CN102159065A - 改善的植物育种方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一般地涉及改善的植物育种系统。更具体地，本发明涉及用于育种程序中自动化、高通量分析植物表型和植物基因型的方法。

Description

改善的植物育种方法
技术领域
本发明一般地涉及改善的植物育种系统。更具体地，本发明涉及用于育种程序中自动化、高通量分析植物表型和植物基因型的方法。
发明背景
植物育种程序要求分析巨大数目植物的表型。这些分析涉及测量类型众多的植物特征，包括植物形态、疾病和环境胁迫耐受性、种子品质和产量。除了评价表型外，育种程序还经常需要确定基因型，例如旨在鉴定与特定表型相关的DNA标记或旨在证实转基因植物中存在转基因。因此，提取植物基因组DNA也可能是必需的。
传统上，育种程序中表型的分析通过目视评价和手工测量形态学特征实施。然而，因为必须进行评价的植物的数目巨大和早期评价植物时差异细微，该过程是极费时间的，因而限制了可以分析的植物的数目。已经做出初始尝试来通过开发模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana)的评价方法使这种过程自动化。例如，Granier等人描述了由支撑浅盘的钢框架和能够根据软件程序运动的机械臂组成的系统，所述的浅盘带有支撑盆钵的孔(Granier等人，2002，New Phytologist 169：623-635)。拟南芥植物在生长箱中培育并且位移传感器、天平、灌溉管和照相机装在该机械臂上以对每个盆钵称重、灌溉和拍摄数字图片。Boyes等人描述了基于拟南芥中一系列定义的生长阶段用于表型分析的高通量方法，所述的生长阶段充当发育标志和收集形态学数据的触发器。用测径器或尺子或通过视检进行测量(Boyes等人.，2001，Plant Cell 13：1499-1510)。Wang等人描述红外热显影术作为非侵入性高通量工具用于筛选拟南芥卫细胞信号传导突变体的用途(Wang等人.，2004，J.Exp.Bot.55：1187-1193)。
虽然已经开发了用于拟南芥的高通量筛选方法，作物物种的更大尺寸和形态复杂度限制了这些方法对作物物种育种程序的适应性。已经开发了适应于作物物种的表型分型系统的部件。例如，美国专利号5,253,302公开用于植物的自动光学分类的方法，在所述方法中每株植物的图像由彩色摄影机捕获。美国公开的申请号2005/0180608公开了使用用于表型功能分析的图像采集系统的植物生长分析系统。该植物生长分析系统具有传送许多所观察对象的机制，其中所述的对象反复地通过照相机。美国公开的申请号2007/0186313公开了用于快速评价玉米植物中转基因功能的方法。该方法使用定量的、非破坏性成像技术来评价统计相关的受控温室环境中的目的农学性状。美国专利号7,278,236公开用于非破坏地获得植物根系统图像的装置和方法。所述装置包括用于支撑植物根系统的基质、用于容纳该基质的容器、X射线辐射源和X射线图像捕获系统。植物成像系统的一个关键方面是转动植物以从几个不同角度捕获图像的能力。存在使植物绕固定转盘转动同时被拍照的系统。一些系统提供几台照相机用于以不同角度对植物照相。虽然已经开发了用于成像期间转动植物的方法，但是仍需要其中可以精确转动植物或成像装置而同时仍以高速度移动植物的系统。
育种程序中的挑战之一是开发用于辨识和追踪正在评价的巨大数目植物的系统。已经开发了可能用于高通量表型筛选的几个追踪系统。美国专利号6,483,434公开了容器追踪系统，其包含用于追踪多个容器或载具的计算机系统。出于轻易追踪任何单个容器或载具的目的，将应答器安置在容器或载具的本体上。美国专利号7,403,855公开了追踪从培育地点如田野、培育床、试验地或温室长出和/或取得的各株植物的装置和方法。与各株植物相关的机器可读数据同对应植物保持密切关联。美国公开的申请号2004/0200146提供了与其中一株或多株植物正在生长的容器联合使用的装置。该容器已经使自身与装置关联，该装置用于接收查询信号并通过发射唯一标识符信号自动应答。EP1157961公开了容器辨识装置，其具有带发送器和接收器单元的询问装置，使用脉冲信号以询问标识信息。该标识信息由连接于该容器的标签提供，其中所述的容器起到表面波传感器作用。
在开发用于自动化分析植物表型的系统中的另一项挑战是需要移动巨大数目的植物。已经开发了用于移动植物以产生植物的系统。美国专利号5,394,646公开了用于自动栽培作物的系统，该系统由用于以第一预定途径运送籽苗以允许在第一组受控生长条件下处理籽苗的第一结构、用于以第二预定途径运送籽苗以允许在第二组受控生长条件下处理籽苗的第二结构和用于将籽苗从第一结构选择性转移到第二结构上的结构组成。GB 1576010提供了用于支撑材料或容器的装置，其中可以在所述材料或容器中培育植物以沿温室移动。该装置包含了形成路径的至少两条被隔开的平行轨道、安装在每条轨道上的用于沿轨道运动的滑行装置和用于支撑所述材料或容器的一个或多个细长载具构件。一个或多个载具构件是所述轨道的横向延伸的槽形式并且是沿轨道随所述滑行装置可移动的。美国专利号3,824,736公开了用于通过在传送机上移动植物穿过回廊而连续产生植物的方法，在所述回廊中维持严密受控的温度和湿度条件。该回廊由一系列模块单元形成，所述模块单元包括照亮的部分和变暗的部分。每个模块单元排列为构成一个24小时生长时期。美国专利号4,035,949公开了用于培育植物的设施，其包含多个包括无穷循环性支撑装置的连续、独立培养箱，其中在所述支撑装置上移动植物穿过所述箱内受控环境条件下的区域。美国专利号4,481,893公开了用于大量培育温室中籽苗的装置，用于自动操作包含盆钵的籽苗单元。该装置检查每个盆钵是否具有可接受的籽苗并且任选地将替换籽苗自动插入需要替换籽苗的任何盆钵。
在确定植物表型中，关键是使环境差异最小化以确保育种系之间所观察的任何差异归因于遗传变异并且不单纯地由环境影响引起。在常规育种程序中，将植物在田间于几个不同地点培育以使每种基因型暴露于一系列不同的环境条件。另一种方法是将植物培育于受控环境如温室和生长箱中以提供更均匀环境条件。然而，几个参数如温度和光强度的差异仍经常出现。虽然在随机完全区组中培育植物可以帮助减轻环境差异的影响，但是这种方法要求培育每种基因型的几个植株。作为使培育区范围内环境差异最小化的替代，通过移动植物穿过该培育区提供更均匀的培育条件也是可能的。例如，美国公开的申请号2006/0150490公开了用于育种植物的方法，其包括在受控气候条件的环境下培育植物并且根据要求在环境内部改变容器的位置以确保容器中的全部植物至少基本上均匀暴露于该环境中的条件。
评价植物表型的另一个方面是确定种子品质。种子品质测量经常要求除去种子的外层，即脱壳。开发用于育种程序的种子脱壳装置提出了特殊挑战。现有的种子脱壳机处理大量的种子(几公斤)或极少量的种子(10-50粒种子)，但是育种程序经常要求分析现有脱壳机不容易加工的中间量的种子(50至1000粒种子)。另外，育种程序涉及加工巨大数目的种子批次，其中每个种子批次具有不同的基因型。因此，重要的是不混合来自不同批次的种子。常规脱壳机可以经常将种子卡在该装置的腔体中，从而导致污染。最后，由于种子批次之间的遗传变异可以产生不同大小、形状和外壳强度的种子，因此种子脱壳装置必须能够加工类型众多的种子而不造成损伤。许多现有的种子脱壳机含有橡胶辊或凹面圆盘，其具有除去外壳的摩擦性涂层(如在例如美国专利号4,454,806中所述)。这些装置的弯曲表面可以造成破裂，尤其用于长的单薄种子。种子脱壳机也可以集成到用于分选和加工种子的系统中。例如，美国专利号6,706,989公开了用于加工种子或种子样品的的方法和装置，其包括通过预编程标准分选种子的自动分选机。任选特征可以包括计数器、清洁装置、脱壳机和标签施加器。
如上提及，从植物组织提取DNA用于分析基因型在育种程序中是经常需要的。WO 00/63362公开了用于从植物提取DNA的方法。该方法使用固定化阴离子基团通过阴离子交换相互作用分离DNA，所述的阴离子基团优选地位于色谱基质上或更优选地位于用阴离子基团如二乙基氨基乙基(DEAE)所衍生化的磁珠上。美国专利号5,523,231公开了从溶液回收包括DNA在内的生物聚合物的方法，其涉及使用不特异结合所述聚合物的可磁吸珠子。所述珠子悬浮于溶液中并且聚合物从溶液中沉淀出来并且与珠子非特异性结合。当磁性地拉下珠子时，聚合物随珠子一起拉下。聚合物随后可以再溶解并与珠子分离。
植物育种要求几个不同步骤，包括评估植物生长和形态学、加工种子批次和植物组织的遗传学分析。虽然已经取得对这些步骤自动化的初步进展，但是仍需要克服障碍并解决问题以集成这些部件至用于作物物种表型与遗传分析的高度自动化的高通量系统中。
发明概述
本发明涉及用于分析遗传修饰对植物的影响并选择具有目的遗传修饰的植物的方法。在一个方面，该方法包括
(a)提供生长在受控环境条件下的多株植物，每株植物与区分该植物与其余植物的机读标识关联；
(b)将植物在它们的生长周期期间以一个或多个时间间隔在自动化输送器系统中移动，从而避免对特定微观环境的延长暴露，因而减少微观环境差异对植物表型的影响；
(c)将一株或多株植物在其生长周期期间以一个或多个时间间隔运送穿过用于植物成像的连续系统，其中用于成像的系统包括转动机构和成像装置，其中将植物以受控方式转动和成像或移动成像装置旨在以受控方式对植物成像；
