CN101292157A - 脂肪酸组成的高产量筛选 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高产量筛选种子中的脂肪酸特征的方法。该方法包括将种子单独供给至取样站；从取样站中的种子中移除试样；将试样输送至试样盘的隔室中；转化由试样盘中的试样中所萃取的油，以形成脂肪酸甲酯的混合物；并分析来自试样的该脂肪酸甲酯的混合物，以确定相应的种子的脂肪酸特征。

Description

脂肪酸组成的高产量筛选
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2005年8月26日提交的美国临时申请序列号60/711,755的优先权，该临时申请所公开的全部内容通过引用结合到本文中来。
背景技术
[0002]本发明涉及在生物材料(例如种子)中高产量筛选(highthroughput screening)及识别脂肪酸组成特征的系统和方法。
[0003]由于其独特的化学组成含油种子是具有许多营养和工业用途的有价值的作物。因此，育种者不断地试图开发各种含油种子，使含油种子产量和/或生产最大化。因此，谷物操作者和育种者必须能从常规种子中区分含油种子，以在谷物操作站或在育种操作中进行重要的决定。由于确定一种群种子的脂肪酸特征费力且耗时，因此这些决定传统上基于对一种群种子的统计取样。但是，统计取样必然使不具有所需特征的某些种子保留在种群中，还可能不在意地将某些种子排除在所需种群以外。
[0004]因此，需要用于含油种子同一性测试的高产量的筛选系统和方法。
发明内容
[0005]本发明涉及筛选种子以确定其脂肪酸特征的系统和方法。所述系统和方法特别适用于高产量和自动化操作，比起以前的实践，允许更多的取样。此外，本发明的至少某些实施方案允许的高产量、自动化和非破坏性的取样使得可在种群中筛选和测试每个种子，从而可淘汰不具有所需脂肪酸特征的种子。此外，本发明的各实施方案是可充分移动的，使得可在田间完成种群中大多数或全部种子的测试。因此，本发明提供的快速测定——通常其总分析时间小于约10分钟——理想地适用于在谷物升降机、油加工厂、食物配方实验室等的含油种子的同一性测试，或适用于必须分析大量小试样以立即进行种植决定的育种应用。因此，本发明的系统和方法大大加速了评估一种群种子的过程，例如用于在田间作出有效的购买或处理决定，或在育种过程中、堆集(bulk)给定种子种群时作出种植决定，使得不会浪费时间和资源来种植不具有所需特征的植物。
[0006]确定多种种子的脂肪酸组成的本发明的方法通常包括：将种子按顺序供给至取样站(sampling station)；将种子保持(hold)在取样站；从保持在取样站的种子刮下试样；将试样输送至试样盘(sampletray)的独立(individual)隔室(compartment)中；由试样盘中的试样萃取油；将由试样盘中的试样萃取的油酯转化，以形成脂肪酸酯的混合物；并由试样分析脂肪酸酯的混合物，以确定相应的种子的脂肪酸特征。
[0007]本发明还涉及一种高产量筛选含油种子的方法。所述方法包括在试样盘的独立隔室中提供来自各种含油种子的组织试样；将试样盘中的组织试样与甲苯接触，产生包含脂肪酸甲酯的混合物；分析来自各试样的脂肪酸甲酯的混合物，以确定相应的含油种子的脂肪酸特征；并基于具有或不具有所需的脂肪酸特征来选择种子。
[0008]本发明还提供了一种在种子中高产量筛选脂肪酸组成的系统。所述系统包括保持各种子的取样站；从取样站中的种子中移除材料的取样机构；将各种子供给至取样站的种子加料器；将试样从取样站传输至固定位置的试样传输装置；用于支撑具有用于保持来自各种子的各试样的多个隔室的至少一个试样盘的桌子，所述试样盘还适于接受一定体积的适于从试样中萃取油并将所萃取的油转化为脂肪酸酯的混合物的溶剂；以及用于分析各试样的脂肪酸酯的混合物以确定相应的种子的脂肪酸特征的器件。
本发明还提供了一种堆集一定量的具有所需脂肪酸特征的种子的方法。所述方法包括：(a)在不影响种子发芽存活力的情况下从种群中的各种子取下试样；(b)将各试样与溶剂接触，以形成包含脂肪酸甲酯的混合物；(c)分析来自各试样的脂肪酸甲酯的混合物，以确定相应的种子的脂肪酸特征；(d)选择具有至少一种所需脂肪酸特征的种子；(e)由所选的种子培养植物；(f)由培养的植物回收种子；并重复步骤(a)-(f)进行一代或多代培植。
[0009]这些和其它特征及优点一部分是显而易见的，一部分在下文中指出。
附图说明
[0010]图1是根据本发明原理使用的自动种子取样系统的一个实施例的透视图；
图2是种子取样系统的种子取样组件的放大透视图；
图3是种子取样组件的漏斗和种子供给机构的放大透视图；
图4是用于从种子上刮除试样的拉刀(broach)的透视图；
图5是用于从种子供给机构驱动活塞促动器拉刀的滑块的透视图；
图6是漏斗的供给机构中的活塞的透视图；
图7是多个种子盘和试样盘安装在其上的平台的透视图；
图8是二维平移机构的透视图；
图9是种子输送器的进口的透视图；
图10是种子输送器的出口的透视图；
图11是试样输送器的出口的透视图；
图12是用于种子输送器和试样输送器中的空气倍增器(airmultiplier)的透视图；
图13是根据本发明原理使用的高产量种子取样系统的顶视平面图；
图14是高产量种子取样装置的侧视图；
图15是种子取样系统的前部透视图；
图16是种子取样系统的后部透视图；
图17是高产量种子取样装置的取样站的透视图；
图18A是根据本发明原理的种子取样站的一个部分的局部透视图，其中拉刀回缩；
图18B是根据本发明原理的种子取样站的一个部分的局部透视图，其中拉刀伸出；
图19A是种子取样站的侧视图，其中拉刀处于其缩回位置；
图19B是种子取样站的侧视图，其中拉刀处于其延伸位置；
图20是种子取样站的纵截面图；
图21是种子取样站的前端正视图；
图22是种子取样站的横截面图；
图23A是种子选择轮的侧视图；
图23B是种子选择轮的分解图；
图23C是种子选择轮的垂直截面图；
图24是供给机构(feeding mechanism)的前视图；
图25是供给机构的侧视图；
