АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ НЕЗАГРЯЗНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ИЗ СЕМЯН И СПОСОБЫ ОТБОРА ПРОБ, ТЕСТИРОВАНИЯ И НАКОПЛЕНИЯ СЕМЯН Российский патент 2011 года по МПК G01N1/02 A01C1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам и способам отбора проб из биологического материала, такого как семена.

Уровень техники

В настоящем разделе просто приведена информация об уровне техники настоящего изобретения, которые могут не являться аналогами.

В области разработки и улучшения растений растения подвергаются генетическим улучшениям либо путем селективного разведения, либо путем манипуляций с генами и при получении желаемого улучшения получают коммерческие количества путем высевания и сбора семян в течение нескольких поколений. Не все семена обладают требуемыми признаками и, поэтому, такие семена нужно отбраковать из популяции. Для ускорения процесса накопления популяции отбирают и тестируют статистические пробы для отбраковки из популяции семян, в которых желаемые признаки выражены не адекватно. Однако статистическая выборка неизбежно допускает сохранение в популяции некоторого количества семян, не обладающих нужными признаками, и допускает возможность случайного исключения некоторого количества семян с требуемыми признаками из желаемой популяции.

Заявка на патент США №11/213,430 (поданная 26 августа 2005 г.); заявка на патент США №11/213,431 (поданная 26 августа 2005 г.); заявка на патент США №11/213,432 (поданная 26 августа 2005 г.); заявка на патент США №11/213,434 (поданная 26 августа 2005 г.); заявка на патент США №11/213,435 (поданная 26 августа 2005 г.), которые полностью включены в настоящее описание путем отсылки, раскрывают устройство и систему для автоматизированного отбора проб из семян и способы отбора проб, тестирования и накопления семян.

Однако, по меньшей мере, некоторые известные автоматизированные системы для отбора проб и тестирования допускают того или иного рода загрязнения, портящие собранные образцы, и искажают результаты. Следовательно, существует потребность в автоматизированной системе отбора проб из семян по существу без загрязнения.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к системам и способам неразрушающего отбора проб материала из семян. Способы особенно адаптированы для автоматизации, что позволяет отбирать больше проб, чем это было практично ранее. При автоматизированном, неразрушающем отборе проб, допускаемом, по меньшей мере, некоторыми вариантами настоящего изобретения, имеется возможность тестирования каждого семени в популяции и отбраковки тех семян, которые не обладают желаемыми признаками. Это значительно ускоряет процесс накопления популяции данных семян и может привести к улучшению окончательной популяции.

Различные варианты настоящего изобретения позволяют тестировать большинство семян или все семена популяции перед высевом, что позволяет не затрачивать время и ресурсы на выращивание растений, не обладающих желательными признаками. Далее, различные варианты позволяют проводить автоматизированный отбор проб из семян не внося загрязнений, тем самым по существу устраняя скрещивание между пробами.

В различных вариантах настоящего изобретения предлагается автоматизированная система отбора проб из семян, которая содержит станцию очистки для удаления, по меньшей мере, части материала оболочки с семян, и станцию отбора проб для извлечения пробы материала семени после удаления материала оболочки. Подсистема транспортировки семян перемещает семя между станцией очистки и станцией отбора проб, а система депонирования семян транспортирует семя от подсистемы транспортировки семян в выбранное гнездо в лотке для семян после отбора пробы из семени.

В различных других вариантах настоящего изобретения предлагается автоматизированная система отбора проб из семян, содержащая станцию очистки для удаления, по меньшей мере, части материала оболочки семени и станцию отбора проб для извлечения пробы материала семени, с которого удалена оболочка. Подсистема сбора проб и транспортировки захватывает извлеченную пробу в сборную трубку, установленную на устройстве позиционирования сборной трубки подсистемы сбора проб и транспортировки. Дополнительно, подсистема депонирования проб транспортирует пробу от подсистемы сбора проб и транспортировки в выбранное гнездо лотка для проб.

