CN103929949A - 大规模分配花粉粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对多个植物批量授粉的方法。在多个实施例中，所述方法包括收集多个已知花粉粒，将所述多个已知花粉粒载入批量花粉分配装置，使用电子传感器感测所述多个植物中的每个的目标授粉位置，以及当所述电子传感器感测到所述植物中的每个的所述目标授粉位置在预定距离内时，使用所述批量花粉分配装置将所述已知花粉粒分配至所述多个植物，从而对所述多个植物授粉。可通过防止所述多个植物由另外的花粉源授粉来制备多个植物用于强制授粉。可分配已知花粉粒以使用已知植物产生预定的配子杂交。

Description

大规模分配花粉粒的方法

技术领域

本发明的各种实施例整体涉及用于分配花粉的方法和装置。具体地讲，本发明的实施例提供被配置成使用批量花粉分配装置分配花粉的方法。

背景技术

由于各种原因，植物物种可有意培育。例如，在一些应用中，植物物种被有意培育形成杂种植物物种。在一些应用中，杂种植物被培育成显示各种所需的性状。这些性状可包括，例如，耐高温和干旱、抗疾病和虫害、产量特性改善、以及农艺品质改善。一般来讲，植物能够自花授粉、异花授粉，或二者皆有。自花授粉描述了使用一朵花的花粉使其转移到同一朵花或同一植物的另外一朵花的授粉过程。异花授粉描述了使用从来自不同的科或品系的不同植物的花所释放的花粉的授粉过程。

已自花授粉并且经许多代选定的植物在几乎全部的基因座处变成纯合并且产生纯育子代的均质群体。两种不同纯合品系之间的杂交产生杂种植物的均质群体，该杂种植物对许多基因座来说可能是杂合的。各在许多基因座处为杂合的两株植物的杂交将产生异质植物的群体。

玉米(Maize)(Zea mays L.)在美国通常称为“corn”，可通过自花授粉和异花授粉两种技术培育。同一植物上玉米有单独的雄花和雌花。雄花位于雄穗上，雌花位于雌穗上。当风将花粉粒从雄穗吹至从雌穗顶部突出的穗丝时在玉米中发生天然的授粉。

玉米种子生产计划中的杂交玉米品种的开发可涉及三个步骤：(1)从各种种质库选择植物进行初始育种杂交；(2)从育种杂交中选出的植物自花授粉若干代，产生一系列近交系，其单独地为纯育的并且高度均质；以及(3)将选择的近交系和无关的近交系杂交以产生杂交子代。在足够量的近交后，连续子代将仅起到增加所开发的近交系种子的作用。优选地，近交系应该在其约95％或更多的基因座处包含纯合等位基因。

在玉米近交过程中，品系的活力可下降。当将两种不同的近交系杂交以产生杂交子代时，活力可恢复。近交系的纯合性和同质性的一个重要结果是，确定的一对近交株之间的杂种可无限地繁殖(只要近交亲本的同质性得以保持)。一旦已确定产生优良杂种的近交株，则可用这些近交亲本产生杂交种子的连续供应，然后可从这些杂交种子供应产生杂交玉米植物。

因此，玉米种子的开发和产生可需要在一个或多个步骤处强制授粉，如上文所述。

发明内容

在一个实施例中，提供了一个或多个植物的授粉方法。在多个实施例中，该方法可包括收集多个已知花粉粒，将所述多个已知花粉粒载入批量花粉分配装置，使用电子传感器感测一个或多个植物中的每个的目标授粉位置，以及用批量花粉分配装置将已知花粉粒分配至一个或多个植物，从而对所述多个植物授粉。在一些实施例中，当电子传感器感测到一个或多个植物的目标授粉位置在预定距离内时，发生已知花粉粒至一个或多个植物的分配。在一些实施例中，一个或多个植物可包括一个或多个玉米植物。在一些实施例中，一个或多个植物可包括多个植物，并且用批量花粉分配装置分配已知花粉粒可包括用田间喷雾机分配已知花粉粒。