图26A是供给机构的透视图；
图26B是供给机构的侧视图；
图26C是沿线26C-26C的平面截取的供给机构的纵截面图；
图26D是供给机构的底视平面图；
图27A是取样机构的竖直的纵截面图；
图27B图27A所示的取样机构的放大的局部垂直截面图；
图28A是取样机构的竖直的横截面图；
图28B是图28A所示的取样机构的放大的局部截面图；
图29是根据示例1所述方法从普通大豆获取的脂肪酸酯的色谱；并
图30是根据示例1所述方法从低亚麻酸大豆获取的脂肪酸酯的色谱。
在附图的所有视图中相应的附图标记表示相应的部分。
详细描述
[0050]本发明提供了筛选生物材料(例如种子)种群以确定其脂肪酸特征的方法。在本发明的一方面，分析方法允许待分析的各种子以分批或整体种子种群的形式操作，使得可确定各种子的脂肪酸特征。
[0051]在筛选种子的本发明的一个实施方案中，本发明的方法通常包括从种子组织试样中萃取油，以及对所萃取的油进行酯交换，以产生来自各试样的脂肪酸酯的混合物。随后通过分离和检测脂肪酸酯来分析脂肪酸酯的混合物，以确定各试样的脂肪酸特征。这些特征可与由已知来源的种子制备的脂肪酸特征关联，以确定取样的种子的脂肪酸特征。在一个优选的实施方案中，从种子中取样小于约10mg种子组织，特别是小于约5mg种子组织，并保持种子的存活力，这将在下文进一步说明。
[0052]可使用本领域已知的用于由种子组织萃取油的任何合适的溶剂来从试样中萃取油。优选地，所选溶剂适于直接萃取并将油酯交换为脂肪酸酯的混合物。适用于在种子试样中直接萃取和酯交换油的合适的溶剂的实例包括但不局限于己烷、苯、四氢呋喃、二甲基亚砜、氢氧化三甲基硫鎓、石油醚、二氯甲烷和甲苯。在一个优选的实施方案中，所述溶剂包括甲苯。
[0053]在一个优选的实施方案中，所述方法包括在多孔试样盘的各孔中将多个种子组织试样与溶剂同时接触。例如为了提高产量和取样操作，优选在适于接受足以润湿试样并完成萃取和酯交换反应的一定体积的溶剂的96孔或384孔微量滴定盘中使试样与溶剂接触。
[0054]随后分析由萃取和酯交换反应产生的脂肪酸酯的混合物，以确定各试样的脂肪酸特征。通常可使用任何合适的用于分离和检测存在于混合物中的脂肪酸酯的方式进行分析。分离和检测优选地在小于约5分钟，更优选地在小于约3分钟内完成，以保持产量。在一个具体的实施方案中，使用含有火焰电离检测的高速气相色谱进行分析。这种分析系统的一个实例为使用Supelco Omegawax column(购自Supelco，Inc.，Bellefonte，PA)的气相色谱。在其它优选的实施方案中，使用直接顶部空间分析来完成分离和检测，以进一步提高产量。
[0055]因此，高产量筛选种子的一个具体的实施方案包括在试样盘的独立隔室中提供来自多个种子的组织试样；将试样盘中的单独的组织试样与溶剂接触，产生包含脂肪酸酯的混合物；并分析来自各试样的脂肪酸酯的混合物，以确定相应的种子的脂肪酸特征。
[0056]在一个优选的实施方案中，从单独的组织试样与溶剂接触开始的时刻，在小于约10分钟的时间内确定相应的含油种子的脂肪酸特征。
[0057]本发明的方法和系统可用于筛选用于多种脂肪酸特征的含油种子，例如大豆、玉米、低芥酸菜子、菜子、向日葵、花生、红花、棕榈和棉花。例如在一个实施方案中，可筛选一种群大豆，以确定各种子的亚麻酸含量、顺-6，9，12，15-十八碳四烯酸(stearidonicacid)(SDA)含量、硬脂酸含量、油酸含量和饱和脂肪含量。在另一个具体的实施方案中，可筛选一种群菜子，以确定各种子的芥酸含量、油酸含量、亚麻酸含量和饱和脂肪含量。此外，在另一个具体的实施方案中，可筛选一种群向日葵，以确定种群中各种子的油酸含量、硬脂酸含量和饱和脂肪含量。
[0058]在一个具体的实施方案中，本发明的方法用于在育种程序中确定种子的脂肪酸特征。这种方法可改进育种程序，其中可进行非破坏性的直接种子取样，同时保持从种子取样器至田间的个体同一性。因此，育种程序产生“高产量”平台，其中可在较短时间内有效堆集具有所需脂肪酸特征的种群，同时需要较少的田地和劳动力。以下更充分地描述这些优点。
[0059]如上所述，本发明的取样系统和方法的具体实施方案保护种子的发芽存活力，因此是非破坏性的。发芽存活力是指在取样后占优势数量的取样的种子(即大于所有试样种子的50％)保持存活。在一个具体的实施方案中，至少约75％的取样的种子或至少约85％的取样的种子保持存活。
[0060]在另一个实施方案中，在取样后发芽存活力保持至少约6个月，以确保取样的种子到田间种植时仍存活。在一个具体的实施方案中，本发明的方法还包括处理取样的种子，以保持发芽存活力。这种处理通常可包括本领域已知的任何方式，以在储存和传输时保护种子免受环境条件的影响。例如在一个实施方案中，可用聚合物和/或杀菌剂处理取样的种子，以在种植前在储存并传输至田间时保护取样的种子。
[0061]根据育种方法和目标，所选的种子可堆集或保持分离。例如当育种者筛选F2种群的脂肪酸特征时，具有所需脂肪酸特征的所有个体都可混合成组并在育种苗圃中种植。
[0062]使用本发明的筛选方法的优点包括但不局限于：每个种群或育种线都只需要较少的劳力和田地，提高评估单位田间的大量育种种群的能力，以及提高在种植前筛选具有所需特征的育种种群的能力。通过限制推进所需显型而需要的田间空间来降低每个种群的田地。
[0063]除了降低每个种群的田间行数以外，本发明的筛选方法还可提高在给定的育种苗圃中育种者可评估的种群数。
[0064]通过确保在谷物操作者进行购买或加工决定或种子育种者进行种植决定之前识别不需要的脂肪酸组成特征，本发明的方法还提供了品质保证(QA)和品质控制。
[0065]在优选实施例中，本发明的方法与自动种子取样系统一起使用，该自动种子取样系统例如描述在2005年8月26日提交的美国专利申请公开No.US2006/0042527中，该专利申请通过引用而结合于本发明中。
