大規模分配花粉粒的方法
【專利摘要】本發明提供一種對多個植物批量授粉的方法。在多個實施例中，所述方法包括收集多個已知花粉粒，將所述多個已知花粉粒載入批量花粉分配裝置，使用電子傳感器感測所述多個植物中的每個的目標授粉位置，以及當所述電子傳感器感測到所述植物中的每個的所述目標授粉位置在預定距離內時，使用所述批量花粉分配裝置將所述已知花粉粒分配至所述多個植物，從而對所述多個植物授粉。可通過防止所述多個植物由另外的花粉源授粉來制備多個植物用于強制授粉。可分配已知花粉粒以使用已知植物產生預定的配子雜交。
【專利說明】大規模分配花粉粒的方法
【技術領域】
[0001]本發明的各種實施例整體涉及用于分配花粉的方法和裝置。具體地講，本發明的實施例提供被配置成使用批量花粉分配裝置分配花粉的方法。
【背景技術】
[0002]由于各種原因，植物物種可有意培育。例如，在一些應用中，植物物種被有意培育形成雜種植物物種。在一些應用中，雜種植物被培育成顯示各種所需的性狀。這些性狀可包括，例如，耐高溫和干旱、抗疾病和蟲害、產量特性改善、以及農藝品質改善。一般來講，植物能夠自花授粉、異花授粉，或二者皆有。自花授粉描述了使用一朵花的花粉使其轉移到同一朵花或同一植物的另外一朵花的授粉過程。異花授粉描述了使用從來自不同的科或品系的不同植物的花所釋放的花粉的授粉過程。
[0003]已自花授粉并且經許多代選定的植物在幾乎全部的基因座處變成純合并且產生純育子代的均質群體。兩種不同純合品系之間的雜交產生雜種植物的均質群體，該雜種植物對許多基因座來說可能是雜合的。各在許多基因座處為雜合的兩株植物的雜交將產生異質植物的群體。
[0004]玉米(Maize) (Zea mays L.)在美國通常稱為“corn”,可通過自花授粉和異花授粉兩種技術培育。同一植物上玉米有單獨的雄花和雌花。雄花位于雄穗上，雌花位于雌穗上。當風將花粉粒從雄穗吹至從雌穗頂部突出的穗絲時在玉米中發生天然的授粉。
[0005]玉米種子生產計劃中的雜交玉米品種的開發可涉及三個步驟:(I)從各種種質庫選擇植物進行初始育種雜交；(2)從育種雜交中選出的植物自花授粉若干代，產生一系列近交系，其單獨地為純育的并且高度均質；以及(3)將選擇的近交系和無關的近交系雜交以產生雜交子代。在足夠量的近交后，連續子代將僅起到增加所開發的近交系種子的作用。優選地，近交系應該在其約95%或更多的基因座處包含純合等位基因。
[0006]在玉米近交過程中，品系的活力可下降。當將兩種不同的近交系雜交以產生雜交子代時，活力可恢復。近交系的純合性和同質性的一個重要結果是，確定的一對近交株之間的雜種可無限地繁殖(只要近交親本的同質性得以保持)。一旦已確定產生優良雜種的近交株，則可用這些近交親本產生雜交種子的連續供應，然后可從這些雜交種子供應產生雜交玉米植物。
[0007]因此，玉米種子的開發和產生可需要在一個或多個步驟處強制授粉，如上文所述。
【發明內容】
[0008]在一個實施例中，提供了一個或多個植物的授粉方法。在多個實施例中，該方法可包括收集多 個已知花粉粒，將所述多個已知花粉粒載入批量花粉分配裝置，使用電子傳感器感測一個或多個植物中的每個的目標授粉位置，以及用批量花粉分配裝置將已知花粉粒分配至一個或多個植物，從而對所述多個植物授粉。在一些實施例中，當電子傳感器感測到一個或多個植物的目標授粉位置在預定距離內時，發生已知花粉粒至一個或多個植物的分配。在一些實施例中，一個或多個植物可包括一個或多個玉米植物。在一些實施例中，一個或多個植物可包括多個植物，并且用批量花粉分配裝置分配已知花粉粒可包括用田間噴霧機分配已知花粉粒。
