CN101883975A - 用于对植物材料进行采样的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于采集植物样品的装置包括用于从植物获取叶冲片的冲头和冲模装置。该冲头本身包括同轴地安装在冲头管内的冲头杆。在使用时，冲头管具有远端，该远端带有两个径向上相对的凸出部，这两个凸出部与所形成的开口相互作用以便从植物的叶片上切下冲片。然后，冲头杆随后将切下的叶冲片从成形的开口中取下。还包括了一种液压子系统用于周期性地在该冲头和冲模装置上输送液体以防止植物碎片堵塞该装置。

Description

用于对植物材料进行采样的装置

技术领域

本发明总体上涉及采样系统。更具体地讲，本发明涉及提供用于标记辅助的育种以及农作物质量控制的系统。本发明对于从众多植物中获得遗传标记是特别地但并非排他性地有用的，这将有助于选择具有所希望的基因型和/或表型的植物。

发明背景

人们熟知可以从DNA中获得遗传标记并且可以将其用于多种目的。例如，在农业领域中，从植物材料中获取的DNA将会给出遗传标记，这些遗传标记可以被用于标记辅助的育种之中。在这个过程中，DNA序列在植物育种的过程中被用于延续令人希望的农艺性状。

对于标记辅助的育种而言，具有所希望性状的植物种子或者被种植在温室中、大田中或在水栽系统中。一旦能够从植物中取下足够的组织而不危害它们的生存能力，则从植物中获得植物组织(例如，叶片)用于制备DNA。因此，将基因组的DNA分离出来用于进一步的处理，以找出特异的遗传特征。在随后的处理中，这些特征是与所感兴趣的性状有联系的并且由此被用于预测在采样的植物中存在或不存在这些感兴趣的性状。

作为实际的问题，植物的标识包括多种复杂的程序，这些程序难以(若非不可能的话)在大田中现场完成。当涉及大量的植物、如在商业化的农业运作(其中数千种或数万种不同的植物种植在同一块大田中)时，情况变得更复杂。在此类运作中，随后识别特定植物的能力可以具有关键性的重要意义。另外，这些样品必须容易采集并且有效率地保存用于处理。同样，无论何种装置被用于采集植物材料的样品，它必须能够在延长的时间段中通过很多重复性周期可靠地运行。例如，可能需要从数千种不同的植物中获取样品。根据本发明，这些样品可以从不同的植物组织(包括但不限于茎、根、或种子组织)中获取。优选地，这些样品可以从植物的叶片或子叶中获取。

一种用于采集植物材料的样品的特别有效的装置(mechanism)是人们熟知的冲头(punch)和冲模(die)。然而，这样的装置并不是没有问题的。问题是，冲头和冲模必须在没有弄脏装置的情况下从植物中始终如一地取下(remove)样品。这要求干净地切下样品、以及从植物有效分离所切下的样品。另问题是，必须避免可能由固体和液体碎片引起的冲头装置的任何堵塞或污染、或至少将其最小化。在这最后一点上，已经确定冲头堵塞现象很大程度上是取决于环境温度和相对湿度。在这些参数内，已经确定温暖干燥的环境条件是最易于导致冲头堵塞。然而，测试已经示出这个问题可以通过周期地在冲头和冲模装置上供应水而得到有效缓解。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种用于从植物采集材料样品的装置，该装置始终如一地切下样品并从植物中将其取下用于进一步处理。本发明的另目的是通过有效地防止由固体和液体碎片引起的装置的任何堵塞来实现用于从植物采集材料样品的装置持续的运行。本发明的另目的是提供一种从植物上采集材料样品的装置，该装置易于使用、制造相对简单、并且比较意义上是成本上有效的。

发明概述

一种用于从植物采集材料样品的装置包括冲头和冲模装置，该装置被安装在底座构件(base member)上。这个装置的冲头部分包括与冲头杆(rod)组合的冲头管。详细地讲，冲头管是狭长的和圆柱形的。它还具有远端，该远端形成有两个切割凸出部(projection)。具体地讲，这两个切割凸出部在远端方向上从冲头管的远端轴向地延伸。以组合的方式，冲头杆被同轴地定位用于在冲头管的腔管内的往复移动。该装置的成形的开口部分是环形的并且被安装在底座构件上以便与冲头部分相互作用。

