的实施例中，主控系统700可以控制取样组件316和取样保持固定装置304的操作，以便去除并抛弃每颗种子的第一部分，由此去除并抛弃每颗种子的皮或种皮。随后，主控系统700可以控制取样组件316和取样保持固定装置304的操作以便去除或提取每颗种子包括组织(例如，子叶和/或胚乳)的第二部分，其可以用作样品并适于基因分析，如以下所述那样。 

另外，在各种实施例中，主控系统700可以控制取样组件316和取样保持固定装置304的操作以便从每颗相应的种子中去除不同的样品大小或量。也就是说，主控系统700能够将每颗种子的“冠”定位成距离相应切割装置340以任意特定距离，使得能够去除或提取任意的期望样品量和样品大小。 

应当理解的是，每个取样保持固定装置304被构造成并可操作以便牢固地保持每颗相应的种子，使得当对应的取样组件316从每颗种子去除样品时，每颗相应的种子不会运动，并且不会被损害，也不会危及每颗相应种子的发芽能力。例如，示例性参照图5，在各种实施例中，每个夹持指332可以由柔韧材料(例如，橡胶或其它类似合成橡胶的材料)制造或者可以包括柔韧材料的层，其可帮助将每颗相应的种子牢固且稳固地保持在夹持指332之间，而不会损害种子芽胚，也不会危及种子的完整性和发芽能力，例如，不会损害种子的芽胚。 

现在参照图8A，在各种实施例中，每个取样保持固定装置304可以包括一对相对的柔韧垫(pliable paddles)362，其耦接至安装在基部366上的致动器365。在这样的实施例中，当每颗种子被从定向子系统300传输并放置在柔韧垫362之间时，主控系统700控制致动器365以便将每颗相应的种子牢牢地抓握并保持在柔韧垫362之间。柔韧垫362可以由任意柔韧材料(例如，橡胶或其它类似合成橡胶的材料)制造，其可帮助将每颗相应的种子牢固且稳固地保持在柔韧垫362之间，而不会损害种子，也不会危及种子的完整性和发芽能力。 

现在参照图8B，在各种实施例中，每个取样保持固定装置304可以包括带凹槽的底部368，其包括凹进的种子沟道369和经由旋转式致动器372枢转连接到基部368的柔韧罩盖370。在这样的实施例 中，当每颗种子被从定向子系统300传输并放置到种子沟道369中时，主控系统700控制旋转式致动器372以便将柔韧罩盖370定位成与每颗相应的种子接触，由此将每个相应的种子牢固地保持在相应的种子沟道369中。柔韧罩盖370可以由任意柔韧材料(例如，橡胶或其它类似合成橡胶的材料)制造，其可帮助将每颗相应的种子牢固且稳固地保持在种子沟道369中，而不会损害种子，也不会危及种子的完整性和发芽能力。 

现在参照图8C，在各种实施例中，每个取样保持固定装置304可以包括一对相对的带槽垫374，其耦接至安装在基部378上的致动器376。在这样的实施例中，当每颗种子被从定向子系统300传输并放置在带槽垫374之间时，主控系统700控制致动器376以便将每颗相应的种子牢牢地抓握并保持在带槽垫374之间。因此，每颗相应的种子将被牢固且稳固地保持在带槽垫374的凹槽内，而不会损害种子，也不会危及种子的完整性和发芽能力。 

现在参照图8D，在各种实施例中，每个取样保持固定装置304可以包括基部380，并且包括安装到线性致动器385的驱动杆384远端的真空杯382。在这样的实施例中，当每颗种子被从定向子系统300传输并放置在基部380上时，主控系统700控制线性致动器385以便将真空杯382定位成接触每颗相应的种子。然后，在相应的真空杯382处提供真空。因此，每颗相应的种子被牢固且稳固地保持在相应的真空杯382内并且位于相应的基部380上，而不会损害种子，也不会危及种子的完整性和发芽能力。 

现在参照图5、图8E和图8F，在各种实施例中，每个取样保持固定装置304可以包括固定地安装到基部平台312的夹持块388，夹持块388包括基部392和盖394，以便在取样期间保持种子。另外，每个取样保持固定装置304可以包括可滑动地安装到基部平台312的基准块390，其构造成并可操作以将每颗种子对准在相应的夹持块内，使得在取样期间去除每颗种子的特定期望量。每个夹持块基部932的顶表面包括种子嵌入座396的第一尾部396A，每个相应夹持块的盖394的底表面包括相应的种子嵌入座396的第二尾部396B，且每个基准块390的顶表面包括相应种子嵌入座396的头部396B。在这样的实施例中，当由主控系统700控制时，每个夹持块的盖在初始时被放 置在“打开”位置中，从而提供到相应的种子嵌入座396的第一尾部396A的接近途径。另外，当由主控系统700控制时，每个基准块390被放置成接近相应的夹持块的基部392。当每个基准块390被放置在“取样”位置中时，在相应的夹持块基部392和基准块390之间提供了切割间隙398，每个基准块390基本上覆盖了相应的提取孔386。 