В других различных вариантах настоящего изобретения предлагается способ извлечения материала пробы из семени для тестирования. Способ включает этапы, на которых загружают семя в держатель автоматизированной системы отбора проб из семян, и удаляют, по меньшей мере, часть материала оболочки семени на станции очистки системы отбора проб из семян. Затем на станции отбора проб системы отбора проб из семян извлекают пробу материала семени, с которого была удалена оболочка. Семя, из которого была извлечена проба, транспортируют в выбранное гнездо лотка для семян, используя подсистему депонирования семян системы отбора проб. Извлеченную пробу одновременно транспортируют в выбранное гнездо лотка для проб, используя подсистему депонирования проб системы отбора проб. Депонированную пробу затем можно тестировать на наличие, по меньшей мере, одной желаемой характеристики семени.

В других вариантах настоящего изобретения предлагается автоматизированная система для последовательного отбора материала проб из множества семян, не затрагивания жизнеспособности семян. Система содержит станцию очистки для последовательного удаления, по меньшей мере, части материала оболочки семян с каждого семени, и станцию отбора проб для последовательного извлечения материала проб из каждого семени, с которого была удалена оболочка. Подсистема транспортировки семян транспортирует семена между станцией очистки и станцией отбора проб, а подсистема депонирования семян последовательно транспортирует каждое семя от подсистемы транспортировки семян к выбранному одному из множества гнезд в выбранном одном из множества лотков для семян. Система дополнительно содержит подсистему сбора и транспортировки проб для последовательного захвата извлеченной пробы каждого семени в соответствующую сборную трубку, установленную на одном из множества устройств позиционирования сборной трубки. Система дополнительно содержит подсистему депонирования проб для последовательной транспортировки каждой пробы от подсистемы сбора и транспортировки проб в выбранное одно из множества гнезд в выбранном одном из множества лотков для проб.

Системы и способы по настоящему изобретению позволяют проводить автоматизированный неразрушающий отбор проб из семян по существу без загрязнения. Они позволяют тестировать и сортировать большие объемы семян, тем самым, ускоряя накопление популяции семян с желаемыми признаками. Эти и другие признаки и преимущества будут отчасти очевидны, а отчасти указаны в нижеследующем описании.

Согласно первому аспекту изобретения предложена автоматизированная система отбора проб из семян, содержащая станцию загрузки семян для отделения семени от множества семян;

систему ориентирования семян для приема отделенного семени от станции загрузки семян и ориентирования указанного семени; и

станцию отбора проб для удаления пробы семенного материала от указанного семени, и дополнительно содержащая подсистему сбора и транспортировки проб для захвата извлеченной пробы в сборную трубку, установленную на устройстве позиционирования сборной трубки подсистемы сбора и транспортировки проб, станцию загрузки сборной трубки для отделения сборной трубки от множества подобных трубок и крепления сборной трубки на устройстве для позиционирования сборной трубки, подсистему доставки жидкости для доставки жидкости в сборную трубку для смешивания с отобранной пробой.

Кроме того, дополнительно содержащая подсистему депонирования проб для транспортировки смешанной пробы от подсистемы сбора и транспортировки проб к выбранному гнезду лотка для проб, станцию обработки семян для нанесения обрабатывающего вещества, по меньшей мере, на часть семени, из которого была извлечена проба, при этом обрабатывающий состав содержит полимерный или фунгицидный герметик, а также дополнительно содержащая станцию очистки для удаления остатков материала пробы с держателя семени, установленного на поворотном столе подсистемы транспортировки семян после удаления пробы из семени и после транспортировки отобранного семени в выбранное гнездо лотка для семян, станцию очистки для удаления, по меньшей мере, части материала оболочки с отделенного семени, подсистему транспортировки семени для транспортировки отделенного семени между станцией очистки и станцией отбора проб, подсистему депонирования семян для транспортировки отделенного семени от подсистемы транспортировки семени в выбранное гнездо лотка для семян после отбора пробы из семени и подсистему транспортировки семени, выполненную для транспортировки семени, которое было ориентировано, между системой ориентирования семян и станцией отбора проб.