[0066]适合于用于本发明的自动种子取样系统的示例在图1中总体表示为20。种子取样系统20适合于从漏斗中分离种子，将该种子供给至取样站，从该种子上刮除试样，将该试样输送至试样容器，以及将该种子输送至相应的种子容器。如图1所示，种子取样系统包括支承件22、在支承件上的框架24、取样组件26、安装在二维平移机构30上的平台28、用于从种子取样组件传输种子的种子输送器32、和用于将从种子上移除的试样传输至种子取样组件的试样输送器34。
[0067]如图1所示，在第一优选实施例中，支承件22包括具有车轮的推车40，和安装在支承件中的台面52，该推车40具有四根竖杆42，该四根竖杆42在前部和后部由上部纵向构件44和下部纵向构件46连接，且在左侧和右侧由上部横向构件48和下部横向构件50连接。脚轮54可安装在每根杆42的底部处，以有助于移动支承件22。支承件22的结构细节不是本发明的关键，因此在不脱离本发明原理的情况下，支承件22可具有其它的构造。
[0068]此外，如图1所示，框架24包括安装在台面52上的四根竖直延伸的支柱60，其支承大致水平的板62。取样组件26安装在板62上，这将在下文中更加详细地描述。轴杆(arbor)64也安装在板上，且从板上大致水平地延伸。轴杆64的自由端具有第一竖杆66和第二竖杆68，以分别安装种子输送器32以及试样输送器34的部分。框架24的结构细节不是本发明的关键，因此在不脱离本发明原理的情况下，框架可具有其它的构造。
[0069]如图1和图2所示，取样组件26安装在框架24的板62上。试样组件包括料斗或漏斗70、取样站72、和用于将单颗种子从漏斗70传输至取样站的供给机构74。
[0070]如图1和图3所示，平台28适合于将多个种子盘80和试样盘82牢固地安装在固定的位置和方向上。每个种子盘80和试样盘82都优选地分成多个隔室。种子盘80中的隔室的数目和布置优选地对应于试样盘82中的隔室的数目和布置。这有助于种子和种子试样之间的一一对应。然而，在多个实施例中，例如在可能在试样上进行多种测试的情况下，或者在可能从相同的种子中提取不同的试样(例如来自不同深度的试样)的情况下，可能希望在试样盘中提供多个隔室，用于种子盘中的每个隔室。
[0071]在优选实施例中，试样盘82包括多孔微量滴定板。例如，试样盘82可包括具有多个孔的微量滴定板，优选为每个试样盘具有至少96个孔，更优选为384个孔。此外，微量滴定板的孔优选为适合于和/或尺寸设定成适于接收一定体积的溶剂，该一定体积的溶剂适合于萃取试样中的油，并且将试样中的油转化为脂肪酸乙酯的混合物。
[0072]平台28安装在二维平移机构30上，该二维平移机构30在本优选实施例中包括基底90，该基底90具有第一线性促动器92和第二线性促动器96，该第一线性促动器92具有安装在基底90上的可移动托架94，该第二线性促动器96具有安装在第一线性促动器92的托架94上的托架98。平台28安装在第二线性促动器96的托架98上，并且因此可通过第一线性促动器92和第二线性促动器96的操作而在二维空间中精确地移动。
[0073]种子输送器32包括管道100，该管道100具有邻近取样站72的进口端102，和安装在框架24的杆66上的出口端104。在管道100的进口端102处存在第一文氏管(venturi)装置106，用于在管道中产生朝向管道的出口端104的气流，并且在管道100的出口端104处存在第二文氏管装置108，用于产生朝向管道的进口端102的气流。操作第一文氏管装置106以在管道中形成气流并将种子从取样站沿第一端吸入管道内。然后，操作第二文氏管装置108以形成沿相反方向的气流，因此当种子离开管道的出口端104并且传输至盘中的隔室时，减缓种子以减少对种子的损坏。在本优选实施例中，第二文氏管108实际上停止种子的移动，而允许种子由于重力而下落至盘90上的种子的隔室上。可在管道100上设置各种位置传感器，以检测种子的存在，以及确认种子输送器32的正确操作。
[0074]试样输送器34包括管道120，该管道120具有邻近取样站72的进口端122、和安装在框架24的杆68上的出口端124。在管道120的进口端122处存在第一文氏管装置126，用于在管道中产生朝向管道的出口端124的气流。分离器128设置在出口端处，以从携带试样材料的气流中分离试样材料，使得气流不将试样从盘92中的隔室中吹出。分离器还优选地包括过滤器，以防止试样的交叉污染。
[0075]如图2所示，种子取样组件26适合于安装在杆140上的板62上。种子取样组件26包括漏斗安装板142、滑块安装板144、以及漏斗安装板142和滑块安装板144之间的四个滑块支座支承件146。将各颗种子供给至取样站72的漏斗70(示于图3中)安装在漏斗板142上。取样站72包括安装在巢座(nest)安装件150上的种子巢座148，该巢座安装件150由成对的支座152从滑块安装板144上支承。巢座148具有打开至其底表面的凹部，漏斗70供给单颗种子至该凹部内。在种子巢座148的顶部存在槽缝，凹部中的种子的一部分通过该槽缝暴露。拉刀154(图4)安装在拉刀保持器156中，该拉刀保持器156安装在可编程滑块160上的滑块过渡板158上，并且具有拉刀夹块162。可编程滑块160(图5)安装在滑块安装板144的下侧上，并且通过种子巢座148中的槽缝移动拉刀154，以从种子巢座的凹部的种子中移除试样。
[0076]如图4所最佳地显示，拉刀154具有多个齿164，该齿164的高度朝向近端增加，以便当拉刀154在槽缝中前进时，在巢座150的凹部的种子中的切口越来越深。所产生的渐进的刮削减少对种子的损坏，从而保护种子的存活力。此外，如下文更详细地描述，通过在不同时间以不同深度进行切削，可分离来自相同种子的不同深度的试样，从而用于个别的分析。
[0077]试样传输管道166从种子巢座148中的凹部延伸，并且在其端部具有连接器168，用于连接至试样输送器34上。
[0078]取样站26还包括漏斗70，其在图3中所最佳地显示。漏斗70包括左部漏斗安装板170和右部漏斗安装板172，和气缸安装板174及上部气缸支架176。漏斗70还具有前面板178、后面板180、第一端部面板182及第二端部面板184、和底部186。分离器188将漏斗分成第一隔室190和第二隔室192。第一隔室190保持单独地传输至第二隔室192的种子的供应。