在任意取样保持固定装置304的夹持块盖394处于“打开”位置中且基准块390处于“取样”位置中，种子可以被从定向子系统300传输并放置到相应的种子嵌入座396中，即，相应种子嵌入座396的第一尾部396A和头部396C。更具体地，每颗种子均被放置到相应的种子嵌入座396中，使得每颗种子的“冠”邻接相应的种子嵌入座头部396C的远端399，由此使得每颗种子的“冠”相对于切割间隙398一致且准确地对准。因此，每个切割装置340将一致且准确地仅去除每颗种子的特定样品量，这将在下文详述。 

一旦种子已经被放置到相应的种子嵌入座396(即，相应种子嵌入座396的第一尾部396A和头部396C)中，主控系统700指令相应的夹持块的盖394到“闭合”位置，由此每颗相应的种子被牢固地保持在种子嵌入座396内，而不会损害种子，也不会危及种子的完整性和发芽能力，即不会损害种子芽胚。 

此外，在这样的实施例中，切割装置340可以包括旋转式切割刀片364，其构造成并可操作以经由相关联的马达(未示出)和主控系统700的控制从而转动并相对于夹持块388竖直地和/或水平地运动，以便去除每个相应的样品。更具体地，旋转式切割刀片364可以被构造成并可操作以便以高速转动并沿着由切割间隙398提供的路径行进通过每颗相应的种子。 

一旦种子已经被取样，则通过主控系统700的控制，使相应的基准块390运动离开对应的夹持块基部392，到达“提取”位置，由此不再盖住相应的提取孔386并在夹持块基部392和基准块390之间形成提取间隙395。然后，种子样品经由重力、真空和/或加压空气从种子嵌入座396的头部396C通过提取孔386被提取，并且被存放到样品收集托盘604(例如，微型碟)中的一个中，如下所述那样。随后，主控系统700指令夹持块的盖394到“打开”位置，以便允许被取样的种子经由重力、真空和/或加压空气从种子嵌入座396的第一尾部396A 通过提取孔386被提取，并且被存放到种子收集托盘504中的一个中，这将在后文描述。 

在各种实施方式中，夹持块的盖394可以由柔韧材料(例如，橡胶或其它类似合成橡胶的材料)制造或者可以包括由柔韧材料制成衬垫，其可帮助将每颗相应的种子牢固且稳固地保持在种子嵌入座396内，而不会损害种子，也不会危及种子的完整性和发芽能力。替代性地，在其它实施方式中，夹持块的盖394可以包括柔韧且平坦的盖，即，没有种子嵌入座396的第二尾部396B，例如上面关于图8B所描述的那样。 

而且，可以想到的是，上面参照图8A、图8B、图8C、图8D、图8E和图8F所描述的取样保持固定装置304的任意组合被用来在取样期间将每颗种子牢固且稳固地保持住，而不会损害种子，也不会危及种子的完整性和发芽能力。 

现在参照图2，每个种子收集托盘504包括多个种子井506，每个种子井506适于接收从种子及样品传送子系统400分配来的种子，这将在后文描述。例如，在各种实施例中，每个种子收集托盘504可以包括二十四井504。类似地，每个样品收集托盘604包括多个样品井606，每个样品井606适于接收从种子及样品传送子系统400分配来的样品，这将在后文描述。例如，在各种实施例中，每个样品收集托盘604可以包括具有九十六微型井606的微型碟。 

一旦种子已经被取样，则种子和样品经由种子及样品传送子系统400被分别存放到种子收集组件500和样品收集组件600中。而且，种子及样品传送子系统400可以由主控系统700控制，以便将取样的种子整理送至种子收集托盘504并将对应的种子样品整理送至样品收集托盘604，同时对对应的取样种子和种子样品在相应的种子收集托盘504和样品收集托盘604中的位置进行追踪并建立映射(map)。 

如上所述，在各种实施例中，种子及样品传送子系统400包括多个分送器组件404。更具体地，种子及样品传送子系统400包括在数目上与取样组件316的数目相等的分送器组件404。而且，每个分送器组件404经由系统支撑结构被安装成相邻于一个对应的取样组件316，使得当每个取样组件316从种子中去除样品时，样品和被取样的种子被顺序地存放到相应的分送器组件404中。 