Согласно второму аспекту изобретения предложена автоматизированная система отбора проб из семян, содержащая станцию очистки для удаления, по меньшей мере, части материала оболочки семени; станцию отбора проб для извлечения пробы материала семени, с которого удалена оболочка; подсистему сбора и транспортировки проб для захвата извлеченной пробы в сборную трубку, установленную на устройстве позиционирования сборной трубки подсистемы сбора и транспортировки проб, и подсистему депонирования проб для транспортировки пробы от подсистемы сбора и транспортировки проб к выбранному гнезду в лотке для проб, а также содержащая станцию загрузки сборных трубок для отделения сборной трубки от множества подобных сборных трубок и крепления сборной трубки на устройстве для позиционирования сборной трубки, подсистему подготовки сборных трубок для срезания части конца установленной сборной трубки, подсистему доставки жидкости в сборную трубку для смешивания с отобранной пробой.

Кроме того, в указанной системе подсистема депонирования проб выполнена с возможностью транспортирования смешанной пробы от подсистемы сбора и транспортировки проб к выбранному гнезду в лотке для проб.

При этом система согласно изобретению дополнительно содержит станцию утилизации сборных трубок для извлечения сборной трубки из устройства позиционирования сборной трубки и удаления сборной трубки после транспортировки пробы в выбранное гнездо лотка для проб, подсистему транспортировки семян для транспортировки семян между станцией очистки и станцией отбора проб; и подсистему депонирования семян для транспортировки семян от подсистемы транспортировки семян в выбранное гнездо в лотке для семян после того, как из семени была извлечена проба, станцию загрузки семян для отделения семени от множества сходных семян в бункере для семян; и систему ориентирования для приема семени от станции загрузки семян, ориентирования семени в положение вершиной вниз и транспортировки ориентированного семени в держатель семени, установленный на поворотном столе подсистемы транспортировки семян, станцию обработки семян для нанесения обрабатывающего вещества, по меньшей мере, на часть семени, из которого была извлечена проба и с которого была удалена оболочка.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложен автоматизированный способ удаления пробы из отдельных семян, содержащий этапы, на которых отделяют отдельные семена от множества семян; ориентируют отдельные семена в системе ориентирования семян; удаляют пробу, по меньшей мере, с одного из ориентированных семян в станции отбора проб; транспортируют отдельные семена в гнезда лотка для семян; и транспортируют пробу в гнездо лотка для проб и дополнительно осуществляют транспортировку семян, которые были ориентированы между системой ориентирования семян и станцией отбора проб.

При этом на этапе удаления пробы собирают пробу в сборную трубку и дополнительно доставляют жидкость в сборную трубку для смешивания с отобранной пробой.

А на этапе транспортировки пробы транспортируют смешанную пробу в выбранное гнездо лотка для проб,

Кроме того, способ дополнительно содержит этап загрузки ориентированных семян в держатель семени автоматизированной системы отбора проб из семян, а также этап, на котором ориентируют отдельные семена вершиной вниз, и этап, на котором наносят обрабатывающий состав, по меньшей мере, на часть семени, из которого была извлечена проба, а также этап, на котором удаляют остатки материала пробы с держателя семени после того, как из семени была удалена проба и семя, из которого удалена проба, было транспортировано к выбранному гнезду в лотке для семян.

Согласно способу этап удаления пробы содержит этап извлечение пробы с верхней части, по меньшей мере, одного отдельного семени.

Согласно способу анализируют пробу на одну или более из характеристик, указывающих, по меньшей мере, на один генетический химический признак и формируют изображение отдельных семян.

Из приводимого ниже описания будут очевидны и другие области применения настоящего изобретения. Следует понимать, что описание и конкретные примеры предназначены только для иллюстрации и не ограничивают объем настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Приложенные чертежи являются исключительно иллюстративными и никаким образом не ограничивают объем настоящего изобретения.