一些实施例还可包括通过防止一个或多个植物由另外的花粉源授粉来制备一个或多个植物用于强制授粉。在一些实施例中，一个或多个植物可包括一个或多个玉米植物，并且防止一个或多个植物由另外的花粉源授粉可包括对一个或多个玉米植物的多个穗丝套袋。在一些实施例中，一个或多个植物可包括一个或多个玉米植物，并且防止一个或多个植物由另外的花粉源授粉可包括摘去一个或多个玉米植物的雄穗。在一些实施例中，防止一个或多个植物由另外的花粉源授粉可包括使一个或多个植物遗传绝育，以使得所述多个植物不产生可育的花粉。在一些实施例中，一个或多个植物可包括一个或多个玉米植物，并且防止一个或多个植物由另外的花粉源授粉可包括使一个或多个玉米植物遗传倾向于在第一时间开始抽丝并且在第二时间开始散粉，其中第一时间和第二时间是不同的。

一些实施例还可包括在作物生产田中栽培一个或多个植物，其在一些实施例中可包括在作物生产田中栽培第一多个植物。一些实施例还可包括在从其收集已知花粉粒的花粉生产田中栽培第二多个植物。在一些实施例中，作物生产田可与花粉生产田分开。在一些实施例中，第二多个植物可经基因工程被配置成在第一多个植物的抽丝或第一多个植物的散粉中的至少一者之前散播已知花粉粒。在一些实施例中，一个或多个植物可包括一个或多个已知植物，并且分配已知花粉粒可包括对一个或多个已知植物授粉，以产生预定的配子杂交。在一些实施例中，一个或多个植物可包括多个植物，并且用花粉分配装置分配已知花粉粒可包括通过被配置成将已知花粉粒引导至两行或更多行所述多个植物的歧管分配已知花粉粒。一些实施例还可包括在分配已知花粉粒之前保存已知花粉粒。在一些实施例中，保存已知花粉粒包括控制已知花粉粒接触的湿度水平。

附图说明

由此，已对本发明进行了一般性描述，现将参考附图，这些附图未必按比例绘制，并且其中：

图1示出了被配置成根据本发明的示例性实施例分配花粉粒的批量花粉分配装置的实施例；

图2示出了如可体现在根据本发明的示例性实施例的批量花粉分配装置上的花粉施加装置的例子；以及

图3示出了根据本发明的示例性实施例的多个植物批量授粉的方法。

具体实施方式

下文将参考附图更完整地描述本发明，其中示出了本发明的一些但并非全部实施例。实际上，本发明可以多种不同形式体现而不应理解为受限于本文所述的实施例；相反，提供这些实施例的目的是使本发明满足适用的法律要求。类似的编号在全文中是指类似的要素。

植物的强制授粉例如在异花授粉过程中可涉及手动收集和分配花粉。手动收集和分配花粉可能非常耗费劳力。例如，工人可通过将花粉从玉米穗的雄穗抖落到雄穗袋中来手动收集花粉。此外，工人可然后将花粉手动洒到玉米雌穗的穗丝上，穗丝上套有生长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强制授粉可涉及可能在一天或更多天的过程中进行的多个手动步骤。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，因为雄穗袋可能不允许以简单可控的方式靶向施加花粉。因此，工人可能倾向于施加比本来所需更多的花粉。因此，本发明的实施例提供用于将花粉分配至多个植物的改进装置和方法。

以下说明涉及其中花粉分配至多个植物的实施例；然而，在其他实施例中，本发明设想了使用本文所述的一个或多个方面将花粉分配至单个植物。因此，在多个实施例中，批量花粉分配装置可包括单个花粉施加装置或多个花粉施加装置。因此，本发明提供使用单个花粉施加装置或使用多个花粉施加装置促进单个植物或多个植物的自动、半自动或手动授粉的方法。

图1示出了被配置成分配花粉粒的批量花粉分配装置100的实施例。在所示实施例中，批量花粉分配装置100包括多个花粉施加装置102。

在所示实施例中，将所述多个花粉施加装置102(例如，田间喷雾机)附接到移动承载装置106，所述移动承载装置被配置成使用移动运输设备108(例如农用拖拉机)穿过田地运输，如所示实施例。移动运输设备的其他例子可包括(但不限于)：全地形车辆、一匹或多匹马、多用途车辆例如Unimog或Humvee等。在其他实施例中，移动承载装置106可以例如通过包括整合的运输机构或设备而为自力推进的。

在多个实施例中，花粉施加装置102被配置成将花粉粒施加至多个植物110，例如栽培在农田中的那些。如下所述，在一些实施例中，花粉粒可为已知的。在所示实施例中，多个花粉粒保存在贮存容器112中，所述贮存容器由移动运输设备108承载。在其他实施例中，贮存容器112可位于批量花粉分配装置100上。在另外的实施例中，一个或多个花粉施加装置102可包括专用花粉贮存容器，使得一个或多个花粉施加装置102可分配不同类型的花粉。在一些实施例中，专用花粉贮存容器可位于例如移动运输栽培设备108上、移动承载装置106上和/或靠近花粉施加装置102。

