專利名稱：用于對來自單粒種子的種子組織的定向、取樣及收集的方法與過程的制作方法
用于對來自單粒種子的種子組織的定向、取樣及收集的方
法與過程本申請是申請日為2007年11月13日、申請號為200780049324. 2、發明名稱為“用 于對來自單粒種子的種子組織的定向、取樣及收集的方法、過程與自動化裝置”的中國專利 申請的分案申請。
技術領域：
本發明涉及以高效的方式從單粒種子獲得組織樣本。背景技術：
在作物育種或者植物推進實驗中， 從已知來源的種子栽培植物是通常慣例。將種 子栽種于實驗標地、生長室、溫室或者其它的生長條件，其中它們或者與已知來源的其它植 物異花授粉，或者自花授粉。由此產生的種子是兩個親本植物或者自花授粉植物的后代，并 將其收割、處理并種植以繼續作物育種循環。為了輔助培植或者推進選擇過程，可以在植 物、植物組織、種子或者種子組織上實施特定的實驗室或者基于實地的試驗。將基于已知的異花或自花授粉的一代植物栽種，并且隨后進行檢驗以查看這些族 系或者品種是否正在接近市場所期望的特性。所期望的特性的例子包括，但不限于，產量的 增加、純和性的提高、新近賦予的對于特定滅草劑和/或害蟲和病原體抵抗力和/或忍耐力 或其改良、含油量的增加、淀粉含量的改變、營養食品成分、耐旱性，以及具體的基于形態上 特性的增強。正如所認識的并且正如本領域中所公知的，這些實驗在規模上可以是巨大的。它 們需要從科學家到田地工作人員的龐大勞動力來進行設計、種植、維護和管理實驗，這能涉 及數千或者數萬的單株。它們還需要基本的土地資源。標地或者溫室能占去數千英畝的土 地。這不僅在植物發芽、生長和產生種子時要完全占用大量土地數月，在此期間可以對它們 進行取樣以用于實驗室或者田地測試，而且隨后必須對龐大數量的種子分別添加標簽、收 割和處理。另一個困難是許多實驗毫無結果。在文獻中已報導，一些種子公司在實驗的早期 丟棄處于任意代的植物達到80-90%。因此，許多用于生長、收割和收割后處理的土地、勞動 力和材料資源最終為很大比例的種子所浪費。時間安排上的壓力也是一個因素。在作物育種中實現重大進展已經給種子公司施 加更大壓力以更快速地推進植物的族系或者種類以實現更多和更好的特征與特性。因此植 物培育者和相關的工作人員處于不斷增加的壓力下以更有效地和更有力地處理這些植物， 并且更多和更早地選擇應被延續進入培植的下一代植物。因此，通過基于實驗室的種子檢驗更早識別出感興趣特征的趨向已經出現。種子 通過無損檢驗以得到遺傳學的、生物化學的或者表型的信息。如果感興趣的特征被識別， 從特定植物選出的種子被用于進一步的實驗和推進，或者用于生產商用數量。檢驗種子避 免了種子成長成未成熟植物的需求，而隨后檢驗所述未成熟植物。這節省了時間、空間和投入。如果有效，及 早識別種子中的期望特征能致使極大地減少實驗性檢驗所需要的土地量、 必須加以檢驗的種子量以及為得到推進實驗所要信息而需要的時間量。例如，代替數千英 畝的種植和隨后對所有那些植物的處理和加工，一小部分英畝和植物可能就足夠了。但是， 由于時間的安排還是重要的，這依舊是一個重大任務，因為這樣的減少甚至包含，例如，每 天處理數千種子。一種嘗試非破壞性的種子取樣的常規方法如下。用鉗子將感興趣的單粒種子固定 于在表面上展開的一張紙上。將小鉆頭用于鉆入種子上的小位置。用這張紙收集通過鉆頭 從種子中除去的碎屑。紙被舉起并且碎屑被轉到試管或者其它的容器。于是它被收集起來 并且準備供實驗室分析。此方法意圖是不破壞種子。但是，這個過程緩慢。它的成功和效 率嚴重依賴于工作人員的專注和精確性。每個單粒種子必須被人工拾取并通過鉗子進行固 定。鉆孔也是人工的。鉆孔和碎屑處理必須仔細進行。單獨的容器，例如單獨的試管隨后 必須加以處理并標識或用其它方式跟蹤并識別。此外，必須在每粒種子取樣之間將鉗子和 鉆頭進行清理。通過從樣本到樣本的攜帶和人工處理，可能存在重大污染風險。并且，很多 時候希望從種子的某生理組織獲得種子材料。例如，對于玉米種子，可能希望從胚乳取樣。 這個實例，手抓小玉米種子以將所述胚乳定向從而將其暴露于鉆頭下的方式不是沒有意義 的，反而相當費時并且有點困難。必須避免從其它的種子結構取樣，例如種子胚芽，因為從 這樣的種子部位取樣會給發芽率造成消極影響。有時用這種方法難以獲得有用的樣本量。 總而言之，從種子取樣嚴重依賴于工作人員的技能，并且與吞吐量和精確性相關，包括程序 是否給種子一個發芽的好機會。當工作人員每天負責處理許多種子時，這些問題會被放大。V. Sangtong, E. C. Mottel, M. J. Long, Μ. Lee,禾口 Μ· P. Scott 的 SerialExtraction
of Endosperm Drillings(SEED)-A Method for DetectingTransgenes and Proteins
in Single Viable Mazie Kernels，刊登于2001年6月的植物分子生物學報導19的第151 至158頁，其公開了從玉米種子非破壞性地獲得組織樣本用于實驗室分析的另一個例子， 其內容納入此處以作參考。它描述了使用手持旋轉的研磨器從核和微粒的收集物中磨掉微 粒(稱作“鉆孔”)來檢驗某基因的存在。但是，此方法還要求人工抓取和相對于研磨器定 向每一個單獨的種子。它也是耗費時間和有點麻煩的。它還依賴于工作人員的技能。此方 法增加了吞吐量、精確性、是否獲得樣本的有用量和污染問題。為了阻止污染，在每次取樣 之間必須將研磨器徹底地清理。正如通過這些例子所表明的，現有的常規種子分析方法，例如用于遺傳學、生物化 學、或者表型分析，要求至少將種子的部分去除并處理。在去除一些種子組織中，可能需要 滿足各種目標。這些可能包括以下目標的一個或者多個(a)如有需要，保持種子取樣后的成活力。(b)在不影響成活力下獲取至少最小必要的樣本量。(c)從種子上的特定位置獲取樣本，常要求將種子定向于用于取樣的特定位置的 能力。(d)為效率目的保持特定的吞吐量水平。(e)減少或者實際上消除取樣之間的污染。(f)允許對不同樣本及與組中其它樣本相關性的跟蹤。(a)成活力
關于保持種子的成活力，它在一些情況中可能是關鍵的，這些情況是種子取樣方 法及器具以降低種子成活力的方式不損害種子。經常希望，這樣的分析對種子是非破壞性 的，或者至少產生被取樣種子將發芽(例如發芽可能性沒有顯著降低)從而它能生長成成 熟植物的基本可能性。對于一些分析，不需要保持種子成活力，在該情形下常能 取用更大的 樣本。種子成活力的需要將依賴種子取樣后的期望用途。(b)樣本量 希望獲得有用量的樣本。為了有用，在一些應用中為了執行給定的檢驗并獲得有 意義的結果其必須在某最小的必要量之上。不同的檢驗或者化驗需要不同的樣本量。避免 取用太多組織用于樣本可能一樣重要，因為樣本太大可能降低種子的發芽可能性，這可能 不是所期望的。因此，希望取樣器具和方法考慮到取自任何給定種子的樣本量的變化。(c)樣本位置有用的樣本量還會牽涉樣本位置的精確性。例如，在一些應用中樣本必須僅出自 于某位置或者某組織。而且，難以處理像許多種子一樣的小微粒。還難以將種子準確地定 位和定向。在玉米種子上，例如，將胚乳組織取樣和將玉米種子定向用于取樣該特定組織可 能是重要的。因此，希望調整取樣器具和方法以允許用于特定位置的取樣，這可能包括特定 的種子定向方法。(d)吞吐量取樣器具及方法必須考慮吞吐量水平，所述吞吐量水平支持以時間效率的方式獲 得要求數量的樣本。例如，一些情況涉及潛在要求每年取樣數千、數十萬或者甚至數百萬的 種子。舉個例子，假定每年一百萬種子并且每周工作5天，那么每年的每個工作日平均差不 多四千樣本。較低的吞吐量取樣方法難以滿足這樣的要求。因此，期望的是較高的吞吐量、 自動的或者甚至半自動的方法。(e)避免污染為了保持樣本純凈以用于隨后的分析檢驗程序，期望一種不容易交叉污染的取樣 方法及器具。這不僅會涉及樣本位置的精確性，這樣來自給定位置的樣本不被來自不同位 置的組織污染，而且涉及每個單獨樣本的取樣方法和處理以確保在取樣之間沒有污染。(f)跟蹤樣本尤其當記錄每粒種子、每個樣本、以及它們的相互關系，或者它們與浴器中其它樣 本的關系是重要的時候，對種子和從種子去除的樣本的高效處理顯示出各種問題和挑戰。 因此，期望一種取樣器具及方法可以輕松跟蹤種子和樣本。常規種子取樣工藝不足以處理這些要求，導致在資金或者勞動力資源上的壓力， 并由此表明現有技術需要改進。現有方法的吞吐量相對低，具有交叉污染的重大風險，并且 因為依賴于明顯的人工處理、定向和從種子提取樣本而趨向于不穩定。這會影響取自種子 的樣本類型和種子發芽的可能性。需要消除現有方法要求的用于在樣本之間清理的資源。 需要降低或最小化由攜帶或其它原因造成的樣本之間的交叉污染，或者來自任何樣本來源 的任何污染。還需要更多的可靠性和精確性。因此，需要方法及其相應的器具提供給為實 現下述一個或多個目標的種子取樣(a)保持種子取樣后的成活力；(b)在不影響成活力下獲取至少最小必要的樣本量；
(c)從種子上的特定位置獲取樣本；(d)為效率目的保持特定的吞吐量水平；(e)減少或者實際上消除樣本之間的污染；以及
(f)允許對不同樣本及與組中其它樣本相關性的跟蹤。當種子取樣時期望的一些目標可能會沖突并且甚至對抗。例如，其中一個目標是 獲取有用的樣本量而保持種子成活力卻要求取一些種子組織，但不是太多組織。高吞吐量 方法可能要求相對快的操作，但又要求具有相對高的精確性和低污染風險，這樣以致必須 將它們做得比技術上能做到的更慢。因此這些多重的目標已經存在于本領域中，并且通過 現有可得到的方法和器具它們尚未令人滿意地得到處理或者均衡。在本領域中需要解決上 述類型的問題，從而在任何特定的實施方案中實現最大數目的目標。人們認識到在特定的 取樣方法或者器具的全部實施方案中不總是能實現所有的目標。