(d)使植物移动穿过成像系统的同时，对植物的一个或多个特征成像；
(e)通过计算机处理分析植物的一个或多个特征的图像并且将所得信息与植物的机读标识信息关联；
(f)针对一株或多株植物的一个或多个特征分析所得信息以确定遗传修饰的影响；并且
(g)选择具有目的遗传修饰的一株或多株植物或传达来自分析步骤e)和/或f)的信息至其他人以选择具有目的遗传修饰的一株或多株植物。
在一个实施方案中，该方法中所用的转动机构包括同步带，其中同步带和/或容器以高摩擦材料涂布。同步带如此安置以扣住容器的侧面并可以具有不同速度设置，允许容器以受控方式转动同时在该带上被运送。
在一个实施方案中，该成像系统包括一台或多台高速和/或高分辨率照相机。
在另一个方面，本发明涉及用于高通量分析植物中遗传性状的植物育种系统，其包括
(a)受控条件的环境与受控的养分及补给水供应下，装有具有一致特征的培育介质的容器阵列，每个容器包含一株或多株植物并且每个植物或容器同机读标识关联，所述机读标识区分该植物或容器与其余植物或容器；
(b)包括多个共延性存储输送器和一个转移传送机的输送器系统，
其中存储输送器为一列几个容器提供支撑，其中每个存储输送器包含由马达移动的皮带，并且其中存储输送器的皮带可以由马达向后或向前牵引，从而允许容器运送至存储输送器或从中运走；
其中转移传送机毗邻于存储输送器的末端部分并与存储输送器协作；
(c)与输送器系统联合的一台或多台马达，其中存储输送器末端与转移传送机通讯，从而允许容器从存储输送器至存储输送器运回和/或运走并且向该阵列中的特定区域运回和/或运走；
(d)用于对植物作数字成像的连续系统，其包含在植物以受控方式被转动和成像的同时，用于植物的生长周期期间以一个或多个时间间隔移动一株或多株植物穿过数字成像系统的输送器系统、用于以受控方式转动容器的带机构和一个或多个数字成像装置；和
(e)计算机装置，其用于分析图像和/或信息，所述的图像和/或信息从移动植物穿过数字成像系统移动时用一个或多个数字装置所取得的植物一个或多个特征的数字图像和/或信息获得。
在另一个实施方案中，本发明涉及开发改善植物育种的可出售信息的方法，其包括
(a)提供生长在受控环境条件下的多株植物，每株植物与区分该植物与其余植物的机读标识关联；
(b)通过在植物的生长周期期间以一个或多个时间间隔在自动化输送器系统中移动植物，从而避免对特定微观环境的延长暴露，因而减少微观环境差异对植物表型的影响；
(c)将一株或多株植物在其生长周期期间以一个或多个时间间隔连续运送穿过成像系统，该成像系统含有用于以受控方式转动植物或成像装置的转动机构；
(d)使植物移动穿过成像系统时，拍摄植物的一个或多个特征的图像并且存贮图像于计算机或处理装置上；
(e)通过计算机处理分析植物的一个或多个特征的图像并且将所得信息与植物的机读标识信息关联；和
(f)针对一株或多株植物的一个或多个特征分析所得的信息；
(g)其中图像和/或所得的信息提供了用于植物育种系统中做出植物鉴定和/或选择决定的可出售信息。
本发明还涉及用于收集关于所选择植物表型的数据以快速分析遗传修饰对所选择表型的影响的方法，其包括
(a)提供生长在受控环境条件下的多株植物，每株植物与区分该植物与其余植物的机读标识关联；
(b)通过在植物的生长周期期间以一个或多个时间间隔在自动化输送器系统中移动植物，从而避免对特定微观环境的延长暴露，因而减少微观环境差异对植物表型的影响；
(c)将一株或多株植物在其生长周期期间以一个或多个时间间隔运送穿过成像系统，该成像系统含有用于以受控方式转动植物或成像装置的转动机构；
(d)使植物移动穿过成像系统的同时，拍摄植物的一个或多个特征的图像并且存贮图像于计算机或处理装置上；
(e)通过计算机处理分析植物的一个或多个特征的图像并且将所得信息与植物的机读标识信息关联；和
(f)针对一株或多株植物的一个或多个特征分析所得的信息；并且
(g)收集来自步骤f)和/或g)的关于所选择植物表型的信息以快速分析遗传修饰对所选择表型的影响。
附图简述
图1是说明性装置的输送器系统的示意图。
图2是支撑植物钵的输送器系统的槽形构件和传送带的透视图。
图3代表了显示皮带转动机构的成像系统。图3A显示俯视图并且图3B显示侧视图。
图4代表种子脱壳系统的实施方案，其中接受器与块体之间的运动是通过转动。图4A描述接受器转动的系统并且图4B描述块体转动的系统。
图5显示在本发明连续系统与常规停止-启动系统中所测量的叶面积之间的密切相关性。
图6显示与常规停止-启动系统(旧系统)相比在实现连续系统(新系统)后每日成像流通量的增加。
图7显示不同实验/方法(#种子+压力)的结果，其展示为起始材料的脱壳种子百分数。
图8描述了自动进样盘。
图9描述了双重密封小瓶系统。
图10显示分子化合物的双磁体提取系统。
本发明示例性实施方案的详细描述
本发明为植物育种系统提供植物中遗传性状的高通量分析。本发明也包括令人惊奇的高效方法，所述方法用于测量遗传修饰对植物的影响并使用该数据选择具有目的遗传修饰的植物和用于选择性能最佳的候选者。所述方法提供对育种程序中植物表型和植物基因型的自动化高通量分析。
为成功育种，应当检验足够数目的遗传变异以鉴定众多遗传变异当中具有农学重要性的少数遗传变异。用于选择基因型的方法应当对检测不同基因型之间的表型差异是足够区分的，并且要求足够详细以充分描述所观察表型的一组参数作为基础。
本发明的系统和/或方法允许以出人意料高效的方式和比田间或受控条件下所进行的传统植物育种评价和选择系统大得多的规模(提供一年中处理成千至上万个遗传修饰的能力)评价和选择遗传修饰。
甚至在受控环境或温室背景下在定义的基质上以受控的水和养分供应培育植物时，环境条件仍随温室内部的几何位置变动。这种环境差异可能归因于植物之间距离的差异和接近或归因于用于气候控制和养分/水输送的装置，例如加热元件、冷却元件、窗户、门、喷雾装置、通风设备、入水口和出水口。在本发明的一个方面，通过自动化操作和通过改变正在生长的植物在温室或受控环境中的位置明显减少环境差异。
本发明的另一个方面提供了改善的成像系统，其明显增加系统的流通量同时维持准确度。
本发明还提供了改善的用于植物育种的方法，其中可以使用比常规育种方法中更小的种子量实施植物育种。本发明的另一个方面涉及改善的方法，其用于加工和/或分析在用于培育的准备中或在选择具有目的遗传修饰的植物后的种子。
本发明的系统在另一个方面涉及改善的DNA提取和分离法以在用于该系统内培育的准备中或在选择具有目的遗传修饰的植物后表征植物或种子的基因型。
植物材料
本发明的系统高度地适应于多种作物物种，包括那些具有巨大尺寸和形态学复杂度的作物物种。根据本发明的一个方面，育种过程的植物对象是自花传粉的植物，如稻。自花传粉植物是这样一种植物，其中正常条件下任意一种给定植物物种的雌性器官由相同植物物种的雄性器官中产生的花粉授粉。
根据本发明的另一个方面，育种过程的植物对象是开放传粉的植物物种，如玉米。开放传粉植物物种是作为基本上为非自花传粉植物物种的植物。就玉米而言，存在与使用相对小或短且快周期的植物相关的特殊优势，其中所述植物具有比较短的、优选约4月或更短的周期时间。这些植物可以是不同的品种、杂种、近交种或群体如Gaspe或衍生自Gaspe(例如来自多世代自交)的任何近交系。
植物对象可以是其他自花传粉和非自花传粉的作物物种，包括但不限于小麦、大麦、黑麦、高粱、卡诺拉油菜、大豆、燕麦、甘蔗、甜菜、向日葵、烟草、棉花、苜蓿和亚麻。
在本发明的另一个方面，本发明的系统涉及转基因植物的育种。转基因植物的育种涉及通过使用重组技术将至少一种核酸导入单株植物中。不同的植物可以具有导入其中的相同或不同核酸。植物转化方法的实例是本领域熟知的并且包括，但不限于农杆菌介导的转化和粒子加速或″基因枪″转化技术。可以将核酸掺入能够导入宿主细胞中并在其中复制的重组DNA构建体。这种构建体可以是载体，其包括能够在给定宿主细胞中转录和翻译编码多肽的序列的复制系统和序列。已经描述了适用于稳定转化植物细胞或适用于建立转基因植物的众多载体。转化的植物细胞可以由已知方法再生成完整植物。随后培育并评价转基因植物以鉴定具有想要性状的植物。转基因植物可以与其他转基因植物和/或与不含有所导入核酸的相应对照植物比较。具有想要性状的植物可以进一步在田间评价或可以与相同作物物种的近交系的不同品种回交或可以用来生成或测试杂交种或可以用于产生可能用于商业用途的种子。
农杆菌介导的植物转化法是用于将基因转移至植物中的最广泛使用的方法之一。农杆菌是土壤中发现的天然存在的病原细菌，其具有转移自身DNA至植物基因组中的能力。根据本发明的另一个方面，提供了用于转化单子叶植物、尤其禾本科植物、优选稻的改善方法。这种改善的方法涉及改善欧洲专利申请EP1198985中所述农杆菌介导的植物转化方法，所述专利的内容在此通过引用的方式并入。
如今，例行地进行单子叶植物的农杆菌介导的转化；一项曾认为限于转化某些双子叶植物(其种子中具有两片子叶和具有阔叶的开花植物)如马铃薯和番茄的技术。单子叶植物或单子叶植物(monocot)是其种子中具有一片子叶和具有带平行叶脉的窄叶的开花植物，如玉米和稻。
根癌农杆菌是将其基因天然地插入植物的常见土壤细菌。在这个过程中，农杆菌引起通常在根与茎的交界处看到的植物肿瘤，从中衍生出名字-冠缨病。农杆菌介导的植物转化法有利地利用这种自然现象作为导入外来基因至植物中的手段。