在它们的组合中，冲头管和冲头杆要求连接杆将它们保持在预定关系中。为此目的，冲头管的壁被形成有一对径向上(diametrically)相对的孔。另一方面，冲头杆被形成有单一的轴向上定向的长孔。于是连接杆被插入穿过冲头管的这对轴向上相对的孔，并且还穿过冲头杆的长(oblong)孔。因此，冲头杆在冲头管的腔管中的轴向移动受到其长孔的长度的限制。更具体地讲，在冲头管的腔管内，冲头杆可以在第一位置与第二位置之间移动。在该第一位置中，冲头杆的远端邻近于冲头管的远端。在该第二位置中，冲头杆的远端离开冲头管的远端。

如本发明的意图所在，冲头管和冲头杆的移动被驱动装置启动。在结构上，这个驱动装置被安装在底座构件上并且涉及了致动器(actuator)、驱动杆、凸轮块(cam block)和轭架(yoke)的相互作用。详细地讲，凸轮块在结构上是相对紧凑的并且被安装用于在底座构件上的往复移动。它形成有槽缝(slot)。另一方面，该轭架是狭长的构件，该构件具有第一端和第二端，其间有中点。该轭架还包括销钉，该销钉被附装到其第二端上。通过这种结构，该轭架在其中点处被可枢转地(pivotally)安装在底座构件上。在这种安排中，轭架的第一端是与连接杆相接合，连接杆将冲头杆保持在冲头管的腔管中，并且在轭架的第二端处的销钉被定位在凸轮块的槽缝中。

在本发明的装置的运行中，致动器使驱动杆移动。进而，驱动杆使凸轮块移动。随着凸轮块移动，在轭架上的销钉沿着凸轮块中的槽缝受到引导，以使轭架转动。通过轭架的转动，轭架推靠在连接杆上并且这致使冲头管和冲头杆组合相对成形的开口而移动。更具体地讲，冲头管是在第一与第二位置之间移动。在冲头管的这种移动的过程中，冲头杆在冲头管的腔管中的远端与近侧位置之间前后移动。在它的第一(收缩的)位置中，冲头管的远端是位于离成形开口的一段距离处以便在其间建立空隙用于在其中接收叶片。同样，冲头杆在冲头管的腔管中是位于其远端位置处。在它的第二位置中，冲头管的远端是与成形开口相接触。由于冲头管在这些位置之间移动，在冲头管的远端上的这些凸出部与成形开口相互作用以便从在空隙中的叶片上切下叶冲片(plug)。同样，由于它的惯性，冲头杆在冲头管的这种移动过程中是位于冲头管的腔管中的其近端位置处。在叶冲片被切下之后(即，冲头管是位于其第二位置中)，冲头管停止而冲头杆的移动继续。具体地讲，冲头杆的动量启动了冲头杆相对于冲头管的移动，从而致使冲头杆从其近端位置移动到其远端位置。冲头杆的这种移动于是从该成形的开口上将所切出的叶冲片取下用于它的收集。

本发明的装置的额外的特征是一种用于冲洗冲头和冲模装置的装置。具体地讲，这个冲洗装置包括水源(或溶剂，例如酒精)以及输送管。该输送管具有与水源处于液体连通性连接的第一端，并且它具有第二端，该第二端被定位为将加压的水选择性地输送到冲头管和冲头杆的对应的远端上、并且到成形的开口上。另外，这种选择性输送可以按希望(例如在切下每50个叶冲片之后)周期地进行。此处的目的是防止由叶碎片堵塞该装置。