發明內容因此，本發明的一個實施方案在于提供一種器具、方法、或者系統，其在現有技術 中的問題和不足方面加以改進。本發明的另一個實施方案包括一種器具、方法、或者系統，其a.促進從復數的單粒種子收集樣本的更高的吞吐量；b.提供樣本的快速獲得；c.促進取樣使被取樣種子具有相對高的發芽率；d.促進相對一致的、被準確測量的樣本具有有用的數量；e.提供樣本高效的生物化學、遺傳學、或者表型評估；f.在植物推進實驗期間促進更高效的選擇；g.避免在樣本之間的樣本污染和交叉污染；h.最小化清理要求；i.促進無害于生物化學、遺傳學、或者表型測試的取樣；j.促進無害于生長自被取樣種子的植物、或者圍繞所述植物的泥土或環境的取 樣；k.促進取樣的精確性、一致性和可靠性；1.促進取樣用于樣本的生物化學、遺傳學、或者表型分析的自動化；M.能包括自動的種子方向以促進每粒種子的特定部分的準確且一致的取樣；η.在各種種子類型和各種取樣任務應用中是靈活的；ο.是高效的和健全的；P.是高度可重復的；q.能減少場地空間的數量和在植物推進實驗中用于分析及用于運送所需要的樣 本數目；r.減少用于植物苗圃管理所需要的材料；和/或s.減少整個的勞動力資源需要量；t.減少植物跟蹤和標記努力；u.提高取樣過程的工效。
本發明的一個實施方案是一種方法，由此來自植物推進實驗一代的種子通過從種 子去除和收集有用數量的組織而沒有顯著減少被取樣種子的發芽潛力或者成活力而被單 獨取樣。組織隨后被處理以在確定是否進一步在植物推進實驗中利用該種子之前獲得種子 的一個或者多個生物化學、遺傳學、或者表型特性。這使得在特定的代中種子一成熟就做出 決定，完全不同的是收獲種子、將其種植于實驗標地中，并且隨后通過科學分析(例如用于 特征存在的遺傳測試，這些特征影響種子的組成部分例如油、蛋白質、淀粉)或者其它的此 類程序來檢測沒有成熟的植物。這允許更早的哪一個后代將被選擇繼續在實驗中的決定。 它進一步允許減少實驗標地所要求土地量的好處。它在單一的苗圃中通過標識被需要用于 推進的種子的10% -20%基本上減少甄選數千植物所要求的土地量。結果，因為結論不是 基于植物組織的，沒有要求場地取樣。種子取樣技術允許快速和高效地做出種子攜帶期望 的基因特性或者其它特性的結論。本發明的另一個實施方案是一種方法、器具、及系統用于有效地和自動地從種子 獲得有 用數量的樣本，同時對種子保持高發芽潛力。本發明的另一個實施方案防止在樣本提取和處理中的污染。本發明的另一個實施方案是利用機械裝置或方法來將種子自動地定位和定向，以 便種子組織的自動化取樣能一致地、快速地并且有效地發生。一個例子是利用激光束來從 種子切削或者分離樣本。本發明的再一個實施方案針對一種適于種子取樣的特定的吞吐量水平。所述水平 可基于一組關于取樣方法和器具的要素和/或條件加以選擇。本發明另外的實施方案包括各種替換方法和機械裝置以獲得種子組織樣本。本發明的又一個實施方案包括為選擇和重獲目標而在種子和種子組織樣本之間 保持一對一的相互關系的方法。或者，相互的關系能被保持于一個樣本和其它樣本之間。通過參考隨附的說明書和權利要求，本發明的這些實施方案以及其它實施方案將 變得明顯。
附加于本說明書的是若干附圖和圖解說明，它們將被在此提及并通過引用將其并 入本說明書。A.單粒種子的磁性定向與激光切削圖IA是根據本發明一個方面的一個示例性實施方案的透視圖，該示例性實施方 案相對于激光束磁性定向一連串單粒種子以便非破壞性地從每粒種子切削和收集樣本。圖IB說明的是一種把玉米穗上的種子涂以鐵基涂層致使每粒種子的冠部一旦從 穗上脫落將被磁體吸引的示例性方法。圖IC是一個替換圖IA的實施方案的示例性實施方案。圖ID是一個種子分離器例子的透視圖，所述種子分離器可用于圖IA或者圖IC的 系統。圖IE是一個殼體例子的透視圖，所述殼體用于支撐圖IC中系統的組件。圖IF是一個用于圖IC的系統的樣本和切削種子收集子系統的例子的透視圖。B.磁性定向與從復數的種子中同時切去一部分并收集切去的樣本
圖2A是根據本發明另一個方面的一個示例性實施方案的圖示，該示例性實施方 案將眾多種子磁性定位并定向以允許同時切斷并收集每粒種子的部分。圖2B是根據類似于圖2A實施方案原理的一個替換實施方案。圖2C說明的是一種使用圖2B的實施方案的方法。圖2D和2E是單獨對可選的錐形井或接收器的放大說明，所述錐形井或接收器自 動定位和定向種子。C.在種子上鉆孔與收集碎屑圖3A是帶有空氣吸入和空氣沖洗功能的鉆孔工具的圖示，所述空氣吸入和空氣 沖洗功能用于在單粒種子上鉆孔并收集所產生的碎屑。圖!3B-3D說明的是與圖3A的鉆孔工具一起使用的收集盤和真空箱。圖3E和3F說明的是類似于圖3A-3D實施方案的一個替換實施方案，但是該替換 實施方案包括具有多個種子井的種子放置盤。每個井容納并定位單粒種子并且在圖3A中 展示的鉆孔工具能連續插入以鉆孔和將碎屑收入收集盤。D.打磨種子和收集砂紙沖壓圖4A-C是用圖表表明的根據本發明一個方面的另一個示例性實施方案，它包括 打磨和從單粒種子收集碎屑以便再使用的方法，即在一張砂紙上的不同位置從每粒種子去 除組織并且隨后在那些位置沖壓出砂紙的斷片進入索引盤或者板。圖4D是同時獲得復數種子被打磨的樣本的器具的透視圖。圖4E是可用于自動沖壓被打磨樣本并將其收集的液壓沖孔機的透視圖。圖4F是圖4E的局部放大透視圖，它包括用圖表表明的用于樣本的收集物或者索 引盤。
具體實施方式A.概述為了更好地理解本發明，現在將詳細描述本發明各方面是如何得到實施的例子。 應當理解，這些例子只是本發明可采用的若干形式并且不限制本發明。附圖將被頻繁地參考到。整個圖示中參考數字和/或字母將用于標識某部件和位 置。除非另外被標識，相同的參考數字將被用于標識相同的部件或者位置。這些具體例子的背景將與玉米的核有關。但是，應當理解此例子僅用于表明本發 明的一個應用。本發明可用于其它的種子以及其它的目標。尺寸的范圍能隨著目標的類型 變化。如同本領域的一個普通技術人員所理解的，本發明的實施方案將使用具有適于取樣 的常規尺寸的種子。一些種子相當的好并且小，有點像塵粒或者鹽粒，而其它的則特別的大 并且硬，例如來自Lodoicea maldivica棕櫚樹的種子，其重量有20至M磅。本領域的一個 普通技術人員認識到想要與本發明的實施方案一起使用的種子必須具有便于用實施例的 器具取樣的大小和重量。這樣的種子包括，但不限于，許多農用的重要種子，例如來自玉米、 大豆、蕓苔類、加拿大油菜、谷類植物例如小麥、燕麥或者其它谷粒的種子，以及各種類型的 蔬菜和觀賞植物種子。從這個例子顯而易見的相似應用以及對于本領域的普通技術人員顯 而易見的變化都將包括在內。將對取自種子的樣本做出參考。取樣方法可能在不同的術語中被提及，例如，如取
9樣、切削、修剪、切片、切削、剪切或者去除樣本。已取出的樣本還可使用不同的術語提及，例 如，如種子樣本、種子組織樣本、種子碎片、種子切片、種子薄片、種子剪片，以及種子部分。B.第一概念——磁性定向與對連續的單粒種子的連續激光切削1.實施方案1a)器具(圖 IA 和 1C)圖IA說明的是系統10，其分離已經從玉米穗脫殼的種子，將每粒種子關于預定方 向定向，將每粒種子連續地傳送至激光束下以從種子上切削出樣本剪片并將切削的種子及 其相應的樣本剪片送進編入索引的器皿。如圖IB所示，系統10的實施方案通過對玉米核的預處理來實施。將鐵基涂層2 涂(例如用刷子涂或者噴涂)于玉米的穗1的外部。隨后將穗脫殼以釋放單粒種子3。因 為種子是在穗1上被涂的，鐵基涂層2基本上僅覆蓋單粒種子3的外部或者冠狀部分。將脫殼的上了涂層的種子放入種子分離器(在圖ID中單獨示出了一個例子)。種 子分離器在本領域中是公知的，并且可從各種來源在商業上獲得。在此例子中，如圖IA所 示，緩沖輪14以預定速度旋轉，該預定速度與傳送帶30和傳送帶40的速度相關。馬達17 通過軸16連接于緩沖輪14。緩沖輪14具有單獨且等距的井18。每個井在其底部具有大 到足以讓種子落下穿過的開口 20。當從種子分離器傳來單粒種子時井18的大小致使每次 捕獲一個種子3。馬達、輪、傳送帶30以及傳送帶40將以迎合于緩沖輪14的方式運轉如 下。固定的、非旋轉的盤(未示出，但類似于圖IC的盤21)，將存在于緩沖輪14的下方 并且具有與斜槽22相匹配的單一開口。因此每個井或者緩沖輪14 (它旋轉于固定的、非旋 轉的盤之上)的接收器18中的種子將固定于那個位置中直至它的井或者接收器18的各開 口 20進入對應的斜槽22。與斜槽22相匹配的那個井18中的種子將落下穿過井或者接收 器18底部上的孔20與固定的、非旋轉的盤上的孔。斜槽22將引導種子進入傳送帶40的 連接件42上的V形的凹部。每個傳送帶30的連接件32包括它背面上的磁體34。傳送帶 30和40均將順時針且并行轉動以致單一的連接件32將保持接近相應的單一的連接件42。 正如所意識到的，將建立時間安排以使得每粒種子3落下穿過斜槽22剛好在其相應的磁體 34處于連接件32上之前，從而種子3在精確的時間到達磁體34。如此，每個落入連接件42上V形凹部的具有鐵基涂層的種子3將被定向以致種子 3上了涂層的冠部將被吸引和到達鄰近連接件32的位置，因為磁體34在連接件32的另一 側。相反地這將使每個玉米核3的頂端帽部遠離連接件32。如圖IA所示，每個被定向的種子3將繼續通過激光器50。激光器50的位置和結 構致使其激光束52將從每粒種子3切下一斷片或者剪片54 (在此它將從種子冠部切去一 薄片)。在連接件42在圖IA中向右移動時，其上的V形凹部將此刻分離的切削種子60保 留于合適的位置。當傳送帶30和40分離時，剪片54(它包括鐵基涂層)將保持被吸引并 依附于連接件32。刮刀56能從與每個剪片M對應的連接件32來刮掉或者強取每個剪片M，并且剪 片M將落入樣本收集漏斗58。代替刮刀，一把或者多把刷子可用于從傳送帶30上抹去剪 片M。或者，能使用電磁體，并將其關閉以使得剪片M落入漏斗58中。在另一個實施方 案中，磁體34能夠在樣本收集漏斗58正上方的位置立即從連接件32分離出，樣本收集漏斗58將暫時釋放磁場并使剪片M落下(參見數字34S，它試圖用圖表明磁體34在該點傾 斜移離并向下以釋放樣本54)。可選地，真空或者受壓空氣可用于從傳送帶30上移去剪片 M。為了把來自輪的剪片收集裝入漏斗或者其它這樣的容器，能使用空氣的聚焦爆發。如虛線所示，樣本收集漏斗58也許具有導引第一剪片M進入樣本井或者盤59中 的指定井的管。每個剪片M將被導引至井盤59中不同的井。樣本盤59能被移動以便當 下一個剪片討落下時下一個井處于該管的下方，諸如此類，直至全部剪片處于各自的井或 者盤被裝滿。