[0009]一些實施例還可包括通過防止一個或多個植物由另外的花粉源授粉來制備一個或多個植物用于強制授粉。在一些實施例中，一個或多個植物可包括一個或多個玉米植物，并且防止一個或多個植物由另外的花粉源授粉可包括對一個或多個玉米植物的多個穗絲套袋。在一些實施例中，一個或多個植物可包括一個或多個玉米植物，并且防止一個或多個植物由另外的花粉源授粉可包括摘去一個或多個玉米植物的雄穗。在一些實施例中，防止一個或多個植物由另外的花粉源授粉可包括使一個或多個植物遺傳絕育，以使得所述多個植物不產生可育的花粉。在一些實施例中，一個或多個植物可包括一個或多個玉米植物，并且防止一個或多個植物由另外的花粉源授粉可包括使一個或多個玉米植物遺傳傾向于在第一時間開始抽絲并且在第二時間開始散粉，其中第一時間和第二時間是不同的。
[0010]一些實施例還可包括在作物生產田中栽培一個或多個植物，其在一些實施例中可包括在作物生產田中栽培第一多個植物。一些實施例還可包括在從其收集已知花粉粒的花粉生產田中栽培第二多個植物。在一些實施例中，作物生產田可與花粉生產田分開。在一些實施例中，第二多個植物可經基因工程被配置成在第一多個植物的抽絲或第一多個植物的散粉中的至少一者之前散播已知花粉粒。在一些實施例中，一個或多個植物可包括一個或多個已知植物，并且分配已知花粉粒可包括對一個或多個已知植物授粉，以產生預定的配子雜交。在一些實施例中，一個或多個植物可包括多個植物，并且用花粉分配裝置分配已知花粉粒可包括通過被配置成將已知花粉粒引導至兩行或更多行所述多個植物的歧管分配已知花粉粒。一些實施例還可包括在分配已知花粉粒之前保存已知花粉粒。在一些實施例中，保存已知花粉粒包括控制已知花粉粒接觸的濕度水平。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]由此，已對本發明進行了一般性描述，現將參考附圖，這些附圖未必按比例繪制，并且其中:
[0012]圖1示出了被配置成根據本發明的示例性實施例分配花粉粒的批量花粉分配裝置的實施例；
[0013]圖2示出了如可體現在根據本發明的示例性實施例的批量花粉分配裝置上的花粉施加裝置的例子；以及
[0014]圖3示出了根據本發明的示例性實施例的多個植物批量授粉的方法。
【具體實施方式】
[0015]下文將參考附圖更完整地描述本發明，其中示出了本發明的一些但并非全部實施例。實際上，本發明可以多種不同形式體現而不應理解為受限于本文所述的實施例；相反，提供這些實施例的目的是使本發明滿足適用的法律要求。類似的編號在全文中是指類似的要素。
[0016]植物的強制授粉例如在異花授粉過程中可涉及手動收集和分配花粉。手動收集和分配花粉可能非常耗費勞力。例如，工人可通過將花粉從玉米穗的雄穗抖落到雄穗袋中來手動收集花粉。此外，工人可然后將花粉手動灑到玉米雌穗的穗絲上，穗絲上套有生長袋以防止由不是所收集花粉粒的花粉授粉。因此，花粉收集以及使用所收集的花粉強制授粉可涉及可能在一天或更多天的過程中進行的多個手動步驟。此外，使用雄穗袋施加花粉可能不能有效地利用所收集的花粉，因為雄穗袋可能不允許以簡單可控的方式靶向施加花粉。因此，工人可能傾向于施加比本來所需更多的花粉。因此，本發明的實施例提供用于將花粉分配至多個植物的改進裝置和方法。
[0017]以下說明涉及其中花粉分配至多個植物的實施例；然而，在其他實施例中，本發明設想了使用本文所述的一個或多個方面將花粉分配至單個植物。因此，在多個實施例中，批量花粉分配裝置可包括單個花粉施加裝置或多個花粉施加裝置。因此，本發明提供使用單個花粉施加裝置或使用多個花粉施加裝置促進單個植物或多個植物的自動、半自動或手動授粉的方法。