在所示实施例中，来自贮存容器112的花粉粒通过经由移动承载装置106的歧管的单个管(未示出)递送到所述多个花粉施加装置102中的每个。虽然在所示实施例中使用加压的空气将花粉粒从贮存容器112传送至所述多个花粉施加装置102，但在其他实施例中花粉粒可通过多个其他装置，包括(但不限于)基于重力的或其他机械分配系统递送至花粉施加装置102。在其他实施例中，花粉可使用一种力或多种力的组合进行分配，所述力包括(但不限于)：正压力、负压力、机械作用模式、离心力和液压力、气动力和重力。

图2示出了如可体现在根据本发明的示例性实施例的批量花粉分配装置100上的两个花粉施加装置102的例子。在所示实施例中，每个花粉施加装置102包括传感器114和喷嘴116。在多个实施例中，传感器114被配置成感测植物上的目标授粉位置118。在所示实施例中，目标授粉位置118包括玉米植物的雌穗丝。应该指出的是，虽然在所示实施例中，所述多个植物110包括玉米植物，但在其他实施例中，所述多个植物可包括多个其他植物。例如，在多个实施例中，本发明可用于通过或可通过风、空气、重力等授粉的任何数量的作物，包括(但不限于)：高梁、大豆、卡诺拉油菜和各种其他果蔬作物。通过此类方式，目标授粉位置的特性可以变化并因此可被配置成适于特定应用。在所示实施例中，传感器114是电子光学传感器，然而在其他实施例中传感器114可以是被配置成感测植物上的目标授粉位置的任何其他传感器。

大多数单一栽培主要依赖于基于重力、风和/或昆虫的授粉来产生果实和/或幼苗。因此，能够收获花粉并且使其靶向对雌性器官的直接施用，并且在一些实施例中，在雌性植物器官处于最佳繁育点的时间段内进行是有利的。

在所示实施例中，传感器114与一个或多个被配置成控制和处理传感器114接收的数据的控制器(未示出)通信。喷嘴116也与一个或多个控制器通信。因此，批量花粉分配装置100的喷嘴116还被配置成受到控制以引导花粉粒进入植物110的目标授粉位置118。在所示实施例中，每个喷嘴116具有相对于其各自传感器114的固定方向，并且被配置成引导花粉粒进入各自目标授粉位置118。在多个实施例中，当传感器114感测到植物的目标授粉位置118在预定距离(示出为区域120)内时，控制器可控制每个喷嘴以引导花粉粒进入各自目标授粉位置118。在其他实施例中，喷嘴116可自动定位，以使得其方向(如，喷雾位置)可通过一个或多个控制器控制。通过此类方式，可控制一个或多个喷嘴116以改变其相应喷雾位置，以引导花粉进入如传感器114所感测的相应目标授粉位置118。

在一些实施例中，批量花粉分配装置100可被配置成将电荷施加至通过喷嘴116分配的花粉粒。例如，电极可设置在贮存容器112内。在多个实施例中，电极可被配置成在花粉粒从贮存容器112分配时赋予其电荷。在其他实施例中，每个花粉施加装置102可包括例如接近每个喷嘴116的出口的电极，以将电荷赋予花粉粒。电极赋予的电荷可以例如被配置成将花粉粒吸引至花粉粒所要施加到的玉米植物的穗丝。因此，将电荷施加至花粉可促进授粉。然而，并非批量花粉分配装置100的所有实施例都可将电荷施加至花粉粒，授粉可在无电荷施加的情况下进行。

另外，批量花粉分配装置100还可包括被配置成控制贮存容器112内的环境条件的环境控制机构。例如，环境条件可包括温度、湿度、光照量和/或其他环境条件。从而，批量花粉分配装置100可包括加热元件、冷凝器或被配置成加热或冷却贮存容器112中的花粉粒的其他环境控制机构。在一个实施例中，环境控制机构可包括被配置成部分或完全地围绕贮存容器112的护套。护套可被加热或冷却以便控制贮存容器112内的温度以实现其中的花粉粒的所需温度，从而保持花粉粒的活力。另外，风扇、冷凝器或单独的减湿器可用于调节贮存容器112内的湿度。