种子及样品传送子系统400另外包括在数目上与分送器组件404的数目相等的种子存放管408。每根种子存放管408包括近端和相对的远端，其中近端连接到一个相应的分送器组件404，并且相对的远端定位在种子收集组件500的种子托盘平台508上方。种子托盘平台508构造成可去除地将多个种子收集托盘504保持在固定的位置和方位中。此外，种子及样品传送子系统400包括在数目上与分送器组件404相等的样品存放管412。每根样品存放管412包括近端和相对的远端，其中近端连接到分送器组件404中相应一个，并且相对的远端定位在样品收集组件600的样品托盘平台608上方。样品托盘平台608构造成可去除地将多个样品收集托盘604保持在固定的位置和方位中。 

每个分送器组件404被构造成并可操作以便经由主控系统700的控制从而将种子样品分送到对应的样品存放管412，以及将对应的被取样的种子分送到种子存放管408。一般地，随着种子被取样，相应的样品经由重力、真空、和/或加压空气被提取到对应的分送器组件404中，由此主控制器700指令分送器组件404将样品分送到相应的样品存放管412中。相应的样品然后经由重力、真空、和/或加压空气被传输通过样品存放管412，并被存放到样品收集托盘604中被选择一个的井606中被选择的一个中，其中样品收集托盘604被可去除地安装到样品托盘平台608。类似地，相应取样的种子随后经由重力、真空、和/或加压空气被提取到对应的分送器组件404中，由此主控制器700指令分送器组件404将取样的种子分送到相应的种子存放管408中。然后，相应的种子经由重力、真空、和/或加压空气被传输通过种子存放管408，并被存放到种子收集托盘504中被选择一个的井506中被选择的一个中，其中种子收集托盘504被可去除地安装到种子托盘平台508。 

例如，参照图3和图5，在各种实施例中，取样子系统基部平台312可以包括多个提取孔386，其中每个提取孔386均位于相应一个切割装置340的正下方。另外，每个分送器组件404的入口管416在提取孔386中对应的一个处被连接到取样子系统基部平台312的底部。因此，当种子被取样时，相应的样品经由重力、真空、和/或加压空气通过相应的提取孔386被提取，并且经由对应的入口管416进入 到对应的分送器组件404中。然后，所提取的样品经由分送器组件404被分送到相应的样品存放管412，并且被存放到样品收集托盘604中特定一个的井606中的特定一个中。随后，对应的被取样种子经由重力、真空、和/或加压空气通过提取孔386被提取，并且经由入口管416进入到对应的分送器组件404中。然后，所提取的被取样种子经由分送器组件404被分送到相应的样品存放管412，并且被存放到种子收集托盘504中特定一个的井506中的特定一个中。 

为了将每个样品都存放到样品收集托盘604中特定一个的井606中的特定一个中，样品托盘平台608被安装到样品托盘平台X-Y工作台612，样品托盘平台X-Y工作台612是双向的平移机构，其包括X轴线平移轨616和Y轴线平移轨618。样品托盘平台X-Y工作台612另外包括第一线性致动器620，其可操作以使第一托架(未示出)沿着X轴线平移轨616的长度双向运动，并且还包括第二线性致动器624，其可操作以使第二托架(未示出)沿着Y轴线平移轨618的长度双向运动。Y轴线平移轨618安装到第一托架，且样品托盘平台608被安装到第二托架。另外，样品存放管412经由系统支撑结构被安装成将近端定位在样品托盘平台X-Y工作台612上方，且样品托盘平台608将多个样品收集托盘604保持住。 

当每个样品收集托盘604被放置在样品托盘平台608上时，关于每个样品收集托盘604的样品收集托盘识别号(例如，条形码)和每个相应的样品收集托盘604在样品托盘平台608上的位置被记录在主控系统700中。基于每个样品收集托盘604被记录的位置以及每个样品收集托盘604中井606的已知识别号和构造，主控系统700确定每个样品收集托盘井606在样品托盘平台608上的X-Y坐标位置。 

在与种子取样的协调中，样品托盘平台X-Y工作台612的第一线性致动器620和第二线性致动器624由主控系统700控制，以便使样品托盘平台608在X-Y坐标系内运动，从而将任意一个或多个被选择的样品收集托盘604的一个或多个被选择的井606精确地定位在任意一个或多个样品存放管412的近端正下方的一个或多个目标位置处。因此，每个样品将被存放到样品收集托盘604的特定的被选择的井606中。 

