CN106605259A - 用于对种子进行成像和定向的系统以及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系统和方法，用于对种子进行自动或半自动成像和定向，以制备用于转化和转基因工程的种子。本发明公开了一种用于对种子进行自动制备的方法和设备。根据一个方面，所述方法包括将种子设置在一个表面或容器上，将种子与自动工具接合，将种子定向为进行切割或形成创伤，以及当种子被定向时，切割种子或使种子形成创伤。

Description

用于对种子进行成像和定向的系统以及使用方法

本申请要求于2014年5月6日提交的美国临时专利申请61/989266的优先权，该申请通过引用明确地并入本文。

对相关美国申请的交叉引用

对下述申请进行交叉引用：由Donald L.McCarty，II等人于2014年5月6日提交的题为“SYSTEM FOR SEED PREPARATION AND METHOD OF USE”的美国临时专利申请61/989275，以及由Donald L.McCarty,II等人于2014年5月6日提交的题为“SYSTEM FORCUTTING AND PREPARING SEEDS AND METHOD OF USE”的美国临时专利申请61/989276，这两个申请均通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于制备用于植物育种的种子的装置，更具体地说，涉及用于制备基因转化和转基因工程所用种子和种子外植体的装置。

背景技术

大豆(Glycine max)是最重要的农作物之一，年作物产量超过2亿吨，并且全世界的估计值超过400亿美元。大豆占全球所有油籽产品的97％以上。因此，用于改进这种珍贵作物的质量和产量的可靠且有效的方法，是非常有意义的。

用于改良大豆的传统育种方法受到限制，因为大多数大豆品种仅来自少数亲本品系，导致用于育种的窄种质基因。参见Christou等人，TIBTECH8:145-151(1990)。现代研究的努力集中在植物基因工程技术，以改进大豆生产。转基因方法设计为将期望的基因引入作物植物的可遗传种系中以产生优良植物系。该方法已经成功地增加了几种其它作物植物对疾病、昆虫和除草剂的抗性，同时提高了营养价值。

已经开发了用于将基因转移到植物组织中的几种方法，包括高速微投射、微注射、电穿孔和直接DNA摄取。农杆菌介导的基因转化最近已被用于将有关基因引入大豆。然而，大豆已被证明是一个对转基因工程具有挑战性的系统。大豆外植体的有效转化和再生是难以实现的，并且经常难以重复。

根癌农杆菌是一种致病的土壤栖细菌，其具有将其称为T-DNA的DNA转移到宿主植物细胞中并诱导宿主细胞产生对细菌营养有用的代谢物的固有能力。使用重组技术，可以用相关的一种或多种基因替换一些或全部T-DNA，产生用于转化宿主植物的细菌载体。农杆菌介导的基因转移通常针对组织培养物中的未分化细胞，但也可以针对取自植物的叶或茎的分化细胞。已经开发了许多用于农杆菌介导的大豆转化的程序，其可以基于经受转化的外植体组织而被宽松地分类。

Olhoft等人的美国专利7,696,408公开了用于转化单子叶植物和双子叶植物的子叶节点法。“子叶节点”方法包括：通过就在子叶节点下面切割，从5-7天龄的大豆幼苗中除去下胚轴；切开并分离其余的下胚轴段与子叶；以及从子叶中除去上胚轴。子叶外植体在腋芽和/或子叶节的区域形成创伤，并在黑暗中用根癌农杆菌培养5天。该方法需要种子的体外萌发，并且形成创伤步骤引入显著的变异性。

Martinelli等人的美国专利6,384,301公开了将农杆菌介导的基因传送到从大豆种子切下的大豆胚胎中的活的分生组织中，然后用选择剂和激素来培养分生组织外植体以诱导芽形成。类似于“子叶节点”法，优选在感染之前使分生组织外植体形成创伤。

Paz等人的美国专利7,473,822公开了称为“半种子外植体”法的、修改的子叶节点法。成熟的大豆种子被吸收、被表面灭菌并沿着种脐被切开。在感染之前，胚轴和芽完全去除，但没有发生其它创伤。农杆菌介导的转化继续进行，选择潜在的转化体，并且在选择培养基上再生外植体。

使用这些方法的转化效率一直较低，对于“子叶节点”法为约0.3％至2.8％的量级，对于“分生组织外植体”法为约1.2至4.7％的量级，以及对于“半种子外植体”法为3.2％和8.7％之间(总体上4.9％)的量级。在本领域中近似3％的转化效率是典型的。

改进的“切开种子”转基因方案可以加速转基因大豆产品的未来生产和发育。用于将转基因稳定整合到大豆组织中的高效且高产的方法将有助于育种计划并且具有增加作物产量的潜力。

发明内容

本发明公开了一种用于自动进行种子制备的方法和设备。根据一个方面，所述方法包括将种子布置在表面或容器上，将种子与自动化工具接合，将种子定向为用于进行切割或形成创伤，以及在种子被定向时切割种子或对种子形成创伤。该方法还可以包括部分切割种子的胚轴。在一些实施例中，用外源DNA来转化切割或形成创伤后的种子。

本发明的范围不限于所使用的具体结构或具体术语。例如，术语“机械臂”可以用术语“自动化工具”代替。另外，术语“表面”或“容器”可以替代术语“托盘”，术语“切割单元”可以替换为术语“切割表面”、“支撑单元”或“单元”。

该自动进行种子制备的方法可以包括：拍摄包括至少一个种子的托盘的图像，基于拍摄的图像确定种子在表面或容器(例如，托盘)上的位置，用自动化工具(例如，机械臂)抓取种子，在切割表面(例如，切割单元)上对种子进行定向，以用于进行种子剖分，并且当种子定向在切割表面上时将种子剖分。在一些实施例中，该方法还可以包括部分切割种子的胚轴。在一些实施例中，确定种子的位置可包括确定种子在放有多个种子的托盘上的位置。

在一些实施例中，该方法还可以包括：操作机械臂以将种子从托盘移动到分开的位置，在该分开的位置处拍摄种子的多个图像，以及基于多个拍摄图像确定剖分所用的种子的正确方向。在一些实施例中，该多个图像可以由一个相机拍摄，该相机从一个以上视角拍摄图像集。在其它实施例中，拍摄该多个图像可以包括：操作第一相机以从第一视角拍摄种子的第一图像集，以及操作第二相机以从不同于第一视角的第二视角拍摄种子的第二图像集。本文所使用的“图像集”可以包括一个图像或多个图像。

另外，在一些实施例中，确定种子的该正确方向可以包括确定种子的种脐的中心和种子的纵向轴线的位置。

在一些实施例中，在切割表面(例如，切割单元)上对种子进行定向以用于进行种子剖分，可包括使种子与切割装置的切割刀片沿着由种子的种脐的中心和种子的纵向轴线限定的假想平面对准。

在一些实施例中，该方法还可包括当种子位于切割表面上时修剪种子的胚轴。在一些实施例中，基于所述多个拍摄图像确定剖分所用的种子的正确方向，还可以包括确定修剪胚轴所用的种子的正确方向。修剪种子的胚轴可以包括将切割刀片设置成垂直于种子的纵向轴线。

在一些实施例中，在切割表面上剖分种子可包括在修剪种子的胚轴之后剖分种子。另外，在一些实施例中，在切割表面上剖分种子可以包括切割穿过少于整个种子。在一些实施例中，该方法可以进一步包括将剖分的种子移至根癌农杆菌溶液。

在一些实施例中，该方法可以包括：在抓取种子之前，对自动化工具(例如，机械臂)的抓取器进行消毒。该方法可以包括：操作自动化工具或机械臂以选择切割刀片，并且将切割刀片设置在切割装置上。该方法还可以包括：在种子定向在切割单元上时，通过将切割刀片插入种子中而剖分种子。在一些实施例中，该方法可以包括：在剖分种子之后用相同或不同的自动化工具抓取切割刀片，并且操作自动化工具以用切割装置上的第二切割刀片替换该切割刀片。

根据另一方面，种子制备设备包括：第一相机，其被构造为拍摄放置在表面或托盘上的种子的第一图像集；机械臂，其可进行操作以抓取种子并将种子从表面或托盘移动到光亮腔室；第二相机，其被构造为拍摄光亮腔室内的种子的第二图像集；和切割单元，其被构造为接收种子。机械臂还可进行操作以将种子按照用于种子剖分的正确方向设置在切割单元上。

在一些实施例中，种子制备设备可包括位于托盘的第一侧上的光源，用以照亮托盘上的种子。在一些实施例中，光亮腔室可以被限定在光亮穹顶中。

在一些实施例中，种子制备设备可以包括：第三相机，其被构造为拍摄光亮腔室内的种子的第三图像集；以及电子控制器，其被构造为分析第二图像集和第三图像集，以确定种子的正确方向。

在一些实施例中，种子制备设备可以包括被构造为照亮光亮腔室的内部的光源。在一些实施例中，电子控制器可以进一步被构造为分析第一图像集，以确定种子在托盘上的位置。

根据另一方面，种子制备设备包括：腔室；第一相机，其构造为拍摄托盘上的种子的第一图像集；第二相机，其构造成拍摄腔室内的种子的第二图像集；切割装置，其构造成剖分种子；机械臂，其包括用以抓取种子进行移动的抓取装置；以及电子控制器。电子控制器被构造为基于第一图像集确定种子在托盘上的位置，操作机械臂以捕捉托盘上的种子，以及基于第二图像集以某一方向将种子移动到切割装置，并且操作切割装置将种子剖分。

在一些实施例中，电子控制器可以被构造为操作机械臂，以将种子从托盘移动到腔室，并且操作第二相机以拍摄第二图像集。

在一些实施例中，电子控制器可以被构造为分析种子的多个图像，以确定剖分种子和修剪种子的胚轴所用的种子的正确方向。

在一些实施例中，机械臂可以被构造为将种子移动到切割装置以将种子以正确方向定位，并且切割装置被构造为在种子以正确方向定位在切割装置中的同时，修剪种子的胚轴。

根据本发明的另一方面，公开了一种切割单元。切割单元包括主体，主体包括前壁和离开前壁延伸的基本平坦的上壁。第一开口限定在前壁中，第二开口限定在上壁中，多个内壁从第一开口和第二开口向内延伸，以在前壁和上壁中限定槽口。该槽口的尺寸被定为用于接收切割工具。切割单元的尺寸被定为用于支撑例如大豆种子的种子或具有该尺寸的任何种子，以便切割工具可以沿着槽口前进以与种子接触。

在一些实施例中，上壁可从前壁延伸到后边缘。主体还可包括从后边缘向上延伸的基本平坦的侧壁。在一些实施例中，侧壁可以是从上壁的后边缘延伸到上边缘的第一侧壁。主体还可以包括从第一侧壁的上边缘延伸的第二侧壁。第二侧壁可以相对于主体的第一侧壁和上壁倾斜地延伸。

在一些实施例中，第二侧壁可以从第一侧壁的上边缘延伸到顶边缘，并且主体还可以包括从第二侧壁的顶边缘延伸的顶壁。顶壁可以相对于第二侧壁倾斜地延伸。

在一些实施例中，顶壁可以平行于切割单元的上壁延伸。

在一些实施例中，槽口可从前壁中的第一开口延伸到位于前壁和上壁后边缘之间的背边缘。

在一些实施例中，第一开口可以设置在前壁的中央。在一些实施例中，主体可以形成为单个的单件式金属主体。在一些实施例中，主体可以固定到具有自动切割系统的表面。

在另外的实施例中，公开了一种组合体。该组合体包括本文中带有例如大豆种子等种子或具有该尺寸的任何种子的各切割单元。大豆种子可以被切割、剖分、修剪或以其它方式形成创伤以用于转化。在一些实施例中，可修剪种子的胚轴以用于转化。