农杆菌的特征在于以其感染植物时，存在于农杆菌拥有的质粒(例如Ti质粒或Ri质粒)上的T-DNA区域被掺入该植物。农杆菌转化技术利用T-DNA区域掺入植物作为导入基因至植物中的手段。简而言之，以含有想要的重组基因的农杆菌感染植物。感染后，想要的重组基因从农杆菌转移到植物细胞中，从而被掺入植物基因组中。
本领域已知T-DNA通过农杆菌向植物转移的效率可能根据用于转化的组织变动。例如，用于农杆菌介导的植物转化的多种方案依赖于愈伤组织转化、早熟胚转化、叶、枝顶端、根、下胚轴、子叶、种子和从植物多个部分衍生的愈伤组织。在其他方法中，转化的组织不从植物取下，而留在其自然环境中，因而，转化以植物原位方式发生。
找到快速和高效的用于转化单子叶植物的方法会是有利的，尤其在构成世界大多数人口主食的经济重要的作物植物(如稻、谷物、小麦、大麦)的情况下。
因此，提供了用于转化单子叶植物的方法，包括步骤：
(i)将包含目的基因的农杆菌导入绿色种子；
(ii)培育该种子以产生包含所述目的基因的转基因植物。
如本文中提到的术语“绿色种子”是以增加的优选顺序在授粉后约15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30日的种子。
术语“单子叶植物”或“单子叶植物(monocot)”在本文中互换用来指其种子中具有一片子叶和具有带平行叶脉的窄叶的开花植物。优选地，单子叶植物是包括禾本科植物，其包括禾谷类如稻、小麦、玉米和其他经济重要作物植物。根据本发明的优选特征，待转化的植物是稻(Oryza sativa)。虽然发现所述方法特别有利于籼稻品种，但是本发明的方法适用于全部稻品种。
根据本发明的优选特征，使用根癌农杆菌转化单子叶植物的绿色种子。
适于表达植物中目的基因的表达载体和用于制造所述载体的工具和技术是本领域熟知的。术语“目的基因”指从任何来源获得或人工合成的待导入植物的任何基因。该目的基因可以对待转化的单子叶植物为内源的，例如，从稻获得的基因可以转化到稻中。该目的基因也可以是靶内源基因的反义序列。
目的基因与用于单子叶植物中表达目的基因的启动子有效连接。该启动子可以对目的基因是天然的(内源启动子)或它可以来自另一个来源(外源启动子)。
表达载体也可以包含促进选择转化植物的选择标记基因。药物抗性基因如赋予潮霉素抗性的潮霉素磷酸转移酶(HPT)基因和赋予卡那霉素抗性的新霉素磷酸转移酶II(NPTII)基因是选择标记的实例。启动子也有效地与选择标记连接以允许该选择标记基因的表达。
终止子序列也可以存在于表达载体中。终止子序列位于基因区域的下游并编码在DNA转录成mRNA以及添加聚腺苷酸序列时参与转录终止的蛋白质。终止子的非限制性实例包括CaMV35S终止子和胭脂碱合酶终止子(T nos)。
增强子也可以用于表达载体中以增强靶基因的表达效率。
如下文中定义的绿色种子用农杆菌感染以导入目的基因至植物中。在除去待转化的植物的绿色种子的壳后，预培养完好状态下的种子。绿色种子为“完好”的意指该种子没有经历任何人工操作，例如除去胚珠或胚盘的疤痕化。
在预培养中，将绿色种子播种在含有适宜浓度植物生长素(例如，2，4-D)的培养基(例如N6D培养基)上并且可以孵育一般4至5日，并且优选地5日。预培养在种子组织进入再生过程之前结束。预培养期间的温度一般是25℃至35℃，并且优选地是27℃至32℃。在结束预培养后，将种子消毒并随后用水彻底洗涤。随后用农杆菌在无菌操作下感染种子。
在农杆菌感染(共培养)期间，将种子在黑暗中孵育，一般2至5日并且优选3日。在这个时间的温度一般是26℃至28℃和优选地是28℃。随后，为了消除培养基中的农杆菌，种子经适宜的除菌剂(例如羧苄青霉素)处理。基于选择标记(例如，药物抗性如潮霉素抗性)选择转化的种子。
在适宜的细菌消除条件和选择条件下培养后，选择的转化种子置于含有适宜植物调节物质的再生培养基(例如，MS培养基)并孵育适宜的时间期限。为允许植物体再生，再生的转化体置于生根培养基(例如，不含有植物调节物质的MS培养基)。在证实根的生长后，可以盆栽转化体。
可以通过使用熟知技术证实想要的重组基因是否已经导入植物。这种证实可以例如通过RNA印迹分析进行。具体而言，总RNA从再生植物的叶提取、进行琼脂糖上变性条件下的电泳并且随后印迹到适宜的膜上。通过允许与所导入基因的一部分互补的标记RNA探针与印迹物杂交，可以检测目的基因的mRNA。备选地，在希望通过导入想要的重组基因控制植物中内源基因表达的情况下，可以测试靶内源基因的表达，例如，通过前述的RNA印迹分析。如果靶内源基因的表达与未转化的对照植物中其表达相比被显著抑制，则证实想要的重组基因已经导入该植物并且想要的重组基因已经发挥控制表达的作用。
在农杆菌感染之前，常规方法通常要求3至4周时间以诱导再生。相反，本发明的方法不要求诱导再生的步骤，从而可以减少产生转化单子叶植物所要求的日数。另外，根据本发明的方法，也可能减少通过常规技术选择所需要的时间，从而可以减少培养差异的影响。
可以在本发明一个方面使用的重组DNA技术是本领域已知的并且在例如Sambrook(2001)Molecular Cloning：a laboratory manual，3版，Cold Spring Harbor Laboratory Press，CSH，New York(其因而通过引用的方式完整并入)或在Ausubel等人(1994)，Current Protocols in Molecular Biology，Current Protocols(其因而通过引用的方式完整并入)的第1和2卷中描述。用于植物分子生物学工作的标准材料和方法在BIOS Scientific Publications Ltd(UK)和Blackwell Scientific Publications(UK)出版的R.D.D.Croy的Plant Molecular Biology Labfase(1993)(其因而通过引用的方式完整并入)中描述。
本发明的其他方面涉及非转基因植物的育种。在非转基因植物的育种中，遗传变异的产生依赖于可以通过技术获得的遗传改变的产生，所述技术包括通过经典杂交、化学诱变、辐射诱导突变、体细胞杂交、种间杂交和遗传工程的重组。获得的植物可以与其他非转基因植物、与转基因植物和/或与相应的对照植物比较。在产生基因型变异后，选择具有最想要的农学表型的那些基因型。
表型评价
表型(例如基于生长习惯、产量潜力和胁迫抗性的观察)是因基因型本身(基因相关表型)和因环境(环境相关表型)贡献的结果。环境相关表型受到因例如温度、湿度、光、养分和水供应的变异所引起的培育环境差异影响。混淆表型推动性目的基因型选择的一个重要因素是环境相关表型组分的变异。
本发明因此提供了育种植物的方法，其包括在受控气候条件的环境下于装有具有一致特征的培育介质的容器阵列中培育某种植物，所述环境具有受控的养分及补给水供应，并且根据需要改变容器在该环境内部的位置以确保容器中的全部植物至少基本上均匀地暴露于环境中的条件。
本发明方法产生多种明显和出乎意料的优势。它能够有效地消除影响植物表型并因此干扰选择想要的基因型相关表型的环境差异。通过改变植物在其生活周期期间的位置，使它们在每个位置暴露于略微不同的环境设置。当育种群体中全部植物的调换以足够高的频率(例如每日一次或每周一次)发生时，则发现空间效应在该群体范围内是随机化的。育种期间减弱植物表型的环境贡献能够更可靠地选择想要的基因型。通过改变的植物位置促进鉴定表型(如，不限于生长、产量或胁迫耐受性)的步骤。例如，在通过适宜设备评价植物表型的情况下，可以按适宜间隔移动植物至用于评估的设备的位置。培育植物的环境的增强均匀性允许使用更小的植物群体用于研究，这反过来降低成本。与要求大得多的植物群体(一般以田间规模)旨在精确评估不同基因型相关的表型差异的常规方法相比，使用出乎意料更小的植物群体(一般以温室规模)，本发明的实施允许对多种农学特征育种，如增强的产量和胁迫耐受性。该方法能够令人惊奇地进行更高效植物育种。给定可以被研究的遗传变异的固定数目和所要求区分力的固定水平，因为在有限的种子可获性的条件(在产生遗传变异后的世代中经常是这样)下可靠地建立表型的能力，可以减小代表某个遗传变异的群体的尺寸。本发明系统的区分力因而减少大面积种子繁殖的需求并减少后续时间损失。
在能够用比现有技术方法可能需要的量更小种子量实施育种过程方面固有的优势在就多种想要的表型特征(性状)对转基因植物育种的情况下是特别相关的。
本发明方法优选地包括在生长周期中以一个或多个时间间隔鉴定表型特征如植物的生长、产量和对生物胁迫和非生物胁迫的耐受性。可以通过测量例如植物高度、叶面积、种子大小、种子重量、种子数目、种子头的大小(包括玉米中的玉米穗大小、果实的数目和大小、花序的存在、数目和大小及根面积、大小和形态来评价产量。生物胁迫可以例如由细菌病、真菌病、或病毒病、昆虫和线虫引起。非生物胁迫可以例如由热、干旱、寒冷、风、高盐度和低养分水平引起。可以在低养分水平下培育植物以评价特定化合物(例如氮和磷)的使用效率。也可以评价植物的水使用效率。生物和非生物胁迫的作用可以通过测量叶颜色和形态学或可观察的物理表现直接评价或通过测量生长特征如植物高度、叶面积、植物形态和/或产量间接评价。可以通过植物多个部分的数字成像系统实施表型评价。图像分析可以提供对例如植物高度、叶面积、生物量的重心高度、根面积、绿色指数、穗/花序的存在和/或数目的测量或指示。