Фиг.1 - вид в перспективе системы отбора проб из семян по разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.2 - увеличенный вид в перспективе станции загрузки семян системы отбора проб на фиг.1 по разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.3 - Увеличенный вид в перспективе системы ориентирования семян системы отбора проб на фиг.1 по разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.4 - вид сбоку системы ориентирования семян на фиг.3 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.5 - вид в перспективе системы ориентирования семян на фиг.3, включая держатель семян согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.6 - увеличенный вид в перспективе держателя семян на фиг.5 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.7 - увеличенный вид сбоку держателя семян на фиг.6 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.8 - вид в перспективе станции очистки и подсистемы транспортировки семян системы отбора проб на фиг.1 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.9 - вид в перспективе станции отбора проб системы отбора проб из семян на фиг.1 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.10 - увеличенный вид сбоку станции отбора проб, показанной на фиг.9, во время работы системы отбора проб на фиг.1 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.11 - вид сбоку устройства доставки жидкости системы отбора проб на фиг.1 в отведенном положении, согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.12 - вид сбоку устройства доставки жидкости, показанного на фиг.11, в выдвинутом положении, согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.13 - вид в перспективе платформы для лотка для проб системы отбора проб на фиг.1 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.14 - вид в перспективе станции обработки семян системы отбора проб на фиг.1. согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.15 - вид сбоку транспортера семян системы отбора проб на фиг.1 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.16 - вид в перспективе платформы для лотка для семян системы отбора проб на фиг.1, согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.17 - вид сбоку станции загрузки сборной трубки системы отбора проб на фиг.1, согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.18 - вид в перспективе подсистемы подготовки сборной трубки системы отбора проб на фиг.1, согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Фиг.19 - вид в перспективе станции очистки системы отбора проб на фиг.1 согласно разным вариантам настоящего изобретения.

Одинаковые детали на различных чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Осуществление изобретения

Нижеследующее подробное описание является по своей природе иллюстративным и никоим образом не ограничивает настоящее изобретение или варианты его применения или использования. Во всем описании одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

На фиг.1 показана автоматизированная система 10 отбора проб из семян по разным вариантам настоящего изобретения. По существу, система 10 отбора проб из семян содержит станцию 100 загрузки семян, станцию 200 ориентирования семян, подсистему 300 транспортировки семян, станцию 400 очистки, станцию 500 отбора проб, подсистему 600 сбора и транспортировки проб, подсистему 700 доставки жидкости, подсистему 800 депонирования проб, станцию 900 обработки семян и подсистему 1000 депонирования семян.

Система 10 отбора проб сконструирована и предназначена для изолирования семени из желоба 104 станции 100 загрузки семян, ориентирования семени на станции 200 ориентирования и переноса семени на станцию 400 очистки с помощью подсистемы 300 транспортировки. Система 10 отбора проб из семян, кроме того, сконструирована и предназначена для удаления части материала оболочки семени на станции 400 очистки, переноса семени на станцию 500 отбора проб с помощью подсистемы 300 транспортировки, где из семени извлекают материал пробы в точке, откуда был удален материал оболочки. Система 10 отбора проб, кроме того, сконструирована и предназначена для транспортировки извлеченной пробы в подсистему 800 депонирования проб с помощью подсистемы 700 транспортировки проб и депонирования извлеченной пробы в лоток 14 для проб, расположенный на подсистеме 800 депонирования проб. В различных вариантах настоящего изобретения материал проб собирают в одноразовую трубку для проб и доставляют в лоток 14 для проб с помощью жидкости, как более подробно описано ниже. Кроме того, система 10 отбора проб сконструирована и предназначена для обработки, например, нанесения защитного покрытия на обнаженный участок семени на станции 900 обработки семян и транспортировки семени на подсистему 1000 депонирования семян, где семя депонируется в лоток 18 для семян на платформе подсистемы 1000 депонирования семян.