根据另一方面，公开了一种切割系统。该切割系统包括：自动切割系统，自动切割系统包括切割工具；和切割单元，切割单元包括上壁和限定在上壁中的槽口，槽口的尺寸被定为用于接收自动切割系统中的切割工具。自动切割系统可进行操作以使切割工具相对于切割单元沿着第一轴线直线移动，并且使切割工具围绕第一轴线旋转，以将切割工具定位到用于插入到槽口中的位置。

在一些实施例中，自动切割系统还可包括：电马达，其可进行操作以使切割工具沿着第一轴线直线移动；以及气动装置，其可进行操作以使切割工具围绕第一轴线旋转。

在一些实施例中，自动切割系统还可包括被构造为接收切割工具的一对可移动爪。该对可移动爪可以能够进行操作以在切割工具可从爪移除的未锁定位置和切割工具被保持在爪上的锁定位置之间移动。

在一些实施例中，自动切割系统还可包括第二气动装置，其可进行操作以使该对爪在未锁定位置和锁定位置之间移动。

在一些实施例中，自动切割系统还可以包括电子控制器，该电子控制器包括处理器、存储装置和存储在存储装置中的多条指令，该多条指令当由处理器执行时使得处理器：操作第一压缩空气源，将该对爪从未锁定位置移动到锁定位置；操作第二压缩空气源，使切割工具围绕第一轴线旋转到切割工具竖直地延伸的方向；以及操作第一电马达，将切割工具送进到限定在切割单元中的槽口中。在一些实施例中，电子控制器还可以包括多个指令，该多条指令当由处理器执行时使得处理器：操作第一电马达，将切割工具从限定在切割单元中的槽口移除；操作第二压缩空气源，使切割工具围绕第一轴线旋转到切割工具水平地延伸的第二方向；以及操作第一电马达，使切割工具前进越过切割单元的上壁。

在一些实施例中，切割单元可以包括前壁，并且基本平坦的上壁离开前壁延伸，并且第一开口限定在前壁中，第二开口限定在上壁中，并且多个内壁从第一开口和第二开口向内延伸，以在前壁和上壁中限定槽口。

在一些实施例中，切割工具可以可移除地联接到自动切割系统。

根据另一方面，公开了一种切割种子的方法。该方法包括：使切割工具沿着第一轴线前进到限定在切割单元中的槽口中，并且在种子中进行第一切割；使切割工具围绕第一轴线旋转；以及使切割工具前进到种子中，进行第二切割。在一些实施例中，可以通过操作压缩空气源或电马达来使切割工具旋转。在一些实施例中，可以通过操作一个以上电马达使切割工具前进到种子中。

在一些实施例中，该方法可以包括：将切割工具定位在一对爪上；以及移动该对爪，以将切割工具固定到该对爪。在一些实施例中，该对爪可以移动分开，以接合切割工具。另外，在一些实施例中，该对爪可以通过操作压缩空气源而被移动。

在一些实施例中，将切割工具定位在该对爪上可以包括将切割工具附接到自动化工具，诸如机械臂。

在一些实施例中，该方法还可包括操作负压力源，以经由抽吸将切割工具附接到机械臂。

根据另一方面，公开了一种用于对种子成像的方法。该方法包括：使用诸如机械臂等自动化工具将包括种脐的种子定位在诸如穹顶等光亮结构内；将种子投影到垂直于光亮穹顶的中心轴延伸的第一平面上；使种子旋转，以将种子定向为平行于位于第一平面中的第一假想水平线；将种子投影到垂直于第一平面延伸的第二平面上；将种子定向为平行于位于第二平面中的第二假想水平线；识别种子的种脐和第二假想水平线之间的距离；以及基于所识别的距离对种子进行定向，以将种脐定位在第二假想水平线上。

如上所述，本发明的范围不限于所公开的结构或所使用的术语。因此，术语“光亮穹顶”可以用例如术语“光亮结构”替代。

在一些实施例中，对种子进行定向以将种脐定位在第二假想水平线上可以包括对种子进行定向，以将种脐的中心定位在第二假想水平线上。在一些实施例中，对种子进行定向以将种脐的中心定位在第二假想水平线上可以包括对种子进行定向，以使种脐的质心与种子的质心重合。

另外，在一些实施例中，该方法还可以包括：识别种子的胚胎的位置；识别最接近所识别的位置的种脐的边缘和沿着第二假想水平线的种子的外边缘；以及识别种脐的边缘和种子的外边缘之间要对种子的胚轴进行修剪的点。在一些实施例中，识别胚胎的位置可以包括使用特征匹配来分析种子在第二平面上的一个以上投影。

在一些实施例中，将种子投影到第一平面上可以包括用第一相机拍摄第一图像集，并且将种子投影到第二平面上可以包括用第二相机拍摄第二图像集。

在一些实施例中，第一相机可以的光轴平行于第二相机的光轴，并且利用第一相机拍摄第一图像集可以包括拍摄从相对于第一相机的光轴以45度的角度延伸的反射镜反射的光。

在一些实施例中，旋转种子以将种子定向为平行于第一假想水平线可以包括响应于确定种子未定向为平行于第一假想水平线而旋转种子。在一些实施例中，使种子定向为平行于第二假想水平线可以包括响应于确定种子未定向为平行于第二假想水平线而对种子进行定向，以及对种子进行定向以将种脐定位在第二假想水平线上可以包括响应于确定种脐没有定位在第二假想水平线上而对种子进行定向。

在一些实施例中，该方法还可以包括：分析与种子在第一平面上的投影相对应的第一图像集，以确定种子相对于第一假想水平线的方向；以及分析与种子在第二平面上的投影相对应的第二图像集，以确定种子相对于第二假想水平线的方向。

在一些实施例中，分析第二图像集可以包括：识别种子的第一纵向端和第二纵向端；识别在第一纵向端处的种子的左矩形竖向横截面；识别在第二纵向端处的种子的右矩形竖向横截面；确定左矩形竖向横截面和右矩形横截面中的每一个的质心；并且将左矩形竖向横截面的质心和右矩形横截面的质心用假想线段互相连接。在一些实施例中，将种子定向为平行于第二假想水平线可以包括对种子进行定向，使得该线段平行于第二假想水平线。

在一些实施例中，左矩形竖向横截面和右矩形竖向横截面中的每一个的水平宽度可以等于至少十个图像像素。

在一些实施例中，分析第二图像集可以进一步包括确定线段相对于第二假想水平线的角度，并且为将线段定向为平行于第二假想水平线而使种子旋转的量，基于所确定的角度。

在一些实施例中，该方法可以进一步包括：响应于将种子定向为平行于第二假想水平线，将种子投影到第二平面上；以及响应于将种子定向为平行于第二假想水平线，分析与种子在第二平面上的投影相对应的第三图像集，以识别种脐和第二假想水平线之间的距离。

在一些实施例中，分析第三图像集可以包括：识别种子的纵向端；确定纵向端和种脐中的每一个的质心；以及将纵向端的质心和种脐的质心用假想线段互相连接。另外，在一些实施例中，对种子进行定向以将种脐定位在第二假想水平线上可以包括对种子进行定向，使得所述线段与第二假想水平线重合。

在一些实施例中，分析第三图像集可以进一步包括确定所述线段相对于第二假想水平线的角度，并且为将线段定向为与第二假想水平线重合而使种子移动的量，基于所确定的角度。

在一些实施例中，该方法还可以包括基于种子在第二平面上的投影来确定定位切割刀片所用的种子的高度。该高度可以是种子在垂直于第二假想水平线的方向上的宽度。在一些实施例中，该方法还可以包括经由抽吸力将种子附接到机械臂。

根据另一方面，一种用于对种子成像的方法包括：拍摄种子的多个图像；基于所拍摄的多个图像确定种子的方向和种子的种脐的位置；以及基于所确定的种子的方向和种脐的位置，用机械臂移动种子，以将种子定向在某一位置。

在一些实施例中，拍摄多个图像可以包括：用第一相机从第一视角拍摄种子的第一图像集；以及用第二相机从垂直于第一视角的第二视角拍摄种子的第二图像集。

在一些实施例中，确定种子的方向可以包括：确定种子相对于第一拍摄图像集的第一边界线的方向；以及确定种子相对于第二拍摄图像集的第二边界线的方向。

根据另一方面，种子成像设备包括：机械臂；一个以上光源；中空主体，其具有中心轴线并被构造为由一个以上光源来照亮；第一相机，其被构造为拍摄位于中空主体内的种子的第一图像集。第一图像集是沿着中心轴线的第一视角拍摄的。种子成像设备包括：第二相机，其被构造为沿着垂直于中心轴线的第二轴线的第二视角拍摄种子的第二图像集；以及电子控制器，被构造为分析第一图像集和第二图像集，以确定进行剖分所用的种子的正确方向，以及指示机械臂将种子移动到该正确方向。

在一些实施例中，第一相机的光轴可以平行于第二相机的光轴，并且第一相机可以被构造为拍摄从相对于第一相机的光轴以45度角度延伸的反射镜反射的光。

在一些实施例中，机械臂可以被构造为通过将抽吸力施加到种子的侧面来固定种子。

附图说明

详细描述特别是参考以下附图，其中：

图1是用于制备用于基因转化的种子的系统的透视图；

图2是图1的系统的俯视图；

图3是图2系统的靠泊部一部分的分解透视图；

图4是图2系统的成像站的透视图；

图5是图4成像站的分解透视图；

图6是图2系统的切割装置的透视图；

图7是图6切割装置的切割单元的分解透视图；

图8是图7切割单元的俯视图；

图9是图7-8切割单元的侧视图；

图10A是图6切割装置的俯视图，示出了爪处于分离位置；

图10B是图6切割装置的前透视图，示出了爪处于分离位置；

图11A是类似于图10A的视图，示出了爪处于接合位置；

图11B是类似于图10B的视图，示出了爪处于接合位置；

图12是图1系统的切割工具托盘的透视图；

图13是图1系统的机械臂的抓取组件的透视图；

图14是图1系统的简化框图；

图15-16是示出图1系统所用的作为举例的操作过程的框图；

图17-19是示出用于确定大豆种子的期望切割位置和切割深度的作为举例的过程的框图；

图20-26是对图15-16的操作过程中各种初步动作的举例说明，包括对图1系统的抓取器消毒以及选择切割工具；

图27-29是举例说明用于识别待由图1系统拾取的种子的、图15-16操作过程的图像拍摄过程的图示；

图30-31是对图1系统将种子移动到系统成像站的举例说明；

图32-55是举例说明在图17-19的过程期间创建的图像；

图56-59是举例说明图1系统切割种子以制备用于基因转化的种子；

图60是大豆种子的平面图；

图61是图60大豆种子的侧视图；

图62是沿图60中的线62-62截取的大豆种子的侧视横截面图；

图63是沿图57中的线63-63截取的大豆种子的侧视横截面图；

图64是沿图59中的线64-64截取的大豆种子的侧视横截面图；和

图65是使用图1系统制备的一对子叶段的平面图。

具体实施方式

尽管本发明的构思易于进行各种修改和由各种替代形式，但其具体示例性实施例已经通过附图中的示例示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，这里没有任何将本发明构思限制为所公开的特定形式的意图，相反，本发明旨在涵盖落入由权利要求书限定的本发明精神和范围内的所有修改、等同物和替代。

本文所用的“子叶”通常可以指种子植物的胚胎的胚叶或“主叶”。子叶在本领域中也称为“种子叶”。双子叶物种、例如大豆，具有两个子叶。子叶段是指子叶的任何部分，无论它是整个或整体的子叶，或者是子叶的片段或局部部分。“子叶节点”是指种子或幼苗中子叶与胚胎的附接点，并且通常可以指与该附接点相关联的组织。