就光照量而言，可将涂层涂覆至贮存容器112以减少穿过贮存容器112到达花粉粒的可见光、紫外光和/或红外光透射。或者，可选择由其形成贮存容器112的材料以限制光透射。因此，可调节贮存容器112内的一个或多个条件。从而，例如，花粉粒的活力可保持延长的一段时间。除此之外或作为另外一种选择，可以一定方式控制环境条件，从而有利于花粉粒的分配和/或改善花粉粒与施加该花粉粒的植物的附着性。

现在将描述用于分配花粉粒的方法。虽然本说明书可一般性地描述由图1和2中示出的批量花粉分配装置100的实施例所进行的操作，但应当理解这仅出于简洁的目的。就这一点而言，各种其他装置实施例可用于进行下文将描述的方法。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的多个植物批量授粉的方法。如图所示，该方法可包括在操作202处收集多个已知花粉粒。已知的花粉粒可包括那些已知花粉粒特性的花粉粒。例如，从其收集花粉粒的具体植物可以是已知的，花粉粒的基因组成可以是已知的，和/或从其收集花粉粒的地块可以是已知的。类似地，已知的植物可以是指植物的基因组成或其他特性已知。收集花粉可包括将花粉从玉米穗的雄穗抖落到雄穗袋中，将花粉真空吸离雄穗，和/或可为本领域技术人员所理解的收集花粉的任何其他方法。

该方法还可包括在操作204处将所述多个花粉粒载入批量分配装置。在一些实施例中，可在将所述多个花粉粒载入批量分配装置之前保存花粉。该方法还可包括在操作206处感测所述多个植物中的每个的目标授粉位置。如上所述，在一些实施例中，这可使用电子传感器，例如光学传感器实现。另外，该方法可包括在操作208处将已知花粉粒分配至所述多个植物。如上所述，在一些实施例中，这可在传感器感测到植物的目标授粉位置在预定距离内时进行。

在一些实施例中，该方法也可包括其他操作，包括图3中虚线所示的那些操作。例如，该方法还可包括在操作210处防止由另外的花粉源授粉。在一些实施例中，所述多个植物可以是玉米植物，并且这可在用批量花粉分配装置对玉米植物授粉之前通过对玉米植物的多个穗丝套袋实现，如图2中的袋122所示。从而，更可能的情况是使用从花粉施加装置推送出的花粉粒进行授粉，而不是使用来自另外的花粉源的其他花粉粒进行授粉。在其中所述多个植物为玉米植物的其他实施例中，防止所述多个植物由另外的花粉源授粉可包括摘去所述多个玉米植物的雄穗，使所述多个植物遗传绝育，以使得所述多个植物不产生可育的花粉，和/或使所述多个玉米植物遗传倾向于在第一时间开始抽丝并且在第二时间开始散粉，其中第一时间和第二时间是不同的。在其他实施例中，所述多个植物可在作物生产田中栽培，并且第二多个植物(其可从第一多个植物分离)可在从其收集已知花粉粒的花粉生产田中栽培。在一些实施例中，第二多个植物可经基因工程被配置成在第一多个植物的抽丝或第一多个植物的散粉中的至少一者之前散播已知花粉粒。

该方法还可包括在操作212处使花粉粒与添加剂混合，其可在操作208处分配花粉粒之前进行。添加剂可被配置成增加在一些实施例中由批量花粉分配装置分配的所述多个花粉粒的可见度。例如，添加剂可包括白色滑石粉或其他便于可见的物质。从而，操作人员可在分配花粉粒时能够看见花粉粒的流速，并且此外操作人员可看见落在植物上的花粉的量(如由添加剂表示)。例如，在一些实施例中，花粉粒和添加剂可按1比1的比率(以质量或体积计)混合。添加剂也可被配置成控制所述多个花粉粒的水分含量。例如，添加剂可通过为花粉粒提供水分而增加花粉粒的活力持续时间。就这一点而言，添加剂可储存和释放水分。

另外，该方法可包括在操作214处控制花粉贮存容器内的环境条件。如上所述，在一些实施例中，环境条件可包括温度、湿度，和/或在一些实施例中光照量，但各种其他环境条件可在其他实施例中控制。此外，该方法可包括在操作216处将电荷施加到所述多个花粉粒的一部分。从而，可增加花粉粒与植物结合的可能性。