                    附图简要说明

通过结合所附的说明，从附图中将会就其结构和其运行而言最好地理解本发明的这些新颖特征以及本发明本身，在附图中相似的参考符号指代相似的部件、并且其中：

图1是本发明的装置的透视图；

图2是如沿图1中的线2-2看到的装置的冲头装置截面视图；

图3是如沿图1中的线3-3看到的装置的冲头装置截面视图；

图4A是如沿图1中的线4-4看到的装置的冲头启动装置在冲头周期开始时的截面视图；

图4B是如沿图1中的线4-4看到的装置的冲头启动装置在冲头周期过程中的截面视图；

图4C是如沿图1中的线4-4看到的装置的冲头启动装置在冲头周期结束时的截面视图；

图5A对应于图4A并且是放大视图，示出的冲头杆是在其远端位置中；

图5B对应于图4B并且是放大图，示出的冲头杆是在其近端位置中；

图5C对应于图4C并且是放大图，示出的冲头杆是在其远端位置中。

                    优选实施方案的说明

首先参见图1，示出了根据本发明的一种用于从植物材料上采集样品的装置并且总体上将其指代为10。如图所示，在本发明的实施方案中装置10包括叶片采样器12，该叶采样器具有冲头装置14以及在其前端的成形的开口16。在图1中以幻影的形式示出了致动器18，它被安装在叶采样器12的内部。同样以幻影的形式示出了阀门20，它与致动器18一起安装在叶采样器12的内部。图1进一步示出了叶采样器12包括小键盘(keypad)22，该小键盘可以由使用者(未示出)来操纵以运行叶采样器12的致动器18以及阀门20。

仍参见图1，将进一步看到装置10包括电源组24以及加压的液体源26。这两个部件(电源组24以及液体源26)是通过电缆28和连接件30可运行地连接到叶采样器12上。如本发明的意图所在，这些连接允许使用者独立地并且分别地完成叶采样器12的两个单独的任务。任务是，来自电源组24的电力可以被用于使致动器18启动，它进而使叶采样器12的冲头装置14移动。另任务是，来自液体源26的加压的液体可以被提供用于清洗冲头装置14。这两个任务可以通过小键盘22的操纵而简单地完成。

现在转到图2和图3，示出的冲头装置14包括与冲头杆34组合的冲头管32。在这个组合中，冲头管32是狭长的中空管，它被形成有腔管。另一方面，冲头杆34是实质上实心的并且被安置在冲头管32的腔管中用于沿冲头管32的长度前后的轴向移动。另外，如图2和图3所示，冲头杆34被形成有长孔36，该长孔被定位在冲头杆34的端部之间的大致中间位置上。同样，冲头管32的远(下)端上形成有一对径向上相对的凸出部38a和38b(见图2)。为了本发明的目的，凸出部38a和38b是使用圆柱形钻头(切割器)关于其纵向轴线成直角的方式来接合冲头管32而形成的。

如图2和图3所示，冲头杆34被连接杆40支持在冲头管32的腔管之中。这个连接杆40被刚性地附装到冲头管32上并且在直径上延伸横穿其腔管。连接杆40还穿过冲头杆34中的长孔36。通过这种结构的组合，通过冲头杆34中的长孔36与连接杆40的相互作用，使得冲头杆34在冲头管32的腔管中的有限的轴向移动是有可能的。具体地讲，冲头杆34相对于冲头管32的这些有限的移动被限定为图2中示出的距离42。

图4A表明叶采样器12包括底座构件44，其上安装了冲头装置14以及成形的开口16。同样，凸轮块46被安装在底座构件44上并且被附接到驱动杆48上。进而，驱动杆48被连接到致动器18上(见图1)。通过这种连接，致动器18能够使凸轮块46在底座构件44上在箭头50的方向上前后移动。图4A还表明了轭架52被安装在底座构件44上用于围绕枢转点54转动。另外，如图所示，销钉56被附装到轭架52的一端上并且它(销钉56)被定位在槽缝58之中，该槽缝被形成在凸轮块46上。与销钉56相对的轭架52的端部被直接附接到连接杆40上并且通过连接杆40间接地附接到冲头装置14的冲头管32上。

仍参见图4A，可以看到冲头装置14被上导槽(guide)60和下导槽62保持在底座构件44上的合适位置中。导槽60和62一起要求冲头装置14在线性路径上朝向成形开口16行进并从其上离开。图4A还示出了底座构件44形成有流体通道64，该通道以流体连通的方式将喷嘴66与阀门20(见图1)互连。通过这种连接，在加压的液体源26与喷嘴66之间建立了流体通道64，该喷嘴可以通过阀门20的运行得到有效控制。图4A进一步示出了底座构件44被确定的形状为建立了空隙68，该空隙被定位在冲头装置14与成型开口16之间的底座构件44上。