例如，在各种实施例中，在取样子系统300从相应的种子提取样 品之前，如上所述，主控系统700控制样品托盘平台X-Y工作台612以便将所选组的井606定位在位于两个或多个样品存放管412下方的相应的目标位置处。当所选组的井606被放置在相应的目标位置处时，每根样品存放管412的近端与所选组中的井606的对应一个对准，并且与其接近或接触。随后，主控系统700指令取样子系统300从相应的种子提取样品。然后，每颗种子被吸入到对应的分送器组件404，并且通过相应的样品存放管412传输到对应的被选择的样品收集托盘的井606。 

主控系统700然后将每个存放的提取样品的X-Y位置与所记录的井606的位置进行比较，以便将每个被提取的样品映射到每个样品被存放的相应样品收集托盘604的相应的井606。 

类似地，为了将每个被取样的种子都存放到种子收集托盘504中特定一个的井506中的特定一个中，种子托盘平台508被安装到种子托盘平台X-Y工作台512，种子托盘平台X-Y工作台512是双向的平移机构，其包括X轴线平移轨516和Y轴线平移轨518。种子托盘平台X-Y工作台512另外包括第一线性致动器520，其可操作以使第一托架(未示出)沿着X轴线平移轨516的长度双向运动，并且还包括第二线性致动器524，其可操作以使第二托架(未示出)沿着Y轴线平移轨518的长度双向运动。Y轴线平移轨518安装到第一托架，且种子托盘平台508被安装到第二托架。另外，种子存放管408经由系统支撑结构被安装成将近端定位在种子托盘平台X-Y工作台512上方，且种子托盘平台508将多个种子收集托盘504保持住。 

当每个种子收集托盘504被放置在种子托盘平台508上时，关于每个种子收集托盘504的种子收集托盘识别号(例如，条形码)和每个相应的种子收集托盘504在种子托盘平台508上的位置被记录在主控系统700中。基于每个样品收集托盘504被记录的位置以及每个样品收集托盘504中井506的已知识别号和构造，主控系统700确定每个种子收集托盘井506在种子托盘平台508上的X-Y坐标位置。 

在与种子取样的协调中，种子托盘平台X-Y工作台512的第一线性致动器520和第二线性致动器524由主控系统700控制，以便使种子托盘平台508在X-Y坐标系内运动，从而将任意一个或多个被选择的种子收集托盘504的一个或多个被选择的井506精确地定位在任意 一个或多个种子存放管408的近端正下方的一个或多个目标位置处。因此，每个被取样的种子将被存放到种子收集托盘504的特定的被选择的井506中。 

例如，在各种实施例中，在取样子系统300从相应的种子提取样品之前，如上所述，主控系统700控制种子托盘平台X-Y工作台512以便将所选组的井506定位在位于两个或多个种子存放管408下方的相应的目标位置处。当所选组的井506被放置在相应的目标位置处时，每根种子存放管408的近端与所选组中的井506的对应一个对准，并且与其接近或接触。随后，主控系统700指令取样子系统300从相应的种子提取样品。然后，每颗种子被吸入到对应的分送器组件404，并且通过相应的种子存放管408传输到对应的被选择的种子收集托盘的井506。 

主控系统700然后将每个存放的提取的取样种子的X-Y位置与所记录的井506的位置进行比较，以便将每个被提取的取样种子映射到每个取样种子被存放的相应种子收集托盘504的相应的井506。 

更具体地，主控系统700然后能够使具体的井606和样品收集托盘604(每个样品被存放到样品收集托盘604中)与具体的井506和种子收集托盘504(每颗对应的被取样的种子被存放到种子收集托盘504中)相关、联系、绑定或映射。因此，每个样品以及提取该样品的对应的种子可以被追踪以便用于农作物分析或者用于其它目的。例如，育种员可以利用将每个种子样品和取得这些样品的相应取样种子联系起来的映射数据预选择种子和那些包含特定遗传基因的作物。 

尽管已经在本文中将种子处理系统10描述并示出为包括有拾放装置组212，以便使定向的种子从定向基座204运动到取样保持固定装置304，随后种子被取样，但是可以设想种子处理系统10的其它实施例，其中每个种子在相应的定向基座上被保持并取样。例如，在各种实施例中，每个定向基座204可以包括上述任意保持固定装置304，其被连接到可由马达224转动的轴220的远端。因此，在这样的实施例中，当种子被存放到定向基座204上时，种子被从一根或多根种子传输管124直接存放到相应的保持固定装置304上。之后，相应的保持固定装置304牢固且稳固地保持住种子，并且经由被一个或多个成像装置208选择的方位数据，种子被定向成使得“冠”朝向相应的取样 组件316，如上所述那样。 