相應地，每個被切削或者取樣的種子60將在傳送帶40上向右移動直至，通過重力 它將從其連接件42掉下來落入種子收集漏斗62中。通過適宜的組成部分或者程序，每個 切削種子60將被導引至井盤63的單個的井。本領域的一個普通技術人員應當理解，“井 盤”意味著具有多個單個的井的多隔間裝置，例如，但不限于，微滴定盤、大滴定盤、蜂團盤、 索引板、包含多個井的專門設計的盤等等，并且在任何“井盤”中井的數目能按照要求進行 變化。在工業上可得到的標準盤包括，但不限于，6、12、對、48、96、384、864、1536和；3456個 井盤。一些被取樣的種子可能包括殘余的、非有意的磁性涂層。它通常不足以使磁體34來 保持住被取樣的種子。刷子或者揩擦物能用于在機械上確保每個被取樣的種子落到收集漏 斗。正如所認識到的，相應的剪片M和被切削的種子60將被放置于井盤59和63內 相似的井中，以便產生于剪片M的實驗室結果在后來能與其相應的種子相匹配(例如，見 于圖IE和圖1F)。尚未發現樣本上存在的磁力活性涂層明顯地影響檢驗，所述檢驗可能在 植物育種的樣本上加以執行，其包括，例如遺傳檢驗。正如所認識到的，通過合適的傳動裝置每個傳送帶30和40能同步進行。圖IA的 確表明通過支柱68能將每個磁體34保持接近于相應的連接件32，支柱68從傳送帶66的 連接件67延伸，將傳送帶66定位于傳送帶30的下方并且基本上與傳送帶30的大小相同。 通過彈簧能將每個支柱68連接于它的連接件67。一些類型的物體或者機械部分能夠使每 個支柱68在位置34S轉向并傾斜遠離傳送帶30以將相應的磁體移開，如前所述，從而致使 剪片M下落。一旦支柱68經過位置34S，它將彈回至其磁體34保持對著或者緊密接近于 它的連接件32的位置。通過合適的傳動裝置或者其它方式還能使傳送帶66與傳送帶30 和40同步。b)操作(1)預處理(圖 1B)如圖IB所示，覆蓋每粒種子冠部的鐵基涂層和磁體34用于將每個被分離的 種子關于激光束自動地定位和定向。這樣的鐵基涂層的一個例子可以在商業上獲得， 即Krylon 磁性的噴涂層(產品#3151，美國俄亥俄州克里夫蘭的Krylon產品集團的 Sherwin-Williams公司提供的13盎司噴霧劑罐)。通過常規方法能將其噴射于玉米穗1 的外部。通過實證研究，建立與磁能強度相關的涂層量以產生種子一致的位置和方向。涂 層在穗1上干燥后，通過常規工具將該穗脫殼。一個例子是借助自動脫殼機(例如，來自加 拿大安大略湖圭爾夫的Agriculex公司的SCS-2型脫殼機)。(2)分離
正如所認識到的，多少有些常規分離器12(圖ID是一個例子)能被定位于緩沖輪 14的上方以用于輸入脫殼的種子3。馬達17 (它的軸16將使緩沖輪14轉動)可連接于一 些類型的數字編程控制器或者其它的類似裝置以控制其速度并使其與傳送帶30和40的運 動一致。或者，通過常規的調整能將馬達和傳送裝置配置并調整以實現同步操作。分離器12分離來自種子料箱的種子。當可能調整并使用玉米或者大豆種植器時， 存在各種可以在商業上獲得的種子分離器用于這樣的工具。如圖ID所示，分離器12包括 以成批或者整批形式接收眾多種子的輸入13。它以受控的方式從輸出15輸出單粒種子。馬達M轉動緩沖輪14 (在圖ID中未示出，但在圖IA和C中示出例子)，它分離在 單個井18或者其它井中的單粒種子。緩沖輪14以給定的與傳送帶30 —致的時間間隔遞 送種子。緩沖輪14使單粒種子3 —次一粒地掉出種子輸出22并且校準緩沖輪使其同步讓 種子3落于輪72上的各個磁體34上或者非常靠近磁體34 (見圖1C)。緩沖輪14實質上是 在分離器12和傳送帶40之間的轉換輪。(3)定向由于鐵基涂層中鐵的高磁活性，磁體34將吸引各種子3的冠部部分。磁體34的 一個例子是稀土磁體。這些趨向產生對于它們的尺寸相對強磁場。經驗檢驗能為特定的鐵 基涂層與特定的傳送帶30的連接件32的尺寸和厚度提供正確的磁體34磁性強度。圖IA-C顯示了一個磁體34例子的尺寸(特別見圖IB中的單獨圖示，其顯示磁 體34和玉米的單粒種子幻。優選的是磁體34的尺寸盡可能地小但是提供足夠的磁場強 度以吸引并且保持鐵基涂層位于種子3的冠部上，所述種子處于如圖IA-C所示的位置和 方向上，當其移動時被包括在圖IA和圖IC的系統中。對于這樣的磁體的詳述可能包括， 但不限于，各種形狀的釹稀土磁體，其長度或者直徑范圍從1/16"至2"，厚度從1/16" 至1〃，自持力從0.5磅至175磅，以及近面電場從11.5-14.5千高斯(例如來自位于 1108SummitAve.，Suite 8，Plano 的 CMS 磁性材料的稀土磁體，TX 75074)。如前所述，在圖IA的實施方案中，磁體34被固定地安裝于柱68或者其它的結構， 這些其它的結構保持對著或者緊密接近傳送帶30的相應連接件32并且相對于相應的傳送 帶30的連接件32同步移動磁體34，除了位置34S。組成部件的選擇如此以致磁體將保持 具有磁性涂層的種子或者有磁性涂層的剪片朝向連接件的對側直到位置34S，在位置34S 結構將移開在位置34S上的磁體34足夠遠致使磁力減到足夠弱從而剪片M在重力作用下 從它的連接件32落下。或者，可能通過黏合劑、干涉配合或者其它方法將磁體34連接于傳 送帶30的各個連接件32的內部并且磁體34能量足夠大以致吸引鐵基涂層穿過連接件32， 并且使用刮刀56去除剪片M，或者一些其它的方法。磁性的傳送帶30使冠部覆蓋著鐵基涂層的種子定向。傳送帶40用于支撐。圖IC的另一個實施方案將磁體34安裝于輪72邊緣中的通孔中(例如通過干涉 配合)，如此以致各個磁體34的表面直接暴露于種子。經驗檢驗能確定用于特定實施方案 的精確的期望磁體。(4)樣本切削如圖IA所示，激光束52將基本上剛好切下每粒種子3的冠部。因為種子3是被 連續地定向，并且因為激光束52能產生非常干凈且薄的切口(大約0.003"至0.007"的 相對小的切口)，系統10允許切削足夠數量的剪片M，所述剪片M用于常規實驗室分析步驟以對遺傳組分、種子組成部分等等進行檢驗，同時保持被切削的種子60未受損傷并具有 相對高的發芽傾向。因此，系統10已表明了一種非破壞性的手段以從玉米種子獲得樣本組 織而基本上不會有害于種子的發芽率。一個可加以使用的激光器50例子是密封的二氧化碳(CO2)激光器。一個例子是 水冷的火星201系列(X)2 200瓦激光器，來自美國華盛頓西雅圖市的Synrad公司的型號 FSF201SB。光束傳遞系統從密封的激光器傳輸原始激光束并且將激光聚焦于將要切削種子 的位置。這樣的光束傳遞系統能從Haas激光技術公司購得；具有5英寸聚焦鏡的1. 25英 寸系列光束傳遞系統。在此實施方案中的切削速率是2至3轉/分鐘，并且通常用激光束 的一個通道致使樣本分離。系統可設置成允許兩個通道。正如本領域的普通技術人員所能認識到的，在此用于植物推進實驗的示例性實施 方案中，理想的是取自種子3的樣本量對發芽潛力的不利影響盡可能小。就從種子分離出 樣本的方法類型而論這也是理想的。同樣理想的是被移去的樣本量對于來自任何預期的分 析程序的有意義結果是足夠的(有用的數量)。樣本的位置可加以調整。在此例子中，鐵基涂層應用到冠部和與激光束相關的傳 送器的幾何構造導致冠部被去除作為樣本，所述樣本包含胚乳。激光可調整成從每粒種子 獲取預計量的種子冠部。因為種子在尺寸(和頂端帽部至冠部的長度)上能變化，實際的 取樣量可能從種子到種子變化，但通過經驗檢驗和激光的校準能對光束位置進行調整。這 使得樣本收集具有大量的適應性和精確性。激光束可調整成改為去除頂端帽部，所述頂端 帽部對于某分析而言是一個重要結構。但是去除頂端帽部將有可能阻礙隨后的種子發芽。 同樣地，鐵基涂層可選擇性地應用于種子的其它位置以便每粒種子以其它方式定向，并且 由此如果需要，樣本可出自種子的其它區域。但是，在此例子中，目標是以胚乳作樣本。優 選的是樣本量是這樣的，如果使用樣本用于遺傳分析則果皮與胚乳的比率盡可能的小。剪片的尺寸或者切削樣本M能隨設計變化。在現在的例子中，取自玉米種子的 剪片討的平均尺寸是在10和15mg之間。對于一些目標，大約20mg的平均尺寸是優選 的。但是，如上所述，依靠激光切削，種子可分成幾乎任何比例的兩個部分。對于有些應用 大約60mg的種子樣本是理想的，然而其它的應用可能要求小于60mg，例如大約55mg、50mg、 45mg、40mg、!35mg、30mg、25mg、20mg、15mg或者IOmg可能是理想的。一些應用可能要求小于 大約 IOmg,例如大約 9mg、8mg、7mg、6mg、5mg、4mg、3mg、2mg、lmg、0. 5mg 或者小于 0. 5mg 可能 是理想的。本領域的一個普通技術人員將認識到取自特定種子的樣本尺寸將基于被取樣種 子的類型、被取樣種子的大小、以及在獲取的樣本上執行的預期分析而變化。以下是一些適于若干不同類型的種子的種子樣本尺寸的例子對于玉米每個玉米核的平均毫克重量是^Omg (范圍是150至350mg)每個玉米核的平均期望樣本尺寸是15mg對于大豆每個大豆種子的平均毫克重量是170mg(范圍是100至MOmg)每個大豆種子的平均期望樣本尺寸是IOmg對于兩種谷物，這涉及整個種子重量的17%。但是，樣本可以是期望的任何尺寸。 例如，適于一些目標的種子樣本尺寸可能比整個種子重量的17%小得多。對于一些應用它可以是大約1%。對于其它的應用它能超過17%。一個預想的例子將大約是種子重量的 20%。并且，它顯然能是其它的百分比，或者高于20% (例如大約20%、30%、40%、50%、 60 %、70 %、80 %、90 %，或者大約100 %，或者介于中間的百分比的任何百分比或者部分) 或者低于(下至關于取樣方法可能的的部分；或者其間任何的百分比，包括大約 1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,9% ,10% ,11% >12% ,13% ,14% ,15% ,16% ,17%, 18%、19%，并且上至大約20%)。但是，應當理解的是取決于種子的種類，更大的樣本尺寸 可能影響發芽。正如所認識到的，取樣步驟能被進一步地自動化。