本文所用的术语“捕捉”是指用工具保持或攫取大豆种子。可得到的允许牢固地抓紧大豆种子的任何机制或作用被认为在术语“捕捉”的范围内。

本文所使用的术语“切割刀片”是指适于切割或对种子形成创伤以用于转化的任何切割工具，例如剃刀、小刀、水果刀、解剖刀、凿子、刀具、柳叶刀等。在本文公开的实施例中，每一处谈及切割刀片的地方，都可以用激光或微型激光器发射以切割或对种子形成创伤以用于转换来代替。

本文所用的术语“种皮”是指作为种子保护层的胚珠的外皮。除了本领域已知的其它类似术语之外，种皮还可以通过“外种皮(testa)”或“外皮(husk)”等替代描述性术语来描述。种皮可以含有疏水性物质，例如软木脂、角质、木质素、胼胝质、果胶、蜡质类以及酚氧化的不溶性产物。在大豆等豆类中，外种皮含有厚壁大石细胞的栅栏层，其冠部延伸到栓化子表皮，其中在较厚的软木质素层外部具有蜡状表皮。

本文所用的术语“胚胎轴(embryonic axis)”或“胚轴(embryo axis)”是指植物的胚胎的主要部分，并且通常包括上胚轴和下胚轴。

本文所用的术语“遗传修饰”或“转基因”植物是指包含预选的DNA序列的植物细胞、植物组织、植物部分、植物种质或植物，该预选的DNA序列通过转化被引入到植物细胞、植物组织、植物部分、植物种质或植物的基因组中。

本文所用的术语“转基因的”、“异源的”、“引入的”或“外源的”DNA或基因是指重组DNA序列或基因：其不天然地发生在作为重组DNA或基因的受体的植物的基因组中，或者发生在受体植物中在基因组中与未转化的植物中不同的位置或缔合(association)处。

本文所用的术语“外植体”是指一片大豆组织：其从供体植物(例如，来自供体种子)中移出或分离，在体外培养，并且能够在合适的培养基中生长。

本文所用的术语“植物”是指完整植物、植物组织、植物部分(包括花粉、种子或胚胎)、植物种质、植物细胞或植物组。可用于本发明方法的植物种类不限于大豆，而是可通常包括适于转化技术的任何植物，包括单子叶植物和双子叶植物。

本文所使用的术语“转化”是指将核酸或片段转移和整合到宿主生物体中，导致遗传上稳定的遗传。含有转化的核酸片段的宿主生物体称为“转基因的”或“重组的”或“转化的”生物体。已知的转化方法包括根癌农杆菌或发根农杆菌介导的转化、磷酸钙转化、聚凝胺转化、原生质体融合、电穿孔、超声方法(例如声波穿孔)、脂质体转化、显微注射、裸DNA、质粒载体、病毒载体、轰击(微粒轰击法)、碳化硅WHISKERS^TM介导的转化、气溶胶束或PEG转化以及其它可能的方法。参考图1，图1显示了用于通过任何已知方法制备用于基因转化的种子或种子外植体的系统10。

系统10作为举例被构造为用于制备大豆种子(以下称为种子12)，作为转基因方案和转基因大豆产品开发的一部分。示例性转基因方案描述于标题为“IMPROVED SOYBEANTRANSFORMATION FOR EFFICIENT AND HIGH-THROUGHPUT TRANSGENIC EVENT PRODUCTION”的美国专利申请第14/133370号以及标题为“IMPROVED SOYBEAN TRANSFORMATION FOREFFICIENT AND HIGH-THROUGHPUT TRANSGENIC EVENT PRODUCTION”的美国专利申请第14/134883中，该两个申请通过引用明确地并入本文。应当理解，本文所述的任何装置和方法可以结合这些申请中公开的转化方法来使用。还应当理解，在其它实施例中，本文所述的任何装置和方法可以被构造用于与适于转化技术的其它类型的植物一起使用，包括单子叶植物和双子叶植物。

系统10包括多个处理站14和一对机械臂16，机械臂16使种子12在处理站14之间移动。在作为举例的实施例中，每个机械臂16都是Epson C3型六轴关节臂，每个机械臂都被构造为独立于另一个机械臂操作。在其它实施例中，机械臂16可具有与本文描述的情形不同的自由度数。例如，机械臂16可以实施为至少具有独立轴的机械臂。每个臂16包括构造成捕捉并保持种子12的抓取器18。系统10可以在其中一个臂16停止工作时操作。应当理解，在其它实施例中，系统可以仅包括用以在处理站14之间移动种子12的单个机械臂16。另外，在作为举例的实施例中，每个机械臂16能够使相应的抓取器18围绕其轴旋转至少180度。

如图2所示，处理站14和机械臂16布置在工作台20上。处理站14包括位于工作台20前部的靠泊部22。靠泊部22包括：一对输送区域24，种子12可以由系统10定位在输送区域24中用于进行处理；和一对接收区域26，种子12可以由系统10在处理之后定位在接收区域26中。站14还包括可进行操作用以拍摄种子12的多个图像的成像站28。系统10还包括切割站30，切割站30可进行操作以基于由站28拍摄的图像切割每个种子12。系统10还包括：消毒装置32，其构造为对每个抓取器18进行消毒；以及箱或托盘34，其接收用于与切割站30一起使用的切割刀片。

在使用中，系统10可以被操作以自动切割用于转化的多个大豆种子12。为此，系统10可以确定种子12中的一个在板36上的位置，板36位于靠泊部22的一个输送区域24上。系统10然后可以操作最接近板36的机械臂16，用抓取器18捕捉所选择的种子12，并且将种子12移动到成像站28。在采集了种子12的一系列图像之后，臂16可以使种子12前进到切割站30，使得可以对转化所用的种子12进行一次以上的切割，以使种子准备用于转化。在种子12被切割之后，臂16可以将种子12移动到位于靠泊部22的接收区域26之一上的另一个板38上。然后，用户可以移除包括被切割的种子的板38，以根据转基因方案进一步处理种子。下面参考图3-59更详细地描述系统10的这些处理步骤和各种组件中的每一个。

现在参考图3，其中更详细地示出了靠泊部22的一部分和输送区域24中的一个。在作为举例的实施例中，另一个输送区域24与图3所示的输送区域相同。输送区域24包括圆形底座40，该圆形底座40位于限定在靠泊部22的板46中的开口中。底座40的尺寸定为接收板36中的一个，并且由诸如玻璃、有机玻璃或丙烯酸树脂等透明材料构成。底座40从顶表面42延伸到位于板46下方的底表面(未示出)。因为底座40是透明的，所以搁置在底座40的顶表面42上的物体能够通过底表面(即，从板46下方)看见。发光二极管(LED)面板50联接到板46的底部并且构造成通过透明底座40照亮搁置在底座的顶表面42上的物体。在作为举例的实施例中，LED面板发射红光，该红光被充分漫射，以使反射最小化，并且该红光具有可变强度，强度可以由电子控制器400(参见图14)控制，如下面更详细描述的。

每个种子承载板36中限定有用于接收种子12的箱体44。靠泊部22包括围绕圆形底座40的多个柱或引导销48。如图3所示，销48从板46向上延伸，并且被设计成将板36支撑和/或固定在底座40上。在其它实施例中，靠泊部22可以包括用以在底座40上引导、支撑和/或固定板36的其它支撑结构。

如上所述，系统10被构造为当板36位于输送区域24上时，或者更具体地说，当板36位于底座40上时，确定种子12在板36上的位置。在作为举例的实施例中，如图1所示，相机52位于输送区域24上方。相机52电联接到电子控制器400(见图14)，并且可进行操作以拍摄板36和种子12的图像。如下面更详细描述的，图像被发送到控制器400以确定种子12在板36上的相对位置和方向，使得系统10可以将机械臂16引导到种子进行处理。相机52可以被实现为适于拍摄图像的任何设备，诸如静态相机、摄像机或能够拍摄视频和/或图像的其它设备。此外，应当理解，由相机拍摄的图像可以被描述为相机视场中的场景(例如，前景物体和背景)到垂直于相机光轴的平面上的投影。

返回图2，靠泊部22还包括一对接收区域26，种子12可以由系统10在处理之后定位在接收区域26中。类似于输送区域24，每个接收区域26包括多个柱或引导销，这些柱或引导销限定了尺寸可以接收板38之一的区域。每个销48从板46向上延伸，并且这些销48协作以将板38支撑和/或固定在接收区域26中。

如上所述，系统10还包括成像站28，成像站28可进行操作以拍摄种子12的多个图像，该多个图像用于为每个种子12确定切割平面。现在参考图4-5，成像站28包括光亮穹顶54和固定到工作台20的两个相机56、58。相机56、58电联接到电子控制器400(参见图14)，并且可进行操作以拍摄穹顶54的内腔室62的图像。在作为举例的实施例中，光亮穹顶54是由佛蒙特州的Advanced Illumination of Rochester制造的八英寸直径的白色LED顶灯。光亮穹顶54包括限定碗状腔室62的凹形内壁60以及允许进入腔室62的圆形开口64。

如图5所示，穹顶54还包括多个LED 78，这些LED联接到壁60用以在操作期间照亮腔室62。在作为举例的实施例中，LED 78形成为由大约20个LED形成的环，这些LED被充分漫射以防止反射到穹顶54内的物体上，并且可以由控制器400控制以改变从LED 78发射的光的强度。该环围绕穹顶54的上部内边缘安装。应当理解，在其它实施例中，可以使用其它光源。

穹顶54包括凸形外壁66和从壁66向下延伸到工作台20的多个腿68。穹顶54具有在凸形外壁66的顶点处延伸穿过壁60、66的下开口70。在作为举例的实施例中，中心轴线72延伸穿过上开口64和下开口70的中心。另一开口74在穹顶54的面向相机56的一侧上延伸穿过壁60、66。开口74具有正交于中心轴线72延伸的纵向轴线76。

相机56、58中的每一个可以被实现为适于拍摄图像的任何设备，诸如静态相机、摄像机或能够拍摄视频和/或图像的其它设备。像机56、58分别包括与穹顶54的开口70、74对准的光轴80、82。在作为举例的实施例中，光轴80、82彼此平行且垂直于穹顶51的中心轴线72。如图4-5所示，开口74的纵向轴线76与相机58的轴线82重合。另外，在一些实施例中，相机56、58中的每一个可以包括镜头并且被定位成：在位于光亮穹顶54内的种子12的拍摄图像中，种子12在对应相机56、58的视场的至少一半内。

成像站28包括位于穹顶54的下开口70下方的有角度的反射镜84。有角度的反射镜84被构造为将来自腔室62的光朝向相机56反射。在作为举例的实施例中，反射镜84的表面86相对于中心轴线72和相机56的光轴80中的每一个都成45度角。结果，来自腔室62的光沿着光轴80朝向相机56反射。应当理解，在其它实施例中，可以省略反射镜，相机56直接位于穹顶54下方。另外，在其它实施例中，相机58可以邻近穹顶54的另一侧放置。在另外的其它实施例中，可以省略相机56、58中的一个。

在作为举例的实施例中，成像站28包括额外的部件，用以减少进入穹顶54的杂散光的入射，因而改善在成像站28处执行的成像质量。例如，盖90位于穹顶54的圆形开口上方，用以减少杂散光(例如，来自成像站28的环境)进入穹顶54的机会。如图5所示，穹顶54包括限定在穹顶54的边沿94中的多个螺纹孔92。每个孔92的尺寸被定为用于接收相应的紧固件96，以将盖90固定到穹顶54。

盖90包括固定到垫102的织物片100。垫102由高温柔性硅垫形成。在作为举例的实施例中，垫102是黑色的，这样，其用作对比背景，以改善由相机56拍摄的图像的质量。应当理解，在其他实施例中，垫可以以另一对比颜色制成。在另外的其它实施例中，可以从成像站28中省略垫和/或盖。如图5所示，盖90具有中央开口108，其允许机械臂16将种子12送进到穹顶54中。