[0018]圖1示出了被配置成分配花粉粒的批量花粉分配裝置100的實施例。在所示實施例中，批量花粉分配裝置100包括多個花粉施加裝置102。
[0019]在所示實施例中，將所述多個花粉施加裝置102(例如，田間噴霧機)附接到移動承載裝置106，所述移動承載裝置被配置成使用移動運輸設備108 (例如農用拖拉機)穿過田地運輸，如所示實施例。移動運輸設備的其他例子可包括(但不限于):全地形車輛、一匹或多匹馬、多用途車輛例如Unimog或Humvee等。在其他實施例中，移動承載裝置106可以例如通過包括整合的運輸機構或設備而為自力推進的。
[0020]在多個實施例中，花粉施加裝置102被配置成將花粉粒施加至多個植物110，例如栽培在農田中的那些。如下所述，在一些實施例中，花粉粒可為已知的。在所示實施例中，多個花粉粒保存在貯存容器112中，所述貯存容器由移動運輸設備108承載。在其他實施例中，貯存容器112可位于批量花粉分配裝置100上。在另外的實施例中，一個或多個花粉施加裝置102可包括專用花粉貯存容器，使得一個或多個花粉施加裝置102可分配不同類型的花粉。在一些實施例中，專用花粉貯存容器可位于例如移動運輸栽培設備108上、移動承載裝置106上和/或靠近花粉施加裝置102。
[0021]在所示實施例中，來自貯存容器112的花粉粒通過經由移動承載裝置106的歧管的單個管(未示出)遞送到所述多個花粉施加裝置102中的每個。雖然在所示實施例中使用加壓的空氣將花粉粒從貯存容器112傳送至所述多個花粉施加裝置102，但在其他實施例中花粉粒可通過多個其他裝置，包括(但不限于)基于重力的或其他機械分配系統遞送至花粉施加裝置102。在其他實施例中，花粉可使用一種力或多種力的組合進行分配，所述力包括(但不限于):正壓力、負壓力、機械作用模式、離心力和液壓力、氣動力和重力。
[0022]圖2示出了如可體現在根據本發明的示例性實施例的批量花粉分配裝置100上的兩個花粉施 加裝置102的例子。在所示實施例中，每個花粉施加裝置102包括傳感器114和噴嘴116。在多個實施例中，傳感器114被配置成感測植物上的目標授粉位置118。在所示實施例中，目標授粉位置118包括玉米植物的雌穗絲。應該指出的是，雖然在所示實施例中，所述多個植物110包括玉米植物，但在其他實施例中，所述多個植物可包括多個其他植物。例如，在多個實施例中，本發明可用于通過或可通過風、空氣、重力等授粉的任何數量的作物，包括(但不限于):高梁、大豆、卡諾拉油菜和各種其他果蔬作物。通過此類方式，目標授粉位置的特性可以變化并因此可被配置成適于特定應用。在所示實施例中，傳感器114是電子光學傳感器，然而在其他實施例中傳感器114可以是被配置成感測植物上的目標授粉位置的任何其他傳感器。
[0023]大多數單一栽培主要依賴于基于重力、風和/或昆蟲的授粉來產生果實和/或幼苗。因此，能夠收獲花粉并且使其靶向對雌性器官的直接施用，并且在一些實施例中，在雌性植物器官處于最佳繁育點的時間段內進行是有利的。
[0024]在所示實施例中，傳感器114與一個或多個被配置成控制和處理傳感器114接收的數據的控制器(未示出)通信。噴嘴116也與一個或多個控制器通信。因此，批量花粉分配裝置100的噴嘴116還被配置成受到控制以引導花粉粒進入植物110的目標授粉位置118。在所不實施例中，每個噴嘴116具有相對于其各自傳感器114的固定方向，并且被配置成引導花粉粒進入各自目標授粉位置118。在多個實施例中，當傳感器114感測到植物的目標授粉位置118在預定距離(示出為區域120)內時，控制器可控制每個噴嘴以引導花粉粒進入各自目標授粉位置118。在其他實施例中，噴嘴116可自動定位，以使得其方向(如，噴霧位置)可通過一個或多個控制器控制。通過此類方式，可控制一個或多個噴嘴116以改變其相應噴霧位置，以引導花粉進入如傳感器114所感測的相應目標授粉位置118。