[0079]活塞促动器194操作活塞196，以将种子从第一隔室中提升出。喷气组件198将种子从活塞196的端部传输至第二隔室192。第二隔室具有成形底部200，其具有用于接收种子和定位种子的孔202。活塞促动器210操作活塞214，以将种子从第二隔室192中提升出。喷气组件216用于在拾取种子过程期间搅动种子。
[0080]如图7所示，平台28具有用于配准地安装种子盘90和试样盘92的支架220，以便种子输送器和试样输送器将种子和试样传输至相应盘中的相应隔室中。试样盘92可适合于保持各个小瓶(如图所示)。当然，例如在为来自相同种子的多种试样设置多个隔室的情况下，可使用具有不同构造的盘。例如将一个试样分成多个试样，或者例如通过深度将试样从获取试样的位置处分离。
[0081]如图8所示，二维平移机构30还包括滑动器230，该滑动器230具有轨道232和平行于第一线性促动器92定位的托架234。第二线性促动器96安装在托架94上，并且具有安装在第一线性促动器92的托架94上的托架98。平台28安装在第二线性促动器96的托架98上，并且因此可通过第一线性促动器92和第二线性促动器96的操作在二维空间中精确地移动。在适当的控制下，移动机构可使种子盘90和试样盘92的各个隔室与种子输送器和试样输送器的出口相对准。
[0082]如图9所示，在种子输送器32的管道100的进口端102处，支架240安装在空气倍增器242和种子传感器管道244上。支架240包括分段246、248、250、252和254。如图2所示，支架240安装在漏斗安装板142上。空气倍增器242(示于图12中)适合于连接至压缩空气源上，当空气施供给至空气倍增器时，空气倍增器利用文氏效应产生通过管道100的气流。传感器管道244携带种子传感器256，用于检测种子通过该传感器管道244。传感器256优选为与传感器管道244中的开口相对准的光学传感器，其利用光学原理检测种子的通过。
[0083]如图10所示，种子排出组件260布置在种子输送器32的管道100的出口端104处。排出组件安装在杆66上，并且具有支架262和排出支承件264。种子传感器管道266安装在支架262中，并且携带种子传感器268，用于检测种子通过该种子传感器管道266。传感器268优选为与传感器管道266中的开口相对准的光学传感器，其利用光学原理检测种子的通过。空气倍增器270连接至种子传感器管道266上。空气倍增器270(图12)适合于连接至压缩空气源上，当空气施供给至空气倍增器时，空气倍增器采用文氏效应产生通过管道100的气流。在空气倍增器270的下方为连接管道272，在连接管道下方为通风的种子排出管道274，该种子排出管道274还由携带在种子排出管道促动器278上的种子排出管道保持器276所支承。
[0084]试样输送器34的管道120的进口端122经由连接器168连接至试样排出管道166上。如图11所示，管道120的出口端124连接至试样瓶连接器(sample amp connector)280上，而该试样瓶连接器280又连接至空气倍增器282上，该空气倍增器282连接至切屑喷管组件284上。切屑喷管组件284安装在种子排出管道保持器286上，该种子排出管道保持器286携带在排出促动器288上。排出促动器安装在杆68上。过滤器290安装在切屑喷管组件的出口上，以防止排出的试样污染其它隔室。
[0085]在操作中，多颗种子沉积在漏斗70中。种子供给机构74输送各颗种子至取样站72。在取样站处，材料试样以使对种子存活力的影响最小的方式从种子上移除。
[0086]试样输送器34将试样从取样站72处移出。文氏管装置126在管道120中形成朝向出口端124的气流。试样材料吸入管道内并且朝向与管道120的出口端124相对准的试样盘的隔室。分离器128将试样从携带该试样的气流中分离，并且允许试样下落至隔室内。在多个实施例中，试样可分配至试样盘中的两个或更多个隔室中，在这种情况下操作二维平移机构30以使一个或多个附加的隔室与出口124相对准。能够准确地协调试样盘的移动和取样站72的操作，以使来自种子的不同部分的试样，尤其是来自种子的不同深度的试样可传输至试样盘中的分离隔室。
[0087]在完成从种子取样之后，操作种子输送器32以从取样站中移开种子。操作第一文氏管装置106以在管道中形成气流并且将种子从取样站72吸入管道100内。然后，操作第二文氏管装置108以形成沿相反方向的气流，因此当种子离开管道100的出口端104并且传输至种子盘92中的隔室时，减缓该种子以减少对种子的损坏，第二文氏管108停止种子的移动，而允许种子由于重力而下落至盘90上的种子的隔室上。第一文氏管106和第二文氏管108的操作可被定时，或者可由监控管道100的位置传感器所触发。
[0088]用于确定种子的脂肪酸特征的高产量系统的实施例在图13-26中总体表示为500。如图1和图2所示，种子取样系统500包括取样站502、试样处理站504、种子处理站506、和用于分析脂肪酸酯的混合物的装置(未示出)。所希望但并非必要的是，种子取样系统500安装在一个或多个具有车轮的推车上，该推车可通过普通的门，以方便地运输该系统。在本优选实施例中，种子取样站502安装在推车508上，试样处理站安装在推车510上，种子处理站安装在推车512上，用于分析的装置安装在推车(未示出)上。
[0089]种子取样站502包括种子供给器514和种子切削器516。多个柱518从推车508的表面520上向上竖直延伸。工作台522安装在柱518的顶部上，并且支承种子切削器514。两个L形支架524从柱518上水平延伸，并且支承工作台526。平台528由多个杆530安装在工作台526上，并且支承种子供给器514。
[0090]多个支柱532从板522上向上延伸。板534安装在支柱532上。多个杆536从板534上下垂，并且支承架子538。