用于提高成像质量的另一个部件是固定到穹顶54的挡光件106。如图5所示，挡光件106位于穹顶54的腔室62内。挡光件106像垫102一样，被构造为用作由相机58拍摄的种子12的图像的对比背景。应当理解，在其它实施例中，可以以另一种对比颜色制作挡光件。在另外的其它实施例中，可以从成像站28中省略挡光件。在另外的实施例中，除了光亮穹顶54之外或者替代于光亮穹顶54，成像站28可以包括用于拍摄种子12的图像的环境，这个环境例如是另一个光亮的主体为中空的结构、平面单色背景幕或一些其它合适的成像环境。

如上所述，系统10还包括切割站30，切割站30可进行操作以基于由站28拍摄的图像切割每个种子12。现在参考图6，切割站30包括平台110和切割装置112，切割装置112可进行操作以在平台110上切割种子12。平台110包括从工作台20向上延伸的支座114和固定到支座114的上端118的种子切割单元116。支座114由例如不锈钢或铝等金属材料形成。在作为举例的实施例中，切割单元116由诸如不锈钢等磁性金属材料形成。应当理解，在其它实施例中，支座和/或切割单元可以由其它刚性材料形成，例如塑料、特氟隆或陶瓷。

如图7所示，切割单元116被构造为从支座114移除以用于消毒或修复。在作为举例的实施例中，支座114包括位于上端118附近的永磁体120。当切割单元116被放置在支座114上时，磁体120施加力以将切割单元116保持在支座114上。应当理解，不需要磁体来将块116保持在支座114上。在作为举例的实施例中，支座114的构造足以将块116保持在其上。

在作为举例的实施例中，切割单元116具有主体122和从主体122向外延伸的凸缘124。主体122的下端126具有基本平坦的底表面128，并且主体122具有基本平坦的顶表面130。一对有角度的表面132、134从底表面128向上延伸。有角度的表面132连接到垂直于顶表面130延伸的背表面136。如图7所示，有角度的表面132和背表面136中限定有槽口138。

如图7所示，凹槽140限定在支座114的上端118中，并且凹槽140被构造成接收单元主体122的下端126。在作为举例的实施例中，凹槽140由基本平坦的表面142和从表面142向上延伸的一对有角度的表面144、146限定。以这种方式，凹槽140的构造基本上匹配单元主体122的下端126的构造。

支座114还包括后壁148，当块116位于凹槽140中时，后壁148面向切割单元116的背表面136。对准销150从后壁148向外延伸。对准销150的尺寸被定为用于被接收在限定在块116中的槽口138中，以确保切割单元116被正确地定位在支座114上。

如图7-8所示，切割单元116的凸缘124从主体122向外延伸到前壁154。凸缘124包括基本平坦的上壁156和位置与上壁156相对的基本上平坦的下壁158。上壁156的尺寸被定为用于接收大豆种子12。应当理解，在其它实施例中，可以根据待切割的种子的尺寸来调整上壁156的尺寸。

在前壁154中限定有开口160。多个内壁162从凸缘124的前壁154向内延伸以限定穿过壁156、158中每一个的槽口164。如图8所示，槽口164在凸缘124中居中，并且延伸到位于凸缘124的后边缘174和前壁154之间的背边缘166。如下面更详细描述的，槽口164的尺寸被定为用于在切割刀片170竖向旋转时接收刀片。

如图9所示，单元主体122具有基本上平坦的侧壁172，侧壁172从凸缘124的后边缘174向上延伸到上边缘176。在作为举例的实施例中，侧壁172正交于上壁156延伸。另一侧壁178连接到侧壁172的上边缘176。侧壁178相对于壁156、172倾斜地延伸到与单元116的顶表面130相连的顶边缘180。

回到图6，切割站30还包括切割装置112，切割装置112可进行操作以在平台110上切割种子12。切割装置112包括被构造成接收切割刀片170的支撑臂190和被构造成在切割操作期间移动切割刀片170的驱动组件192。驱动组件192包括固定到工作台20的驱动级194。驱动级194包括下主体196和上主体198，上主体198被构造成在图6中箭头200所示的方向上相对于下主体196滑动。驱动级194包括线性驱动电马达(未示出)，该电马达电连接到控制器400并且可进行操作以使上主体198相对于下主体196移动。在作为举例的实施例中，驱动级194是Aerotech型号ANT95-50-L，具有大约50毫米的行程。

切割装置112的驱动组件192包括随同驱动级194行进的中间驱动级210。中间驱动级210包括与驱动级194的上主体198连接的底座212。驱动级210还包括可移动地联接到底座212的平台214。在作为举例的实施例中，平台214被构造成在图6中箭头216所示的方向上竖向移动。驱动级210还包括线性驱动电马达(未示出)，该电马达电连接到控制器400并且可进行操作以使平台214相对于底座212移动。驱动级210作为举例被实施为Aerotech型号ANT95-3-V，其具有大约3毫米的行程。

如图6所示，驱动组件192包括与其它级194、210一起行进的旋转级220。旋转级220包括与驱动级210的平台214连接的主体222。旋转级220还包括枢转地联接到主体222的安装轴224。轴线226由安装轴224限定，并且轴224被构造成在由箭头228指示的方向上绕轴线226旋转。在作为举例的实施例中，旋转级220连接到压缩空气源230，这个压缩空气源例如是压缩机。源230电连接到控制器400。当由控制器400操作时，源230可以使压缩空气前进到级220，使得轴224围绕轴线226被气动地驱动。旋转级220作为举例实施为EMI PlasticsEquipment Swiveling Rotary，RT25型。

切割装置112的支撑臂190固定到旋转级220。如图6所示，支撑臂190包括细长主体240，细长主体240的端部242固定到级220的安装轴224。支撑臂190还包括固定到主体240的相对端248的一对爪244、246。在作为举例的实施例中，爪244、246中的每一个具有端部250，端部250容纳在限定在细长主体240中的通道252中。通道252限定纵向轴线254，并且爪244、246被构造成沿着通道252朝向彼此和远离彼此移动。以这种方式，爪244、246可以打开或闭合。在作为举例的实施例中，支撑臂190连接到压缩空气的源256。源256电连接到控制器400。当由控制器400操作时，源256可以使压缩空气前进到支撑臂190，使得爪244、246沿着通道252被气动地驱动。支撑臂190作为举例实施为SMC MHZ2-20C1-M9PZ夹具。

爪244、246被构造成接收切割刀片170。现在参见图10-11，每个切割刀片包括主体260和延伸了主体260的长度的切削刃262。当切割刀片170固定到爪244、246时，切削刃262偏离旋转轴线226。主体260还包括一对长形安装孔264，该一对长形安装孔264由爪244、246进行接合以将切割刀片170固定到装置112。切割刀片170作为举例由诸如钢等金属材料形成。

爪244、246中的每一个从端部250延伸到末端270。爪244、246中的每一个包括沿着末端270的内边缘274设置的内突出片272。每个突出片272的尺寸被定为用于放置在切割刀片170的孔264之一中。在作为举例的实施例中，爪244、246中的每一个还包括形成在每个突出片272的根部处的槽口276(见图10B)。在作为举例的实施例中，每个槽口被构造为卡住刀片并保持其水平。如图11A和11B所示，当爪244、246移动分开时，使刀片170前进到槽口276中，从而将刀片固定到爪244、246。爪244、246中的每一个还包括沿着末端270的外边缘280设置的外突出片278。外突出片278包括斜边缘282，斜边缘282用来在刀片170插入到爪244、246上时辅助刀片170的对准。

如图11A所示，支撑臂190的细长主体240具有纵向轴线284。在作为举例的实施例中，当固定到爪244、246时，切割刀片170偏离轴线284。在操作期间，切割刀片170偏离轴线284减低了切割刀片170在切割大豆种子时接触机械臂的风险。

现在参考图12，用于存放未使用的切割刀片170的托盘34位于机械臂16之间。托盘34包括位于光源304上方的容器302。容器302作为举例由透明材料形成，这种透明材料例如为有机玻璃。容器302包括底壁306和从底壁306向上延伸的多个侧壁308。壁306、308协作以限定腔室310，腔室310的尺寸被定为用于接收未使用的切割刀片170。

在作为举例的实施例中，托盘34的光源304位于底壁306下方。光源304可进行操作以将光通过底壁306投射到腔室310中。光源304作为举例实施为红色发光二极管(LED)。应当理解，在其它实施例中，可以使用其它彩色LED。在另外的其它实施例中，可以使用其它光源。

系统10包括安装在托盘34上方的托盘相机312。相机312可进行操作以拍摄腔室310的内容物的图像。相机312电联接到电子控制器400(参见图14)。如下面更详细地描述的，图像可以被发送到控制器400以确定刀片170在托盘34中的相对位置和方向，使得系统10可以将机械臂16引导到刀片170进行取回。

现在参考图13，系统10的每个机械臂16包括被构造成捕捉和保持大豆种子12的抓取组件320。在作为举例的实施例中，抓取组件320包括主体322，主体322附接到每个臂16的远侧区段324。抓取组件320还包括将主体322连接到抓取器18的悬挂机构326。主体322具有固定到远侧臂区段324的近侧盘328和从盘328延伸到远侧盘332的多个柱330。

悬挂机构326从固定到盘332的近端334延伸到远端336。如图13所示，抓取器18被固定到悬挂机构326的远端336。悬挂机构326被构造成允许抓取器18有一些轴向移动，如箭头338、340所示，使得抓取器18可前进成与大豆种子12接触而不压碎种子。在作为举例的实施例中，悬挂机构326包括致偏元件，这种致偏元件例如为螺旋弹簧342，致使抓取器18沿箭头340所示的方向向外偏。

组件320的抓取器18被构造成捕捉并保持种子12。在作为举例的实施例中，抓取器18包括固定到悬挂机构326的远端336的圆柱形主体350。主体350由弹性体材料形成，这种弹性体材料例如为Viton，其可从DuPont Corporation商购获得。应当理解，在其它实施例中，可以使用其它弹性体材料。主体350包括波纹管，波纹管为主体350提供了有限的柔性。主体350还具有高的温度额定值，以允许对抓取器18的消毒。在作为举例的实施例中，温度额定值为446华氏度。应当理解，在其它实施例中，可以使用其它弹性体材料。

抓取组件320被构造成通过真空捕捉并保持种子12。为此，抓取器18包括沿着轴线358纵向延伸穿过主体350的中空通路352。通路352连接到限定在抓取组件320的悬挂机构326和主体322中的通路354，以及连接到负压力源356。负压力源356作为举例实施为泵并且电联接到控制器400。控制器400可操作源356以通过通路352、354抽吸真空，因此将种子12固定到抓取器18。在作为举例的实施例中，抓取器18的半径小于种子12的平均长度的百分之五十，其可以根据例如种子12的具体品种而变化。

如图13所示，抓取组件320还包括固定到主体350的辅助盖360。辅助盖360设计成在对种子12成像期间防止杂散光进入光亮穹顶54。盖360包括由黑色泡沫材料形成的底部垫362和由黑色毡形成的顶部垫364。在作为举例的实施例中，盖360经由粘合剂固定到远侧盘332。应当理解，在其它实施例中，盖360可以用诸如螺钉或螺栓等紧固件固定。盖360具有大约3.5英寸的直径，其足以封闭穹顶54的盖90的中央开口108。

现在参考图14，系统10包括电子控制器400。控制器400实质上是主计算机，其负责解析由与系统10相关联的传感器发送的电信号，并且用于启动或激励与系统10相关联的电子控制部件。例如，电子控制器400被构造为控制相机52、56、58、312，顶灯78，机械臂16、驱动级194、210等的操作。尽管电子控制器400在图14中被示出为单个单元，但是控制器400可以包括用于各种部件的多个单独的控制器以及从/向各个单独的控制器接收/发送信号的中央计算机。电子控制器400还确定系统10的各种操作何时应当执行。如下面将更详细描述的，电子控制器400可进行操作以控制系统10的部件，使得系统10选择并处理在转基因方案中使用的大豆种子12。