通过采用本文公开的方法和/或批量花粉分配装置100施加花粉，相比与使用雄穗袋手动施加花粉可以以更有效的方式进行。具体地讲，批量花粉分配装置100(或根据本文公开的其他分配设备)可以以受控的方式选择性地推送花粉到植物上。另外，可将花粉直接推送到植物的所需目标授粉位置，以便更有效地使用花粉粒，并且可能产生更高的授粉率。通过这种方式选择性地引导花粉，与使用雄穗袋施加花粉相比，对相同数量的植物授粉可需要更少的花粉。另外，通过这种方式选择性地引导花粉可使花粉只对目标植物授粉，因为可使用批量花粉分配装置100仔细地控制花粉引导的方向及其量。

如上所述，在一些实施例中，使用多个花粉粒的该部分对植物授粉可包括使用已知的花粉粒对已知的植物授粉以产生预定的配子杂交。因此，在一些实施例中，对花粉以及要施加花粉的植物的特性的了解可用于产生已知的杂交。然而，在其他实施例中，使用多个花粉粒的该部分对植物授粉可包括对未知的植物授粉和/或使用多个未知的花粉粒对植物授粉以产生配子杂交。就这一点而言，在一些实施例中授粉时杂交的特性可能不完全已知。

如上所述，在其他实施例中，单个植物可使用本文所述的一个或多个方面授粉。因此，本发明还涵盖通过收集多个已知花粉粒，将所述多个已知花粉粒载入花粉分配装置，使用电子传感器感测植物的目标授粉位置，以及用花粉分配装置将已知花粉粒分配至植物来对单个植物授粉。在一些实施例中，当电子传感器感测到目标授粉位置预定距离内时，将已知花粉粒分配至植物。

本发明所属领域的技术人员将想到本文阐明的本发明的许多修改形式和其他实施例，它们具有在上述说明和相关图片中展示的教导内容的有益效果。因此，应当了解，本发明不限于所公开的具体实施例，并旨在将修改形式和其他实施例包括在所附权利要求的范围内。虽然本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性含义使用而不出于限制目的。

Claims (17)

1.一种对一个或多个植物授粉的方法，所述方法包括：

收集多个已知花粉粒；

将所述多个已知花粉粒载入批量花粉分配装置；

使用电子传感器感测所述一个或多个植物中的每个的目标授粉位置；以及

使用所述批量花粉分配装置将所述已知花粉粒分配至所述一个或多个植物，从而对所述一个或多个植物授粉。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述电子传感器感测到所述一个或多个植物的所述目标授粉位置在预定距离内时，发生所述已知花粉粒至所述一个或多个植物的分配。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个植物包括一个或多个玉米植物。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个植物包括多个植物，并且其中使用所述批量花粉分配装置分配所述已知花粉粒包括使用田间喷雾机将所述已知花粉粒分配至所述多个植物。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括通过防止所述一个或多个植物由另外的花粉源授粉来准备所述一个或多个植物用于强制授粉。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个植物包括一个或多个玉米植物，并且

其中防止所述一个或多个植物由另外的花粉源授粉包括对所述一个或多个玉米植物的穗丝套袋。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个植物包括一个或多个玉米植物，并且

其中防止所述一个或多个植物由另外的花粉源授粉包括摘去所述一个或多个玉米植物的雄穗。

8.根据权利要求5所述的方法，其中防止所述一个或多个植物由另外的花粉源授粉包括使所述一个或多个植物遗传绝育，以使得所述一个或多个植物不产生可育的花粉。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个植物包括一个或多个玉米植物，并且

其中防止所述一个或多个植物由另外的花粉源授粉包括使所述一个或多个玉米植物遗传倾向于在第一时间开始抽丝并且在第二时间开始散粉，其中所述第一时间和所述第二时间是不同的。

10.根据权利要求5所述的方法，还包括在作物生产田中栽培所述一个或多个植物。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个植物包括第一多个植物，并且还包括在从其收集所述已知花粉粒的花粉生产田中栽培第二多个植物。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述作物生产田与所述花粉生产田分开。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二多个植物经基因工程被配置成在所述第一多个植物的抽丝或所述第一多个植物的散粉中的至少一者之前散播所述已知花粉粒。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个植物包括一个或多个已知植物，并且

其中分配所述已知花粉粒包括对所述一个或多个已知植物授粉，以产生预定的配子杂交。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个植物包括多个植物，并且使用所述花粉分配装置分配所述已知花粉粒包括通过被配置成将所述已知花粉粒引导至两行或更多行所述多个植物的歧管分配所述已知花粉粒。

16.根据权利要求1所述的方法，还包括在分配所述已知花粉粒之前保存所述已知花粉粒。

17.根据权利要求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触的湿度水平。