[0091]如图13、图14、图15和图16所示，种子供给器514包括漏斗550，该漏斗550具有适合于将沉积在漏斗内的种子朝向分离轮552(还参见图23A至23C)供给的成形表面。分离轮552可旋转地安装在邻近漏斗550的垂直平面中，并且具有多个间隔凹部554，该多个间隔凹部554都具有在其中的与真空系统(未示出)相连通的开口556。轮552由分度(indexing)马达560所驱动。各种子由轮552中的凹部554所拾取，并且经由开口556由来自真空系统的吸力保持在凹部中。擦拭器562从凹部554擦拭各颗种子，并且允许种子通过引导件564下落至分配器566中的开口内。
[0092]如图24-26所示，分配器566包括轴568，该轴568具有横向地延伸通过该轴568的多个(在优选实施例中为六个)通道570。套筒572和574滑动地安装在轴568的各端上，以在第一位置(内侧位置)和第二位置(外侧位置)之间移动。套筒572和574在其中具有多对对准的开口576和578。开口576为细长的，开口576和578设定尺寸并且布置成当套筒572和574处于其第一位置(内侧位置)(图24中的左侧)时，使细长开口576的一部分与轴568中的通道570相对准，并且当套筒处于其第二位置(外侧位置)时，使细长开口576和第二开口578的一部分与通道相对准(图24中的右侧)。促动器580使套筒572和574在其第一位置和第二位置之间选择性地滑动。
[0093]分配器566由支架582安装在线性促动器586的托架584上，以相对于引导件564移动，从而连续地使轴568中每个通道570与引导件564相对准，以便种子可沉积在通道中。种子传感器(未示出)可安装在引导件564附近，以确认种子沉积在每个通道570中。多个空气喷管590安装在平台528上，并且当分配器566由促动器586移动至其分配位置时与通道570相对准。管道592与每个通道570相对准，并且每个管道连接至种子切削器516中的多个种子取样站600中的一个种子取样站上。移动套筒572和574，从而允许通道570中的种子下落至管道592中。喷管590中的一个与每个通道570都对准，并且促动它以便有助于种子从通道570通过管道592移动至其相应的种子取样站600上。
[0094]优选地存在通过漏斗550的端口596，该端口596在轮552转动时与每个凹部554中的开口556相对准。端口596可连接至真空环境，以吸取种子壳或种子的所有污物或碎片——这些污物或碎片可能阻塞凹部554中的开口556，并且削弱轮552从漏斗550中选择各颗种子的能力。
[0095]种子切削器516包括至少一个取样站600，在本优选实施例中包括六个取样站600。每个种子取样站600从输送至取样站600的种子上移除材料试样。在本优选实施例中，取样站600布置成或者说分组为两组，每组有三个取样站600，但是可以改变取样站的数目和布置。试样处理站504接收从种子上移除并且被传输离开每个取样站600传输的组织试样。相似地，在试样从种子上移除并且把种子从取样站600中传输之后，种子处理站506接收种子。
[0096]每个种子取样站600都具有连接至管道590上的进口套环602，其打开至腔室604。腔室604的底表面由促动器608的棒606的端部形成。底部的表面在进口套环602的下方，以确保所有的种子下落至腔室604内，并且不会被捕获在仅仅部分处于腔室中的位置中。通风孔610可与进口套环602相对地定位，以允许空气从空气喷管590离开。通风孔610可覆盖有网格612，以防止种子离开腔室604并在种子输送至腔室内时缓冲该种子。
[0100]该棒606将种子提升出腔室604并且进入种子取样板616的下侧中的种子接收凹部614内。取样板616具有取样开口618，种子接收凹部614中的种子通过该取样开口618突出。取样凹槽620形成在取样板616的顶表面中，使得凹部614中的种子的一部分突出至凹槽内。取样板还具有在其中的与种子接收凹部614相对准的侧向定向的开口622和624。当棒606将传输至取样站600的种子提升至板616中的凹部614内时，指状物626和628横向地延伸通过开口622和624，并且由促动器630操作以接合并压缩该种子。已经发现的是，在取样过程期间压缩至少某些类型的种子可改善种子在取样之后的存活力。对于例如大豆种子来说，已经发现压缩压力可以提高种子的存活力，而在约2.5磅和约5磅之间的压缩压力足以提高存活力。
[0101]具有多个切削刃652的取样拉刀650在凹槽620中往复运动，以便切削刃652可从由棒606和指状物626和628保持在凹部614中的种子上刮除试样。切削刃652优选为平行的，并且相对于拉刀的行进方向定向成小于90°的斜角。所希望但并非必要的是，切削刃652成足够的角度，使得一个刃总是与种子保持接触。使切削刃成角度可允许下一个刀刃在当前刀刃不与种子相接触之前与种子形成接触。在优选实施例中，切削刃以约60°的角度定向，尽管该角度将略微地取决于拉刀的宽度。拉刀的宽度也对保留种子在取样之后的存活力较重要，并且将根据种子的类型和种子的水分含量而变化。
[0102]切削刃652为交错的，每次切削逐渐地深于先前的切削。可通过控制拉刀650的前进来控制切削的试样材料量和深度。对于切口的更小的试样和更浅的深度，拉刀650的行程更短，而对于切口的更大的试样或更深的深度，拉刀的行程更长。对于部分行程，来自种子的组织可捕集在刃652之间。拉刀650可前进和缩回，以有助于释放所有的试样。例如，在释放种子之后，拉刀可前进和缩回，以有助于移除捕集在切削刃之间的种子组织。拉刀650的整个行进范围示于图19A和图19B中。
[0103]取样拉刀650优选地由线性促动器654驱动。在优选实施例中，三个拉刀650由单个促动器654驱动。利用单个促动器操作多个拉刀将节省空间，并且更加经济。
[0104]试样传输系统656包括具有与通道662相连通的进口660的导管658，该通道662打开至取样板616中的取样开口618和凹槽620，该试样传输系统656移动通过取样拉刀650的切削刃652的动作获得的组织试样。导管658将试样传输至出口664，在出口664处试样沉积在试样处理站504中的独特的试样保持器中，该试样保持器例如可为盘668中的孔666，以便可确定试样和试样的相应种子之间的关系，该盘668安装在推车510上的x-y分度台670上。试样传输系统656包括喷气器672，其产生通过导管658的气流，以将试样移动通过导管。