为此，电子控制器400包括通常与在机电系统的控制中使用的电子单元相关联的多个电子部件。例如，电子控制器400可以包括：处理器，诸如微处理器402；和存储器器件404，诸如包括可擦除PROM(EPROM或EEPROM)的可编程只读存储器器件(“PROM”)，还有其他的通常包括在这些设备中的部件。提供存储器器件404以存储例如软件例程(或多个例程)形式的指令，这些例程当由微处理器402执行时，允许电子控制器400控制系统10的操作，还可以存储其他东西。

电子控制器400还包括模拟接口电路406。模拟接口电路406将来自各种部件的输出信号转换成适于呈现给微处理器402的输入端的信号。特别是，模拟接口电路406，通过使用模数(A/D)转换器(未示出)等，将由传感器产生的模拟信号转换成供微处理器402使用的数字信号。应当理解，A/D转换器可以实现为分立器件或多个器件，或者可以集成到微处理器402中。还应当理解，如果与系统10相关联的任何一个以上传感器产生数字输出信号，则模拟接口电路406可以被忽略。

类似地，模拟接口电路406将来自微处理器402的信号转换为适合于呈现给与系统10相关联的电子控制部件(例如，机械臂16)的输出信号。特别是，模拟接口电路406通过使用数-模(D/A)转换器(未示出)等将由微处理器402产生的数字信号转换为模拟信号，供与系统10相关联的电子控制部件使用。应当理解，与上述A/D转换器类似，D/A转换器可以实现为分立器件或多个器件，或者可以集成到微处理器402中。还应当理解，如果与系统10相关联的任何一个以上电子控制部件基于数字输入信号操作，则可以忽略模拟接口电路406。

因此，电子控制器400可以操作以控制系统10的操作。特别是，电子控制器400执行包括控制方案的例程，还可执行其他的内容。在该控制方案中，电子控制器400监测与系统10相关联的传感器的输出并且控制对于系统10的电子控制部件的输入。为此，电子控制器400连续地或间歇地执行大量计算，包括在预编程的表中查找值，以便执行若干算法，这些算法用以执行诸如以下功能：给机械臂16供能，启动相机52、56、58、312，给驱动级194、210供能，改变LED 78和LED面板50的光强度以改善图像对比度，等等。

在操作中，系统10可以根据图15-19中概述的示例性程序操作，用以自动选择和处理在转基因方案使用的的大豆种子12。例如，可以通过沿种脐分开种子12的子叶以分离子叶来对大豆进行准备。在转化前，去除胚轴的一部分，留下胚轴的附接到子叶的部分。可以通过用切割装置112修剪胚轴来进行胚轴的去除。通常，留下1/3至1/2的胚轴附接在子叶的节点端处。

如图20-29所示，系统10在预备步骤中对机械臂16的抓取器18进行灭菌，选择用于切割站30的切割刀片170，并且拍摄位于输送区域24中的种子12的图像。然后，系统10操作机械臂16中的一个，以从输送区域24中的一个拾取种子12，并且将种子12送进到成像站28，如图27-31所示。在种子12被送进到切割站30之前，可以由成像站28拍摄多个图像，如图32-55所示。如图56-59所示，切割站30可以被操作以对种子12进行一次或更多次切割，以使种子12准备好用于转化。然后可以将切割的种子送进到接收区域26中的一个。然后，用户可以从系统10中移出种子用于进一步处理。然后，系统10可以在拾取和处理另一种子12之前进行多次清洁和维护任务。

如图60-62所示，大豆种子12包括被包封在种皮416中的一对子叶412、414。大豆种子12具有纵向轴线418，纵向轴线418是沿着大豆种子12的最大尺寸限定的，并且延伸穿过大豆种子12的相对的纵向端420、422。如图60所示，轴线418在子叶412、414之间延伸。

大豆种子12还包括位于大豆种子12的端420、422之间的种脐424。在作为举例的实施例中，种脐424包括位于种皮416外侧的外部部分426和位于种皮416下面的内部部分428。

如图60-61所示，种脐424在背脊处位于子叶412、414上方。种脐424的外部部分426位于大豆种子12的背脊侧430上。种脐424也可以从大豆种子12的侧面432(参见图61)或内侧434(参见图5)观察到。如图61所示，种脐424具有平行于种子12的总体纵向轴线418延伸的纵向轴线436。如图60所示，纵向轴线436位于与种子12的轴线418共同的平面438中。

大豆种子12的胚轴440将子叶412连接到子叶414。胚轴440由子叶412、414包裹在种皮416中。如图60所示，胚轴440，如同种脐424一样，居中位于大豆种子12的纵向轴线418上。如图62所示，胚轴440从位于种脐424的内部部分428上方的末端442延伸到位于种子12的纵向端420附近的根部444。应该理解，在其它实施例中，胚轴440可以不与种脐424重叠，因此，胚轴末端442与种脐的内部部分428是分开的。

参考图62，其中更详细地显示了大豆种子12的内部结构。种皮416包括包围子叶412、414和胚轴440的薄的外层450。种脐424的内部部分428附接到层450的下侧，而种脐424的外部部分426连接到外层450的边缘452。胚轴440围绕种子12的外圆周的一部分从其末端442延伸到位于种子端420的其根部444。

现在参考图15-16，其中显示了用于利用系统10制备转化用大豆种子12的作为举例的操作过程1000。应当理解，在过程1000开始之前，控制器400可以校准系统10，向用户提供消息，检索用户输入，初始化安全机制(例如光幕)以及执行其它设置功能。例如，如果还没有完成，则控制器400可以使用任何合适的方案来校准系统10，以将机械臂16的坐标系映射或以其它方式关联到各个相机52、56、58、312的坐标系，使得拍摄在图像中的物体的位置可以被转换成该物体相对于臂16的位置。此外，控制器400可以在显示器460上向用户提供设置指令(例如，将板36放置在输送区域24上)，经由用户输入装置462检索用户的输入(例如，种子12的胚节点的期望修剪深度，种子12的剖分深度等)。用户输入装置462可以实现为诸如键盘、鼠标、触摸屏和/或被构造为执行本文功能的其它输入装置等任何集成装置或外围装置。

在框1002中，系统10对机械臂16的抓取器18进行消毒。为此，控制器400操作每个机械臂16以将其相应的抓取器18插入填充有乙醇或另一合适的消毒溶液的容器中。该溶液作为举例包含70％的乙醇。可以操作机械臂16以使抓取器18在乙醇内上下左右移动一段时间，之后将抓取器18送进到消毒器32中，如图20所示。在作为举例的实施例中，每个消毒器32是干玻璃珠灭菌器，这种灭菌器可以例如是InoTech BioScience Steri 250。在作为举例的实施例中，可再次操作机械臂16以使抓取器18在灭菌器32内上下移动几秒钟。臂16然后可以从灭菌器32中抽出抓取器18，允许抓取器18冷却。

由于由消毒器32产生的热量，抓取器18的波纹管可能变为粘在一起，从而可能损及抓取器18的性能。为了分离波纹管，机械臂16然后可以移动抓取器18与平坦的无菌表面(例如切割单元116的顶表面130)接触，如图21所示。然后控制器400可以启动负压力源356，以将抓取器18密封到切割单元116。如图22-23所示，抓取器18以1mm的增量离开切割单元116，直到抽吸被中断。

回到图15，过程1000然后可前进到框1004。在框1004中，选择并从托盘34取回切割刀片170。为此，控制器400操作相机312以拍摄刀片170在托盘34中的图像。图24中示出了一个这样的图像500。如图24-25所示，刀片170可以相对于彼此以任意位置和方向位于托盘34内。控制器400可以处理拍摄的图像500以识别刀片170中的一个在托盘34中的位置516，该位置516可以由如图25所示的分析图像518反映。

例如，在作为举例的实施例中，控制器400利用与Epson C3型六轴关节臂一起包括的软件包中的几何物体识别功能。特别是，将由用户加载并存储在控制器400的存储器器件404中的刀片基准图像(未示出)与刀片170的拍摄图像500进行比较，以识别匹配502。几何物体识别功能采用的算法方法，通过使用基于边缘的几何特征来识别与基准图像(即，物体模型)的匹配。此外，几何物体识别功能包括各种参数，例如要用于与另一图像比较的基准图像和匹配502所需的接受水平或容忍水平。接受水平对应于匹配502的似然性，并且可以不失一般性地在本文中被认为是0和1之间的归一化值。因此，如果接受水平被设置为0.5，则控制器400基于合适成像算法将仅识别出分析图像中与基准图像的匹配502具有至少50％似然性的那些物体。在一个具体实施例中，接受水平可以对应于必须在分析图像的连续区域中被识别以构成匹配502的基准图像的百分比。

在作为举例的实施例中，控制器400使用匹配算法、刀片基准图像和0.4的归一化接受水平(即，1000个中的400个)来分析拍摄的图像500，以确定托盘34上是否存在任何的刀片170。假定如果任何刀片170在托盘34上，即使刀片170重叠，这样的接受水平应当返回托盘34上的那些刀片170的识别位置。因此，在另一个实施例中，可以使用不同的接受水平。如果没有识别出刀片170，则控制器400确定没有刀片170位于托盘34上并处理错误。例如，控制器400可以经由显示器460指示系统10的用户将另外的刀片170放置在托盘34上，或以其它方式补救错误。

如果控制器400确定至少一个刀片170位于托盘34上，则控制器400再次分析拍摄图像500，其中接受水平设置为更高阈值，例如0.95(即，1000个中的950个)以识别不与托盘34上的另一个刀片170重叠的刀片170。如果识别出至少一个非重叠刀片170，则控制器400选择该刀片170以供使用。然而，如果没有识别出非重叠刀片170，则控制器400执行方案以分离重叠的刀片170。

在这样做时，控制器400识别与托盘34上的另一个刀片170重叠的刀片170的位置。例如，控制器400可以使用以0.4设置的归一化接受水平识别的图像位置(如果被保存了的话)，或类似地分析图像500。当已经识别了刀片170组时，控制器400使用合适的成像算法(例如，通过检测组的质心)来确定该组的几何中心，并指示相应的机械臂16将抓取组件320移动就位，在所识别的质心处捕捉刀片170组。

为了从托盘34或板36捕捉物体，抓取组件320被置于物体的抓取位置或点504上方，使得抓取组件的中空通路352与点504大致共线。抓取组件320然后朝向物体向下行进直到抓取器18与物体的外表面完全接触。如上所述，悬挂机构326操作以防止物体被压碎，同时确保抓取器18与物体的表面充分接触，以限制吸力的损失。然后可以启动负压力源356以将物体固定到抓取器18。

类似地，如果没有非重叠的刀片，则抓取组件320可以在所识别的质心处抓取一组刀片170。控制器400然后可以操作臂16以使抓取组件320在托盘34的表面上方竖向地移动短的距离(例如，一英寸)并且水平地移动短的距离，但仍然在托盘34的周边内。控制器400然后可以停用负压力源356以使刀片170组落回到托盘34上。将理解的是，这组内的一个以上刀片170可能在运送期间掉落。控制器400操作相机312以拍摄托盘34中的刀片170的另一图像，并与上述情况类似地分析新图像以识别非重叠刀片170。如果没有识别到非重叠刀片170，则控制器400可以再次指示抓取组件320捕捉一组刀片170并使刀片170掉落在托盘34内的另一个位置上。控制器400可以继续重复该例程，直到非重叠刀片170被识别出来选择使用。