例如，傳感器(例如近距離傳感 器)被可操作地設置以在沿著種子通過系統的預期路徑的一個或者多個位置上探測種子 的存在。如果種子處于位置上(或者不是)，該傳感器(或多個傳感器)能通知控制器或者 處理器。此通知能用于核實種子是否已經處于或者不在位置上，其能用于作出關于某一操 作是否已經或者尚未在種子上執行的假設。其它的傳感器、監視器或者控制器可用于同步、 驅動、控制或者用其它方式幫助方法及其自動操作。在圖IC的例子中，步進馬達上的譯碼 器能夠通知系統輪72 (以及輪72上的每個磁體)相對于參考位置或者參考值的確切位置。(5)樣本的收集各種方法可用于導引每個剪片M進入索引板59中不同的編入索引的井。能夠實 現相同功能的機器在商業上還有很多。或者，傳送管可人工地導向連續的井。在圖IF中顯示的是一個索引盤59的例子，S卩，這樣的大滴定盤是公知的(這里具 有96個單個的井)。圖IE和圖IF顯示出了樣本M和被切削種子60收集的一個例子的更多細節。如所述，可增加真空系統以使用抽吸來幫助收集樣本并將它們移至期望的位置。(6)被切削種子的收集類似地，被切削種子60(具有分離的剪片54)可被導入井盤63中的單個的井，并 且當相應的剪片位于井盤59中時每個被切削的種子60位于井盤63中相同或者相關的井位置。在圖IF中顯示的是井盤63的一個例子，S卩，這樣的種子收集盤是公知的(這里具 有96個單個的井)。圖IF說明常規的商業上可獲得的XYZ定位器90和95能支持4個種子樣本大滴 定盤59A-D以及4個相應的種子收集盤63A-D，并且同步移動它們以便第一種子樣本M將 落入盤59A的X，y井1，1，相應的被切削的種子60將落入收集盤63A的x，y井1，1。下一 樣本討將落入盤59A的井1，2 ；并且相應的被切削的種子60 (樣本M從其上被去除)將落 入盤63A的井1，2。將以類似方式繼續該過程直至所有的樣本被收集或者盤59A和盤63A 的所有96個井被裝滿；此時XYZ定位器90和95能夠移動進入安置盤59B和盤6 并且開 始裝填井1，1，隨后是1，2，再隨后是1，3等等，以此類似的方式。(7)時間安排正如所認識到的，緩沖輪14的時間安排和傳送帶30和40 (和傳送帶66，如果被 用)的運動能通過各種方法加以協調，包括選擇和調整相應的馬達或者，或者在一個更復 雜的系統中使用數字可編程邏輯控制器或者其它的相似設備和方法。(8)后處理
一旦已將剪片M和被切削的種子60在索引盤59和63中正確編入索引，盤59和 63可被帶至用于進一步處理的位置。在一個例子中，索引盤59中的每一個剪片M將分別 進行分析以獲得感興趣的生物化學、遺傳學、或者表型信息。在一個例子中，此過程可用作 植物推進實驗的部分，在植物推進實驗中感興趣的遺傳學或者表型特征將被識別以確定相 應的被切削種子60是否具有商業價值或者期望的遺傳學或者表型特征。如果這樣，被切削 的種子能被識別以繼續用于植物推進實驗中。對應于選擇的剪片M的被切削種子60可通 過其在索引盤63中相應的索引位置被輕松并快速地被識別，并且能被運送至能將其種植 的實驗生長場所。如前所述，系統10設計成被切削種子60具有將在生長場所發芽的極高 概率。生物化學分析的一個類型可包括要求從剪片或者樣本M提取蛋白質的蛋白質 濃度測定。蛋白質提取的一個例子是P-PER 植物蛋白質提取試劑組(Pierce生物技術 公司)。其它例子牽涉普通的磨料例如研缽及研杵、搗碎器(Cartagen)，或者聚丙烯杵 (Kontes)和合適的提取緩沖劑。其它類型的生物化學分析可包括油或者淀粉的分析。生物 化學分析的更進一步的類型是可能的且在本領域中廣為人知。對于剪片或者樣本M的遺傳分析的一個類型是DNA提取。DNA提取的一個例子是 標準提取N腺苷一磷酸(Amp) (Sigma-Aldrich)規程(其它例子包括，例如，標準的CTAB規 程和HotShot方法)。遺傳分析的其它類型，例如，但不限于，RNA分析，也是可能的且在本 領域中廣為人知。一些分析將包括基于表型的數據，其中特定種子形態被分析。基于表型 的分析可以通過分析各種光的波長實現。或者通過觀察人工完成它。在此方案中，磁性定 向種子的應用允許研究者具體關于感興趣的形態始終如一地保持單粒種子。在此方案中種 子可能被取樣或者留下未被取樣，從而可以發生光譜的或者人工的觀測。具體觀測可以包 括，但是將不限于，種子顏色、不透明度、淀粉含量、油含量以及種子的形狀。如同在本領域 中公知的，各種其它的觀測是可能的。條形碼可用于各個索引盤59和63且為各個索引盤59和63可創造條形碼以便通 過掃描條形碼能將有關各個所含之物的信息進行記錄和存儲并且輕松地檢索。商業上可獲 得的設備可用于這些功能并加以編程以滿足應用需要。正如所認識到的，實施方案1均衡各種問題和要素以實現至少在本發明的背景技 術中所討論的詳細列明的目標(a)-(f)。(a)成活力樣本的受控激光切削已表明不會明顯地影響被取樣種子的發芽潛力。通過適當地 選擇功率、波束寬度、強度、類型、透過種子波束的速度，以及激光束的其它可控要素，即使 相對小的種子也可被非破壞性地取樣。在玉米的例子中，上述的激光參數允許剪片從冠部 被切削或者被切斷而不破壞被取樣種子。激光切削不會通過壓碎或者撕扯而冒險損害種子。(b)樣本量受控的激光切削能提供有用數量的樣本。相對于累積鉆孔的體積，激光可加以調 整以去除足夠尺寸的單個大塊種子從而用常規測試化驗獲得有意義的實驗結果。通過相對 簡單的排列變化來調整激光從而調整樣本的尺寸。(c)樣本位置
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不僅樣本尺寸，而且樣本位置也能被控制。關于玉米種子如前所述，可以期望從某 種子位置取樣(例如從胚芽上或者靠近胚芽，因為它能影響種子的成活力)。激光束或者種 子的方向可相應地調整。自動定向能幫助此目標。另外，相對狹窄的激光束協助允許在取 樣位置上有很多靈活性，即使對相對小的種子。(d)吞吐量如圖IA-F所示，激光切削和磁性定向裝置有助于基本的自動操作。種子能以實際 上持續的方式連續地穿過激光束。定向是自動的，如同取樣和被取樣種子的收集。自動化 水平可由設計者選擇。然而即使是樣本和被取樣種子在器皿中的放置或者被隔離的位置也 可自動化。于是，不同于對每粒種子基本人工的、單獨處理的常規方法，這些技術無論在個 別上還是累積上能夠極大地增加相對于所需的勞動量和時間的吞吐量。(e)避免污染受控激光對來自種子的樣本的切削和分離減少樣本的污染風險。激光不牽涉任何 與種子接觸的硬件(像用鉆頭或者刀發生的那樣)。能量波束是短暫的并且不存在把一個 樣本的碎屑或者部分攜帶到到另一個樣本的風險。并且，如前所述，激光束的特性和可控制 性允許基本的樣本位置的精確性，從而來自特定位置的樣本不會被來自相同種子的不同位 置的組織污染。此外，如上所示，激光有助于取樣的方法和處理每個單獨的樣本，確保在樣 本之間沒有污染。激光束是基本上免接觸的刀。種子被切斷就像它是通過機械切割切斷的一樣，但 是被激光擊中的所有材料是被電離的并且沒有實際的刀刃來冒險在下一個樣本上產生任 何的污染。免接觸方面還消除了對種子機械損害的風險。(f)跟蹤樣本如同關于此實施方案所述，樣本和被取樣種子處理的基本自動化能促進在樣本和 取樣于其中的種子之間、和/或在樣本之間或者在種子之間的自動化或者半自動化的相互 關系。這對于高效、快速、以及精確評估、選擇、以及任何樣本或者種子的再利用是有價值 的。樣本和被取樣種子的自動化或者自動的取向和隔離與收集幫助實現此目標。另外注意，將有磁力活性的物質或者組成部分應用于種子以自動地定向既幫助實 現以上全部目標，又幫助實現步驟的自動化或者至少半自動化以提高來自復數的種子的樣 本收集的吞吐量。激光切削和自動的磁性定向幫助改善半自動化或者全自動化系統，從預 處理到后處理(和樣本的檢驗)；所有這些促進樣本收集的高吞吐量和樣本的使用。整批 提供種子，自動地非破壞性地獲得有用的樣本，并且在基本連續的基礎上自動地分發樣本 和種子(同時保持相互的關系)，這些促進了高吞吐量。此實施方案用上述手段處理詳細列明的目標。2.實施方案2(圖1C)正如所認識到的，可用各種不同的方式及各種不同的組成部件和方法實現磁性定 位、定向和激光切削的基本想法。圖IC顯示出了圖IA實施方案的替換實施方案。類似的 緩沖輪14被展示，其具有通過帶有軸16的馬達17轉動的單獨的接收器18。此外，固定的 盤21具有在斜槽22上方的單一的開口，該固定的盤21將種子保持在旋轉緩沖輪14的各 個井18中，除了在與斜槽22排成直線的盤21中開口的正上方的井。在此方式中，單粒種 子3每次一個并且間隔地落下。
在圖IC中，垂直設置的輪72在所示的間隔的位置上具有磁體34。當輪72被斜 槽22轉動時，被分離的種子沉淀于與各個磁體34的位置一致的地方。種子3具有被涂以 鐵基涂層的冠部。每粒種子3將由此被自動地定位和定向以便其冠部與相應磁體34鄰接。 于是，頂端帽部向外延伸。沿著輪72的接收器位置74 (與磁體34的位置一致)將旋轉經過激光器50的激 光束52。被切削或者被取樣的種子60將通過重力連續地落入種子收集漏斗62。來自被取 樣種子的種子剪片M將跟著轉并被刮刀56連續地敲離輪72的外部并且落入樣本收集漏 斗58。在與圖IA系統的方式類似的方式中，分離種子，將它們置于相對激光束一致的位 置和方向，并且允許相對精確地切斷每粒種子的部分、收集用于程序的剪片M例如生物化 學、遺傳學、或者表型的分析，并且收集被切削的種子用于可能的種植。類似于實施方案1，實施方案2同樣地均衡問題和要素以實現本發明背景技術詳 細列明的所有目標(a)-(f)中的的一些標準或者等級。用激光切削取得的高度可控的、特 定位置的樣本已表明不會明顯地影響被取樣種子的發芽潛力并且提供有用數量的樣本。能 使用自動定向，包括磁性定向。樣本的污染風險受到控制。既可實現高吞吐量樣本收集和 樣本利用的高度自動化，又可有效跟蹤樣本。3.可選擇和替換的實施方案正如所認識到的，磁性定向和/或激光切削能采用各種形式和實施方案。對于本 領域的普通技術人員而言顯而易見的變化將包括在此描述中。組成部分的時間安排能通過 經驗檢驗加以協調。來自各個種子的樣本量可通過激光束的調整加以調整。能被磁體磁吸的物質能以不同的方式涂敷于種子。一個可能的例子是基本上用 包括高磁性的活性材料的混合物粉體涂抹種子的一部分，該高磁性的活性材料將被磁體吸 引。另一個這樣的例子是使用噴霧膠涂抹種子，或者如果其上發現種子的植物結構是適當 的，這樣的結構(例如玉米棒子芯)可能被浸入使種子的外表面涂上膠粘劑的膠“浴”。然 后其上具有濕膠的種子可能接觸將到微粒，例如含鐵的、磁鐵礦或者赤鐵礦微粒，它們能被 磁體吸引。此外，為使物質更好地粘附于種子，靜電物質可用于給種子表面充電。一個本領 域的普通技術人員將認識到各種這樣的方法可用來獲得使種子部分地或者全部地涂上靜 電物質的期望結果。可能沒有必要從樣本M或者被切削種子60上去除鐵基涂層。但是，可以這樣做。 它可能通過物理方法去除(例如通過刮除)或者化學方法去除。許多涂層去除方法是公知 的。被選擇的方法將基于樣本M或者被切削種子60的期望用途。此外，可以用電磁體來替代永久磁體。應當打開磁場以保持、定位并定向種子用 于通過激光束進行切削，但是隨后關閉磁場以使得被磁吸的部分依靠重力落下。這樣的 電磁體和相關聯的組成部件是可以在商業上獲得的，其來源如美國俄亥俄州辛辛那提市 Springfield Pikel0200 號的 AEC 磁性材料。可以使用類似于圖IA-IF的種子收集和樣本收集，或者其它方法是可行的。C.第二概念——磁性定向與從復數的種子中同時切去樣本(圖2A-C)1.實施方案1a)器具(圖 2A 和 2C)