[0025]在一些實施例中，批量花粉分配裝置100可被配置成將電荷施加至通過噴嘴116分配的花粉粒。例如，電極可設置在貯存容器112內。在多個實施例中，電極可被配置成在花粉粒從貯存容器112分配時賦予其電荷。在其他實施例中，每個花粉施加裝置102可包括例如接近每個噴嘴116的出口的電極，以將電荷賦予花粉粒。電極賦予的電荷可以例如被配置成將花粉粒吸引至花粉粒所要施加到的玉米植物的穗絲。因此，將電荷施加至花粉可促進授粉。然而，并非批量花粉分配裝置100的所有實施例都可將電荷施加至花粉粒，授粉可在無電荷施加的情況下進行。
[0026]另外，批量花粉分配裝置100還可包括被配置成控制貯存容器112內的環境條件的環境控制機構。例如，環境條件可包括溫度、濕度、光照量和/或其他環境條件。從而，批量花粉分配裝置100可包括加熱元件、冷凝器或被配置成加熱或冷卻貯存容器112中的花粉粒的其他環境控制機構。在一個實施例中，環境控制機構可包括被配置成部分或完全地圍繞貯存容器112的護套。護套可被加熱或冷卻以便控制貯存容器112內的溫度以實現其中的花粉粒的所需溫度，從而保持花粉粒的活力。另外，風扇、冷凝器或單獨的減濕器可用于調節貯存容器112內的濕度。
[0027]就光照量而言，可將涂層涂覆至貯存容器112以減少穿過貯存容器112到達花粉粒的可見光、紫外光和/或紅外光透射。或者，可選擇由其形成貯存容器112的材料以限制光透射。因此，可調節貯存容器112內的一個或多個條件。從而，例如，花粉粒的活力可保持延長的一段時間。除此之外或作為另外一種選擇，可以一定方式控制環境條件，從而有利于花粉粒的分配和/或改善花粉粒與施加該花粉粒的植物的附著性。
[0028]現在將描述用于分配花粉粒的方法。雖然本說明書可一般性地描述由圖1和2中示出的批量花粉分配裝置100的實施例所進行的操作，但應當理解這僅出于簡潔的目的。就這一點而言，各種其他裝置實施例可用于進行下文將描述的方法。
[0029]圖3示出了根據本發明的示例性實施例的多個植物批量授粉的方法。如圖所示，該方法可包括在操作202處收集多個已知花粉粒。已知的花粉粒可包括那些已知花粉粒特性的花粉粒。例如，從其收集花粉粒的具體植物可以是已知的，花粉粒的基因組成可以是已知的，和/或從其收集花粉粒的地塊可以是已知的。類似地，已知的植物可以是指植物的基因組成或其他特性已知。收集花粉可包括將花粉從玉米穗的雄穗抖落到雄穗袋中，將花粉真空吸離雄穗，和/或可為本領域技術人員所理解的收集花粉的任何其他方法。
[0030]該方法還可包括在操作204處將所述多個花粉粒載入批量分配裝置。在一些實施例中，可在將所述多個花粉粒載入批量分配裝置之前保存花粉。該方法還可包括在操作206處感測所述多個植物中的每個的目標授粉位置。如上所述，在一些實施例中，這可使用電子傳感器，例如光學傳感器實現。另外，該方法可包括在操作208處將已知花粉粒分配至所述多個植物。如上所述，在一些實施例中，這可在傳感器感測到植物的目標授粉位置在預定距離內時進行。