根据需要，可以使用算法来选择和评价信息并且可以统计分析结果以鉴定具有目的遗传修饰的植物，以选择性能最好的候选者或为任何给定的其他方法选择具有任何给定特征的候选者和/或鉴定性状引导。
在另一个实施方案中，植物生活周期期间以一个或多个时间间隔实施一个或多个植物特征的多种测量。随时间的测量允许计算例如最大植物高度、最大叶面积、生长周期的长度、出苗势、开花时间、开花前绿色。如果施加胁迫，可以额外地计算参数如胁迫后绿色、因胁迫所致的生物量减少。用于进行这类测量的工具和技术是本领域熟知的。
在一个实施方案中，可以根据需要使用和/或改造本发明的方法和/或系统以基于单株植物确定开花和/或花期的开始，例如，通过从植物生殖结构的图像测量这些结构和从量值和平均生长速率推断开花和/或花期的开始，如因而在此通过引用方式完整并入的WO 2007/093444中所述。
优选地，评价以高通量方式进行。与常规的温室评价系统相比，高通量系统令人惊奇地允许处理和评价更多数目的植物。
还优选地，通过比较植物的表型特征选择植物用于进一步育种、用于育种实验或进展实验或用于商业用途。
植物鉴定
为了本发明的育种系统以可靠、高效和无人值守方式运行，可以通过自动化装置鉴定植物。园艺产业中鉴定植物是一项常规实践。最广泛使用的标识系统是有色标签、印刷文字标签和条形码标签。由于自动化输送系统变得更复杂，对下述系统的需求增加，所述系统精确地提供关于植物(或植物批次)位于温室中何处、植物的历史位置和/或操作和/或这些植物特征方面的在线概览。
在本发明的一个方面，植物(或植物批次)以唯一标识符鉴定。每个容器的唯一标识符和来自每株植物的信息可以明确地与计算机装置中的这种标识符联系。优选地，该信息本身(与植物鉴定标签关联的特定植物的信息)存储于数字数据库中。
本发明在其多个方面之一提供适合与下述容器联合使用的装置，在所述容器中一株或多株植物正在生长并且所述容器已经与接收查询信号并通过发射唯一标识符信号自动应答的装置连接。所述装置包含
(a)输送器系统，通过其可以支撑容器用于移动容器，
(b)用于发射查询信号的装置，
(c)用于记录标识符信号作为数字输出的装置，和
(d)计算机装置，其支持数字输出用于以规定格式存储数据于数据库中用于操作，以提供与该容器关联的数据的比较。
在本发明这个方面的装置中，查询信号和标识符信号优选地是无线电信号，不过其他形式的通讯处于本发明的范围内，包括但不限于通过使用条形码读出器(1D，2D)辨识或通过视觉(照相机)识别字符、数字或符号来辨识。
便利地，用于接收查询信号并通过发射唯一标识符信号自动应答的装置由充当小天线的铜线圈和存储信息的芯片组成，如在此通过引用方式完整并入的美国申请公开号2004/0200145中描述。此类装置在下文称作应答器。这种形式的装置体现了植物存货系统(例如在温室中)，其提供植物批中各株植物位置的在线概览。本系统的原理是每个植物容器用一个应答器标记并且这些应答器由沿着输送系统定位的应答器读出器读出。读出器的地理位置的信息连同经过读出器的应答器的身份允许概览植物在温室中的位置。
应答器信息也可以用于关联植物在整个系统中的历史定位、对植物的操作(如养分或水供应或通过该系统的多种数字部件)和/或关联在该系统的多种部件中所获得的植物特征。应答器信息可以优选地由算机装置关联。
自动化输送装置
本发明提供在受控气候条件的环境与受控的养分及补给水供应下于装有具有一致特征的培育介质的容器阵列中培育某物种的植物，并且根据需要改变容器在该环境内部的位置以确保容器中的全部植物至少基本上均匀地暴露于环境中的条件。
在本发明的方法中，可以连续或间隔地改变容器的位置。在一个优选的方法中，由操作员根据对植物生长特征的观察以预设的程度和时间间隔改变这些容器。可以以长达2周的间隔、优选地6小时至2周、更优选地以1日至1周的间隔改变容器在环境内部的位置。优选地可以按自动化方式或自动改变容器在环境内部的位置。一个优选的装置以含有植物的盆钵形式支持容器阵列。虽然植物可以与盆钵中或浅盘中或由物理连接的盆钵组成的浅盘中的几株个体一起培育，但是优选地，每个盆钵中培育一株植物。
适用于本发明方法中的装置优选地包含输送器系统，其上以水平放置的均匀阵列中支持容器，如在此通过引用方式完整并入的美国申请公开号2006/0150490中描述的系统。在一个实施方案中，该输送器系统包括多个共延性存储输送器和一个转移传送机，每个共延性存储输送器包含“U”型槽，该“U”型槽配备有平卧于该槽底部上的皮带。在另一个实施方案中，皮带借助马达如电动机在槽内移动。在下文所述装置的一个实施方案，提供往复自动机，它们可以本身位于特定槽的前面，并且可以开动自动机中的马达以牵引该槽中的皮带后退或前进，因而将容器运送入和运送出该槽。槽的末端与转移传送机连通，从而可以将容器从槽至槽运回和运走并且向阵列中的特定区域运回和运走。优选地，使马达连续地或以时间间隔(例如以6小时至2周间隔、更优选地以1日至1周间隔)移动容器。因而，存储输送器可以由马达移动以移动该存储输送器上所支撑的成行容器至第一转移站，在所述转移站处该行最末端的容器被转移至转移传送机，可以运行该转移传送机以移动其上所支撑的容器至第二转移站并且可以运行第二存储输送器的马达以收集该容器。
在本发明的方法中，考虑容器中植物或诸植物占据的体积，将容器在可行的情况下紧密放置。
图1和图2中绘制的说明性装置适合与植物盆钵(10)(图2)形式的多个容器联合使用，在所述的植物盆钵中一株或多株植物正生长于为该目的所选择的介质中。
该装置包含了输送器系统(20)，盆钵通过其支撑并根据需要移动(图1)。输送器系统(20)包括多个共延性存储输送器(22)，每个共延性存储输送器为一列几个盆钵提供支撑，存储输送器彼此毗邻布置以支撑水平部署的阵列中的成行盆钵。每个存储输送器(22)包含槽形构件，其由相邻于毗邻槽以平行关系固定的刚性“U”型槽(24)提供。环带(26)在每个槽内部运行(图2)并且以上表面位于槽内并安排为沿该槽被牵引。每条带(26)支撑一行紧密分隔的盆钵(10)。使槽(24)以其末端部分接近横跨槽(24)存在的转移传送机(28)的传送带(30)定位。
使用电气操作的往复自动机(32，34)来驱动槽(24)中皮带(26)的运动。该运动导致盆钵运送至或运离传送带(30)。提供马达以连续地移动传送带(30)。当皮带(26)在其槽内以一个方向移动时，将该皮带所支撑的成行盆钵向转移站移动，在所述转移站处该行最末端的盆钵被转移至传送带(30)。当以另一个方向移动时，皮带(26)将该皮带上所支撑的成行盆钵从传送带(30)移开，为待导入该行末端的盆钵腾出空间。将每台往复自动机(32，34)排列以沿着传送带(30)移动，从而它可以根据需要分别与所述槽连通。它们具有相似的结构并包含用于引导沿传送带(30)移动的盆钵的引导构件(未显示)。气动操作的活塞和汽缸装置的气缸(未显示)安装在引导构件之间的往复自动机上并且安排其活塞跨传送带(30)并在其上方水平运动。在其静止位置，活塞起到阻止盆钵从槽中被槽内皮带(26)运送的作用。当想要从传送带(30)移走盆钵时，驱动活塞以推动盆钵和驱入所选择的槽(22)。
历史位置数据连同肥料、浇水和任何其他相关数据能使该装置的操作员保持追踪阵列中每单株植物的营养方案。该信息也能使操作员以最高效的方式规划全部植物的运动。
装置如此安排，从而往复自动机应答于数据库所包含的数据被开动，从而将盆钵从一个位置移动至另一个位置。
植物成像系统
该系统的另一个方面包括工作站或成像系统，在这里对容器中植物或诸植物进行一个或多个成像操作。
由于许多植物的对对称形状，想要来自几个角度的植物图像。存在使植物绕固定可转动或旋转台转动同时被拍照的许多系统。本发明的一个方面涉及改善的机构，其令人惊奇地在植物以高速度移动穿过成像系统时给出转动运动和植物位置的绝对精确性。优选地，植物穿过该系统的运动是连续的。
本发明的一个方面涉及数字成像系统，其中制造所述数字成像系统旨在同时移动和转动植物时对植物成像，以能够取得植物全部侧面的图像并以数字形式存储这些图像。
在另一个实施方案中，转动成像装置而非植物，旨在连续地移动植物穿过该系统时从不同角度取得植物的图像。
该装置包括借以移动含有植物的容器或盆钵穿过成像室的输送器系统。在传送带上用确保恒定速度的速度控制器移动植物。将植物在其生长周期期间以一个或多个时间间隔在输送器系统上以连续方式移动穿过成像系统。在一个实施方案中，以受控方式转动植物并对它们成像，其中用于成像的连续系统包括转动机构和成像装置。转动机构可以包含同步带(见图3)。同步带和/或容器可以用高摩擦材料涂布。
摩擦力可以由摩擦系数表征。摩擦系数是希腊字母μ表示的无量纲量并且用来近似摩擦力(静摩擦或动摩擦)：μ＝F/N。高摩擦材料对应于约0.6或更高的摩擦系数。下文描述合适的高摩擦材料的实例。高摩擦材料可以由但不限于例如聚氨酯或多种类型的橡胶如乙烯丙烯橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、氯丁二烯橡胶(CR)、丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁基橡胶(IIR)、异戊二烯橡胶(IR)和天然橡胶组成。
当植物抵达成像室时，容器或盆钵的侧面被夹在(例如图3中所绘制的)两条同步带之间，所述的同步带优选地用泡沫状高摩擦材料涂布以确保牢固夹住。摩擦力足以允许充分夹住并转动容器或盆钵。安置同步带以夹住容器的侧面。可以变动同步带的位置以容纳多种尺寸的容器。皮带机构和同步带可以随任何类型的盆钵或容器材料一起使用并且可以适应于任何尺寸的盆钵或容器。同步带的速度被精确地控制，优选地由变频器或频率调节马达控制。当两条同步带具有不同的速度设置时，容器开始在该带上被运送的同时以受控方式转动。可以沿着转动轨道在该系统的一个面安装几个传感器以检测容器和/或触发成像装置。