磁性定向還用在圖2A的系統100中。磁體組件102包括底座和若干(在這個例 子中是四十八個)從底座向下延伸的柱104。磁體106置于各個支柱104的遠端上或者靠 近該遠端。磁體組件102的柱104插入切削組件110中互補的通孔112。切削組件箱或者殼 體可滑動地將切削刀刃114保持于槽116中。切削刀刃具有在位置和間隔上對應于四十八 個通孔112的四十八個開口 115，但是每個開口 115的邊緣被加工、被削尖、或者用其它方式 形成相對鋒利的邊。磁體組件102和切削組件110的組合同時下降進入裝滿大量單個種子3的種子箱 108 (見圖2C)，每粒種子的冠部被涂以鐵基涂層，如前所述。每個磁體106將理想地將種子 3拾起并自動地定位與定向，以便其冠部鄰接于磁體106并且其頂端部帽向外和遠側延伸。底座123包括位于其上部的泡沫墊122以為切削固定種子。當將切削組件110設 置于底座123的上方并用于固定種子以供切削時，可能有與通孔112 —致的小環形物或者 其它類似的定位器。b)操作(1)預處理(圖 1B)帶穗玉米1預先涂上鐵基涂層。涂層干燥后，穗1脫殼并被放入料箱中(見圖1B)。(2)分離磁體組件102和切削組件110的組合同時下降進入種子3的料箱(每個種子的冠 部被涂以鐵基涂層)以分離種子3，一個種子通過在每個支柱104中的磁體106對鐵基涂層 的吸力到達每個支柱104。(3)定向由于種子3冠部上的鐵基涂層，每粒種子3以冠部朝向磁體的方式自動地被定向。 每粒種子3的頂端帽部向遠側延伸。圖2D和E說明的是一個可選和供替換的發生在取樣之前的將種子定位、固定和定 向的方法。替代種子能自由通過的漏斗或者保留種子的圓筒形腔體，漸縮的圓錐形井或者 接收器126B可成形于底座123中(見圖2B)的二十四個位置的每一個。形成井的腔體可 設計成類似倒置的切去頂端的圓錐體(見圖2D中圓錐形井1 )。井126B將成形于實體 板或者具有該形狀的側壁中。如圖2E所示，井126B的尺寸設計致使頂端帽部端將首先適 于玉米核的常規尺寸，但是具有冠部的對端將在井126B的植物上方延伸。這利用了玉米核 的自然形狀以不僅將核冠向上定位和定向，而且還使一部分暴露且在井126B之外。隨后將 刀刃114加以設置以使其移動穿過植物(通過箭頭標識于圖2E中)來切去冠部樣本，這些 冠部樣本來自每粒暴露在它的井126B上方的種子的部分。正如所認識到的，每粒種子能以 頂端帽部朝下的方式落入它的井126B中。但是，對于玉米及其形狀、井126B的幾何構造將 趨向于促進頂端朝下的方向，即使沒有那樣準確地預定位置。一旦在井126B中，井126B的 幾何構造就會影響種子3的位置和方向。在此例子中它幫助保持并維持胚乳能被樣本的方 向。(4)樣本切削磁體組件102和切削組件110放置于底座123的上方以便通孔112與底座123的 泡沫墊122上的環形物125保持一致。刀刃114位于其開口 115與通孔112保持一致的位置。磁體組件102和切削組件110將定向的種子3定位，這樣頂端帽部鄰接于泡沫墊122， 并且稍微受壓對著泡沫墊122，但是刀刃114的開口 115的刃口平面正好在種子3的冠部下 方排成直線。夾具(例如見圖2B和2C)將底座123、切削組件110、以及磁體組件102的組合固 定。種子3將由此被磁體106定向，并且組合的結構將種子3保持在那個位置。刀刃114將隨后在槽116中朝合適的方向滑動以移動開口 115的刃口進入并穿過 每粒種子3從而切下每粒種子3的一部分冠部。一個用刀刃114切削的操作例子顯示于圖 2C。正如所示，該組合能被轉動到它的側面上。杠桿式沖床可以可操作性地連接于刀刃114 的手柄118并且對其加以操控來推動或者拉動刀刃114以切削種子3。(5)被切削種子的收集在用刀刃114切削之后，磁體組件102和切削組件110被倒轉，夾具被松開，并且 底座123被移去(例如見圖2A)。由于刀刃114在切削過程中移向一側，被切削種子60位 于刀刃114的井中并從種子剪片或者樣本34中分離出來。然后磁體組件102和切削組件 110可再次被倒置于48-井盤的上方以收集被切削種子60并且把被切削種子60編入索引。(6)樣本的收集磁體組件102從切削組件110的撤回釋放施加于種子剪片或者樣本34上的磁力。 在此實施方案中，其上具有磁力活性的涂層的種子從不直接地捆系于磁體組件102的磁 體。在切削組件110中每個井的底部有一個薄的1/16"塑料層，其上擱有磁體。該層足夠 薄以致磁性仍然穿過塑料并且吸引被鐵基涂層覆蓋的種子。當磁體組件102被提升時種子 碎片被釋放，因為塑料阻止它們繼續伴隨磁體組件。另外刀刃114返回至其原先位置的移 動將使種子剪片或者樣本；34暴露。樣本34放入具有四十八個井的索引盤的其中一個相應 的井之中。(7)后處理類似于之前已被討論過的，種子剪片或者樣本34可用本領域已知工序進行處理 以得到關于種子3的生物化學、遺傳學、或者表型的信息。生物化學、遺傳學、或者表型的信 息能為植物科學家使用以選擇將哪一個種子進一步用于植物推進實驗或者其它的基于植 物的研究和開發中。與被選擇的種子剪片34 —致的切削種子60 (借助它在被切削種子索 引盤中的位置與被選擇的剪片或者樣本在樣本索引盤中的的位置相配)隨后可被輸送或 者運送至適宜生長的場所并且將其加以種植和培育以進一步在實驗中使用。第二概念的實施方案1也均衡與本發明背景技術詳細列明的目標(a)-(f)相關的 各種問題和要素。(a)成活力用適度鋒利的刀刃口(多個刀刃口)穿過種子以切斷樣本的切削或者斬切能被控 制以便不會明顯地影響被取樣種子的發芽潛力。通過刀刃口、材料、力、速度、運動范圍、以 及刀刃的其它可控要素的適當選擇，即使相對小的種子也能被非破壞性地取樣。在玉米的 例子中，刀刃和切削參數使得來自冠部的剪片的切削或切斷不會對被取樣種子造成破壞切 削。(b)樣本量使用磁性材料的自動定向既促進吞吐量，也獲得有用的樣本。使用刀刃的受控切削能提供有用數量的樣本。相對于累積鉆孔的體積，能調整刀刃以去除足夠尺寸的單個大 塊種子從而用常規測試化驗獲得有意義的實驗結果。通過相對簡單的排列變化調整刀刃從 而調整樣本的尺寸。(c)樣本位置不僅樣本尺寸，而且樣本位置也能被控制。如前所述，關于玉米種子，從某種子位 置取樣(例如從胚飽上或者靠近胚飽，因為它會影響種子的成活力)可能是不期望的。種 子的方向可相應地調整。自動定向能幫助實現此目標。(d)吞吐量此第二概念至少可部分地自動化或者被配置，以在從樣本提取到進一步利用一個 一個地處理單粒種子期間提高效率和吞吐量。通過斬切刀刃同時切削眾多種子促進了高吞 吐量。如圖2A-2C所示，能將器具設計成同時從大量種子(例如，對或48或更多)中切斷 或切削樣本。盡管在這些例子中需要一些人工處理(例如將磁體組件102和切削組件110 放入一批冠部涂以有磁力活性的涂層的種子中，并且隨后將磁體組件102和切削組件110 放入底座123中)，但是一旦復數的種子通過復數的磁體各自被抓取并自動定向，那組種子 的樣本收集就相對迅速了，因為所有的樣本基本上是同時獲取。隨著時間的推移，以及許多 組的種子，這能提高吞吐量。磁性定向裝置有助于實現基本的自動操作。定向是自動的。如 上所述，樣本和被取樣種子的收集是相當高效和快速的。例如，即使將樣本直接放入至少井 的數目與磁體一致的井盤中，也能提供明顯好于常規的種子取樣方法的吞吐量水平。(e)避免污染干凈地從被取樣種子切下樣本并且保持對樣本污染風險的隔離控制。例如，通過 刀刃切削一般不產生能夠導致污染問題的碎屑、微粒、或者灰塵。產生的是來自種子的單獨 大塊的樣本剪片。即使刀刃不同于激光束，它將在物理上鄰近種子，但是通常仍不會產生灰 塵和碎屑。在每次切削之后刀刃的清理是理想的，但是可能不是必須的。(f)跟蹤樣本樣本和被取樣種子處理的基本自動化能促進在樣本和取樣于其中的種子之間、和 /或在樣本之間或者在種子之間的自動化或者半自動化的相互關系。自動化或者自動地定 向和隔離以及收集樣本和被取樣種子幫助實現此目標。另外注意，為自動定向將有磁力活性的物質或者組成部分涂敷于種子上既幫助實 現以上所有目標，又幫助實現步驟的自動化或者至少半自動化以提高來自復數的種子的樣 本收集的吞吐量。此實施方案再顯示一個相比于激光切削具有更低復雜性、更低成本，以及更輕便 的系統。它還實現高吞吐量的水平，盡管其牽涉成組種子的成批處理以及一些人工處理。2.實施方案2 (圖2B)圖2B表明與圖2A實施方案類似的實施方案，同時該實施方案具有以下的顯著差