运行

通过共同参照图4A、图4B和图4C并且对应地参照图5A、图5B和图5C，将最好地理解本发明的装置10的运行。通过这种共同的参照，装置10的运行周期开始于如图4A(同样参见图5A)所示的方式配置的叶采样器12。于是叶片70(见图4B)可以被插入空隙68之中。通过将叶片70如此定位在空隙68中，使用者(未示出)操纵小键盘22来启动致动器18。这致使致动器18移动驱动杆48，并且由此使凸轮块46移动顺序地通过图4A、图4B和图4C对应示出的这些位置。结果是，轭架52和冲头装置14也被顺序地移动通过图4A、图4B和图4C(同样参见图5A、图5B和图5C)对应示出的位置。

是通过在冲头管32和冲头杆34移动通过图4A、图4B和图4C(同样参见对应的图5A、图5B和图5C)所示的位置进行比较可以了解本发明的方面。首先比较图4A与图4B。在周期开始位置(图4A)，冲头杆34有效地悬挂在距离连接杆40的冲头管32的腔管的远端位置处(图5A)。然而，通过启动运行周期，凸轮块46和轭架52结合以便在朝向成形开口16的方向上机械地驱动连接杆40(见图4B)。在此回忆，连接杆40是直接连接到冲头管32上的。然而，连接杆40还被定位在冲头杆34中的长孔36中。因此，由于连接杆40的必然的迅速加速，连接杆40朝向成形开口16有效地驱动冲头管32和冲头杆34二者。然而，冲头杆34的惯性致使它移动到冲头管32的腔管中的近端的位置上(参见图4B和图5B中连接杆40在冲头杆34的长孔36中的位置)。在这个移动的过程中，冲头管32上显露的凸出部38a和38b从叶片70上切下叶冲片72。

现在考虑图4B和图4C。如图4B所示，当冲头管32正在从叶片70上切下叶冲片72时，冲头杆34被撤回到在冲头管32的腔管中它的近端位置上(见图5B)。如以上所暗示的，冲头杆34到冲头管32中的这个撤回是由冲头杆34的惯性造成的。然而，当冲头管32接触在成形开口16下方的支座74时，这会变化。具体地讲，如参照图4C最好地理解的，虽然支座74停止了冲头管32，但它并不同时停止冲头杆34。反之，由于它的动力，冲头杆34继续移动通过距离42(图2)并返回到其远端位置(见图5C)。这种额外的移动从成形开口16上有效地清除了叶冲片72并且将叶冲片72放置到样品容器76中用于进一步处理。作为叶采样器12的运行周期中最后的步骤，它返回到图4A所示的配置中。

在所展示的实施方案中，将惯性和动量用于提供冲头杆34相对于冲头管32的移动。或者，冲头杆34相对于冲头管32的移动可以被机械地致动。

如本发明的意图所在，需要对冲头装置14进行冲洗以便取下固体和液体叶碎片。具体地讲，冲头装置14可以被嵌塞在冲头杆34与开口16之间的叶碎片所堵塞。同样，叶碎片可以附着在冲头装置14上并且被冲头装置14从空隙68中向上携带而进入底座构件44之中。在每一情况下，可以通过操纵小键盘22将叶碎片去除。因此，无论何时在小键盘22上进行适当的输入，阀门20从加压的液体源26中释放液体。这个液体于是前进通过通道64，并且通过喷嘴66到达冲头装置14上。或者，这种冲洗能够以定时的间隔周期性地或持续地完成。无论以何种方式来应用，液体在凸出部38a和38b的附近对冲头装置14进行冲洗以便去除固体和液体的叶碎片，这些碎片否则将会堵塞冲头装置14。优选的是，在已经采集到大致五十个叶冲片72之后对冲头装置14进行冲洗。在某些实施方案中，该液体可以是水或溶剂。或者，该液体可以包括抗生素性的、抗病毒的、或抗病原的化合物以减少由冲头装置14的造成的交叉污染。