在优选的实施方案中，植物连续地移动穿过该系统，无需将植物从输送器系统移到独立的转动平台用于成像，随后使植物再返回到该输送器系统上，或无需停住植物用于成像。与常规的启动和停止系统相比，这导致通过成像系统的流通量增加。
在另一个实施方案中，当植物在传动带上移动穿过该成像系统时，可以转动照相机。
在优选的实施方案中，成像装置是高速和/或高分辨率照相机。可以在系统中使用多于一台照相机。照相机可以是在75毫秒内拍摄高分辨率图片的高速照相机。该照相机可以具有大于或等于4百万像素的高分辨率模式。优选地，该成像装置是数字成像装置，但是也可以包括红外、近红外、X射线和荧光成像装置，如用于叶绿素荧光或叶温度红外线。
多种成像装置是本领域已知的并可从几个供应商获得，例如，Qbit、Walz、Hansatech、Photon-Systems-Instruments、LEMNATEC、REGENT、VISSER、ARIS和FLIER。
成像室优选地与自然日光隔离。成像室内部的光由可由标准化灯组提供，其控制光强度。在优选的实施方案，因为容器正在以连续流方式移动穿过该系统，故使用高功率和高频率照明来提供短曝光时间以维持成像的准确度。
成像系统中拍摄的图像可以使用成像分析软件在线处理以提取关于植物的信息(例如图像上植物的高度、绿色像素的数目、根生物量的评价)并且处理的数据以及图像与应答器标签唯一标识符关联并下载至计算机。
在该装置的另一个实施方案中，由工作站处存在的容器的应答器进行的标识符信号发射驱动成像装置以执行操作。可以以如此方式安装应答器读出器天线，使得它仅读出穿过成像系统的容器的应答器。应答器的读出器发射信号至软件系统，其控制成像室中数字照相机并因此驱动该照相机拍摄一系列图片。
在一个实施方案中，捕获了多于一张图像，优选地拍摄了2、3、4、5、6或更多张图像。在另一个实施方案中，拍摄了6张高分辨率彩色图片，例如，24比特x 4百万像素。在另一个方面，为了高通量，在少于5秒内，拍摄1-10、2-8、4-6或约6张图像，进行一次背景品质检验，取得必需的植物量值并且存储图像。在又一个实施方案中，使用对处理速度优化的工业成像软件，该软件可以包括使用一台或多台计算机或处理器用于处理，其中所述处理可以包括，但不限于，在多于一台计算机上并行化或并行处理，优选地使用2、3、4或更多台计算机或处理器。
上文所述的成像装置可以与其他自动化装置如例如根据衍生自数字图像的参数(例如植物高度)分选植物的“分选装置”组合。其他自动化装置可以对应答器标记的植物执行特定动作并且可以根据数据库中与生长植物的容器的应答器标签关联的信息区分此类动作(例如修剪、收获、包装、摧毁等)。这种装置能够以无人值守和完全自动化的方式运行，虽然可以手工操作或部分自动化一个或多个部件，尤其中试规模设施的部件。该装置可以为育种目的用于植物的表型分型中。因而，可以从具有不同遗传组成的植物群体选出具有可以从数字图像得出的特定形态学参数的植物。该装置可以在无人工介入下使用，并且植物可以以高通量速率成像，因而不仅允许在短时间内对大的植物群体成像，还允许对相同的植物群体反复成像，从而可以记录参数随时间的演化，这两种情况均是植物育种中想要的。对来自该群体的每株单一植物收集从数字图像得出的信息，并存储该信息以允许下游数据分析。每个容器的唯一标识符和衍生自每株植物的信息可以明确地与计算机装置中的这种标识符联系。优选地，该信息原样(与植物鉴定标签关联的特定植物的信息)存储于数字数据库中。
植物根评价
本发明的另一个方面涉及用于通过在基本上透明的容器中培育植物并通过成像系统(例如通过数字成像系统)透过基本上透明的容器评价植物根的方法，其中所述的容器装有有颗粒状不透明培育介质。本发明也提供用于评价植物根的装置，该装置特别适用于以高通量方式评价温室中生长的植物的根。在此通过引用方式完整并入的美国申请公开号2006/0150490中描述的系统可以根据需要改进并在本发明系统中用于对根成像和评价。
基本上透明的容器可以是钵、盘等。优选地，该容器是由透明材料(如合适的塑料材料)模制的典型的植物盆钵。优选每个盆钵具有一株植物。透明材料优选地含有(绿色)色素以吸收基本上全部波长的光，除了500与600纳米之间的那些光例外。这起到抑制根的避光应答并起到避免盆钵内壁上藻类生长的作用。在使用中，可以见到植物根抵住容器的壁。容器可以基本上完全由透明材料组成或可以仅具有透明的底部。
颗粒状不透明培育介质可以是任何土壤样基质(例如土壤、堆肥、泥炭、砂等或其组合)。限定基质如盆栽土壤或岩棉的使用可以进一步减少由土壤异质性引起的差异。另外，温室植物在确定成分基质中的生长允许给予植物的水和养分量得到控制。
在一个实施方案中，植物根通过数字成像评价，这促进大量样本(级数直至例如几万)的处理。优选使用至少一台照相机以自动化方式评价植物。可以将植物(依次)呈递至固定的照相机。将植物取回(例如，从温室或其他地方的位置)并且将其中放置植物的基本上透明的容器依次呈递至准备记录根图像的成像装置。
成像之前，可以清洁透明容器，例如通过洗涤或刷洗，以从盆钵的侧面和/或底表面除去尘、土壤或冷凝水，从而改善图像质量。容器可以使用如在此通过引用方式完整并入的美国申请公开号2007/0289211中描述的一种水盆及成像装置洗涤。在另一个实施方案中，可以施加水流至容器的多个部分。在又一个实施方案，可以使用一个或多个刷子或吹气装置从容器的一个或多个部分除去尘、土壤或残渣。在另一个实施方案中，可以使用一个或多个刷子或吹气装置从成像装置除去尘和残渣。
在本发明的另一个方面，将植物从传送带移动到转动平台并在成像装置前转动植物。在本发明的另一个方面，植物留在传送带上并通过用如上所述的高摩擦材料涂布的两条同步带转动。在另一个实施方案中，当植物在传动带上移动时，可以转动照相机。随后将植物返回其最初位置或至另一个位置，均基本上无人类介入。可以在选择植物或一系列植物用于评价的步骤中存在一些程度的人类介入，但是这也可以自动化或计算机化。在另一个实施方案中，每小时可以评价最少约500株植物。用于植物的输送器系统优选地是移动的皮带。待评价的根性状包括，但不限于生长速率、根长度和厚度、根分枝和根锚定。
种子加工
本发明的另一个方面包括改良的种子脱壳装置，包含容纳种子的容器或接受器和装配在接受器内部的块体，其令人惊奇地使种子破损最小化并适用于多种类型种子(例如，如图4中所述)。接受器的底部和块体的表面由高摩擦材料(见上文描述)制成。
高摩擦材料对应于约0.6或更高的摩擦系数。合适的高摩擦材料实例是VULKOLAN 90(Bayer AG)，其中90反映该材料的硬度(绍尔)。高摩擦材料的其他实例如下：
-linatexμ＝1.1绍尔＝35
-supergrip blueμ＝0.8绍尔＝30
-PVC蓝μ＝1.0绍尔＝40
-Correx胶μ＝0.9绍尔＝40
-Porrolμ＝0.8绍尔＝10
-PU D15μ＝0.8绍尔＝70
-Linatrileμ＝1.0绍尔＝55
-RP400μ＝1.0绍尔＝35
-PVC白μ＝1.1绍尔＝40
制造接受器旨在以基本上单层容纳所需量的种子。种子脱壳装置也包括用于移动接受器或块体的马达和使得向下力挤压接受器与块体之间种子的压力系统。接受器或块体的运动可以包括，但不限于转动、滚动或磨擦。优选地，转动接受器或块体，例如，如图4中所绘制。该装置可以制成不同的尺寸以容纳适宜量的种子，从而仅需要执行一次运行以使全部想要的种子脱壳。为运转该装置，将种子倾入接受器，启动马达并施加压力以迫使块体向下压到种子上。预定义的压力水平和压力循环确保在短时帧例如2至20秒内使种子脱壳，伴以有限破损或无破损。停止该装置并且种子/外壳混合物可以转移至清洁装置以分离种子与外壳。接受器和块体是开放系统，其可以被充分检查以确保脱壳后没有种子留下，因而防止种子批次污染。接受器和块体可以目视地或用成像装置检查。接受器和块体的表面均是平坦的，因而使种子破损最小化。种子脱壳装置适用于任何形式或形状的种子。可以在使长椭圆形种子(如稻)破损最小的情况下使用该装置。可以控制和变动种子上的压力以优化脱壳并且使得种子破损最小化。在本发明的一个方面，可以控制和变动块体和接受器的转动速度和该系统中所施加的力。
在本发明的又一个方面，种子可以自动地运送至或运离种子脱壳装置。种子外壳和脱壳的种子可以从种子脱壳装置运送至以自动和/或自动化方式分离种子与外壳的系统。分离种子外壳和脱壳种子的系统还可以包括种子的计数、成像和/或评价其物理和/或生物化学参数。种子的计数、成像和/或评价也可以以自动或自动化方式进行。该系统也可以包括对种子进行物理测试或选择性动作以评估或分类该批脱壳种子的装置。种子脱壳系统的用途的实例包括，但不限于在栽种之前改善种子的萌发和/或在收获后种子分析之前除去种皮。
在已经针对特定表型或遗传修饰选择植物后或在评估前用于培育植物的制备物中，可以用种子脱壳装置加工种子。种子可以由本领域已知的方法，如在此通过引用方式完整并入的美国专利号7,367,458中所述的方法进一步加工。脱壳后，也可以对种子分析几个不同的性状，包括但不限于脂肪酸、蛋白质、糖类和维生素组成。