[0031]在一些實施例中，該方法也可包括其他操作，包括圖3中虛線所示的那些操作。例如，該方法還可包括在操作210處防止由另外的花粉源授粉。在一些實施例中，所述多個植物可以是玉米植物，并且這可在用批量花粉分配裝置對玉米植物授粉之前通過對玉米植物的多個穗絲套袋實現，如圖2中的袋122所示。從而，更可能的情況是使用從花粉施加裝置推送出的花粉粒進行授粉，而不是使用來自另外的花粉源的其他花粉粒進行授粉。在其中所述多個植物為玉米植物的其他實施例中，防止所述多個植物由另外的花粉源授粉可包括摘去所述多個玉米植物的雄穗，使所述多個植物遺傳絕育，以使得所述多個植物不產生可育的花粉，和/或使所述多個玉米植物遺傳傾向于在第一時間開始抽絲并且在第二時間開始散粉，其中第一時間和第二時間是不同的。在其他實施例中，所述多個植物可在作物生產田中栽培，并且第二多個植物(其可從第一多個植物分離)可在從其收集已知花粉粒的花粉生產田中栽培。在一些實施例中，第二多個植物可經基因工程被配置成在第一多個植物的抽絲或第一多個植物的散粉中的至少一者之前散播已知花粉粒。
[0032]該方法還可包括在操作212處使花粉粒與添加劑混合，其可在操作208處分配花粉粒之前進行。添加劑可被配置成增加在一些實施例中由批量花粉分配裝置分配的所述多個花粉粒的可見度。例如，添加劑可包括白色滑石粉或其他便于可見的物質。從而，操作人員可在分配花粉粒時能夠看見花粉粒的流速，并且此外操作人員可看見落在植物上的花粉的量(如由添加劑表示)。例如，在一些實施例中，花粉粒和添加劑可按I比I的比率(以質量或體積計)混合。添加劑也可被配置成控制所述多個花粉粒的水分含量。例如，添加劑可通過為花粉粒提供水分而增加花粉粒的活力持續時間。就這一點而言，添加劑可儲存和釋放水分。
[0033]另外，該方法可包括在操作214處控制花粉貯存容器內的環境條件。如上所述，在一些實施例中，環境條件可包括溫度、濕度，和/或在一些實施例中光照量，但各種其他環境條件可在其他實施例中控制。此外，該方法可包括在操作216處將電荷施加到所述多個花粉粒的一部分。從而，可增加花粉粒與植物結合的可能性。
[0034] 通過采用本文公開的方法和/或批量花粉分配裝置100施加花粉，相比與使用雄穗袋手動施加花粉可以以更有效的方式進行。具體地講，批量花粉分配裝置100(或根據本文公開的其他分配設備)可以以受控的方式選擇性地推送花粉到植物上。另外，可將花粉直接推送到植物的所需目標授粉位置，以便更有效地使用花粉粒，并且可能產生更高的授粉率。通過這種方式選擇性地引導花粉，與使用雄穗袋施加花粉相比，對相同數量的植物授粉可需要更少的花粉。另外，通過這種方式選擇性地引導花粉可使花粉只對目標植物授粉，因為可使用批量花粉分配裝置100仔細地控制花粉引導的方向及其量。
[0035]如上所述，在一些實施例中，使用多個花粉粒的該部分對植物授粉可包括使用已知的花粉粒對已知的植物授粉以產生預定的配子雜交。因此，在一些實施例中，對花粉以及要施加花粉的植物的特性的了解可用于產生已知的雜交。然而，在其他實施例中，使用多個花粉粒的該部分對植物授粉可包括對未知的植物授粉和/或使用多個未知的花粉粒對植物授粉以產生配子雜交。就這一點而言，在一些實施例中授粉時雜交的特性可能不完全已知。
[0036]如上所述，在其他實施例中，單個植物可使用本文所述的一個或多個方面授粉。因此，本發明還涵蓋通過收集多個已知花粉粒，將所述多個已知花粉粒載入花粉分配裝置，使用電子傳感器感測植物的目標授粉位置，以及用花粉分配裝置將已知花粉粒分配至植物來對單個植物授粉。在一些實施例中，當電子傳感器感測到目標授粉位置預定距離內時，將已知花粉粒分配至植物。
[0037]本發明所屬領域的技術人員將想到本文闡明的本發明的許多修改形式和其他實施例，它們具有在上述說明和相關圖片中展示的教導內容的有益效果。因此，應當了解，本發明不限于所公開的具體實施例，并旨在將修改形式和其他實施例包括在所附權利要求的范圍內。雖然本文采用了特 定術語，但它們僅以一般性和描述性含義使用而不出于限制目的。
【權利要求】