尽管如在此示出和详细披露的用于对植物材料进行采样的具体装置完全能够获得这些物品并且在此提供了前述的这些优点，但应该理解它仅是说明了本发明的目前优选的实施方案并且除了如所附权利要求所说明的之外它绝非旨在限制在此示出的构造或设计的细节。

Claims (20)

1.一种用于从植物采集材料样品的装置，该装置包括：

底座构件；

安装在该底座构件上的成形的开口；

冲头管，该冲头管形成有中空的腔管并且具有近端和远端，该冲头管被安装在该底座构件上用于在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置中该冲头管的远端是位于距该成形的开口一段距离处以在其间建立用于在其中接收植物样本的空隙，并且在该第二位置中该冲头管的远端是与该成形的开口相接触以从该植物样本上切下冲片；

冲头杆，该冲头杆具有近端和远端，该冲头杆被同轴地安装在该冲头管的腔管中用于在其中在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置中该冲头杆的远端邻近该冲头管的远端，并且在该第二位置中该冲头杆的远端离开该冲头管的远端；以及

驱动装置，该驱动装置用于选择性地将该冲头管从其第一位置移动到其第二位置以便从该植物样本上切下冲片，并且用于开始该冲头杆从其第一位置到其第二位置的后续的移动以便将所切下的植物样本冲片从该成形的开口中取下用于它的收集。

2.如权利要求1所述的装置，其中该冲头管的远端被形成有一对径向上相对的相对的(opposed)凸出部。

3.如权利要求1所述的装置，其中该冲头管限定了轴线并且被形成有一对径向上相对的孔，其中该冲头杆被形成有轴向上定向的长孔，并且进一步地其中该装置包括连接杆，该连接杆穿过这对轴向上相对的孔被插入该冲头管之中并且穿过该冲头杆的长孔以便将该冲头杆与该冲头管组合地安装在该底座构件上。

4.如权利要求3所述的装置，其中该驱动装置包括：

驱动杆；

凸轮块，该凸轮块被形成有槽缝并且被安装在该底座构件上用于与该驱动杆相接合。

轭架，该轭架具有第一端和第二端，其间具有中点，该轭架在它的中点处被可枢转地安装在该底座构件上并且使其第一端与该连接杆相接合；

销钉，该销钉被附装在该轭架的第二端处并被定位在该凸轮块的槽缝之中；以及

致动器，该致动器被安装在该底座构件上并被连接到该驱动杆上用于移动该驱动杆，以便同时地枢转该轭架并在该冲头管的第一位置与第二位置之间对其进行驱动。

5.如权利要求1所述的装置，其中该成形的开口包括硬化的钢插件。

6.如权利要求1所述的装置，进一步包括：

液体源；

输送管，该输送管具有第一端和第二端，其中该第一端是流体连通地与该液体源相连接并且该第二端被定位为从其中将液体选择性地递送到该冲头管以及该冲头杆的各自的远端上并且到该成形的开口上，以防止由固体和液体的植物碎片堵塞该装置；以及

一种用于通过该输送管来输送液体的装置。

7.如权利要求6所述的装置，其中该液体输送装置包括：

用于对该流体源加压的装置；以及

控制阀，该控制阀被安装在该底座构件上以便选择性地递送来自该输送管的加压的液体。

8.如权利要求7所述的装置，其中该控制阀在已经切下一组大致五十(50)个冲片之后自动地被启动。

9.一种用于从植物采集材料样品的装置，该装置包括：

底座构件；

机械装置，该机械装置被安装在该底座构件上用于从植物样本切下冲片；

电子装置，该电子装置被安装在该底座构件上用于选择性地启动该切割装置；以及

液压装置，该液压装置被安装在该底座构件上用于冲洗该切割装置以防止由固体和液体植物碎片堵塞该装置。

10.如权利要求9所述的装置，其中该切割装置包括：

成形的开口，该开口被安装在该底座构件上；

冲头管，该冲头管形成有中空的腔管并且具有近端和远端，该冲头管被安装在该底座构件上用于在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置中该冲头管的远端位于距该成形的开口的一段距离处以便在其间建立用于在其中接收植物样本的空隙，并且在该第二位置中该冲头管的远端是与该成形的开口相接触以便从该植物样本上切下冲片；以及