[0105]第二取样机构安装在线性促动器654上，并且与拉刀650一起移动。第二取样机构包括取芯装置674，该取芯装置674具有取芯工具676，用于从由拉刀650形成的切口中获取种子的塞形(plug)试样。该试样中的这种组织来自于比由拉刀650刮除的组织更深的位置，并且提供不同的信息。在多个实施例中，可能简单地丢弃由拉刀650移除的材料，并且仅保留利用取芯装置674获取的试样。在多个实施例中，两种试样可被保留并且独立地储存，用于分离的测试。在其它实施例中，唯一的试样为由拉刀650移除的试样。在不具有第二取样机构的实施例中，取芯装置674和取芯工具676可由具有简单推杆的促动器所代替，该推杆延伸通过取样开口618以有助于推动凹部614中的种子。
[0106]种子传输系统680在取样操作之后降低种子，并且具有邻近凹部614的进口682，用于在种子由指状物626和628和棒606释放之后吸入种子。种子传输系统680将种子传输至推车512上的种子处理站506中的独特的种子保持器上。该种子保持器例如可为盘686中的孔684，以便可确定试样和其相应的种子之间的关系，该盘686安装在推车612上的x-y分度台688上。种子传输机构680包括喷气器690，该喷气器690产生通过导管680的气流，以将试样移动通过导管。
[0107]在操作中，多个种子、含油种子倒入取样系统500的漏斗550内，该含油种子诸如大豆、玉米、玉蜀黍、低芥酸菜籽、向日葵、花生、红花、棕榈、棉花等。这些种子由于重力而流向圆盘552，通过端口556的吸力在每个空腔554中各保持一颗种子。当圆盘552由分度马达560旋转时，各颗种子由擦拭器562从圆盘上擦拭，并且由于重力而通过引导件564下落至出口。线性促动器586移动分配器566，以便分配器的每个通道570与引导件564相对准，以使一颗种子通过开口576并装入通道570内。当分配器566中的所有通道570充满时，线性促动器586将分配器移动至将分配器的种子装入种子切削器516中的取样站600内的位置。套筒572和574由使开口578与通道570相对准的促动器580移动，从而允许通道570中的种子下落至管道592内，该管道592引导至取样单元600。喷管590提供空气流，该空气流有助于促使种子从通道570通过管道592到达取样单元600中的腔室604。
[0108]优选地，所有的通道570按顺序装载，并且同时将其种子排出至取样单元600，但是分配器可编程为以其它方式操作。一旦种子到达取样站600中，棒606就将种子提升至板616的下侧中的凹部614内。凹部614可将其尺寸与形状设计成有助于最佳地定向该种子。在凹部614中，种子的一部分通过取样孔618突出至凹槽620内。拉刀650在凹槽620中移动，从而允许其切削刃652从突出至凹槽620内的种子的部分上移除材料，并且在种子中形成小的切口。当拉刀650移除材料时，试样传输系统656将试样材料通过通道662吸入进口660内。试样在导管658中离开取样站600行进至试样储存位置，诸如试样盘668中的孔666。第二试样可由取样装置674的取样工具676通过取样板616中的开口618获取。在完成取样之后，棒606缩回，并且当种子下落时，已取样种子的传输系统680将已取样种子传输至种子储存位置，诸如种子盘686中的孔684。
[0109]分度台670和688移动以使不同的孔与试样传输系统656和种子传输系统680的出口相对准，并且重复取样过程。当试样盘668中的所有孔666都充满时，可测试试样盘中的试样，并且可基于试样的测试结果来选择相应的种子盘686中的种子。优选地，该取样基本上不会影响种子的存活力。
实例
[0110]以下实例仅用于说明，绝不是要限制本公开。
实例1
[0111]该实例说明本发明的筛选方法在选择和堆集低亚麻酸大豆的程序中的用途。
[0112]大豆由于其独特的化学组成而成为具有许多营养和工业用途的最有价值的豆科作物。大豆种子为植物油的重要来源，在全世界用于食品。豆油中较高含量(通常约8％)的亚麻酸(18:3)降低了其稳定性和香味。氢化豆油可以降低亚麻酸(18:3)含量并改进豆油的稳定性和香味。但是，氢化反应产生反式脂肪酸，当食用反式脂肪酸时会增加冠心病的风险。由于天性的定量特征使低亚麻酸大豆的开发变得复杂。已经发现，已开发的低亚麻酸大豆品种产量低，这限制其用于大多数工业用途。开发具有工业意义种子产量的产品在大多数大豆栽培品种开发程序中是非常重要的。
[0113]从常规大豆品种和低亚麻酸大豆品种中收集种子组织试样(各约5mg)，转移至96孔微量滴定板的独立孔中。随后将试样用甲苯润湿，以萃取试样中的油，并对所萃取的油进行甲基转移，以产生脂肪酸甲酯的混合物。随后将该脂肪酸甲酯的混合物从微量滴定板的孔中移除，并在气相色谱上分析。
[0114]将色谱(Supelco Omegawax 320毛细管柱，使用火焰电离检测)编程以在“快速”模式下运行，其中，快速的温度变化在3.6分钟内产生色谱图。在实验中分析的普通大豆的脂肪酸甲酯的色谱图的一个实例显示在图29中。根据该实验由低亚麻酸大豆得到的脂肪酸甲酯的色谱图的一个实例显示在图30中。
[0115]在该实验中分析的常规大豆的平均脂肪酸特征显示在表1中。
表1常规大豆
  脂肪酸(相对％)   平均
  C16棕榈酸   12.8±0.3
  C18硬脂酸   4.2±0.1
  C18:1n9油酸   16.1±1.6
  C18:2n6亚麻酸   53.5±0.9
  C18:3亚麻酸   8.8±0.8
[0116]在该实验中分析的低亚麻酸大豆的平均脂肪酸特征显示在表2中。
表2低亚麻酸大豆
  脂肪酸(相对％)   平均
  C16棕榈酸   10.4±0.3
  C18硬脂酸   4.6±0.4
  C18:1n9油酸   19.3±0.9
  C18:2n6亚麻酸   59.1±1.0
  C18:3亚麻酸   3.0±0.3