在这样的实施例中，每个取样组件316都是可运动的，当由主控系统700控制时，在关于每颗种子的空间关系上定位相应的切割装置定位以便从每颗种子去除期望的样品量。因此，一旦每颗种子已经被存放到相应的定向基座204/保持固定装置304时，每颗种子被定向，以便将“冠”定位成朝向相应的取样组件316。然后使每个相应的取样组件运动，以便使得相应的切割装置340关于相应的种子“冠”正确定位，并且去除样品。然后，样品和取样的种子被提取到相应的分送器组件404，并且存放到对应的样品收集托盘604和种子收集托盘504中，如上所述那样。 

参照图9，如本文中所用，主控系统700可以包括基于系统的单个计算机，或者包括基于子系统的多个计算机，这些子系统可以被联网在一起以便协调种子处理系统10的操作，如本文中所描述的那样。例如，在各种实施例中，主控系统700可以包括多个控制器子系统，例如，用于本文中所描述的种子取样器系统10的每个站、系统和子系统的控制器子系统。在这样的实施例中，每个控制器子系统可以包括一个或多个处理器或微处理器，其与各个种子取样系统传感器、装置、机构、马达、工具等等通信，并且与主控制器系统联网在一起以便协作地操作种子处理系统10的所有站、系统和子系统。 

或者，替代性地，主控制系统700可以包括基于系统的单个计算机，其与种子处理系统10的各个传感器、装置、机构、马达、工具等等通信，以便协作地操作种子处理系统10的所有站、系统和子系统。例如，在各种实施例中，主控系统700是基于总体上包括至少一个处理器704的系统的计算机，其中处理器704适于执行主控系统700的全部功能，以便自动地、或机器人地控制种子处理系统10的操作，如本文中所描述的那样。主控系统700另外包括至少一个电子存储装置708，其包括计算机可读介质，例如，硬盘或任何其它电子数据存储装置，以便将这些事物存储为软件包或程序、算法和数字信息、数据、查找表、电子展开表和数据库等等。在各种实施例中，主控系统700可进一步包括：用于将这些事物作为信息、数据和/或图形表示进行显示的显示装置712；以及至少一个用户接口装置716，例如键盘、鼠标、记录笔(stylus)、和/或在显示装置712上的交互式触摸屏。在 各种实施例中，主控系统700可以进一步包括可移除的介质读取器720，以便从可移除的电子存储介质读取信息和数据，和/或将信息和数据写到可移除的电子存储介质，例如，软盘、光盘、DVD光盘、压缩磁盘、或任意其它计算机可读的可移除和便携式电子存储介质。在各种实施方式中，可移除的介质读取器720可以是被使用的I/O端口，以便读取外部或外围存储装置，例如，拇指驱动器、记忆棒/卡、或外部硬盘驱动器。 

总体上，如上所述那样，主控系统700包括种子取样程序，种子取样程序存储在存储装置(例如，存储装置708)上，由处理器(例如，处理器704)执行，并且使用来自用户接口(例如，用户接口716)、和/或种子处理系统10的各种部件、传感器、系统和组件的各种输入。特别地，种子取样程序可以包括各种用户程序、应用、例程、子例程、和/或算法，其可以由处理器(例如，处理器704)执行，以便实现和控制种子处理系统10的操作。 

另外，在各种实施例中，如上所述，主控系统700可以经由有线联接或无线联接通信地连接到远程服务器网络(例如，局域网(LAN))。因此，主控系统700可以与远程服务器网络通信，以便上载和/或下载数据、信息、算法、软件程序等等，和/或接收操作指令。另外，主控系统700能够以各种形式配置，以便接入互联网，从而从互连网网站和网络服务器下载数据、信息、算法、软件程序等，或将数据、信息、算法、软件程序等上载到互连网网站和网络服务器。 

通过本发明准备的样品可以被用于确定广泛的各种物理学、形态学、化学和/或基因的性状。一般地，通过对用于表示了至少一个基因或化学性状的一个或多个特性的样品进行分析来确定这样的性状。表示了化学性状的特性的非限制性示例包括蛋白质、油、碳水化合物、脂肪酸、氨基酸、生物聚合物、药剂、淀粉、可发酵淀粉、二次化合物、以及代谢物。因此，化学性状的非限制性示例包括氨基酸含量、蛋白质含量、淀粉含量、发酵产出、发酵效率、能量产出、油含量、蛋白质图谱确定、脂肪酸图谱确定、代谢物图谱确定。 