在又一个实施方案，可以使用自动进样仪，其自动地将种子样品插入分析装置，如但不限于近红外分析仪(NIR)。图8中描述了自动进样仪的实例。当该装置启动时，它逐一测量小瓶，在分析之间每次向前移动该盘一个位置。待分析样品的数目对应于进样盘中孔的数目。该盘可以制成或改造成具有不同数目的孔，因而容纳不同数目的小瓶和/或样品。以这种方式使用自动进样仪允许以自动化或自动方式分析该盘上所容纳的样品的总数，无需操作员存在。可以使用下述种子样品，它们来自待用于栽种的种子、来自培育和收获在温室中培育的植物后所获得的种子和/或通过该脱壳装置加工后所获得的脱壳种子。
为与NIR分析仪一起使用，将种子样品(例如，25粒种子的样品)插入具有平底的小玻璃瓶中，这是优选的，因为NIR从底部向上测量。将小瓶插入自动进样仪盘的孔中，例如，如图8中所述。当该装置启动时，它逐一测量小瓶，在分析之间每次向前移动该盘一个位置。待分析的样品的数目对应于进样盘中孔的数目，例如图8中描述了具有60份样品的进样盘。该盘可以制成或改造成具有不同数目的孔，因而容纳不同数目的小瓶和/或样品。以这种方式使用自动进样仪允许以自动化或自动方式分析该盘上所容纳的样品的总数，无需操作员存在。NIR可以通过插入样品小瓶前产生的样品清单或通过扫描置于小瓶上或与小瓶关联的条形码或其他机读标识来辨识种子小瓶。自动分析结果并且对每份样品定量不同的生物化学化合物(如脂肪酸、蛋白质、水等)。这些结果随后可以上载到或输入数据库中并作为可能的标准之一用于评价和/或选择目的基因。
用于提取DNA的改良采样系统
育种程序中经常需要从植物组织提取DNA用于评价基因型。在DNA提取的准备工作中，一个实施方案提供了改善的采样系统。该采样系统由形成反应小瓶的改良方法组成，在所述的改良方法中可以以改良多孔形式进行为制备植物材料用于DNA提取所需要的步骤，其中所述的改良多孔形式通过使用双重密封小瓶系统使样品对样品的污染(溅洒)的风险最小化。另一个实施方案包括以多孔形式使用单个可追溯管以形成一批反应小瓶，在所述反应小瓶中可以进行DNA分离的制备步骤。
常规反应小瓶，如图9中所述的部件(a)，通常是可以用实心的盖(h)(分别或成组)密封的容器。为能够执行分子生物学方案中的不同步骤，应当开启反应小瓶(即，必须取下该盖)以添加和/或从反应小瓶取出组分。当反应小瓶含有单一或唯一成分时，通过在不同时刻开启/关闭小瓶或通过将小瓶彼此分隔得足够远而消除材料从一个小瓶扩散至邻近小瓶的风险。在小瓶以多孔形式排列下，使用独立的瓶盖时，不可能避免样品污染。本发明的改良方法包括双重密封小瓶系统，其组合两个盖垫片(以多孔形式排列的盖)(见图9，新系统，b和c)以替代常规的单片实心盖(见图9，旧系统，h)。
小瓶双盖的使用是有利的，原因是它允许通过取出第二盖垫片和由于第一盖垫片的可刺穿缝隙特征而迅速抵达小瓶内部而不打开小瓶本身。可刺穿缝隙也允许无小瓶间污染的情况下和以阵列形式工作。两个盖子的组合产生了封盖，该封盖牢固得足以允许用小瓶进行“重负荷”工作，例如在-80℃用实心珠研磨植物材料或在较高温度温育而不因蒸发损失液体。
多孔系统的另一个部件包括排列在支架中的一排固定管(例如，96,384或1536孔)或松散的单独的管。单独的管可以是不标记的或是标记的。在优选的实施方案中，使用标记的管作为可追溯的反应小瓶。在对管标记的情况下，样品保持其身份，不需要给予新身份。通过在矩阵中排列标记的管，不仅孔的位置标识样品，样品还保持其唯一身份，与一个阵列或其他阵列中的位置独立。因而，借助标记的管，每次该管或样品离开多孔支架(例如，被取至合成/提取过程中的下一个工作站，如温育站等)时，样品不要求一个新标识(例如，在新工作站的支架中的位置)。
DNA提取系统
育种程序中经常需要从植物组织提取DNA用于评价基因型。本发明的一个方面涉及从植物组织提取DNA方法，包括使用磁珠和双磁体系统。该方法增加每份样品所提取的DNA的量并因而需要更少的植物组织作为原材料。该方法也允许提高的DNA浓度、降低的洗脱体积和提高的纯度，这因磁珠与洗脱缓冲液的接触改善所致。图10中描述了与单磁体方法比较的本发明的改良双磁体提取系统。
改良的提取系统也提供了使用更小的缓冲液体积，因为珠子总是被吸引至反应小瓶底下的第二磁体。
这种系统也可以使用取决于磁珠的结合亲和性而结合不同分子组分的磁珠(例如，DNA、RNA、蛋白质等)。
本文中公开的全部参考文献因而在此通过引用的方式完整并入。
实施例
现在将参考以下实施例描述本发明，所述实施例仅是说明作用并且不意图完全定义或限制本发明的范围。
实施例1环境相关表型的减少
在经典育种中，在几个地点并经过几个季节测试新品种是良好惯例，并且在作物品种评价程序中是必要的。其原因在于表型随改变的环境而改变并且在不同环境下获得品种的不同评级。分析澳大利亚西部小麦40年作物评价(Cullis等人，2000，Journal of Agricultural Science，第135卷，第213-222页)和澳大利亚西部燕麦10年作物评价(Frensham等人，1997，Euphytica，第99卷，第43-56页)的公众可获得的数据，表明季节对季节(即天气条件)是迄今这种环境差异性中最重要的因素。Cullis等人发现小麦产量数据中89％的环境差异性由季节差异性引起。Frensham等人估计该百分数对于燕麦产量在82％。预期该百分数对于全部作物具有相似的幅度。
因环境相互作用所致的基因型是极早期发现程序中的一项挑战。早起发现程序不能在几个季节内试验，从而依赖于某个特定季节，并且难以跨季节比较结果。因而，为减少环境差异性，使气候稳定化应当是首要目标。
本发明提供在受控气候条件的环境下于装有具有一致特征的培育介质的容器阵列中培育某物种的植物，所述环境具有受控的养分及补给水供应，并且根据需要改变容器在该环境内部的位置以确保容器中的全部植物至少基本上均匀地暴露于环境中的条件。
实施例2通过用于成像的连续系统增加系统流通量
在常规成像系统中，将植物正好在进入观察单元之前停下并允许其逐一进入。植物可以额外地被停住，位于转动平台上用于成像，随后从该平台移走并再次定位并且从成像站运走，每次一个植物/容器。在本发明的系统中，植物不停下而以连续方式穿过成像系统。植物以植物之间的适宜距离放置以获得最高速度，而不造成应答器读出期间的配错和/或碰撞。利用机械和光学传感器来使植物运送和成像动作同步。一些标准光学传感器有时将悬垂叶感知为独立的运动物体(即，带有悬垂叶的植物被感知为两株或多株植物)。优选地使用能够区分单片叶与整株植物的光学传感器。
在常规系统中，将植物临近应答器读出器安置并绕其转动直至应答器读出。仅在此时拍摄图片并且该过程继续；因此，应答器读数被确保，但是缓慢。在本发明的系统中，植物在不停顿的情况下通过应答器读出器，从而成功读出的时帧明显减低。通过适当调整例如应答器的类型、读出器的尺寸、数目及其相对于植物路径的距离和位置或通过最小化因金属物质和电气装置(如皮带马达)所致的干扰来优化读出条件。此外，利用一些检验算法来避免配错应答器身份，如这可能在读不出应答器时或当两株植物在接近应答器的读出器时太接近以至于读出器不能分别读出应答器时发生。
在该成像系统中，将植物被捕获于多于一张高分辨率彩色图片上如24比特x 4百万像素，优选地捕获于6张图片上，随后执行一次背景质量检验，进行必须的植物测量并存储图片，这些均在约5秒或更短时间内进行，与常规系统相比，时帧短，尤其在如此大的彩色图片下。连续步骤优选地对速度最大优化，同时维持准确度。
优选地，使用具有最高可能帧率的工业照相机。
对速度优化的工业成像软件包运行于一台或多台计算机或处理器上，其需要称作“并行化”的专门编程技术(进程在多于一台处理器上并行运行)，优选地运行于“四核”计算机(4台并行处理器)上。
穿过成像系统的连续流增加了被处理的植物的流通量和数量。维持成像准确度，同时成像期间以连续方式移动并转动植物，如图5中所示。
图5显示在本发明连续系统与常规停止-启动系统中所测量的叶面积之间的密切相关性。该数据集代表2500株植物的群体，所述的植物在相同日在本发明系统和常规系统中成像。常规量值与本发明量值之间的差异平均是3％，这与相同植物在一个或另一个系统中的重复测量之间观察到的差异相似。
常规系统通常使用两台照相机，一台用于幼龄植物(即照相机2，窄视野(FOV))和一台用于大于25日的植物(即照相机1，广FOV)。这归因于常规系统中照相机的较低分辨率(1.2百万像素)，所述的常规系统要求对幼龄植物使用较小视野以减少差异性。本发明的系统优选地仅具有一台照相机，但具有高得多的分辨率(例如，4百万像素)，这允许以与常规系统中相同的准确度测量幼龄的小植物。
图6显示与常规停止-启动系统(旧系统)相比在实现连续系统(新系统)后每日成像流通量的增加。
实施例3改良的种子脱壳装置
开发了用于高效脱壳并使种子破损最小化的改良种子脱壳装置。图4中描述了该装置的实例。
使用Nipponbare种子：05OS0.000.311.754并评价其破损。测试了压力的多种参数和所施加压力的时间。将种子置于接受器中，用杠杆降下块体至接受器内以安放在接受器下方的天平上所测量的压力置于种子上，并且随后释放杠杆。
表1显示对所测试的不同压力和时间参数(#种子+压力)的实验(方法)的结果。每种实验进行两次。结果描述平均值。
  方法   量   秒   压力(kg)   运动   脱壳   未脱壳   破损
  1   150   10   2   否   97   52   1