在另一个实施例中，控制器400可实施用于分离重叠刀片170和识别特定刀片170供选择的其它过程。此外，控制器400可以利用任何合适的图像处理算法和技术来识别刀片170在托盘34中的位置。例如，控制器400可以利用特征检测算法、技术和过滤器，例如加速鲁棒特征(SURF)、尺度不变特征变换(SIFT)、多尺度方向补丁(MOPS)、Canny、图像梯度算子和Sobel滤波器，以识别图像500和刀片基准图像中的特征(例如，诸如拐角、边缘、斑点等的有关点)。在一些实施例中，控制器400可以利用特征匹配算法，例如随机样本一致性(RANSAC)算法，来确定在图像500和刀片基准图像中识别的任何特征是否彼此对应，并且如果是，则确定那些特征的对应位置。另外或作为替换方式，控制器400可利用图像分割算法(例如，金字塔分割、分水岭算法等)来识别图像中的物体。应当理解，根据特定实施例，控制器400可以在分析所拍摄的图像期间利用上述算法中的任何一种或多种。

在控制器400已经识别出刀片170之后，控制器400使用刀片特征，例如刀片170的安装孔264，来确定刀片的切削刃262的位置。控制器400然后可以计算刀片170相对于抓取组件320的旋转角度，并计算刀片上用于附接抓取器18的正确的位置点504。抓取组件320在点504处以类似于上述的方式捕捉刀片。

回到图15，一旦抓取器18已经拾取了刀片170，过程1000就前进到框1006。在框1006中，控制器400操作机械臂16和切割装置112，将切割刀片170固定到切割装置112。为此，控制器400启动机械臂16，将切割刀片170移动到切割站30并将切割刀片170置于切割装置112的爪244、246上方。为了将切割刀片170置于爪244、246上，机械臂16可以以圆形运动移动，使刀片170的长形安装孔264与爪244、246的突出片272对准。外突出片278的倾斜边缘282帮助将刀片170引导到突出片272上。当刀片170被置于突出片272上时，抓取器18向下移动，使刀片170稍微偏转。如图26所示，控制器400然后可以操作爪244、246以将刀片170固定到切割装置112。相机(未示出)可以用于拍摄位于切割装置112上的刀片170的图像，并且控制器400可以使用与上述技术类似的图像处理技术来确认刀片170正确地位于爪244、246上。

在刀片170被定位于爪244、246上的情况下，控制器400可以操作压缩空气源256，使爪244、246沿着细长主体240的通道252向外移动。当爪244、246被向外推送时，使切割刀片170的若干部分前进到形成在突出片272的根部处的槽口276中，从而将切割刀片170固定到爪244、246。控制器400可以停用真空源356，以将切割刀片170从抓取器18释放，并且操作机械臂16以将抓取器18移出切割站30。

返回到图15，过程1000前进到框1008，其中控制器400操作相机52，以拍摄在相应输送区域24中的板36上的种子12的图像。图27示出了一个这样的图像510。如图27所示，类似于上面针对托盘34中的刀片170所进行的描述，种子12可以在板36内相对于彼此任意地放置。

在框1010中，控制器400可以处理拍摄的图像510，以确定板36上供选择的种子12中的一个的位置。为此，控制器400可以使用匹配算法(例如，上述几何物体识别功能)用平放的种子12的基准图像512(如图28所示)与拍摄的图像510进行比较，来分析拍摄的图像510。在作为举例的实施例中，控制器400假定系统10的用户已经以单层方式将每个种子12平放在板36内。因此，存在检测匹配522的高似然性。然而，在其它实施例中，控制器400可以不进行这样的假设；而是，控制器400可以例如确定哪些种子12(如果有的话)没有适当定向并且忽略那些种子12。系统10可以(例如，经由显示器460)生成警告或指示用户补救该情况，或者以其它方式处理错误。在其它实施例中，控制器400可以使用斑点检测或其它图像分析算法来确定种子12在板36上的位置。

在任何情况下，控制器400都确定一个以上种子12在板36上的位置520，该位置520可以由如图29所示的分析图像514反映。此外，在一些实施例中，控制器400确定板36上识别的种子12相对于基准图像512中描绘的种子12的旋转角度。基于该信息，控制器400可以确定为了将固定的种子12以预定方向(例如，相对于机械臂16的坐标系的零度角)放置在抓取器18上而需要旋转抓取器18的量。通过这样做，控制器400可以能够如下所述地识别种子12的种脐和胚轴(即，胚胎轴)，并且节省了处理时间。

回到图15，过程1000前进到框1012。在框1012中，控制器400识别并选择(例如，任意或根据算法)种子中的一个由系统10进行修剪和剖分。在作为举例的实施例中，控制器400识别所选种子12的质心，并将其用作附接抓取器18的点504，如图30所示。在框1014中，抓取组件320在所选种子12的质心处抓取所选种子12。为此，抓取组件320被定位于质心(即，点504)的上方，使得抓取组件的中空通路352与点504大致共线。然后，抓取组件320朝向所选种子向下行进，直到抓取器18与种子的外表面完全接触。如上，悬挂机构326操作以防止种子被压碎，同时确保抓取器18与种子的表面充分接触，以限制吸力的损失。然后可以启动负压力源356，将种子固定到抓取器18上。过程1000然后可以前进到框1016，在框1016中，机械臂16将被抓取的种子12移动通过盖90中的中央开口108并进入光亮穹顶54的腔室62中，如图31所示。在作为举例的实施例中，被抓取的种子12被置于腔室62内，在位于每个相机56、58的视场内的位置处(例如，光轴80、82的交点)。例如，在一些实施例中，被抓取的种子12至少部分地位于每个相机56、58的焦平面内。

当种子12被定位于光亮穹顶54的腔室62中时，过程前进到框1018，如图15所示。在框1018中，控制器400确定被抓取的种子12的方向，用于用切割装置112修剪和剖分种子12。即，控制器400确定种子12相对于抓取器18如何放置，使得机械臂16可以将种子12正确地置于切割单元116上，用于修剪和剖分种子12的胚胎。为此，可以使用如图17所示的作为举例的操作过程1200。虽然本文针对以线性方式分析若干静止图像来描述过程1200，但应明白，在一些实施例中，控制器400例如可并行地执行多个图像分析，或连续地分析视频。

过程1200可以开始于框1202，在框1202中，控制器400操作相机58以从侧面视角拍摄被抓取的种子12的图像530。在框1204中，控制器400分析图像530以确定种子12的种脐424是否在种子12上可见。也就是说，控制器400确定种脐424(参见图32)是否在相机58的视场内。为此，控制器400可以利用任何合适的图像处理算法，诸如本文所描述的那些算法。例如，在作为举例的实施例中，控制器400利用关联模型，该关联模型使用阴影(例如，灰度像素强度)来对种子12建模，并且识别在种子12与种子种脐的基准图像536之间的匹配534(如果有的话)，如图32所示。特别是，关联模型执行基准图像536到拍摄图像530的像素到像素的匹配。

在框1206中，控制器400确定种子12的种脐424是否在相机58的视场内。如果是，则过程1200前进到框1210。然而，如果控制器400确定种脐424不在相机58的视场内，则过程前进到框1208。

在框1208中，控制器400可以对种子12重新定向，使得种脐在相机58的视场内。特别是，控制器400操作机械臂16，使种子12围绕抓取器18的轴线358旋转，直到种脐424在相机58的视场内。在一些实施例中，机械臂16使种子12旋转过一个增量角度，相机58拍摄被抓取的种子12的新图像，然后控制器400分析该新图像以确定种脐424现在是否在相机58的视场内。如果不是，则可以重复例程直到种脐424在相机58的视场内。在一实施例中，机械臂16可以首先将种子12旋转180度的角度，以加速确定种脐424位置的过程。一旦确定了种脐424在相机58的视场内，则过程1200可以前进到框1210。

在框1210中，控制器400操作相机56以从如图33所示的底部视角拍摄被抓取的种子12的图像540。然后，过程1200前进到图18的框1212。在框1212中，控制器400分析拍摄图像540以识别图像540中的种子12的纵向轴线542(即，长轴)。在作为举例的实施例中，控制器400利用斑点检测算法来确定种子12在拍摄图像540中的位置，并且确定种子12的主轴(即，长轴和短轴)。例如，斑点检测算法可以将拍摄图像540中的种子12识别为斑点，确定该斑点的质心和边缘，并基于该信息逼近主轴和短轴。

可以明白，所利用的特定斑点检测算法可以根据特定实施例而变化。例如，在作为举例的实施例中，控制器400使用与Epson C3型六轴关节臂一起包括的软件包中的斑点检测算法。在一些实施例中，斑点检测算法可以基于高斯差分(DoG)、高斯拉普拉斯(LoG)、Hessian决定因子和/或其它运算符。在一个实施例中，控制器400可以利用在例如下面是文献中描述的斑点检测算法：Lindeberg，“Detecting Salient Blob-Like ImageStructures and Their Scales with a Scale-Space Primal Sketch:A Method forFocus-of-Attention”，11(3)International Journal of Computer Vision，283-318(1993)。此外，在一些实施例中，控制器400可以在拍摄图像540的处理后版本中绘制围绕种子12(或其它物体)的矩形边界548，以指示所识别的种子12(或其它物体)的位置。在其它实施例中，控制器400可以利用其它图像分析算法(例如，图像分割)来识别种子12和/或纵向轴线542。

控制器400进一步确定种子12的长轴或纵向轴线542相对于拍摄图像540的水平轴线546或其它水平线554旋转的角度544。换句话说，确定了限定在纵向轴线542和水平轴线546或其它水平线554之间的角度544。在作为举例的实施例中，相机56被构造为拍摄直线图像；因此，可以认为拍摄图像540的水平轴线546平行于相机56的边缘。

如图34所示，机械臂16能够将被抓取的种子12在光亮穹顶54内重新定向。例如，根据必要的重新定向，机械臂16可以通过旋转和/或平移种子12来改变种子12的方向。因此，在图18的框1214中，控制器400操作机械臂16以对种子12进行定向，使得纵向轴线542平行于水平轴线546，如图35所示。特别是，机械臂16使种子12绕轴线358旋转。在一些实施例中，控制器400可以不需要精确的平行度，而是可以建立角度544的公差。在一些实施例中，公差可以小于等于1.0度。在其它实施例中，公差可以小于等于0.5度。在另外的其它实施例中，对于角度544，公差可以小于等于0.3度。应当理解，可以针对本文的任何测量值建立类似的公差。如上所述，相机56和机械臂16被校准，使得它们的坐标系彼此映射，从而对种子12进行定向，以便有效地将种子12的纵向轴线542与机械臂的坐标系的轴线对准。

回到图18，过程1200可前进到框1216，在框1216中，控制器400操作相机58以拍摄被抓取的种子12的图像550。如图36所示，图像550是从相机58的视角获取的种子的侧视图。可以在框1218中分析图像550以识别抓取的种子12和种子12的纵向轴线552。应当理解，纵向轴线552、578由于种子12的不规则形状而可以彼此重合或可以不彼此重合。控制器400可以按照上面针对拍摄图像540的分析所描述的类似方式，利用斑点检测算法来识别种子12的位置556，并且/或者确定纵向轴线552在拍摄图像550中的位置。

在作为举例的实施例中，控制器400在拍摄图像550中识别出种子12的左纵向端562处的种子12的左竖向切片560或横截面，以及在种子12的右纵向端566处的种子12的右竖向切片564或横截面。如图37所示，竖向切片560、564中的每一个的宽度为至少一个像素。在作为举例的实施例中，切片的宽度是25个像素，但是宽度可以在其它实施例中变化。控制器400确定种子12的左竖向切片560的质心570和种子12的右竖向切片564的质心572。拍摄图像550中的种子12的纵向轴线552限定为与两个质心570、572相交的线。换句话说，纵向轴线552延伸通过种子12的纵向端部562、566的质心。控制器400进一步确定纵向轴线552相对于拍摄图像550的水平轴线576或其它水平线578的角度574。