表示了基因性状的特性的非限制性示例可以包括，例如，基因标记、单核苷酸多态性、简单序列重复、限制酶断片长度多态性、单体型、标签SNPs、基因标记的等位基因、基因、源于DNA的序列、源 于RNA的序列、启动子、基因的5′未转译区、基因的3′未转译区、微RNA、siRNA、数量性状座位(QTL)、卫星标记、转基因、mRNA、ds mRNA、转录谱、以及甲基化模式。 

本发明的方法和装置可以被用在育种程序中，以便选择具有期望基因或化学性状的作物和种子，其中期望的基因性状包括基因型、单体型、等位基因、序列、转录谱、以及甲基化模式。本发明的方法可以被与任何育种方法组合使用，并且可以被用来选择单代或选择多代。 

在特定的实施例中，本发明的方法在标记辅助的育种程序中被用来确定种子的基因特性。这样的方法允许改善的标记辅助育种程序，其中可以实施非破坏性的直接种子取样，同时维持独立种子从种子取样器到田地的识别。作为结果，标记辅助育种程序导致了“高处理量”且更有效的平台，其中种子的种群具有期望的性状，标记或基因型可以在更短的时间段内被更有效地增加(bulked)，要求更少的田地和劳动力资源。这些优点将在下面被更充分地描述。 

在各种实施例中，本发明提供了一种用于对具有基因差异的种子种群中的独立种子进行分析的方法。该方法包括：从种群中的种子去除包括带有核酸的细胞的样品，而不会影响种子的发芽能力；关于至少一个基因标记的存在或缺失对从样品提取的核酸进行分析；基于核酸分析的结果从种群中选择种子；以及由选择的种子培育作物或作物组织。 

关于合适的基因多态性的存在或缺失对所提取的核酸进行分析。用于该基因多态性分析的广泛的各种基因标记是可获得的，并且是本领域技术人员所已知的。如此处所用，基因标记包括但不限于，简单序列重复(SSRs)、单核苷酸多态性(SNPs)、插入或缺失(indels)、单特征多态性(SFPs，例如，像在Borevitz等人的2003 Gen.Res13：513-523中所描述的那样)或转录谱、以及核酸序列。用于基因标记存在或缺失的核酸分析可以被用于种群育种中的种子选择。该分析可以被用于基因、QTL、等位基因、或包括基因标记或联接到基因标记的染色体区域(单体型)的选择。在这方面，分析方法在本领域是已知的，并且包括但不限于，基于PCR的检测方法(例如，TagMan化验)、微阵列方法、以及核酸序列方法。可以使用具有对经典育种 策略进行修改的更新的分子生物学技术来对将要被选择的基因、等位基因、QTL、或单体型进行识别。 

如上所述，本发明的取样系统和方法包含了种子的发芽能力，从而是非破坏性的。发芽能力意味着被取样的种子的绝大多数(即，大于所有被取样种子的50％)在被取样之后保留了生长发育性。在特定实施例中，至少75％的取样种子保留了生长发育性，在某些实施例中，至少85％的取样种子保留了生长发育性。应当提到的是，在某些情况下或者关于某些应用，更低比率的发芽能力可以被容许，例如，基因型成本随着时间而减少，这是因为更多数量的种子可以关于相同的基因型成本被取样。还应当注意的是，取样不必对生长发育性具有任何影响。 

在其它实施例中，在取样之后，发芽能力被维持至少六个月，以便确保被取样的种子将是可生长的，直到其到达田地用于种植时为止。在特定实施例中，本发明的方法还包括对取样的种子进行处理以便维持发芽能力。这样的处理一般可以包括本领域中已知的用于在存储或运输的同时保护种子免受环境条件影响的任何方式。例如，在各种实施例中，取样的种子可以被用聚合物和/或杀真菌剂处理，以便在被种植之前在其被存储和运送到田地的同时保护被取样的种子。 

在将种子从取样位置运送到田地的同时，可以使用一些保留单个种子识别性的方法。这些方法包括但不限于，将背选择的独立种子传输到种子带、盒式托盘、索引式托盘、带有泥炭腐殖质营养钵的移植、由独立的种子包来人工种植。 

可以使用本领域中技术人员所已知的能提供充足的DNA产出、DNA质量、PCR响应、以及序列方法响应的任意DNA提取方法，从样品中提取DNA。合适的DNA提取方法的非限制示例是采用离心分离的基于SDS的提取。另外，所提取的DNA在提取后可以使用本领域中技术人员已知的任何放大方法来加以放大。例如，一种合适的放大方法是来自Amersham Biosciences的 