冲头杆，该冲头杆具有近端和远端，该冲头杆被同轴地安装在该冲头管的腔管中用于在其中在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置中该冲头杆的远端邻近该冲头管的远端，并且在该第二位置中该冲头杆的远端离开该冲头管的远端。

11.如权利要求10所述的装置，其中该切割装置进一步包括驱动装置，该驱动装置用于将该冲头管选择性地从其第一位置移动到其第二位置以便从该植物样本上切下冲片，并且用于开始该冲头杆从其第一位置到其第二位置的后续的移动以便将所切下的植物样本冲片从该成形的开口中取下用于它的收集。

12.如权利要求10所述的装置，其中该冲头管的远端被形成有一对径向上相对的凸出部。

13.如权利要求10所述的装置，其中该冲头管限定了轴线并且被形成有一对径向上相对的孔，其中该冲头杆被形成有轴向上定向的长孔，并且进一步地其中该装置包括连接杆，该连接杆穿过这对轴向上相对的孔被插入该冲头管中并且穿过该冲头杆的长孔以便将该冲头杆和该冲头管组合地安装在该底座构件上。

14.如权利要求13所述的装置，其中该驱动装置包括：

驱动杆；

凸轮块，该凸轮块被形成有槽缝并且被安装在该底座构件上用于与该驱动杆接合。

轭架，该轭架具有第一端和第二端、以及其间的中点，该轭架在它的中点处被可枢转地安装在该底座构件上并且使其第一端与该连接杆相相接合；以及

销钉，该销钉被附装在该轭架的第二端处并被定位在该凸轮块的槽缝之中，其中该致动器被连接到该驱动杆上用于移动该驱动杆，以便同时地枢转该轭架并在该冲头管的第一位置与第二位置之间对其进行驱动。

15.如权利要求9所述的装置，其中该液压装置包括：

液体源；

输送管，该输送管具有第一端和第二端，其中该第一端是流体连通地与该液体源相连接的并且该第二端被定位为选择性地将液体从其中递送到该冲头管和该冲头杆的各自的远端上并且到该成形的开口上，以防止由固体和液体的植物碎片堵塞该装置；以及

一种用于通过该输送管来输送液体的装置。

16.如权利要求15所述的装置，其中该液体输送装置包括：

用于对该流体源加压的装置；以及

控制阀，该控制阀被安装在该底座构件上，在切下一组大致五十(50)个冲片之后该控制阀自动地被启动以便选择性地递送来自该输送管的加压的液体。

17.使用一种装置从植物采集材料样品的方法，其中该装置包括：底座构件；安装在该底座构件上的环形成形的开口；冲头管，该冲头管被形成有中空的腔管并具有近端和远端，该冲头管被安装在该底座构件上用于在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置中该冲头管的远端位于离该成形的开口的一段距离处以便在其间建立用于在其中接收植物样本的空隙，并且在该第二位置中该冲头管的远端是与该成形的开口相接触以便从该植物样本上切下冲片；以及冲头杆，该冲头杆具有近端和远端，该冲头杆被同轴地安装在该冲头管的腔管中用于在其中在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置中该冲头杆的远端邻近该冲头管的远端，并且在该第二位置中该冲头杆的远端离开该冲头管的远端，并且其中该方法包括以下步骤：

将植物样本定位在该空隙之中；并且

将该冲头管从其第一位置移动到其第二位置以便从该植物样本上切下冲片、并且开始该冲头杆从其第一位置到其第二位置的后续的移动以便将所切下的植物样本的冲片从该成形的开口中取下用于它的收集。

18.如权利要求17所述的方法，其中该装置进一步包括液体源、以及输送管，该输送管具有第一端和第二端，其中该第一端是流体连通地与该液体源相连接并且该第二端被定位为从其中选择性地将液体递送到该冲头管和该冲头杆各自的远端上、并且到该成形的开口上，并且该方法进一步包括通过该输送管来输送该液体以防止由固体和液体的植物碎片堵塞该装置的步骤。

19.如权利要求17所述的方法，其中该液体输送步骤是在已经切下一组大致五十(50)个冲片之后自动地完成。

20.如权利要求17所述的方法，其中该冲头管的远端被形成有一对径向上相对的凸出部。

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