Следует понимать, что система 10 отбора проб из семян показанная и описанная в настоящем документе, содержит разные стационарные стойки, балки, платформы, подставки, основания и пр., к которым крепятся, с которыми соединяются или на которых монтируются различные описанные компоненты, устройства, механизмы, системы, подсистемы, узлы и сборочные узлы. Хотя такие стойки, балки, платформы, подставки, основания и пр. необходимы в конструкции системы 10 отбора проб из семян, описание их расположения, ориентации и взаимосвязей не является необходимым для специалиста для того, чтобы легко и полностью понять конструкцию, функции и работу этой системы 10. В частности, такие стойки, балки, платформы, подставки, основания и пр. четко показаны на чертежах и, поэтому их расположение, ориентация и соединения понятны специалистам. Следовательно, для упрощения, такие стойки, балки, платформы, подставки, основания и пр. будут упоминаться далее просто как опорные конструкции системы без дополнительного описания их расположения, ориентации и соединений.

Как показано на фиг.2 и 3, в различных вариантах станция загрузки семян содержит желоб 104 для семян и сепарирующее колесо 108. Сепарирующее колесо 108 установлено с возможностью вращения в вертикальной плоскости так, что часть сепарирующего колеса 108 входит внутрь желоба 104 для семян. Другая часть сепарирующего колеса 108 выходит наружу из желоба 104 для семян так, что грань 120 сепарирующего колеса 108 расположена рядом с приемником 124 для семян. Сепарирующее колесо 108 содержит множество разнесенных друг от друга углублений 128, которые выполнены на грани 120 и сообщаются с вакуумной системой (не показана) так, что в каждом углублении 128 может создаваться разрежение.

Для начала работы системы 10 отбора проб из семян, семена, из которых нужно отобрать и протестировать пробы, помещают во внутренний резервуар желоба 104 и, по меньшей мере, на часть углублений 128, например, на углубления 128 на грани 120 той части сепарирующего колеса 108, которая входит во внутренний резервуар желоба 104, подают вакуум. Сепарирующее колесо 108 затем приводят в прерывистое вращение шаговым электродвигателем 132 так, что углубления 128 последовательно поворачиваются, проходя через внутренний резервуар желоба 104, выходят из желоба 104 и проходят мимо сборника 124 семян, прежде чем вновь вернуться во внутренний резервуар желоба 104. По мере того как сепарирующее колесо прерывисто вращается и углубления 128 прерывисто проходят через внутренний резервуар желоба 104, отдельные семена захватываются и удерживаются в каждом углублении 128 вакуумом, создаваемым в соответствующих углублениях 128. По мере того, как сепарирующее колесо 108 прерывисто вращается, семена выносятся из желоба 104 в приемник 124, куда каждое семя удаляется с грани 120 сепарирующего колеса 108. После того, как каждое семя будет выгружено из сепарирующего колеса 108, семя попадает через транспортную трубку 136 загрузочной станции под воздействием силы тяжести, разрежения или сжатого воздуха, на прибор 204 для формирования изображения семени системы 200 ориентирования семени. Транспортная трубка 136 станции загрузки имеет такой размер, что ее внутренний диаметр позволяет семени проходить через транспортную трубку 136 загрузочной станции только в продольной ориентации. То есть, семя может пройти через транспортную трубку 136 загрузочной станции только в ориентации концом вверх или концом вниз и внутренний диаметр не позволит семени кувыркаться или переворачиваться, когда оно проходит по транспортной трубке 136 станции загрузки.