DNA放大预备(amplification prep)。 

此外，可以使用本领域中技术人员所已知的能提供充足的RNA产出、RNA质量、PCR响应、以及序列方法响应的任意RNA提取方法，从样品中提取RNA。合适的RNA提取方法的非限制示例是采用 离心分离的基于SDS的提取，其中考虑了无核糖核酸酶(RNase-free)试剂和供给。另外，所提取的RNA在提取后可以使用本领域中技术人员已知的任何放大方法来加以放大。例如，一种合适的放大方法是来自System Biosciences的Full 

RNA放大。 

尽管本发明直接涉及对葫芦种子的取样，但是本领域中的技术人员将会认识到任何种子都可以利用本发明的方法和装置。例如，在各种实施例中，种子可以选自由以下所构成的组：苜蓿种子、苹果种子、香蕉种子、大麦种子、豆的种子、花椰菜种子、蓖麻种子、柑橘种子、红花草种子、椰子种子、咖啡种子、玉米种子、棉花种子、黄瓜种子、花旗松种子、桉树种子、火炬松种子、亚麻籽种子、甜瓜种子、燕麦种子、橄榄种子、棕榈树种子、豌豆种子、花生种子、胡椒种子、白杨种子、放射松种子、油菜籽种子、稻米种子、黑麦种子、高粱种子、南方松种子、大豆种子、草莓种子、甜菜种子、甘蔗种子、向日葵种子、枫香种子、茶叶种子、烟草种植、西红柿种子、草皮种子、小麦种子、以及拟南芥种子。在更特别的实施例中，从由以下所构成的组里选择种子：花椰莱种子、甘蓝菜种子、胡萝卜种子、菜花种子、大白菜种子、黄瓜种子、干豆种子、茄子种子、茴香种子、四季豆种子、葫芦种子、韭葱种子、莴苣种子、甜瓜种子、秋葵种子、洋葱种子、豌豆种子、胡椒种子、南瓜种子、萝卜种子、菠菜种子、倭瓜种子、甜玉米种子、西红柿种子、以及西瓜的种子。在更特定的实施例中，种子包括：黄瓜种子、干豆种子、四季豆种子、葫芦种子、甜瓜种子、豌豆种子、倭瓜种子、甜玉米种子、秋葵种子、以及西瓜的种子。 

本发明的方法还可以被用在育种程序中以便将性状基因渗入到作物中。这样的方法包括：从种群中的种子去除包括带有核酸的细胞的样品，而不会影响种子的发芽能力；关于至少一个基因标记的存在或缺失对从样品提取的核酸进行分析；基于核酸分析的结果从种群中选择种子；由选择的种子培育可育作物；以及，将该可育作物用作与另一作物交叉的母本或父本。 

例如，在各种实施例中，本发明提供了生产杂交种子的改善方法。该方法包括：将由单个隐性核基因控制的基因式雄性不育基因渗入到种子中，从而开发出包括雄性不育母本的种子种群。然后，对给种子种群进行分析以便识别出与该标记分开的种子，这些种子被选择用作 母本以便生产杂交种子。该改善的工艺的有利之处在于其不需要去除花朵或人工去雄，由此允许使用蜜蜂授粉。而且，通过该方法在一处对大量的种子进行分析和选择，然后再将种子运到世界上任意处以便直接播种从而生产杂交种子。 

示例性参照甜瓜种子，在甜瓜中识别出用于控制雄性不育的五个单个隐性核基因。雄性不育系总是将不育作物和可育作物分开，这是因为必需通过采用杂合的、同基因的雄性可育作物(Ms/ms)给雄性不育作物授粉(ms/ms)，从而维持这些不育系。因而，核基因式雄性不育的使用需要在杂交种子生产的田地中将雄性可育的分离物从母本行中去除。然而，通过将分子标记联接到雄性不育基因，本发明的设备、系统和方法可以别用来对所分离的种子关于该标记进行分析，并且自动选择仅被预测是雄性不育的种子。 

在甜瓜中，五个雄性不育(ms)基因中的两个已被绘制成带分子标记的基因图谱。ms3基因的图谱绘制最初被Park等人在2004年完成。(参见，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))。申请人已经证明由Park等人所描述的ms3标记可以被用于高处理量地对从甜瓜种子提取的DNA样品进行分析(参见图10)。图10提供了琼脂糖凝胶的图示，其中示出了在联接到ms3基因的标记处的等位基因分解。与ms3不育相关的标记的等位基因在道6、8、10、12、14、16-21中处于上方，而与ms3可育相关的标记的等位基因在道1-5、7-9、11、13、15、17-21中位于下方。 