已 升。磁體組件具有二十四個磁性的柱而不是四十八個。在用刀刃114切削時不是用泡沫墊來幫助固定種子3，而是用彈簧承載的柱128。 柱1 安裝于板130，板130可穿過槽132插入底座IM并從底座IM中移開。二十四個彈 簧承載的柱1 通過彈簧向外偏置，但是用足夠的力頂著遠側的杯狀或者漏斗狀端部能將它們壓下。被切削種子60的收集類似于在先前實施方案中所描述的。注意圖2B顯示的是一個可選的24-井漏斗140，其具有二十四個井142在上面，其 中的每一個終結于在其底部的子彈型管144。當圖2B的組合在被切削種子60的切削和收 集之后被松開并被分離時，漏斗140能被定位于常規九十六個井樣本板的一個四分之一圓 周的上方。種子剪片34如先前的實施方案中所述從磁體組件中釋放，被導入漏斗140，并被 收集入九十六個井樣本板的一個四分之一圓周的分離井。第二概念的第二實施方案以與此第二概念的第一實施方案相類似的方法均衡有 關種子取樣的問題和要素。它以類似的方法處理詳細列明的目標(a)-(f)。3.可選擇和替換的實施方案對于本領域的普通技術人員顯而易見的變化將包括于此描述中。能根據需要和意 愿選擇組成部分的尺寸和構造。注意圖2C表明一個可選的樣本收集方法。一組子彈型管能被保持在與漏斗140 的二十四個位置相對應的位置。種子剪片34首先被收集于子彈型管中而不是將它們直接 收集入標準的九十六個井樣本板中。二十四個子彈型管能被倒置和被移入九十六個井樣 本板的一個四分之一圓周(見圖2C的圖“e. ”和“f. ”)。切削過程能被重復超過3次以 裝滿九十六個井樣本板的其它三個四分之一圓周。一旦裝滿，能夠為九十六個樣本進行生 物化學、遺傳學、或者表型測試。相應于九十六個樣本的每一個被切削種子60能用另一個 九十六個井板，或者用四個二十四個井板(如圖2C的圖“d. ”所示)進行收集和編入索引。如上所示，樣本板被配置以九十六個井，這是植物科學家實踐的許多分析方法的 常規數目。其它尺寸的樣本板也是有可能的，例如12、24、48和384個井的模型。D.第三概念——連續地在單粒種子上鉆孔并通過真空收集碎屑(圖3A-F)1.實施方案1a)器具(圖 3A-3D)圖3A顯示的是已從玉米穗脫殼的被分離種子3。不同于第一和第二概念的實施方 案(已在上面討論)，種子3未被涂以鐵基涂層。它被定向在相對于手持式鉆孔機202(例 如來自美國威斯康辛州Racine的Dremel的許多轉動工具的任何一個，如型號#395類型5) 的鉆頭203 (例如直徑0. 035英寸)的表面上，手持式鉆孔機202運轉于，例如，近似2萬轉 /分鐘。一個本領域的普通技術人員應當理解，廣泛范圍的轉/分鐘包含在內。例如，此實 施方案將包括轉/分鐘的范圍從50轉/分鐘直到幾十萬轉/分鐘。鉆孔機202被改進以包括圍繞鉆頭203的透明(例如塑料)圓錐體206。圓錐體 206沿著鉆頭203的長度，起到鉆孔機202實際深度的量具作用。圓錐體206內部的幾何構 造將起到相對于核3末端限制鉆頭203(例如微碳化物)的鉆孔深度的作用。鉆孔機202 在其夾頭中還接受一系列直徑的鉆頭203。鉆孔機202還被改進以通過真空管208使真空或者抽吸源與圓錐體206的內部流 體相通。當將真空源應用于真空管208并且操作鉆孔機202鉆入種子3時，通過鉆孔從種 子3分離的碎屑經過真空管208被抽吸至真空管208的遠端。圖!3B-D顯示的是一個真空箱212，真空泵213以流體相通的方式可運轉地連接于 該真空箱212。真空泵213(例如常規的、商業上可獲得的具有Iv4英寸內徑，21Λ英寸外徑軟管的51/2馬力，16加侖真空吸塵器)的運轉從真空箱212中排出空氣。其底部向各個井 開放的多井樣本板214安裝于真空箱212頂部上的開口的上方。可滲透空氣的過濾器216 置于真空箱212的底部和真空箱212之間。如圖3D所示，真空管208的遠端209與對應于 被鉆孔的種子3的樣本板214的適當的井流體相通，并且碎屑通過真空箱212中部分真空 所產生的吸力被真空抽出、輸送和沉積于該井中。當來自種子3的碎屑沉積于該井中達到期望數量時，鉆孔被終止，種子3被編入沉 積碎屑的索引，真空管208的遠端放入樣本板214的隨后的井中，并且下一個種子3被鉆孔 且其碎屑沉積于樣本板214中。如圖;3B和C所示，樣本板214被配置以九十六個井，這是植物科學家實踐許多分 析方法的常規數目。其它尺寸的樣本板也是預期的，例如M、48和384個井的模型。圖3A和B顯示的是一個改進鉆孔機202的可選的特征。壓縮空氣源(未示出但 是可以是，例如，家庭店鋪或者汽車庫尺寸的空氣壓縮機)可通過壓縮空氣管210流體相通 地連接于圓錐體206(這里從對側到真空管208)。在選定的時間(例如在每粒種子3上鉆 孔之后)，真空管208的遠端209可從樣本板214中移去，并將壓縮空氣源打開以清掃真空 管208、圓錐體206和鉆頭203。b)操作(1)預處理(圖 1B)種子3的預處理僅是將其從它的穗中脫殼并被分離，以便能將其手工放置于合適 鉆孔的位置。(2)分離正如所認識到的，工作人員將通常保持對被分離的種子3來源的跟蹤，以便能保 持每粒種子、它的來源和來自其鉆孔的碎屑之間的聯系。(3)定向工作人員將手工操作種子3和鉆孔機202以為種子3選擇鉆孔位置。(4)取樣鉆孔鉆頭203的大小和深度將預先加以選擇以與從種子3收集的碎屑量保持一致。如前所述，優選的是碎屑量、鉆孔深度、以及種子3的其它處理產生足夠的碎屑以 便對碎屑進行準確的生物化學、遺傳學、或者表型測試同時對鉆孔之后的種子3的發芽潛 力產生最小的影響。業已發現，使用海綿狀的、粘土狀的、或者粘性的表面是有益的，在該表面上將種 子鉆孔以在鉆孔期間將該種子保持于適宜位置的，并且還增強出自鉆孔的碎屑的真空度升
尚ο(5)樣本的收集在現在的例子中，碎屑的平均尺寸是在0. 5和20mg之間。(6)被切削種子的收集被鉆孔的種子60被導引至適當的井板的各個井中，其井位置與對應的碎屑在樣 本板214中的井位置相同或相關。(7)時間安排鉆孔時間量可根據需要或期望進行調整，但是只要可獲得足夠量的碎屑優選將鉆孔時間減至最少。(8)后處理可如前所述進行碎屑的生物化學、遺傳學、或者表型測試。被鉆孔的種子與包含期 望的生物化學、遺傳學、或者表型特征的碎屑相關聯，這些特征它們能被相應地使用。此第三概念的實施方案1同樣均衡與本發明背景技術詳細列明的目標(a)-(f)相 關的各種問題和要素。(a)成活力樣本的受控鉆孔已顯示沒有明顯地影響被取樣種子的發芽潛力并且提供有用數 量的樣本。通過鉆頭尺寸、構造和材料、以及鉆孔力度、速度、運動的范圍、以及鉆孔機的其 它可控要素的適當選擇，即使相對小的種子也能被非破壞性地取樣。在玉米的例子中，上述 鉆孔機和鉆孔的參數允許將出自胚乳的鉆孔從被取樣種子非破壞性地去除。(b)樣本量通過控制鉆頭的尺寸和速度、以及鉆孔深度能在數量上控制樣本量，從而控制種 子碎屑或者從種子分離的樣本的量。能將取樣控制以減少去除太多樣本的風險。(c)樣本位置不僅樣本的尺寸，而且樣本的位置能被控制。如前所述關于玉米種子，從某種子位 置的取樣可能不是期望的(例如從胚芽上或者靠近胚芽處，因為它會影響種子的成活力)。 鉆孔可加以人工或者另外的方式控制。鉆頭相對于種子的方向可相應地加以調整。鉆孔機 的人工控制與一些操作人員培訓和技能使這更容易。定向能夠幫助實習此目標。例如，如關 于圖2D和E所述，多井盤或者板可為每粒種子配以接收器，所述接收器幫助種子定向。復 數的種子可放置于這樣的接收器中的適當位置。隨后鉆孔機可從種子移動到種子以為每粒 種子單獨取樣。一致的定向(例如對于玉米種子而言是冠部向上)將暴露適當的位置以便 取樣。(d)吞吐量在一個實施方案中，盡管鉆孔是手工完成的，一些步驟的自動化或者至少半自動 化提高樣本收集的吞吐量。其它步驟能夠促進吞吐量。例如，為連續鉆孔和樣本收集而做 的將復數的種子放入井或接收器中的準備是提高吞吐量的另一個方法。為鉆孔做準備，至 少將一組種子陳設并將其部分地定向和支撐。而且，通過真空自動地將鉆孔向下拖拉至過 濾器上分離位置的樣本處理能比從每粒種子收集碎屑更快速，并且隨后人工將每個樣本數 量轉移至容器或者井。(e)避免污染樣本的真空收集減少樣本的污染風險。為清理鉆孔機和管而使用的壓縮空氣減少 污染風險并提高吞吐量。即使鉆孔能產生或者擾亂一些灰塵或者碎屑，并且鉆頭將在物理 上鄰接種子，且連續地鄰接種子、但是圍繞種子的真空收集減少污染的風險。在每次取樣之 后鉆頭的清理是期望的，但可能不是必須的或者可能在確實產生或者擾亂灰塵或者碎屑的 樣本收集方法方面減少污染風險。通過使用壓縮空氣的鉆頭的自動或者半自動的清理是一 個減少交叉污染風險的清理方法。樣本之間的清理能使用受壓空氣和/或真空，或者在撞 擊下一個樣本之前鉆入惰性材料。使用真空，井或者被鉆孔的種子上方的任何東西被堆積于單一的點。在這些實施方案中的其中一些，樣本碎屑堆積于板中過濾器紙或者薄片上的單一的點或者區域。借助 于可能逸出真空源的細微的顆粒，增加過濾器進一步減少污染的風險。同樣地，真空允許樣 本的收集而不改變樣本。(f)跟蹤樣本樣本和被取樣種子處理的基本自動化能促進在樣本和取樣于其中的種子之間、和 /或在樣本之間或者在種子之間的自動化或者半自動化的相互關系。樣本和被取樣種子的 自動化或者自動的定向和分離以及收集幫助實習此目標。關于鉆孔實施方案，詳細列明的目標也被均衡。盡管所述的實施方案的確牽涉一 些手工的行為時，由此，吞吐量可能不一定像一些其它實施方案那樣高，但是器具和方法不 是非常復雜或者昂貴，其能被高效的傳授，并且相對經濟。2.實施方案2 (圖3E-F)關于圖3A-D的概念的變化在圖3E-F中加以說明。具有九十六個種子井的種子盤 220通過框架安裝于樣本盤214的上方。九十六個管213與相當于種子盤220中互補開口 的單獨開口 221和樣本盤214的各個井一起連接于集合管。圖3E為清楚說明只顯示了一 個管213 ；圖3F顯示出了所有的九十六個管。九十六個種子3被放置在種子盤220的九十六個井中，一個種子一個井。如前所 述，真空源213被打開，它在真空箱212中抽出真空。隨后鉆孔機202的鉆頭203被工作人 員手工插入種子盤220的第一井并且其中的種子3被鉆適宜的量。鉆孔產生的碎屑于是自 動地從井的集合管底部221退出，穿過相應的管213，并進入在樣本盤214中的相應的井。 處于樣本盤井下方的過濾器216允許吸力穿過管213將碎屑帶至樣本盤井，但是在該樣本 板井中停止并收集碎屑。