  2   150   15   2   否   109.5   40.5   0
  3   150   20   2   否   120   30   0
  4   150   10   NA   是   103.5   46   0
  5   150   15   NA   是   117   33   0
  6   150   20   NA   是   132.5   17.5   0
  7   150   10   3   否   103.5   46   1
  8   150   15   3   否   123   26   1
  9   150   20   3   否   127   23   0.5
  10   150   10   4   否   114.5   34.5   1.5
  11   150   15   4   否   123   27   0.5
  12   150   20   4   否   130   19   1
图7显示不同实验/方法(#种子+压力)的结果，其展示为起始材料的脱壳种子百分数。如图7中显示，方法6显示最大的脱壳种子百分数，其中杠杆在20秒期间以合理步幅向上和向下移动，交替施加(如天平上所测量的)约2至3kg的压力和根本无压力，并且导致无种子破损(见表1)。
本发明脱壳装置中所用的种子在贮藏前通常是干燥的，因而使种子更难以脱壳而没有破损种子。
可以在常规高容量脱壳/抛光机器中发生至多达20％的种子破损。对于使更小量的种子脱壳的机器，可能出现2％与10％之间的破损。这些常规装置中所用的种子通常不是干燥的种子或是用蒸汽或帮助疏松外壳的其他方法处理的种子。
本发明的脱壳装置因而提供了与常规装置相比具有最小破损的改良系统。
实施例4自动进样装置
可以使用自动进样仪，其自动地将种子样品插入分析装置，如但不限于近红外分析仪(NIR)。图8中描述了自动进样仪的实例。可以使用下述种子样品，它们来自待用于栽种的种子、来自培育和收获在温室中培育的植物后所获得的种子和/或通过该脱壳装置加工后所获得的脱壳种子。
为与NIR分析仪一起使用，将种子样品(例如，25粒种子的样品)插入平底小玻璃瓶中，这是优选的，因为NIR从底部向上测量。将小瓶插入自动进样仪盘的孔中，例如，如图8中所述。当该装置启动时，它逐一测量小瓶，在分析之间每次向前移动该盘一个位置。待分析的样品的数目对应于进样盘中孔的数目，例如图8中描述了具有60份样品的进样盘。该盘可以制成或改造成具有不同数目的孔，因而容纳不同数目的小瓶和/或样品。
以这种方式使用自动进样仪允许以自动化或自动方式分析该盘上所容纳的样品的总数，无需操作员存在。NIR可以通过插入样品小瓶前生成的样品清单或通过扫描置于小瓶上或与小瓶关联的条形码或其他机读标识来辨识种子小瓶。自动分析结果并且对每份样品给予不同的生物化学化合物(如脂肪酸、蛋白质、水等)。这些结果随后可以上载到或输入数据库中并作为可能的标准之一用于评价和/或选择目的基因。
实施例5改良的采样系统
在DNA或其他分子化合物提取的准备工作中，一个实施方案提供了改良的采样系统。该采样系统由形成反应小瓶的改良方法组成，在所述的改良方法中可以例如在改良多孔形式下进行为制备植物材料用于DNA提取所需要的步骤，其中所述的改良多孔形式通过使用双重密封小瓶系统使样品对样品污染的风险(溅洒)最小化。
常规反应小瓶，如图9中所述的部件(a)，通常是可以用实心的盖(h)(分别或成组)密封的容器。为能够执行分子生物学方案中的不同步骤，必须开启反应小瓶(即，必须取下该盖)以添加和/或从反应小瓶取出组分。当反应小瓶含有单一或唯一成分时，通过在不同时刻开启/关闭小瓶或通过将小瓶彼此分隔得足够远而消除材料从一个小瓶扩散至邻近小瓶的风险。在小瓶以多孔形式排列下，使用独立的瓶盖时，不可能避免样品污染。本发明的改良方法组合了两个盖垫片(以多孔形式排列的盖)(见图9b和c)以替代常规的实心盖(见图9，新系统)。第一盖垫片(b)由一排盖组成，因而独立的盖子具有可刺穿缝隙(d)，其中可以通过所述可刺穿缝隙添加和/或从反应小瓶取出液体组分。第二盖垫片(b)由相同的阵列布局组成，具有安装在第一盖垫片内部d更小的独立盖子。两种盖子的组合(f)像实心盖那样发挥作用，与先前状况相当(见图9，旧系统)。
小瓶双盖的使用是有利的，因为它允许通过第二盖垫片的取出和第一盖垫片的可刺穿缝隙特征而快速抵达小瓶内部而不打开小瓶本身。可刺穿缝隙也允许在无小瓶间污染的情况下工作，并且这是阵列的形式。两个盖子的组合产生了封盖，该封盖牢固得足以允许用小瓶进行“重负荷”工作，例如在-80℃用实心珠研磨植物材料或在较高温度温育而不因蒸发损失液体。
另一个实施方案包括以多孔形式使用单个可追溯管以形成一排反应小瓶，在所述反应小瓶中可以进行DNA分离的制备步骤。
多孔系统的另一个部件包括排列在支架中的一排固定管(例如，96,384或1536孔)或疏松的单独的管。单独的管可以是不标记的或是标记的。在优选的实施方案中，使用标记的管，其最初设计为化学组分的存储容器并且现在用作可追溯的反应小瓶。在对管标记的情况下，样品保持其身份，不需要给予新身份。通过在矩阵中排列标记的管，不仅孔的位置标识样品，样品还保持其唯一身份，与一个阵列或其他阵列中的位置无关。因而，借助标记的管，每次该管或样品离开多孔支架(例如，被取至合成/提取过程中的下一个工作站，如温育站等)时，样品不要求一个新标识(例如，在新工作站的支架中的位置)。
实施例6分子化合物提取系统
育种程序中经常需要从植物组织提取DNA用于评价基因型。本发明的一个方面涉及从植物组织提取分子化合物如DNA的方法，包括使用磁珠和双磁体。将使用DNA使用作为实例，但是该方法也适用于其他分子化合物。所述改良方法的优势在于增加每份样品所提取的DNA的量并因而需要更少的植物组织作为原材料。该方法也允许提高的DNA浓度、降低的洗脱体积和提高的纯度，这因磁珠与洗脱缓冲液的接触改善所致。图10中描述了与其他方法比较的本发明改良方法。
一些先前方法也使用磁珠用于DNA结合。然而，珠子在DNA提取过程期间在反应小瓶中是静止的(见图10，旧系统)。在该提取方法中添加不同的缓冲液并且在后续移液步骤中从相同的反应小瓶取出。
改良的方法基于该提取方案中珠子相对于已经含有缓冲液的不同反应小瓶的物理移动(见图10，新系统)。在DNA与磁珠(a)结合后，珠子被安置于反应小瓶盖(b)内部的第一磁体吸引。将该反应小瓶盖连同珠子移动至预先装有缓冲液的第二反应小瓶。通过反应小瓶(c)下方的第二磁体吸引从该盖内部的磁体移走珠子。一旦珠子被吸引至第二磁体，可以取出带有第一磁体的反应小瓶盖(d)。一旦反应小瓶与第二磁体分开，则磁珠如初始小瓶那样游离于缓冲液(e)中。
其他提取系统仅利用小瓶盖(i)中的一个磁体，如图10中所述的单磁体系统。在这种单磁体系统中，为了从盖中移出珠子，从小瓶盖中拉走磁体，这造成磁珠尽可能高地跟随小瓶盖(j)上的磁体。这是不利的；因为磁珠在磁体末端附着于该盖(在该末端存在最强磁场)。单磁体系统中小瓶盖上的这种最终位置使珠子难以接触邻近的缓冲液体，尤其在后续缓冲液的体积小于前者(k)时，与新系统形成对比，在所述新系统中珠子因第二磁体的吸引而位于小瓶底部处的缓冲液中。
该改良系统也允许根据需要使用更小的缓冲液体积，因为珠子总是被吸引至反应小瓶底下的第二磁体。
在另一个实施方案中，第二磁体可以是作为永磁体的电磁体。
这种新系统可以使用取决于磁珠的结合亲和性而结合不同分子组分的磁珠(例如，DNA、RNA、蛋白质等)。
在另一个实施方案中，在种子播种前或培育、成像并针对特定表型或遗传修饰选择后，可以对种子进行分子化合物的提取和鉴定。可以使用种植和成像前的分析作为预筛选，作为基于目的基因的基因表达的额外的早期选择工具。

Claims (53)

1.用于分析遗传修饰对植物的影响并选择具有目的遗传修饰的植物的方法，该方法包括
a)提供生长在受控环境条件下的多株植物，每株植物与区分该植物与其他植物的机读标识关联；
b)将植物在它们的生长周期期间以一个或多个时间间隔在自动化输送器系统中移动以便避免对特定微观环境的延长暴露，从而减少微观环境差异对植物表型的影响；
c)将一株或多株植物在其生长周期期间以一个或多个时间间隔运送穿过用于植物成像的连续系统，其中该用于成像的系统包括转动机构和成像装置，其中转动机构以受控方式转动植物或成像装置；
d)使植物移动穿过成像系统的同时，对植物的一个或多个特征成像；
e)通过计算机处理分析植物的一个或多个特征的图像并且将所得信息与植物的机读标识信息关联；
f)对一株或多株植物的一个或多个特征分析所得信息以确定遗传修饰的影响；和
g)选择具有目的遗传修饰的一株或多株植物或传达来自分析步骤e)和/或f)的信息至其他人以选择具有目的遗传修饰的一株或多株植物。
2.权利要求1的方法，其中转动机构包括同步带，其中同步带和/或容器以高摩擦材料涂布。
3.权利要求2的方法，其中同步带如此定位以夹住容器的侧面。
4.权利要求2的方法，其中同步带具有不同速度设置，允许容器以受控方式转动同时在该带上被运送。
5.权利要求2的方法，其中含有植物的容器的位置由触发成像系统动作的传感器探测。
6.权利要求1的方法，其中成像系统包括一台或多台高速和/或高分辨率照相机。
7.权利要求6的方法，其中所述照相机能够在75毫秒内拍摄高分辨率照片。
