高通量种子自动化取样及阳性种子挑选系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分子育种技术领域，特别是关于一种高通量种子自动化取样及阳性种子挑选系统及方法。
【背景技术】
[0002]生物技术和育种研究，以及种子产业正面临着严峻的挑战和危机，从传统的常规育种技术向依靠生物技术，信息技术，和自动化的转变是现代农业发展的必然选择。实现高通量分子育种的基本前提是首先实现高通量提取不同的高纯度DNA/RNA/蛋白/代谢物这是目前制约生物技术和分子育种效率的限速步骤之一。
[0003]常规分析方法都是先在田间种植大量群体，取植株叶片提取DNA/RNA。而采用单粒种子切取胚乳提取DNA可以先在室内进行目的基因的大规模筛选，只选择含有目的基因的籽粒种植于田间，继续进行下一步选育，这样可以大大提高玉米育种效率。此外，提取胚乳DNA不仅可以节省植物幼苗的培育时间，还可以打破地域种植季节限制，实现一年多代检测。从保证检测结果准确性考虑，由于切取胚乳后的剩余部分仍然可以在田间种植，真正实现室内鉴定结果与田间结果一一对应，克服了取样误差、田间出苗率、环境因素对室内鉴定结果与田间鉴定结果相关性的影响，能够保证室内检测结果的准确率。从生产成本考虑，提取胚乳DNA可以大面积节约土地，大量节约人力、物力和财力。所以，提取胚乳DNA进行检测符合现代植物育种的需求，该发明具有十分广阔的应用前景，不仅可以广泛应用于植物分子生物学领域，还可以应用于常规育种及品种保护，例如:1)分子标记辅助育种中用于目的基因的跟踪及定向选择，可以减少田间选择的不稳定性及经验依赖度。2)在转基因育种中具有更大的应用前景和空间，如转基因材料的检测、T1代进行纯合株系的鉴定、转基因玉米的回交转育筛选。3)转基因安全检测。2001年我国发布实施了《农业转基因生物安全管理条例》，对农业转基因及其产品实行安全评价制度。4)加快种子纯度的分子检测速度，在品种保护、纯度和真实性检测方面具有重要价值，对保证种子质量安全具有重要意义。5)常规育种中的自交系提纯，比如有些自交系在7代以后仍然在个别性状上出现分离，在田间根据植物学性状用肉眼选择提纯难度很大，而在实验室用分子标记方法很容易挑选出纯合的个体种植于田间。6)用于基因表达、代谢途径的研究
[0004]在种子检测时，有效种子样品准确的采样部位、高通量采集及防止大量样品采集中的交叉污染对结果的准确性有决定性作用。目前，国内常规种子取样是手工使用小钻头钻取胚乳，存在工作效率低、难以获得有用的样本量、存在重大污染风险、取样准确性低影响发芽率、严重依赖工作人员的技能等多种问题。例如，山东农业大学张春庆等人发明的玉米种子切割器(申请号:CN201220278079，公开号:CN202622864U)采用铡刀可以一次对一列种子进行切割，但为了避免污染，存在切割完一列种子就需要对刀具进行清洗或更换的问题。先锋高级育种国际公司发明的用于处理、定位和/或自动定向物体的装置、方法和系统(公开号为CN101573623A)在定位种子时需要先对种子进行包被铁基涂层才能实现对种子的磁性定向。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的是提供一种准确、快速、高效的高通量种子自动化取样及阳性种子挑选系统及方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种高通量种子自动化取样及阳性种子挑选系统，其特征在于:它包括一操作平台和一用于控制所述操作平台的联机电脑;所述操作平台表面设置有排种区、取样区和保存区三个操作区；所述排种区表面设置有种子振动盘、种子输送带和种子盒传输轨道;所述种子振动盘底部设置有一种子排出口，所述种子振动盘表面设置有一与所述种子输送带搭接的种子振动盘输出带;所述种子盒传输轨道紧邻所述种子振动盘设置，所述种子盒传输轨道靠近所述操作平台侧壁的一端表面固定设置有第一板位，所述第一板位上放置一种子盒;所述种子盒传输轨道另