申请人还将ms3基因映射到基因连锁图谱(参见图11)。图11提供了包含有ms3和ms4基因的基因连锁群的图示，其中示出了ms基因相对于被联接的分子标记的位置。联接距离(单位cM)被示出在连锁群的左边，分子标记和ms位点被示出在连锁群的右边。 

申请人还将ms4基因映射到位于两个微型卫星标记CmNR65和CmG2797之间的位置(参见图12)。图12提供了琼脂糖凝胶图像，其中示出了来自反应混合物的PCR产物，该反应混合物使用了从甜瓜种子组织样品中离析的DNA。迄今为止的经验显示，联接到ms3基因和ms4基因的标记提供了必需的标记工具，用于ms基因到甜瓜母 本系的ms基因的有效的基因渗入，以及用于使用本文所描述的该自动的、非破坏性的种子取样和标记分析方法对来自关于不育而分开的众多母本系的原种的雄性不育基因型(ms/ms)进行选择。 

使用本发明方法的优点包括但不限于，减少了每一种群或育种系所需的劳动力和田地资源、增加了对每单位田地育种种群的更大数目进行评估的能力、以及增加了在授粉之前关于期望的性状对育种种群进行分析的能力。每种群的田地资源是通过限制了达到期望基因型所要求的田地空间来减少的。例如，一个1000个独立体的种群可以被种植成每行25颗种子，总共在田地中占据40行。使用常规的组织取样，全部1000株作物通过采取叶组织来加标记和人工取样。分子标记的结果必需在授粉之前就需要，并且仅那些包含期望基因组分的作物将被授粉。这样，如果确定50颗种子包含有期望的基因组分，则常规育种方法将需要种植1000株作物以便保留该50颗期望的种子。作为对比，本发明的方法使得育种员在种植之前在实验室内分析1000颗种子并选择50颗期望的种子。然后，这50颗独立体被种植在田地中，仅仅占用2行，每行25颗种子。另外，本发明的方法并不要求在田地中进行标记和取样，由此显著地减少了所需要的人工劳动资源。 

除了减少每种群的田地种植行数的数目，本发明的方法还进一步增加了育种员在给定的苗圃中能够评估的种群数目。利用上述示例，其中每1000颗种子的种群有50颗种子包含期望的基因组分，育种员应用本发明的方法能够评估20个具有50颗种子的种群，而其使用的田地面积和用常规田地组织取样技术的单一种群所使用的田地面积是相同的。即使是关于单个等位基因，对F2种群使用了期望的1∶2∶1分离比例，育种员也能够在和单一的田地组织取样种群的相同田地面积中评估4个种群。 

本发明方法一个进一步的潜在优势在于，与在某些地理地形中使作物生长相关联的风险得以缓解，在这些地理地形中作物可能贫瘠地生长，或者经受贫瘠的环境条件(包括疾病)，或者甚至可能在暴风雨中被破坏。 

当本文中介绍实施例的元件或特征时，措词“一”、“一个”、“一颗”、“一根”、“一种”、以及“该”和“所述”旨在意指一个或多个这样的元件 或特征。术语“包括”和“具有”的含义是包括性的，意指除了具体提到的那些元件或特征之外，可能还有另外的元件或特征。要进一步理解的是，本文所描述的方法、过程、以及操作不应被理解为必需按照所详述和例示出的特定顺序来执行，除非被特别地明确为执行顺序。 

本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，因此，不脱离本发明要旨的变形都被认为是在本发明的范围内。这样的变形不被认为是脱离了本发明的精神和范围。 

Claims (3)

1.一种用于将雄性不育基因渗入到杂交种子中的方法，所述方法包括：

提供杂交种子的种群；

从所述种群中的多颗种子中去除包括了带核酸的细胞的组织样品，同时保留每颗种子的发芽能力；

对从每个组织样品提取的核酸进行分析，以确定至少一个基因标记是否存在，所述至少一个基因标记指示了是否存在雄性不育基因；

基于所述雄性不育标记的存在，从所述多颗种子中选择种子；以及

从所述种子培育可育作物。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括将所述可育作物用作与另一作物杂交的母本。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述杂交种子包括从下列种子构成的组中选择的种子：黄瓜种子、干豆种子、四季豆种子、葫芦种子、甜瓜种子、豌豆种子、倭瓜种子、甜玉米种子、秋葵种子、以及西瓜种子。

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