此實施方案通常將每粒種子3設定位置以立即收集樣本，至少在被定位的種子盤 井中。朝向種子盤220的井的開口大至足以允許進入鉆頭203以及或許部分夾頭。它們 可具有切去頂端的圓錐體形狀，該圓錐體形狀將趨向自動地將玉米種子的頂端帽部向下定 向，因為玉米種子的頂端帽部端通常具有比冠部更小的橫截面積。可選地，商業上可獲得的種子計數盤(來自美國俄勒R州杰弗遜的Hoffman制造 公司的適于每個應用的定制品)可用于將九十六個種子3定位在適當的間隔位置，并且隨 后在一個步驟中，使所有的九十六個種子同時地落入在圖3E的種子盤220的單個井中。隨 后，在種子盤220中可以開始連續地在一個種子接一個種子上鉆孔，同時出自每個被鉆孔 種子的碎屑自動地通過真空被導弓I至相應的樣本盤214井。如同所認識到的，此實施方案不要求抽出真空作為鉆孔機的一部分。類似于第一實施方案，此涉及鉆孔的第二實施方案能滿足至少一些詳細列明的目 標(a)-(f)。3.可選擇和替換的實施方案對于本領域的普通技術人員顯而易見的變化將包括于此描述中。例如，許多方法和結構的任何一個用于調整鉆孔深度或者控制鉆孔深度。在此實 施方案中，圓錐體206可以是彈簧承載的，這樣通過一個或者多個彈簧將其保持在向外的 位置中。當操作鉆孔機202以將圓錐體206帶入圍繞位于一表面上的種子3的位置并且隨 后將其向下移動時，圓錐體206將貼著該表面并允許鉆孔機202及其鉆頭203向下移動進入種子3直至圓錐體206碰撞鉆孔機202上的終點止動裝置。這將限制鉆頭203能夠鉆入 種子3的距離。可能使用替換的工具來提取種子的樣本。一個例子將是小的往復鋸或者雕刻工具 來從種子3上提取薄片樣本。種子3可被預先定位在粘土基體或者另一個載體中的間隔位置中，并且隨后載體 中的每粒種子被在適當的位置上鉆孔，同時每次鉆孔產生的碎屑被收集并被編入索引。上述的多井器具被配置以九十六個井，這是植物科學家實踐了許多分析方法的常 規數目。其它的井構造也是預期的，例如12、24、48和384個井的模型。E.第四概念——在砂紙上的相關位置用砂紙從單粒種子上打磨碎屑，打孔以及收 集來自砂紙的位置1.實施方案1a)器具(圖 4A-C)業已發現，至少在一些情況下，通過用商業上可獲得的砂紙(例如P150砂粒230N 薄片砂紙，例如，來自美國明尼蘇達州白熊湖的3M公司)輕微地打磨種子3的表面，能從種 子3去除充足數量的樣本碎屑。此外，砂紙趨向將碎屑保留于其表面上。噴霧固定劑可選 擇性地用于進一步將碎屑固定在砂紙上。圖4A-C的示例性實施方案使用一片砂紙600，其尺寸大小能打磨并保留碎屑以獲 得種子3的期望數目。在圖4A中，砂紙600被展示具有16個這樣的位置(例如行1，列1 ； 行1，列2...行4，列4)，但是如圖4D-F所示，優選的是更多的樣本被同時提取(例如96 個)。圖4A-C顯示了 16個位置以闡明此實施方案的原理，但是在此例子中將應用96個位 置。但是，應當理解，砂紙600的尺寸能擁有任何數目的位置，包括只有一個。砂紙600通過常規工具(例如黏合劑，搭扣材料，或者夾具)固定于常規的商業上 可獲得的被倒置的軌道磨沙機的墊子602之上。它能通過框架或者座架(未示出)保持于 被倒置的位置，以便其穩定并堅硬。沖壓板612(圖4B)具有96個向下延伸的與砂紙600的96個樣本位置相關的沖 孔610。沖孔610末端的直徑和形狀可按一定尺寸制成以沖壓砂紙600的斷片，砂紙600在 砂紙600的每個樣本位置包含基本量的(或者所有的)出自種子的碎屑。適于末端的兩個 形狀可以是長方形或者橢圓形(大約0.5英寸乘以0. 25英寸)。具有與砂紙樣本位置相對 應的井數目的樣本盤614可用于接住砂紙600的每個沖壓出的斷片601。b)操作(1)預處理(圖 1B)種子3的預處理僅是它從其穗中脫殼。(2)分離正如所認識到的，工作人員將用手指或者用工具(例如手術鉗、鉗子、或者圖4A的 多叉的珠寶鑷子606)手工地拾起單粒種子3并且將其輕微地向下壓在砂紙600的適當位 置上(見圖4A)，同時軌道磨沙機馬達604—直在運轉直至它留下充足量的碎屑。然后工作 人員將種子編入索引，拾起下一個種子3，移至下一個砂紙位置，并且重復。這將被重復直至 所有的種子3已被取樣或者砂紙600的位置用盡。(3)定向
工作人員將手工地操作種子3以從種子3期望的部位磨下碎屑。(4)樣本分離砂紙600的砂粒和磨沙機(例如1/4"軌道運動，標準的刨槽機速度控制器)的軌 道操作將從種子3分離出碎片或者碎屑并將趨向將相同物保持于其砂粒中。這將基本上在 砂紙上產生通過打磨而從種子3分離的碎屑的小區域。在圖4A和B中，砂紙600被保持水 平以阻止碎屑移動離開適當位置。為了將種子微粒更牢固地附著在砂紙上，砂紙可選擇性 地噴以密封劑，例如商業美術密封劑(例如，Krylon 可行的固定劑)。如前所述，優選的是樣本碎屑量足以用于準確的生物化學、遺傳學、或者表型測試 并且對取樣之后的種子3的發芽潛力造成的影響最小。(5)樣本的收集圖4B說明一旦通過來自期望數量的種子3的碎屑沉積在砂紙600的適當的相應 的位置上而完成樣本分離，砂紙600被定位于樣本盤614的上方，該樣本盤614具有與砂紙 600上的碎屑位置一致的數目及間距的井。沖壓板612將被向下壓在砂紙600上，沖孔610 在砂紙600上和井下面的適宜直線排列的相應位置中。如圖4C所示，沖孔610被配置以沖 壓或者切去包含出自種子3的碎屑的砂紙600的小斷片601。沖壓出的斷片601將通過重 力落入適當的相應的樣本盤井。(6)被切削種子的收集被打磨的種子3可被導引至適當的種子板的各個井中，其井位置與對應的樣本在 樣本板中的井位置相同或相關。(7)后處理可如前所述進行碎屑的生物化學、遺傳學、或者表型測試。與樣本相關的被打磨的 種子，如果因為其包含期望的生物化學、遺傳學、或者表型特征而被選擇，能隨后被相應地 使用。碎屑能被相對輕松地從砂紙的沖壓斷片分離以用于分析。此第四概念的實施方案同樣均衡與本發明背景技術詳細列明的目標(a)-(f)相 關的各種問題和要素。(a)成活力受控的打磨已表明不會明顯地影響被取樣種子的發芽潛力并且提供有用數量的 樣本。通過選擇適宜的砂紙砂粒和特性以及打磨力度、運動的范圍，和打磨的其它可控的要 素，即使相對小的種子也能被非破壞性地取樣。在玉米的例子中，上述的打磨參數允許來自 胚乳的打磨下的碎屑非破壞性地從被取樣種子去除。打磨顯示通過壓或者撕對種子最小的 損害風險。(b)樣本量通過控制打磨的區域和深度能在數量上控制樣本量，從而控制種子碎屑或者樣本 被去除的量。從種子去除的組織的位置同樣能被基本控制。取樣能被控制以減少去除太多 樣本的風險。(c)樣本位置不僅樣本的尺寸，而且樣本的位置也能被控制。如前所述關于玉米種子，從某種 子位置的取樣可能不是期望的(例如從胚芽上或者靠近胚芽處，因為它會影響種子的成活力)。打磨可手動或者另外的方式控制。砂紙相對于種子的定向能被相應地調整。定向能 幫助實現此目標。例如，如關于圖4D所述，蓋或者板(或者一些其它的種子固定裝置)可 配以適于每粒種子的接收器，所述接收器促進種子的定向。復數的種子可放置于這樣的接 收器中的適當位置。由于種子對于砂紙相對一致的方向(例如對于玉米種子是冠部)，隨后 能將蓋相對于砂紙移動以同時從基本相同的位置取樣于每粒種子。(d)吞吐量此打磨處理方法的一些形式是自動化的以提高從復數的種子的收集樣本的吞吐 量。在一個實施方案中，盡管打磨是手工完成的，一些步驟的自動化或者至少半自動化提高 樣本收集的吞吐量(其中一個例子在第二實施方案中有加以描述和說明)。但是進一步地， 對于所描述的實施方案，通過同時沖壓容納復數種子的砂紙的斷片并將它們移至編入索引 的位置的樣本處理能比從每粒種子收集碎屑更快速，并且隨后手工將每個樣本數量轉移至 容器或者井。(e)避免污染業已發現，從種子打磨下的碎屑(樣本)趨于收容在砂紙上的適當位置。這既幫 助減少樣本的污染風險，而且還至少臨時地提供適于樣本的現成的存儲裝置。利用砂紙特 性來收集并保持樣本減少了污染風險并提高了吞吐量。即便打磨能產生或者擾亂一些灰塵 或者碎屑，并且砂紙將在物理上鄰接種子，但是容納樣本的沖壓砂紙斷片的收集是減少交 叉污染風險的一種方法。每次取樣之后沖壓機的清理是理想的，但可能不是必須的或者可 能在確實產生或者擾亂灰塵或者碎屑的樣本收集方法方面減少污染風險。(f)跟蹤樣本樣本和被取樣種子處理的基本自動化能促進在樣本和取樣于其中的種子之間、和 /或在樣本之間或者在種子之間的自動化或者半自動化的相互關系。樣本和被取樣種子的 自動化或者自動的定向和分離以及收集幫助實現此目標。打磨概念可能牽涉一些手工的步驟。但是，它們均衡了詳細列明的目標從而達到 關于所有那些目標的可接受的水平。盡管它們可能沒有達到或者接近其它概念所達到的所 有那些詳細列明的目標的水平，但是這些打磨實施方案不比一些其它的實施方案復雜和昂 貴，并且可能要求更少的操作人員培訓、校準和維護。同樣地，如在打磨實施方案中所示，打 磨概念能采用不同的形式，其中的一些在詳細列明的目標上彼此之間變化。設計者能根據 期望或者需要將詳細列明的目標與其它的問題和要素加入選擇系統作為要素。2.可選擇和替換的實施方案對于本領域的普通技術人員顯而易見的變化將包括于此描述中。可選地，任何數目的不同類型的砂紙、打磨表面、粗糙的或者摩擦的表面能被合并 入上述砂紙600的適當位置。例子包括但不限于大量的砂紙砂粒(例如40、80、150、對0、 400、600、1200、3000)和紙黏合劑、磨石、鋼絲絨、或者銼刀。摩擦的材料不是有助于像砂紙 那樣地被沖孔，它們仍然能被用于產生種子樣本碎屑。類似于在本文件第三概念中描述的 種子鉆孔，樣本碎屑能隨后被收集。此外，存在若干選擇用于產生已被收集于類似砂紙的材料上的種子樣本碎屑的切 去或者沖壓。例子包括但不限于任何類型的手工或者動力操作的切削、剪切、沖壓、或者激 光蝕刻類型的工具。