В различных вариантах настоящего изобретения сборник 124 семян содержит скребок (не показан), который физически извлекает каждое семя из соответствующего углубления 128, когда сепарирующее колесо 108 прерывисто вращается мимо сборника 124 семян. Затем, извлеченное семя проходит по транспортной трубке 136 загрузочной станции на прибор 204 для формирования изображения. Альтернативно, в различных других вариантах, каждое семя может освобождаться из углубления 128 путем временного прекращения создания разрежения в каждом индивидуальном углублении 128, когда это индивидуальное углубление 128 подходит к сборнику 124 семян. После этого, извлеченное семя подается на прибор 204 для формирования изображения через транспортную трубку 136 станции загрузки. В других вариантах каждое семя может выдуваться из соответствующего углубления 128, когда индивидуальное углубление 128 расположено рядом с приемником 124 семян. Затем, извлеченное семя транспортируется на прибор 204 для формирования изображения по транспортной трубке 136 станции загрузки.

Дополнительно, в различных вариантах настоящего изобретения, станция 100 загрузки семян может содержать бункер 140 большой емкости для семян, имеющий фигурную поверхность и механизм 144 вибрационной подачи. В бункер 140 большой емкости можно закладывать большое количество семян, которые подаются на механизм 144 вибрационной подачи. Механизмом 144 вибрационной подачи можно управлять для дозирования семян, подаваемых в желоб 104, где семена сепарируются и переносятся на прибор 204 для формирования изображений системы 200 ориентирования семян, как описано выше.

Как показано на фиг.3 и 4, система 200 ориентирования семян содержит приспособление 204 для формирования изображений семян, устройство 208 формирования изображений и устройство 212 для ориентирования семян, установленное на платформе 214 с неподвижным центром системы 10 для отбора проб из семян. Прибор для формирования изображений семян содержит окно 216 и внутреннюю область ориентирования семян, видимую через окно 216. Устройство 212 ориентирования содержит поворотный привод 220, выполненный с возможностью поворачивать семя, когда семя подвешено в области ориентирования. Приспособление 204 для формирования изображений соединено с концом транспортной трубки 136 станции загрузки, а устройство 208 формирования изображений установлено на опорной структуре системы рядом с приспособлением для формирования изображений так, что семя, подвешенное в области ориентирования семени, находится в поле зрения устройства 208 формирования изображений сквозь окно 216.

Когда семя будет перенесено на приспособление 204 для формирования изображений по транспортной трубке 136 станции загрузки, семя подвешивается в области ориентирования рядом с окном 216 и просматривается устройством 208 формирования изображений сквозь окно 216. В различных других вариантах семя левитирует в области ориентирования с использованием воздуха, подаваемого по транспортной трубке 224 системы ориентирования, соединенной с дном приспособления 204 для формирования изображений напротив транспортной трубки 136 станции загрузки. Или, в альтернативных вариантах семя может физически удерживаться в области ориентирования с помощью любого подходящего механического удерживающего средства.

Когда семя подвешено рядом с окном 216, изображение семени в приспособлении для формирования изображений фиксируется устройством 208 формирования изображений. Устройством 208 формирования изображений может быть любое устройство, способное принимать сквозь окно 216 изображение семени, подвешенного в области ориентирования. Например, в различных вариантах устройство 208 формирования изображений содержит высокоскоростную цифровую камеру высокого разрешения, такую как камеру машинного зрения, использующую передовые технологии визуализации (DVT). Изображение передается на контроллер системы (не показан), построенный на основе компьютера, где определяется ориентация семени, т.е. вершиной вверх или вершиной вниз. В разных вариантах устройство 208 формирования изображения семени дополнительно находит центроид семени и идентифицирует наиболее удаленную точку от центроида как вершину семени.