1.一種對一個或多個植物授粉的方法，所述方法包括: 收集多個已知花粉粒； 將所述多個已知花粉粒載入批量花粉分配裝置； 使用電子傳感器感測所述一個或多個植物中的每個的目標授粉位置；以及使用所述批量花粉分配裝置將所述已知花粉粒分配至所述一個或多個植物，從而對所述一個或多個植物授粉。
2.根據權利要求1所述的方法，其中當所述電子傳感器感測到所述一個或多個植物的所述目標授粉位置在預定距離內時，發生所述已知花粉粒至所述一個或多個植物的分配。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述一個或多個植物包括一個或多個玉米植物。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述一個或多個植物包括多個植物，并且其中使用所述批量花粉分配裝置分配所述已知花粉粒包括使用田間噴霧機將所述已知花粉粒分配至所述多個植物。
5.根據權利要求1所述的方法，還包括通過防止所述一個或多個植物由另外的花粉源授粉來準備所述一個或多個植物用于強制授粉。
6.根據權利要求5 所述的方法，其中所述一個或多個植物包括一個或多個玉米植物，并且 其中防止所述一個或多個植物由另外的花粉源授粉包括對所述一個或多個玉米植物的穗絲套袋。
7.根據權利要求5所述的方法，其中所述一個或多個植物包括一個或多個玉米植物，并且 其中防止所述一個或多個植物由另外的花粉源授粉包括摘去所述一個或多個玉米植物的雄穗。
8.根據權利要求5所述的方法，其中防止所述一個或多個植物由另外的花粉源授粉包括使所述一個或多個植物遺傳絕育，以使得所述一個或多個植物不產生可育的花粉。
9.根據權利要求5所述的方法，其中所述一個或多個植物包括一個或多個玉米植物，并且 其中防止所述一個或多個植物由另外的花粉源授粉包括使所述一個或多個玉米植物遺傳傾向于在第一時間開始抽絲并且在第二時間開始散粉，其中所述第一時間和所述第二時間是不同的。
10.根據權利要求5所述的方法，還包括在作物生產田中栽培所述一個或多個植物。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述一個或多個植物包括第一多個植物，并且還包括在從其收集所述已知花粉粒的花粉生產田中栽培第二多個植物。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述作物生產田與所述花粉生產田分開。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述第二多個植物經基因工程被配置成在所述第一多個植物的抽絲或所述第一多個植物的散粉中的至少一者之前散播所述已知花粉粒。
14.根據權利要求1所述的方法，其中所述一個或多個植物包括一個或多個已知植物，并且 其中分配所述已知花粉粒包括對所述一個或多個已知植物授粉，以產生預定的配子雜交。
15.根據權利要求1所述的方法，其中所述一個或多個植物包括多個植物，并且使用所述花粉分配裝置分配所述已知花粉粒包括通過被配置成將所述已知花粉粒引導至兩行或更多行所述多個植物的歧管分配所述已知花粉粒。
16.根據權利要求1所述的方法，還包括在分配所述已知花粉粒之前保存所述已知花粉粒。
17.根據權利要求16所述的方法，其中保存所述已知花粉粒包括控制所述已知花粉粒接觸的濕度水平。
【文檔編號】A01H1/02GK103929949SQ201280055507
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月8日 優先權日:2011年11月11日
【發明者】J.M.科普, T.L.克羅恩 申請人:先鋒國際良種公司