[0117]根据育种目标，具有所需脂肪酸特征的所选的种子可被堆集或保持分离。这些种子可种植在具有适当田间识别标志的野外。可使用保持单一种子同一性的多种方法，同时将种子从实验室转移至田间。这些方法包括将所选的个体转移至还可包括射频识别标志以助于识别各基因型种子的园艺种子类型。其他方法使用分度盘，在泥炭盆中种植种子，随后移植，或由独立的种子包手工种植。
实例2
[0118]该实例说明本发明的筛选方法在选择和堆集顺-6，9，12，15-十八碳四烯酸(SDA)大豆的程序中的用途。
[0119]由0％SDA、15％SDA、20％SDA和30％SDA为标识的大豆品种中收集组织试样。将组织试样与溶剂接触，产生脂肪酸酯的混合物，随后将脂肪酸酯分离，如实例1所述，使用快速气相色谱法分析。SDA大豆的脂肪酸特征显示在表3中。
表3快速GC法和SDA大豆
  脂肪酸(相对％)   0％SDA   15％SDA   20％SDA   30％SDA
  C14肉豆蔻酸   0   0.3   0.3   0.3
  C16棕榈酸   11.9   12.5   12.7   13.1
  C18硬脂酸   3.8   3.7   3.7   3.7
  C18:1n9油酸   20.3   15   17.1   15.3
  C18:2n6亚麻酸   50.8   32   28.2   17
  C18:3n6γ亚麻酸   -   3.8   4.8   4.6
  C18:3亚麻酸   7.7   11.1   10.5   12.2
  C18:4n3十八碳四烯酸   -   13   16   26.8
  C20花生四烯酸   0.6   0.8   0.6   0.7
  C20:1n9二十碳烯酸   0.2   0.4   0.3   0.4
  C22二十二烷酸   0.3   0.3   0.3   0.4
  C24二十四烷酸   0   0.1   0.1   0.1
实例3
[0120]该实例说明本发明的筛选方法在选择和堆集ing高硬脂酸大豆的程序中的用途。
[0121]由确定高硬脂酸大豆的大豆品种收集组织试样。将组织试样与溶剂接触，产生脂肪酸酯的混合物，随后将脂肪酸酯分离，如实例1所述使用快速气相色谱法分析。高硬脂酸大豆的脂肪酸特征显示在表4中。
表4高硬脂酸大豆
  脂肪酸(相对％)   快速GC法
  C14肉豆蔻酸   0
  C16棕榈酸   8.9
  C18硬脂酸   20.3
  C18:1n9油酸   21.4
  C18:2n6亚麻酸   37.8
  C18:3亚麻酸   3.1
  C20花生四烯酸   1.8
  C20:1n9二十碳烯酸   0.1
  C22二十二烷酸   1.0
  C24二十四烷酸   0.2
实例4
[0122]该实例说明本发明的筛选方法在筛选菜子的程序中的用途。
[0123]将由菜子收集的组织试样与甲苯接触，产生脂肪酸酯的混合物。随后将脂肪酸酯分离，如实例1所述使用快速气相色谱法分析。将试样筛选并确定如下：(1)常规菜子(即芥酸含量小于约2％)；(2)芥酸含量大于约2％；(3)芥酸含量大于约45％；(4)芥酸含量大于45％且亚麻酸含量小于约3.5％；(5)亚麻酸含量小于约3.5％；(6)油酸含量大于约70％；(7)饱和脂肪小于约7％；(8)饱和脂肪小于约6％；(9)饱和脂肪小于约5％；(10)油酸含量大于约70％且亚麻酸含量小于约3.5％；而(11)油酸含量大于约70％，亚麻酸含量小于约3.5％，且饱和脂肪小于约7％。
实例5
[0124]该实例说明本发明的筛选方法在筛选向日葵的程序中的用途。
[0125]将由向日葵种子收集的组织试样与甲苯接触，产生脂肪酸酯的混合物。随后将脂肪酸酯分离，如实例1所述使用快速气相色谱法分析。将试样筛选并确定如下：(1)油酸含量为约40％-约70％，(2)油酸含量大于约70％，(3)硬脂酸含量大于约6％，(4)饱和脂肪含量小于约8％，(5)油酸含量大于约70％且饱和脂肪含量小于约8％，而(6)油酸含量大于约70％，硬脂酸含量大于约6％，且饱和脂肪含量小于约8％。

Claims (38)

1.一种确定多个种子的脂肪酸组成的自动化方法，所述方法包括：
将种子按顺序供给至取样站；
将所述种子保持在取样站中；
从保持在所述取样站中的所述种子刮下试样；
将所述试样输送至试样盘中的独立隔室；
从所述试样盘中的所述试样萃取油；
将从所述试样盘中的所述试样萃取的油进行转化，以形成脂肪酸酯的混合物；并
分析来自所述试样的所述脂肪酸酯的混合物，以确定相应的种子的脂肪酸特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述萃取油和转化已萃取的油的步骤包括将所述试样盘中的所述试样与溶剂接触，以形成所述脂肪酸酯的混合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶剂从己烷、苯、四氢呋喃、二甲基亚砜、氢氧化三甲基硫鎓、石油醚、二氯甲烷和甲苯中选出。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述溶剂为甲苯。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析步骤包括使用气相色谱法来分离并检测所述脂肪酸酯的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在不影响所述种子的发芽存活力的情况下从所述种子刮下所述试样。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试样盘包括96孔微量滴定板。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述试样盘包括384孔微量滴定板。
9.一种高产量筛选含油种子的方法，所述方法包括：
在试样盘的独立隔室中提供来自各种含油种子的组织试样；
将所述试样盘中的组织试样与甲苯接触，产生包含脂肪酸甲酯的混合物；
分析来自各试样的所述脂肪酸甲酯的混合物，以确定相应的含油种子的脂肪酸特征；并