Если будет определено, что семя ориентировано вершиной вниз, семя транспортируется в этой ориентации вершиной вниз через транспортную трубку 224 системы ориентирования в один из множества держателей 304 семени. Если будет определено, что семя ориентировано вершиной вверх, контроллер системы подает команду на переворачивающий привод 200 на поворот семени на 180° для перевода семени в ориентацию вершиной вниз. Например, переворачивающий привод 220 может быть пневматическим, использующим воздух для вращения семени, пока оно не перевернется вершиной вниз и такая ориентация не будет определена устройством 208 формирования изображения. Либо переворачивающий привод может быть механическим приводом, который переворачивает семя, удерживаемое подходящим механическим удерживающим устройством для перемещения семени в ориентацию вершиной вниз. Приняв ориентацию вершиной вниз, семя транспортируется в этой ориентации вершиной вниз по транспортной трубке 224 системы ориентирования на один из держателей 304 семян. Ориентирование семян вершиной вниз минимизирует риск для жизнеспособности семени, когда из семени извлекается проба, как будет описано ниже. В различных вариантах семена транспортируются по транспортной трубке 224 системы ориентирования под действием силы тяжести, т.е., семена падают с приспособления 204 для формирования изображений через транспортную трубку 224 в один из держателей 304 семян. Дополнительно, во время транспортировки к соответствующему держателю 304 каждое семя удерживается в нужной ориентации, т.е., вершиной вниз, за счет того, что размер внутреннего диаметра транспортной трубки 224 не позволяет семени перевернуться вершиной вверх.

В настоящем изобретении контроллером системы может быть система, построенная на одном компьютере или множество подсистем, соединенных в сеть для координации одновременно выполняемых операций системы 10 отбора проб из семян, описываемой в настоящем документе. Например, контроллер системы может содержать множество контроллерных подсистем, например, контроллерные подсистемы для каждой станции, описанной в настоящем документе. Каждая контроллерная подсистема может содержать один или более процессоров или микропроцессоров, которые поддерживают связь с различными датчиками, устройствами, механизмами, электродвигателями, инструментами и пр. системы отбора проб из семян, и которые соединены в сеть с системой ведущего компьютера для координированного управления всеми станциями, системами и подсистемами системы 10 отбора проб из семян.

Держатели 304 семян установлены с равными интервалами по периметру моторизованного поворотного стола 308 подсистемы 300 транспортировки семян. Транспортная трубка 224 системы ориентирования соединена первым концом с приспособлением 204 для формирования изображений семян так, что второй конец транспортной трубки 224 системы ориентирования семян расположен на определенном расстоянии над периферийным участком поворотного стола 308. Более конкретно, второй конец транспортной трубки 224 системы ориентирования расположен над поворотным столом 308 на расстоянии достаточном, чтобы позволить держателям 304 семян проходить под вторым концом транспортной трубки системы ориентирования. Однако второй конец транспортной трубки 224 системы ориентирования также расположен над поворотным столом 308 так, чтобы между этим вторым концом и держателями 304 оставался лишь небольшой зазор. Поэтому каждое семя сохраняет свою ориентацию вершиной вниз при перемещении из транспортной трубки 224 системы ориентирования в один из держателей 304 семян.

Как показано на фиг.5, 6 и 1, каждый держатель 304 семени сконструирован и предназначен для жесткого удержания соответствующего семени в ориентации вершиной вниз. Каждый держатель 304 семени содержит пару расположенных друг против друга зажимных головок 312, установленных с возможностью скольжения в расположенных друг против друга зажимных гнездах 316. Расположенные друг против друга зажимные гнезда 316 разделены каналом 318 для семени, сформированным поперечно вдоль центральной линии С держателя 304 семени. Каждая зажимная головка 312 соединена с соответствующим зажимным поршнем 320 через соответствующий зажимной шток 324. Каждый зажимной поршень 320 установлен с возможностью скольжения в соответствующем продольном цилиндре 328 держателя 304 семени. В каждом цилиндре 328 между основанием соответствующего поршня и дном соответствующего цилиндра 328 установлена пружина 332 сжатия. Соответственно, каждая зажимная головка 312 поджимается к центральной линии С держателя 304 семени. Когда держатель 304 семени находится в нерабочем состоянии, т.е., когда соответствующий держатель не удерживает семя или не приводится в действие для удержания семени, расположенные друг против друга зажимные головки 312 поджимаются пружинами 332 в полностью выдвинутое или рабочее положение. Когда зажимные головки 312 находятся в рабочем положении, вершина каждого соответствующего поршня 320 входит в соответствующий канал 336 для вилки, проходящий поперечно через держатель 304 семени с противоположных сторон от канала 318 для семени.