一端两侧设置有两可伸缩立柱，两所述可伸缩立柱之间通过横杆连接，所述横杆上设置有一翻转板，所述翻转板两侧中部还分别设置有一卡扣;所述种子振动盘输出带和第一板位下方还分别设置有一用于检测种子方向的图像识别传感器;所述取样区表面设置有一凹槽，所述凹槽内设置有取样盒传输轨道;所述取样盒传输轨道表面设置有用于取样的第二板位;所述取样盒传输轨道靠近操作平台侧壁的一端设置有激光枪移动轨道，所述激光枪移动轨道上设置有激光枪;所述取样盒传输轨道另一端设置有取样盒进出口；所述取样盒传输轨道上方设置有第一导杆，所述第一导杆滑动设置在操作平台端部侧壁上设置的第一轨道内，且所述第一导杆上还固定设置有一取样盒机械臂;所述保存区表面并排设置有用于保存种子样品的第三板位和用于保存阳性种子样品的第四板位;所述保存区上方还设置有第二导杆，所述第二导杆滑动设置在操作平台端部侧壁上设置的第二轨道内，且所述第二导杆上还设置有一单管抓取机械臂。
[0007]进一步，所述联机电脑内设置有排样模块、进样模块、图像识别模块、翻转模块台面轨道移动模块、取样模块、激光切割模块、样品保存模块和阳性样品挑选模块;所述排样模块用于对样品排列进行编辑记录;所述进样模块控制种子振动盘和种子输送带对种子进行排列;所述图像识别模块用于根据图像识别传感器对种子的方向进行识别;所述翻转模块用于控制所述翻转板使得种子盒内种子胚乳外露的高度一致，并将种子盒翻转180度，使种子胚乳向下;所述台面轨道移动模块用于控制所述操作平台上的种子盒传输轨道、取样盒传输轨道和激光枪移动轨道进行移动;所述取样模块用于控制所述第一导杆上的取样盒抓取臂将种子盒由种子盒传输轨道转移到取样盒传输轨道;所述激光切割模块用于对激光枪的激光切割力度和激光切割次数进行设置;所述样品保存模块用于控制所述第二导杆上的单管抓取机械臂将种子盒由取样盒传输轨道移动到所述第三板位进行样品保存;所述阳性样品挑选模块用于根据阳性种子鉴定结果将阳性种子挑选到阳性种子盒中进行保存。
[0008]进一步，所述种子盒采用96孔种子盒，其包括一盒底，所述盒底上设置有一96孔板架，所述96孔板架表面间隔设置有八排十二列共96个方孔，每一所述方孔内分别插设有一种子管;所述种子管包括两夹板，两所述夹板中部铰接将所述种子管分为上、下两部分，所述种子管上部的两夹板末端搭接在所述方孔边沿，所述种子管下部的两夹板侧面通过弹性材料连接，且下部的两夹板上还分别设置有一用于固定种子位置的卡扣;所述种子管上方还放置有一盒盖。
[0009]进一步，所述种子输送带采用可伸缩结构，其末端设置有一种子放置孔。
[0010]进一步，所述操作平台外部还设置有一用于保证操作人员安全的装置保护罩。
[0011]—种采用上述高通量种子自动化取样及阳性种子挑选系统的挑选方法，包括以下步骤:1)首先，联机电脑中的排样模块将种子的样品编号与种子盒上每一盒孔编号进行一一对应;2)进样模块、台面轨道移动模块以及翻转模块将种子按步骤1)编辑的顺序装满种子盒，并将种子盒移动到设定位置等待取样;3)取样模块控制第一导杆将排种区上装满种子的种子盒移动到取样区;4)关闭装置保护罩，在激光切割模块中设定好相关参数，由台面轨道移动模块控制激光枪对取样区上种子盒内的种子进行胚乳切割;5)种子盒中的种子全部切割完毕后，台面轨道移动模块控制取样盒传输轨道将取样盒从取样盒进出口移出，由操作人员取出装有胚乳样品的取样盒根据需要进行实验;6)样品保存模块控制第二导杆将切割完胚乳的种子盒转移到保存区进行保存;7)操作人员根据步骤5)中对取样盒中所有胚乳样品的实验结果，在阳性样品挑选模块中编辑种子盒中的阳性种子与阳性种子盒中盒孔的一一对应关系，并由阳性样品挑选模块控制第二导杆进行阳性种子保存。
[0012]优选地，所述步骤2)中，进样模块、台面轨道移动模块以及翻转模块将种子按步骤1)编辑的顺序装满种子盒，并将种子盒移动到设定位置等待取样，包括以下步骤:①打开装置保护罩，在种子盒传输轨道的第一板位上放置一种子盒，将种子倒入种子振动盘中；②进样模块控制种子振动盘和种子输送