基于所需脂肪酸特征的存在与否来选择种子。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述分析步骤包括使用气相色谱法来分离并检测所述脂肪酸甲酯。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，从单独的组织试样与甲苯接触的时刻开始，在小于约10分钟的时间内确定相应的含油种子的脂肪酸特征。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在不影响所述种子的发芽存活力的情况下收集组织试样。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述试样盘包括至少96个单独的隔室。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述含油种子选自大豆、玉米、低芥酸菜子、菜子、向日葵、花生、红花、棕榈和棉花。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述含油种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为芥酸含量大于约2％。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为芥酸含量大于约45％。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为亚麻酸含量小于约3.5％。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为油酸含量大于约70％。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为饱和脂肪含量小于约7％。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为饱和脂肪含量小于约6％。
21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为饱和脂肪含量小于约5％。
22.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为油酸含量大于约70％且亚麻酸含量小于约3.5％。
23.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为油酸含量大于约70％、亚麻酸含量小于约3.5％、且饱和脂肪含量小于约7％。
24.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为菜子，且所需的脂肪酸特征为芥酸含量大于约45％且亚麻酸含量小于约3.5％。
25.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为向日葵，且所需的脂肪酸特征为油酸含量为约40％至约70％。
26.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为向日葵，且所需的脂肪酸特征为油酸含量大于约70％。
27.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为向日葵，且所需的脂肪酸特征为硬脂酸含量大于约6％。
28.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为向日葵，且所需的脂肪酸特征为饱和脂肪含量小于约8％。
29.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为向日葵，且所需的脂肪酸特征为油酸含量大于约70％且饱和脂肪含量小于约8％。
30.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为向日葵，且所需的脂肪酸特征为油酸含量大于约70％、硬脂酸含量大于约6％、且饱和脂肪含量小于约8％。
31.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述种子为大豆，且所需的脂肪酸特征为亚麻酸含量小于约8％。
32.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括由所选的种子培养植物；并从所培养的植物中收获种子。
33.一种堆集一定量的具有所需脂肪酸特征的种子的方法，所述方法包括：
(a)在不影响所述种子发芽存活力的情况下从种群中的各种子取下试样；
(b)将各试样与溶剂接触，以形成包含脂肪酸甲酯的混合物；
(c)分析来自各试样的所述脂肪酸甲酯的混合物，以确定相应的种子的脂肪酸特征；
(d)选择具有至少一种所需脂肪酸特征的种子；
(e)由所选的种子培养植物；
(f)从所培养的植物回收种子；并
对一代或多代种子重复步骤(a)-(f)。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述溶剂从己烷、苯、四氢呋喃、二甲基亚砜、氢氧化三甲基硫鎓、石油醚、二氯甲烷和甲苯中选出。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述溶剂为甲苯。
36.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述分析步骤包括使用气相色谱法来分离并检测所述脂肪酸酯的混合物。
37.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，从单独的组织试样与甲苯接触的时刻开始，在小于约10分钟的时间内确定相应的含油种子的脂肪酸特征。
38.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述种子为选自大豆、玉米、低芥酸菜子、菜子、向日葵、花生、红花、棕榈和棉花的含油种子。
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