过程1200可以前进到框1220，在框1220中，种子12被重新定向。特别是，控制器400操作机械臂16以对种子12进行定向，使得纵向轴线552平行于水平轴线576，如图38所示。具体地说，机械臂16使种子12相对于拍摄图像550旋转，直到纵向轴线552平行于水平轴线576(例如，限制于诸如1度平行度内的公差水平)。当种子12被正确地定向时，过程1200继续进行到框1222。

在框1222中，控制器400操作相机58以从侧立面(即，相机58的视场)拍摄被抓取的种子12的另一图像580，如图39所示。图像580在框1224中被分析，以识别被抓取的种子12和种子12的种脐424相对于种子12的质心或纵向轴线的位置596。在作为举例的实施例中，控制器400利用斑点检测来确定种子12在拍摄图像580中的位置598。另外，控制器400利用合适的算法来确定种子12上的种脐424在拍摄图像580中的位置。例如，控制器400可以使用如上所述的种脐的基准图像536(参见图32)和/或图像特征匹配算法来确定种脐424的位置596。控制器400以与上述类似的方式识别种子12的纵向端582(例如，左端或右端)和种子12的纵向端582的竖向切片584。如图40所示，控制器400识别种子12的竖向切片584的质心586和种脐424的质心588，并且在质心586、588的中心之间画出实线590。控制器400进一步确定线590相对于拍摄图像580的水平轴线594或种子12的纵向轴线552的角度592。

回到图18，过程1200前进到框1226，在框1226中，控制器400操作机械臂16以对种子12进行定向，使种脐424的质心588与种子12的纵向轴线552对准，如图41所示。特别是，机械臂16使种子12朝向或远离相机58旋转，直到质心586、588之间的线590平行于拍摄图像580的水平轴线594。此时，线590对应于种脐424的纵向轴线436，使得由种脐424的纵向轴线436和种子12的纵向轴线436限定的种子平面438与机械臂16的坐标系的限定平面对准。

过程1200然后可以前进到图19的框1228。在框1228中，控制器400操作相机58以从侧立面拍摄被抓取的种子12的图像。这样的图像600在图43-48中示出。回到图19，在框1230中，控制器400分析拍摄图像600，以确定种子12的胚轴440的位置。控制器400可以使用任何合适的算法来进行。

例如，在作为举例的实施例中，控制器400可以利用胚轴的基准图像612(如图42所示)结合上述几何物体识别功能和/或关联模型来识别胚轴440。应当理解，控制器400已经为图46-48每一个中的胚轴440识别了匹配602，如图所示。然而，控制器400未能识别图43-45每一个中的胚轴440，因为胚轴440的主要部分不在相机58的视场内。在这些情况下，控制器400操作机械臂16旋转种子12，直到胚轴440在相机58的视场内并且由控制器400检测到。

回到图19，过程1200前进到框1232，在框1232中，控制器400确定对种子12的胚轴440进行修剪的位置。为此，控制器400在拍摄图像600中或由相机58拍摄的新图像中确定种子12的位置708、胚轴440的位置602和种子12的种脐424的位置710，如图49-52所示。特别是，控制器400识别最接近胚轴440的种脐424的边缘620和在与胚轴440相同侧上的种子12的边缘622，如图51所示。进一步，在作为举例的实施例中，控制器400确定在边缘620、622之间中间处的竖向横截面624。竖向横截面624对应于系统10要修剪种子12的胚轴440的位置。在其它实施例中，控制器400可以识别除边缘620、622之间的中点之外的点(例如，基于用户输入)。

如上，控制器400已经校准系统10，使得机械臂16的坐标系和相机58的坐标系彼此映射。因为机械臂16的坐标系是已知的，所以控制器400知道抓取器18的中心626相对于拍摄图像600的位置。控制器400还知道机械臂16的坐标系中的物理距离(例如，以毫米为单位)和相机58的坐标系中的距离(例如，以像素为单位)之间的对应关系。该信息用于确定拍摄图像600中的中心626和竖向横截面624之间的水平距离628，如图52所示。控制器400还计算胚胎修剪切口距抓取器18的中心626的距离。

回到图19，在框1234中，控制器400确定将被抓取的种子12放置在切割站30的切割单元116上以由切割刀片170修剪和剖分的位置。为此，控制器400操作相机56以从底部视角拍摄种子12的图像640。如上所述，机械臂16的坐标系和相机56的坐标系之间的映射是已知的，因此可以确定沿抓取轴线358投影到拍摄图像640的点642。控制器400进一步分析拍摄图像640以识别种子12的背边缘644(即，与种脐424和胚轴440相对)以及点642和背边缘644之间的距离646，如图53所示。因为控制器400将切割单元116的前壁154的位置存储在存储器中，所以控制器400能够将种子12正确地定位于切割单元116上。特别是，控制器400操作机械臂16以将种子12定位于凸缘124上，并且使由抓取轴线358限定的抓取器18的中心被定位于离开前壁154确定的距离646处。

回到图19，在框1236中，控制器400确定修剪和/或剖分切割的深度以及刀片170对种子12进行切割的位置。如上所述，控制器400预先确定用以对胚轴进行修剪的点(即，如图52所示的竖向横截面624)。在作为举例的实施例中，控制器400借助于每个相机56、58的已知坐标系将竖向横截面624映射到从不同视角拍摄的拍摄图像640上的对应位置650。进一步，控制器400确定种子12在相应位置650处的宽度652，如图54所示。控制器400还识别种子12的背边缘644的位置。基于该信息和修剪切割和/或剖分切割的期望深度(例如，来自用户输入)，控制器400能够确定在修剪和/或剖分胚轴440时使切割刀片170朝向前壁154移动的距离。

控制器400还确定切割刀片170用于对种子12进行剖分的适当位置。为此，控制器400操作相机58，以拍摄种子12的图像660，并分析拍摄图像660以确定胚轴440的质心662的位置，如图55所示。如上所述，控制器400可以首先使用例如特征匹配算法结合基准图像612(参见图42)确定拍摄图像660中胚轴440的位置602。进一步，控制器400确定种子12的底部边缘666与胚轴440的质心662之间的距离664。如上所述，控制器400可将像素距离转换为物理距离。因此，距离664用于确定在凸缘124上方进行水平剖分切割的距离。

返回参考图15，一旦控制器400确定了种子12进行修剪和剖分的正确方向，则过程1000前进到图16的框1020。在框1020中，控制器400操作机械臂16以将被抓取的种子12定位于切割单元116上。如上所述，基于存储在存储器中的结构数据，控制器400能够确定抓取轴线358和被抓取的种子12的背边缘644之间的距离646。相应地，在作为举例的实施例中，控制器400操作机械臂16，将种子12定位于凸缘124上的某一点处：在该点处，抓取轴线358被置于离开切割单元116的前壁154确定的距离646。在距离646处，种子12被定位成以适当的深度和方向切割。在作为举例的实施例中，种子12被定位成其背边缘644刚好接触切割单元116的前壁154。

在框1022中，控制器400操作切割装置112以修剪胚轴440。为此，控制器400启动压缩空气源230，使轴224(以及因此爪244、246)绕轴线226旋转。轴224旋转以竖向地(即，垂直于切割单元116的凸缘124)定位切割刀片170。如图56所示，切割刀片170与限定在凸缘124中的槽口164对准。

控制器400还可以操作中间驱动级210以升高或降低切割刀片170，如图56中的箭头700所示。为了修剪胚轴440，控制器400操作切割装置112的驱动级194，使切割刀片170沿着轴线226朝向块116上的种子12直线前进。如图57所示，切割刀片170前进到槽口164和种子12中，直到切割刀片170达到先前确定的切割距离(例如，相对于前壁154)，从而修剪胚轴440。

如图63所示，切割刀片170前进通过胚轴440，以使轴440的末端442与轴440的其余部分分离。如上所述，一般情况下，胚轴440的1/3和1/2之间可以留下附接在上面。换句话说，1/2到2/3之间的胚轴440可以与末端442一起被从胚轴440的其余部分修剪下来。在作为举例的实施例中，当修剪胚轴440时，切割刀片170不穿透子叶412、414。在一些实施例中，可能期望通过将切割刀片170进一步送进到种子10中来对子叶412、414形成创伤。控制器400然后可以操作驱动级194，使切割刀片170移动离开种子12并离开槽口164。

过程1000然后可以前进到框1024，在框1024中，控制器400操作切割装置112以水平地定位切割刀片170，用于剖分种子12。为此，控制器400启动压缩空气源230，使轴224(以及因此爪244、246)围绕轴线226从图56-57所示的竖向位置旋转到图58所示的水平位置。控制器400还可以操作中间驱动级210，以升高或降低切割刀片170，使切割刀片170与种子12的纵向轴线418对准。如上所述，控制器400可以使用距离664和其它已知的物理尺寸来确定切割刀片170将被定位的、在凸缘124上方的距离。

在程序1000的框1026中，控制器400使切割刀片170朝向前壁154移动，以对种子12进行剖分。为此，控制器400操作切割装置112的驱动级194，使切割刀片170沿轴线226朝向单元116上的种子12直线前进。如图59所示，切割刀片170前进到种子12中，直到切割刀片170达到如上所述的先前确定的剖分距离(例如，相对于前壁154)。

如图64所示，切割刀片170与由种脐424的纵向轴线436和种子12的纵向轴线418限定的平面438对准，并且沿着平面438前进穿过种皮416和种脐424。从而在种子12中产生开口702。胚轴440被切成附接到子叶412的中间部分704和附接到子叶414的侧向部分706。如图64所示，切割刀片170穿过胚轴440的根部444。应当理解，在作为举例的实施例中，切割刀片170不将种子12完全剖分为两个部分。相反，在胚胎修剪和剖分之后，种子12仍然可以作为单件由抓取器18输送。控制器400然后可以操作驱动级194以使切割刀片170远离种子12移动。

在过程1000的框1028中，控制器400操作机械臂16以将剖分的种子12移动到位于对应接收区域26的板38。控制器400然后停用负压力源356，使剖分的种子12下落到板38上。在框1030中，控制器400操作机械臂16以从切割单元116清除任何碎屑。在一些实施例中，机械臂16可以使抓取器18沿着凸缘124的上壁156通过一次以上，以清除碎屑。在其它实施例中，抓取组件320包括压力源，该压力源电联接到控制器400并且被构造成通过通路352、354输送压力流体(例如，压缩空气)以排除诸如碎屑等轻物体。在这样的实施例中，当抓取器18沿着凸缘124通过时，控制器400可以输送操作压力源以将压力流体输送到切割单元116。

在框1032中，控制器400可操作机械臂16和切割装置112以定期更换切割刀片170。根据该具体实施例，切割刀片170可在预定量的时间过去之后、在处理了阈值数量的种子12之后以及/或者响应于另一条件更换。

应当理解，可以对输送区域24中的板36上的每个种子12重复过程1000或过程1000的若干部分。此外，过程1000可以使用两个机械臂16来实现，以便这些臂16交替地使用站28、30。此外，应当理解，该过程可以利用一个以上机械臂16来实现，每个机械臂16都利用其自己的专用站28、30。

在一个以上被切割的种子12已经被放置在接收区域26中之后，用户可以从系统10中移除种子12用于进一步处理。其中，用户可以从种皮中分离子叶、对子叶形成额外的创伤或者用农杆菌培养物接种子叶。为了将种皮416与子叶412、414分离，使用者可以加宽开口702以进一步暴露子叶412、414。可以从种皮416去除子叶412、414，并丢弃种皮416。如图65所示，可以被称为切开的大豆种子或子叶段的每个子叶包括胚轴的一部分。在作为举例的实施例中，子叶段412包括胚轴440的部分704，而子叶段414包括胚轴440的部分706。然后子叶段412、414中的每一个准备用于进一步处理，包括形成额外创伤或利用农杆菌培养物接种。