8.权利要求1的方法，其中所述一个或多个特征包括植物的可观察的物理表现、表型性状、颜色、绿色、产量、生长、生物量、成熟度、转基因性状、开花、养分使用、水使用或疾病、害虫和/或胁迫影响中的一个或多个。
9.权利要求1的方法，其中所述一个或多个特征包括面积、高度、宽度、叶角、叶数目、花序的存在和/或数目、枝条数目和分支模式中的一个或多个。
10.权利要求1的方法，其中所述一株或多株植物包含一株或多株转基因植物。
11.权利要求1的方法，其中选择所述一株或多株植物进一步用于植物育种或进展实验或者用于导入其他修饰。
12.权利要求1的方法，其中所述图像和/或信息取自地上植物部分的和/或植物根。
13.权利要求12的方法，其中地上植物部分包括枝条、叶、分蘖、花序，花、种子或其任意组合。
14.权利要求1的方法，还包括用种子脱壳装置加工来自所选植物的种子或加工用于培育转基因植物的制备物中的种子，所述种子脱壳装置包括各自具有高摩擦力平坦表面的接受器-块体组合，种子置于所述表面上，其中接受器或块体在压力下如此移动以释放外壳并且最小化对种子的损伤。
15.权利要求14的方法，其中自动地调节或控制接受器或块体运动的速度和压力。
16.权利要求14的方法，其中所述接受器或块体的移动包括转动、滚动或磨擦。
17.权利要求14的方法，其中种子所述包括长椭圆形种子。
18.权利要求14的方法，其中将种子自动运送至种子脱壳装置或从种子脱壳装置中运出。
19.权利要求14的方法，其中将种子和外壳从脱壳装置运送至系统从而以自动方式分离种子与外壳。
20.权利要求19的方法，还包括种子的计数、成像和/或评价物理和/或生物化学参数。
21.权利要求20的方法，其中种子的计数、成像和/或评价以自动方式进行。
22.权利要求14的方法，其中种子和外壳从种子脱壳装置移出后，目视或用成像装置检查接受器和块体以确保没有种子留下以防止成种子批次之间的交叉污染。
23.权利要求1的方法，还包括利用包括双重密封小瓶系统的改良样品提取系统从种子、植物或植物部分、从所选植物或用于培育转基因植物的制备物提取DNA，所述的双重密封小瓶系统包含一个或多个包含可刺穿缝隙的第一盖和镶嵌在第一盖内部的一个或多个第二盖。
24.权利要求1的方法，还包括在改良的珠介导的提取系统中利用双磁体从种子、植物或植物部分、从所选植物或用于培育转基因植物的制备物中提取DNA，所述的珠介导的提取系统包含能够与分子化合物结合的磁珠、位于反应小瓶盖内部的第一磁体和位于反应小瓶下方的第二磁体。
25.用于高通量分析植物中遗传性状的植物育种系统，包括：
(a)受控条件的环境下装有具有一致特征的培育介质的容器阵列，所述环境具有受控的养分及补给水供应，每个容器包含一株或多株植物并且每个植物或容器与机读标识关联，所述机读标识区分该植物或容器与其他的植物或容器；
(b)输送器系统，其包括多个共延性存储输送器和一个转移传送机，其中存储输送器为一列几个容器提供支撑，其中每个存储输送器包含由马达移动的皮带，并且其中存储输送器的皮带可以由马达向后或向前牵引，允许容器运送至存储输送器或从存储输送器中运走；
其中转移传送机与存储输送器的末端部分相邻并与存储输送器协作；
(c)与输送器系统结合的一台或多台马达，其中存储输送器末端与转移传送机连通，从而允许容器从存储输送器至存储输送器运回和/或运走并且向阵列中的特定区域运回和/或运走；
(d)用于植物的数字成像的连续系统，其包含用于在植物以受控方式被转动和成像的同时，在植物的生长周期期间以一个或多个时间间隔移动一株或多株植物穿过该系统的输送器系统、用于以受控方式转动容器的带机构和一个或多个数字成像装置；和
(e)用于分析图像和/或信息的计算机装置，所述的图像和/或信息从移动植物穿过数字成像系统的同时用一个或多个数字装置所取得的一个或多个植物特征的数字图像和/或信息获得。
26.权利要求25的系统，其中用于数字成像的系统的带机构包括以高摩擦材料涂布的同步带和/或容器。
27.权利要求26的系统，其中同步带由频率调节的马达驱动。
28.权利要求26的系统，其中同步带这样定位以夹住容器的侧面。
29.权利要求26的系统，其中同步带具有不同速度设置，允许容器以受控方式转动同时在该带上被运送。
30.权利要求28的系统，其中含有植物的容器的位置由触发数字成像系统动作的传感器探测。
31.权利要求25的系统，其中所述数字成像系统包括一台或多台高速和/或高分辨率照相机。
32.权利要求31的系统，其中所述照相机能够在75毫秒内拍摄高分辨率照片。
33.权利要求25的系统，其中所述存储输送器彼此相邻放置以支撑水平部署的阵列中的成行容器。
34.权利要求25的系统，其中所述存储输送器由其马达移动以移动该存储输送器上所支撑的成行容器至第一转移站，在所述转移站处该行最末端的容器被转移至转移传送机，运行该转移传送机以移动其上所支撑的容器至第二转移站并且运行第二存储输送器的马达以收集该容器。
35.权利要求25的系统，其中所述一个或多个特征包含植物的可观察物理表现、表型性状、颜色、绿色、产量、生长、生物量、成熟度、转基因性状、开花、养分利用、水利用或疾病、害虫和/或胁迫影响中的一个或多个特征。
36.权利要求25的系统，其中所述一株或多株植物包含一株或多株转基因植物。
37.权利要求25的系统，其中用一个或多个数字装置取得地上植物部分的和/或植物根的图像和/或信息。
38.权利要求37的系统，其中所述地上植物部分是枝条、叶、分蘖、花序、花、种子或其任意组合。
39.权利要求25的系统，其中所述机读标识包含用于接收查询信号并通过发射唯一标识符信号自动应答的装置，其中查询信号和标识符信号是无线电信号。
40.权利要求25的系统，还包括用于加工来自容器中所培育植物的种子或加工用于容器中培育植物的制备物中种子的种子脱壳装置，该种子脱壳装置包括各自具有高摩擦力平坦表面的接受器-块体组合，种子置于所述表面上，其中接受器或块体在压力下以如此方式移动以释放外壳并且最小化对种子的损伤。
41.权利要求40的系统，其中以自动化方式调节或控制接受器或块体移动的速度和压力。
42.权利要求40的系统，其中接受器或块体的移动包含转动、滚动或磨擦。
43.权利要求40的系统，其中所述种子包括长椭圆形种子。
44.权利要求40的系统，其中将所述种子以自动化方式运送至种子脱壳装置或从种子脱壳装置中运出。
45.权利要求40的系统，其中将种子和外壳从种子脱壳装置运送至系统中以分离种子与外壳。
46.权利要求45的系统，还包括种子的计数、成像和/或评价其物理和/或生物化学参数。
47.权利要求46的系统，其中种子的计数、成像和/或评价以自动化方式进行。
48.权利要求40的系统，其中种子和外壳从种子脱壳装置移出后，目视或用成像装置检查接受器和块体以确保没有种子留下以防止种子批次之间的交叉污染。
49.权利要求25的系统，还包括用于从种子、植物或植物部分、从容器中所培育的植物或用于容器中培育该植物的制备物中提取DNA的改良样品提取系统，该样品提取系统包含双重密封小瓶系统，所述双重密封小瓶系统包含一个或多个包含可刺穿缝隙的第一盖和安装在第一帽内部的一个或多个第二盖。
50.权利要求25的系统，还包含用于从种子、植物或植物部分、从容器中所培育植物或用于容器中培育该植物的制备物中分离DNA的改良的珠介导的分离系统，所述的珠介导的分离系统包含能够与分子化合物结合的磁珠、位于反应小瓶盖内部的第一磁体和位于反应小瓶下方的第二磁体。
51.用于开发改善植物育种的可出售信息的方法，该方法包括
(a)提供生长在受控环境条件下的多株植物，每株植物与区分该植物与其他植物的机读标识关联；
(b)通过在植物的生长周期期间以一个或多个时间间隔在自动化输送器系统中移动植物以避免对特定微观环境的延长暴露，因而减少微观环境差异对植物表型的影响；
(c)将一株或多株植物在其生长周期期间以一个或多个时间间隔运送穿过成像系统，该成像系统含有用于以受控方式转动植物或成像装置的转动机构；
(d)使植物移动穿过成像系统的同时，拍摄植物的一个或多个特征的图像并且存贮图像于计算机或处理装置上；
(e)通过计算机处理分析植物的一个或多个特征的图像并且将所得信息与植物的机读标识信息关联；和
(f)针对一株或多株植物的一个或多个特征分析所得的信息；
(g)其中图像和/或所得的信息提供了用于植物育种系统中做出植物鉴定和/或选择决定的可出售信息。
52.用于收集关于所选择植物表型的数据以快速分析遗传修饰对所选择表型的影响的方法，该方法包括
(a)提供生长在受控环境条件下的多株植物，每株植物与机读标识关联，所述机读标识区分该植物与其他植物；
(b)通过在植物的生长周期期间以一个或多个时间间隔在自动化输送器系统中移动植物以避免对特定微观环境的延长暴露，从而减少微观环境差异对植物表型的影响；
(c)将一株或多株植物在其生长周期期间以一个或多个时间间隔运送穿过成像系统，该成像系统含有用于以受控方式转动植物或成像装置的转动机构；
(d)使植物移动穿过成像系统的同时，拍摄植物的一个或多个特征的图像并且存贮图像于计算机或处理装置上；
(e)通过计算机处理分析植物的一个或多个特征的图像并且将所得信息与植物的机读标识信息关联；和
(f)针对一株或多株植物的一个或多个特征分析所得的信息；和
(g)收集来自步骤f)和/或g)的关于所选择植物表型的数据以快速分析遗传修饰对所选择表型的影响。
53.同步带系统用于转动植物容器同时使植物以受控方式被移动并成像的用途。
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