圖4D-F說明的是一個適于九十六樣本系統的示例性實施方案。軌道磨沙機604 可安裝在箍狀物622中(見圖4D)，箍狀物622被支撐在隔音箱620中。用于磨沙機604的 電繩能伸出出口 623。出口 623能被密封和被隔音。如虛線所示，軌道磨沙機604的頭部 將向上延伸以圍繞開口朝向箱620的平面，并且砂紙連接于它以便砂紙基本上填滿朝向箱 620的開口且位于該平面中。裝上鉸鏈的蓋6M包括96個長方形或者矩形的開口，這些開 口形成用于插入96個玉米種子的引導模板626，每開口一個種子。注意開口的形狀可加以 選擇以將96個種子的每個定位于類似的轉動方向。當蓋6M鉸鏈向上時種子能干涉配合 從蓋6 的底部進入開口，并且隨后在磨沙機604運轉以從96個種子的每個磨擦碎屑進入 砂紙上分離的不變相隔的位置時蓋被向下轉動且被向下壓，或者當蓋6M被關閉于箱620 上時種子可從蓋擬4的頂端放入開口，以便每粒種子被期望的部分延伸穿過蓋624。平板或 者墊子能被壓在蓋620的頂部上面(伴隨著96個種子處于適當的位置)并且再次操作磨 沙機以從處于砂紙上分離位置中的每粒種子得到樣本。正如所認識到的，通過將每粒種子 定位在相對于砂紙的相同方向，能同時從96個種子的相同部分獲得樣本。然后箱620的蓋能夠被回轉并且砂紙被從磨沙機和箱620移去且被放置在砂紙盤 640中(見圖4F)。砂紙盤640位于液壓沖孔機的底座中(見圖4E)。液壓油缸(未示出) 可操作地設置于壓機框架630上的安裝板632和沖壓板612上的箍狀物636之間。當用于 液壓油缸的泵634開動時，沖壓板612向下移到軌道638上，以致沖孔或者按扣610向下移 動并穿過砂紙盤640中相應的沖壓孔642。按扣620按一定尺寸制成以模擬沖壓區域，來自 打磨種子的樣本沉積于其中。砂紙的沖壓區域，樣本位于其上，能夠通過重力直接落入96 個井索引盤或者板59或者63的相應的單個井中(見圖4F)。在此方式中，96個樣本能被同時取自96個種子并被編入索引以進一步使用。能開 動動力缸以使沖壓板612返回至已升高的位置來準備用于下一個沖壓操作。正如所進一步認識到的，一些種子不需要相同的方向來取樣。一個例子是大豆種 子。在這樣的案例中，相對于砂紙仔細地定向不是必須的。F.示例性實施方案的概括正如通過參考示例性實施方案所認識到的，每個實施方案顯示器具和方法可加以 設計以促進非破壞性地、快速和準確地從有用數量的玉米種子收集組織樣本。一些概念不 僅公開了從種子分離樣本的方法，而且還在取樣之前自動地將種子定位并定向。但是每個 實施方案提供一個方面，該方面被認為是以至少一個形式描述一個來自現有技術的改進。G.可選擇和替換的實施方案正如由那些本領域中的普通技術人員所認識到的，在此公開的發明的實施方案僅 是示例性并且不包含它們所能采用的形式。對本領域的普通技術人員顯而易見的變化將包 括在本發明及其實施方案的范圍內。以下將闡明一些例子。1.器皿示例性實施方案中組成部件的尺寸、構造和材料可根據需要和期望變化。2.方法精確的方法步驟可根據需要和期望變化。3.分離
分離不限于給定的具體例子。其它器具和方法當然也是可能的。4.定向鐵基涂層和磁體作為自動定向種子的一種方法得到公開。這是特別適合于玉米種 子的，因為當種子在穗上時可應用涂層，并且這自動導致涂層僅在種子的冠部上。于是，種 子的冠部端被磁體吸引到鄰接磁體，這些磁體依次使頂端帽部向外。正如本領域的普通技術人員所認識到，一旦種子從穗分離，如果期望不同的方向， 能將鐵基涂層以不同的方式或者位置涂敷于種子。但是，當在穗上應用時應用是快速的并 且合適用于復數的種子。然而，請注意一些實施方案在切削之前允許調整種子3的方向，盡管它不是自動 的。通過“自動的”意味著以基本上獨立于外界影響或者控制的方式行動或者操作，或者操 作不受人為干擾。還請注意至少一些種子的定向可通過種子如何被插入，例如，圖3E的種子板220， 而手動地實現。這樣結構的幾何構造能夠在一些情況下幫助定向種子。這可能對于具有不 對稱但是一致形狀的種子特別真實。玉米是這樣的一個例子。5.種子準備a)預處理鐵基涂層是一個實施方案的預處理步驟，該實施方案利用磁體來自動實現種子定 位和定向。如在本文中其它處所討論的，能以各種手段實現把靜電材料應用到種子。可能 的是將其它的物質應用于種子以全部地或者部分地實現至少類似的功能。例如，壓敏材料 或者其它的非永久黏合劑可應用到種子的至少一部分以便它將在某一方向粘附于取樣位 置。另一個例子是使用靜電的或者帶電粒子作為設備以將高磁性的可滲透性的(例如鐵或 者鋼)材料(例如微粒、薄片或者斷片)粘貼于種子之上。粉末涂敷是一種方法。b)后處理(1)密封在取樣之后種子處理或者類似物質可選擇性地應用于種子取樣區域之上。例如物質(如石蠟)可放置或者涂敷于切削、鉆孔區域或者被切削種子60的打磨 區域之上。還存在商業上可獲得的谷粒密封器(例如來自美國威斯康辛州富蘭克林的ABR 產品公司的Log-Gevity 產品)，其可用于防止干擾進入被切削種子60。為了保護營養物防止種子腐蝕，另一個例子將是使用種子處理，例如 Lockout (Becker Underwood 公司)0(2)作用劑取樣之后，一種或多種物質可選擇性地涂敷于種子。例子包括但不限于殺蟲劑、肥 料或生長增強劑、或者抗真菌作用劑。一個具體例子是斑脫土，其具有抗真菌特性的自然物質。這樣的物質能用于增加 發芽潛力和減少對被切削種子60的致病攻擊。商業上可獲得的化學種子處理殺真菌劑包 括一種來自美國田納西州孟菲斯的Drexel化學公司的廣譜殺真菌劑Captan ；以及來自美 國北卡羅來納州格林斯博羅的Syngenta的Apr0nTM(甲霜靈)和MaximTM(咯菌腈)殺真菌 劑。6.分析技能
正如本領域的普通技術人員所認識到的，本方法包括本領域中幾乎任何的已知方 法，通過它將樣本處理以得到生物化學、遺傳學、或者表型信息。許多方法是充分記載并廣 為人知的。7.應用a)種子的類型示例性實施方案和本發明不限于玉米種子，其實際上可應用于任何種子。大豆僅 是一個例子。加拿大油菜是另一個例子。b)應用本發明的實施方案能應用于廣泛范圍的實驗室化驗和規程中，并且能被應用于植 物研究的各種方面。本發明能被應用的一些(但不是全部)手段包括DNA和RNA提取并測 試過程、基因型分型、用于基因被改造的種子對非基因被改造種子的選種、標志鑒定、用于 偶然出現的測試、波譜學、食品研究、油化學和蛋白質生物化學。這僅是方法的抽樣示例，其 中本發明的實施方案找到應用并且其不在任何方面受限。
權利要求
1. 一種取樣種子的方法，其包括a.從所述種子的殘余部分分離樣本，所述分離包括以下的一個或者多個 i.沒有明顯地影響所述種子的發芽潛力； .提供有用數量的樣本；iii.從所述種子的期望位置提供樣本；iv.最小化所述樣本的污染風險；以及v.在相對高的吞吐量速率下產生所述樣本；b.將所述樣本轉移至預定位置以進一步使用，所述轉移包括以下的一個或者多個1.最小化所述樣本的污染風險； .在相對高的吞吐量速率下移動所述樣本；以及 iii.跟蹤所述樣本。
2.根據權利要求1所述的方法，其中轉移所述樣本包括以下的一個或者多個a.抽吸；b.壓縮空氣；c.自動化的啟動器；d.機械的器皿；e.Mid ；f.在基片上。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述樣本的預定位置與其它的樣本相關聯。
4.一種從單粒種子取樣種子組織的方法，其包括a.從所述種子的所述殘余部分分離所述種子的相對小的部分；b.所述分離步驟適于i.對所述種子的所述殘余部分是非破壞性的；以及 .提供所述種子的相對可測量的樣本。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述分離步驟包括以下的一個a.切削；b.鉆孔；或者c.打磨。
6.根據權利要求4所述的方法，其進一步包括收集所述樣本以阻止樣本的污染。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述阻止樣本的污染的步驟包括由以下方式收集 各個樣本a.Mid ；b.真空；或者c.粘附于載體。
8.根據權利要求4所述的方法，其進一步包括在所述樣本的分離之前由以下方式將所 述種子定位并定向a.通過接收器或者容器的結構保留所述種子；b.用工具保持所述種子；c.通過表面的特性保留所述種子；或者d.通過磁吸保持所述種子，其中有磁力活性的材料或者物質已被事先應用于與所述種 子的期望方向相關聯的所述種子上的位置。
9.根據權利要求4所述的方法，其進一步包括將所述樣本和所述種子之一或者二者同 時編入索引系統。
10.根據權利要求4所述的方法，其進一步包括在所述包括生物化學、遺傳學、或者表 型測試的應用中使用所述樣本。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述生物化學、遺傳學、或者表型測試包括以下 的一個或者多個a.DNA提取；b.RNA提取；c.基因型分型；d.用于基因被改造的相對非基因被改造的Tl種子的選種；e.標志鑒定；f.用于偶發出現的測試；g.波譜學；h.食品研究；i.油化學；以及j.蛋白質生物化學。
12.根據權利要求11所述的方法，其進一步包括利用所述生物化學、遺傳學或者表型 測試以確定關于在植物推進實驗中所述剩余的種子的使用。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述種子包括玉米種子、加拿大油菜種子、或者 大豆種子。
全文摘要
本發明公開了適于種子的高吞吐量、有用的取樣的器具、方法以及系統，其中成活力可選擇性地加以保留。通過去除并收集出自所述種子的組織來單獨取樣來自植物推進實驗中一代的種子。所述組織隨后被處理以在做出是否在植物推進實驗或者其它的植物研究和開發中利用該種子的決定之前獲得所述種子的一個或者多個生物化學、遺傳學、或者表型特征。在所述方法的一些實施方案中，控制取樣以去除用于分析目的的有用數量的組織而未明顯地影響所述被取樣種子的成活力潛力。在一些實施方案中，對所述取樣加以控制以防止污染所述樣本。在一些實施方案中，所述種子被自動地定位和定向以便于高效并準確的取樣。
文檔編號B26B13/00GK102095600SQ201010601808
公開日2011年6月15日 申請日期2007年11月13日 優先權日2006年11月13日
發明者D·庫爾斯, J·科普 申請人:先鋒高級育種國際公司