农杆菌培养物是用于将表达载体引入植物中的广泛使用的方法，其基于农杆菌的天然转化系统。参见Horsch等人在Science 227:1229(1985)中的文章。根癌农杆菌和发根农杆菌(A.tumefaciens and A.rhizogenes)是已知可用于遗传转化植物细胞的植物病原性土壤细菌。根癌农杆菌和发根农杆菌的Ti和Ri质粒分别携带负责植物遗传转化的基因。参见Kado,C.I.,Crit.Rev.Plant.Sci.10:1(1991)。用于农杆菌介导的基因转移的农杆菌载体系统和方法的描述另见例如Gruber等人的文章(同上)、Miki等人的文章(同上)、Moloney等人在Plant Cell Reports 8:238(1989)中的文章以及美国专利4,940,838和5,464,763。

如果使用农杆菌进行转化，则要插入的DNA应克隆到特殊质粒中，即进入中间载体或二元载体。中间载体不能在农杆菌中自身复制。中间载体可以通过辅助质粒转移到根癌农杆菌中(接合)。Japan Tobacco Superbinary系统是这种系统的一个实例(见Komari等人的综述(2006)：Methods in Molecular Biology(K.Wang，ed)No.343:AgrobacteriumProtocols(第2版，第1卷)，HUMANA PRESS Inc.,Totowa,NJ，第15-41页；以及Komori等人(2007)，见Plant Physiol.145:1155-1160)。二元载体可以在大肠杆菌和农杆菌中自身复制。它们包含选择标记基因和由右、左T-DNA边界区域框住的接头或多接头。它们可以直接转化为农杆菌(Holsters，1978)。用作宿主细胞的农杆菌包含携带vir区域的质粒。Ti或Ri质粒还包含T-DNA转移所必需的vir区域。vir区域是将T-DNA转移到植物细胞中所必需的。可以包含另外的T-DNA。

当使用二元T-DNA载体(Bevan(1984)，Nuc.Acid Res.12:87118721)或共培养过程(Horsch等人，(1985)Science 227:1229-1231)通过细菌感染细胞时，根癌农杆菌宿主的毒力功能将引导含有构建体和相邻标记的T链插入到植物细胞DNA中。通常，农杆菌转化系统用于工程化双子叶植物(Bevan等人，(1982)Ann.Rev.Genet 16:357 384；Rogers等人，(1986)Methods Enzymol.118:627 641)。农杆菌转化系统也可以用于将DNA转化以及转移到单子叶植物和植物细胞。参见美国专利5,591,616；Hernalsteen等人，(1984)EMBO J 3:3039-3041；Hooykass-Van Slogteren等人，(1984)Nature311:763-764；Grimsley等人，(1987)Nature 325:1677-179；Boulton等人，(1989)Plant Mol.Biol.12:31-40；和Gould等人，(1991)Plant Physiol.95:426434。

包含胚轴的一部分的切开的大豆种子可以典型地用含有合适的遗传构建体的农杆菌培养物接种约0.5-3.0小时，更典型地约0.5小时，随后在合适的培养基上共培养最多约5天的一段时间。假定含有转基因拷贝的外植体来源于包含一部分胚轴的被转化的切开的大豆种子的培养。这些外植体可以被识别和分离用于进一步的组织增殖。

多种替代技术也可用于将DNA插入宿主植物细胞中。这些技术包括但不限于用根癌农杆菌或发根农杆菌作为转化剂传送的T-DNA进行的转化。来自农杆菌技术的实例描述于例如美国专利5,177,010、美国专利5,104,310、欧洲专利申请0131624B1、欧洲专利申请120516、欧洲专利申请159418B1、欧洲专利申请176112、美国专利5,149,645、美国专利5,469,976、美国专利5,464,763、美国专利4,940,838、美国专利4,693,976、欧洲专利申请116718、欧洲专利申请290799、欧洲专利申请320500、欧洲专利申请604662、欧洲专利申请627752、欧洲专利申请0267159、欧洲专利申请0292435、美国专利5,231,019、美国专利5,463,174、美国专利4,762,785、美国专利5,004,863和美国专利5,159,135。使用含有T-DNA的载体用于植物细胞的转化，已经进行了深入研究并充分描述于欧洲专利申请120516；An等人(1985，EMBO J.4:277-284)，Fraley等人(1986，Crit.Rev.Plant Sci.4:1-46)和Lee和Gelvin(2008，Plant Physiol.146:325-322)，并且在该领域中得到了很好的建立。

另一种已知的植物转化方法是微粒介导的转化，其中，DNA携带在微粒的表面上。在该方法中，用生物弹道装置将表达载体引入植物组织中，该生物弹道装置将微粒加速至足以穿透植物细胞壁和膜的速度。参见Sanford等人，Part.Sci.Technol.5:27(1987),Sanford,J.C.,Trends Biotech.6:299(1988),Sanford,J.C.,Physiol.Plant 79:206(1990),Klein等人,Biotechnology10:268(1992)。

作为替换方式，基因转移和转化方法包括但不限于通过氯化钙沉淀、聚乙二醇(PEG)或电穿孔介导的裸DNA吸收的原生质体转化(参见Paszkowski等人(1984)EMBO J 3:2717-2722，Potrykus等人(1985)Molec.Gen.Genet.199:169-177；Fromm等人(1985)Proc.Nat.Acad.Sci.USA82:5824-5828；和Shimamoto(1989)Nature 338:274 276)和植物组织的电穿孔(D'Halluin等人(1992)Plant Cell 4:1495-1505)。

尽管已经在附图和前面的描述中详细地举例和描述了本方面，但是这样的举例和描述在特性上被认为是示例性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了作为举例的实施例，希望保护落入本发明的精神内的所有改变和修改。

从本文所述的方法、设备和系统的各种特征，可以获得本发明的多个优点。将注意到，本发明的方法、设备和系统的替代实施例可以不包括所描述的所有特征，而仍然受益于这些特征的至少一些优点。本领域普通技术人员可以容易地设计其自己的方法、设备和系统的实现方式，这些实现方式包含有本发明特征中的一个以上特征，并且落入由权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

Claims (23)

1.一种用于对种子成像的方法，所述方法包括：

使用机械臂将包括种脐的种子定位在光亮区域内，

将种子投影到垂直于所述光亮区域的中心轴线延伸的第一平面上，

旋转种子以将种子定向为平行于位于所述第一平面中的第一假想水平线，

将种子投影到垂直于所述第一平面延伸的第二平面上，

将种子定向为平行于位于所述第二平面中的第二假想水平线，

识别在种子的种脐与所述第二假想水平线之间的距离，

基于所识别的距离，对种子进行定向以将种脐定位在所述第二假想水平线上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对种子进行定向以将种脐定位在所述第二假想水平线上，包括对种子进行定向以将种脐的中心定位在所述第二假想水平线上。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，对种子进行定向以将种脐的中心定位在所述第二假想水平线上，包括对种子进行定向，使得种脐的质心与种子的质心重合。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

识别种子的胚胎的位置，

识别种脐最靠近所识别位置的边缘和种子沿所述第二假想水平线的外边缘，

识别种脐的边缘和种子的外边缘之间要对种子的胚轴进行修剪的点。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，识别胚胎的位置包括使用特征匹配来分析种子在所述第二平面上的一个以上投影。

6.根据权利要求1所述的方法，其中：

将种子投影到所述第一平面上包括用第一相机拍摄第一图像，

将种子投影到所述第二平面上包括用第二相机拍摄第二图像。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

所述第一相机的光轴与所述第二相机的光轴平行，

用所述第一相机拍摄第一图像包括拍摄从相对于所述第一相机的光轴以45度角延伸的反射镜反射的光。

8.根据权利要求1所述的方法，其中：

旋转种子以将种子定向为平行于所述第一假想水平线，包括响应于确定种子未被定向为平行于所述第一假想水平线而旋转种子，

将种子定向为平行于所述第二假想水平线，包括响应于确定种子未被定向为平行于所述第二假想水平线而对种子进行定向，以及

对种子进行定向以将种脐定位在所述第二假想水平线上，包括响应于确定种脐未定位在所述第二假想水平线上而对种子进行定向。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

分析与种子在所述第一平面上的投影相对应的第一图像，以确定种子相对于所述第一假想水平线的方向，以及

分析与种子在所述第二平面上的投影相对应的第二图像，以确定种子相对于所述第二假想水平线的方向。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

分析所述第二图像包括：(i)识别种子的第一纵向端和第二纵向端，(ii)识别种子在所述第一纵向端处的左矩形竖向横截面，(iii)识别种子在所述第二纵向端处的右矩形竖向横截面，(iv)确定所述左矩形竖向横截面和所述右矩形横截面中的每一个的质心，以及(v)将所述左矩形竖向横截面的质心和所述右矩形竖向横截面的质心用假想线段互相连接起来，

将种子定向为平行于所述第二假想水平线，包括对种子进行定向，使得所述线段平行于所述第二假想水平线。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述左矩形竖向横截面和所述右矩形竖向横截面中的每一个的水平宽度都等于至少十个图像像素。

12.根据权利要求10所述的方法，其中：

分析所述第二图像还包括确定所述线段相对于所述第二假想水平线的角度，

为将所述线段定向为平行于所述第二假想水平线而使种子旋转的量，基于所确定的角度。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：

响应于将种子定向为平行于所述第二假想水平线，将种子投影到所述第二平面上，

响应于将种子定向为平行于所述第二假想水平线，分析与种子在所述第二平面上的投影相对应的第三图像，以识别在种脐和所述第二假想水平线之间的距离。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

分析所述第三图像包括：(i)识别种子的纵向端，(ii)确定纵向端和种脐中的每一个的质心，以及(iii)将纵向端的质心和种脐的质心用假想线段互相连接，以及

对种子进行定向以将种脐定位在所述第二假想水平线上，包括对种子进行定向，使得所述线段与所述第二假想水平线重合。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

分析所述第三图像还包括确定所述线段相对于所述第二假想水平线的角度，

为将所述线段定向为与所述第二假想水平线重合而使种子移动的量，基于所确定的角度。

16.根据权利要求1所述的方法，还包括基于种子在所述第二平面上的投影确定种子的高度，种子的高度用于确定切割刀片的位置，所述高度是种子在垂直于所述第二假想水平线的方向上的宽度。

17.根据权利要求1所述的方法，还包括通过抽吸力将种子附接到机械臂。

18.一种用于对种子成像的方法，所述方法包括：

拍摄种子的多个图像，

基于所拍摄的多个图像确定种子的方向和种子的种脐的位置，以及

基于所确定的种子的方向和种脐的位置，用机械臂移动种子以将种子定向在一位置中。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，拍摄多个图像包括：

从第一视角用第一相机拍摄种子的第一图像，

从垂直于所述第一视角的第二视角用第二相机拍摄种子的第二图像。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，确定种子的方向包括：

确定种子相对于第一拍摄图像的第一边界线的方向，以及

确定种子相对于第二拍摄图像的第二边界线的方向。

21.一种种子成像设备，包括：

机械臂，

一个以上光源，

中空主体，所述中空主体具有中心轴线并被构造为由所述一个以上光源照亮，

第一相机，所述第一相机被构造为拍摄位于所述中空主体内的种子的第一图像，所述第一图像沿着中心轴线的第一视角拍摄，

第二相机，所述第二相机被构造为沿着垂直于所述中心轴线的第二轴线的第二视角拍摄种子的第二图像，

电子控制器，所述电子控制器被构造为分析所述第一图像和所述第二图像，以确定种子用于剖分的正确方向，并指示所述机械臂将种子移动到所述正确方向。

22.根据权利要求21的种子剖分设备，其中：

所述第一相机的光轴平行于所述第二相机的光轴，

所述第一相机被构造成拍摄从相对于所述第一相机的光轴以四十五度角延伸的反射镜反射的光。

23.根据权利要求21的种子剖分设备，其中，所述机械臂被构造成通过向种子的一侧施加抽吸力来固定种子。