Каждая зажимная головка 312 выполнена из нетвердого упругого материала, такого как "неопрен", так что семя, удерживаемое между расположенными друг против друга зажимными головками 312, как описано ниже, не повреждается.

Как описано выше, держатели 304 семян установлены с одинаковыми интервалами по периметру поворотного стола 308. Перед, после или по существу одновременно с процессом ориентирования, описанным выше, поворотный стол 308 поворачивается для подвода пустого, т.е., в котором отсутствует семя, держателя 304 семени под транспортную трубку 224 системы ориентирования. Более конкретно, под транспортной трубкой 224 системы ориентации позиционируется канал 318 для семени. Когда держатель 304 семени установлен под транспортной трубкой 224 системы ориентирования, приводится в действие автоматическое устройство 340 разведения зажимных головок для разведения зажимных головок 312 так, чтобы между ними могло быть принято семя. Устройство 340 разведения зажимных готовок установлено на опорной структуре системы рядом с устройством 212 ориентирования семени и содержит пару зубцов 344 вилки, соединенных с основанием 348 вилки. Устройство 340 разведения зажимных готовок выполнено с возможностью выдвижения основания 348 вилки и зубцов 344 к держателю 304 семени. Например, устройство 340 разведения зажимных головок может быть пневматическим устройством, выполненным с возможностью выдвигать и втягивать основание 348 вилки. Каждый зубец 344 вилки имеет скошенный участок дистального конца, размер которого позволяет ему входить в каналы 336 для вилки.

При активации устройства 340 разведения зажимных головок, основание 348 выдвигается к держателю 304 семени так, что зубцы 344 вставляются в каналы 336 для вилки. Когда каждый зубец 344 скользит в соответствующий канал 336, скошенные дистальные концевые участки входят между вершиной каждого соответствующего поршня 320 и внутренней стенкой канала 336 для вилки. По мере дальнейшего продвижения зубцов 344 в каждый канал 336, скос каждого зубца отводит соответствующий поршень 320 наружу от центральной линии С держателя семени. Соответственно, когда поршни отведены наружу от центральной линии С, зажимные головки 312 также отведены наружу друг от друга и от центральной линии С. Таким образом, зажимные головки 312 смещены в отодвинутое положение, в котором между ними можно поместить семя.

Когда зажимные головки 312 разведены, правильно ориентированное семя можно транспортировать по транспортной трубке 224 системы ориентирования и помещать его вершиной вниз между зажимными головками 312. В различных вариантах система 10 отбора проб из семян дополнительно содержит подсистему 360 позиционирования семени по высоте для установки семени на определенной высоте в соответствующем держателе 304 семени. Подсистема позиционирования семени по высоте содержит вертикальное позиционирующее устройство 364, установленное на опорной структуре системы под периметром поворотного стола 308, прямо напротив транспортной трубки 224 системы ориентирования, а также привод 368 базовой плиты, установленный на центральной платформе 214, прямо напротив устройства 340 разведения зажимных головок. Устройство 364 вертикального позиционирования содержит подпружиненный плунжер 372, установленный на головке 376 позиционирующего устройства, а привод 368 базовой плиты содержит базовую плиту 380, установленную на головке 384 привода базовой плиты. Устройство 364 вертикального позиционирования выполнено с возможностью выдвигать позиционирующую головку 376 и плунжер 372 к дну поворотного стола 308 прямо напротив центральной линии С держателя семени. Например, устройство 364 вертикального позиционирования может быть пневматическим устройством, выполненным с возможностью выдвигать и убирать плунжер 372. Аналогично, привод 368 базовой плиты выполнен с возможностью выдвигать приводную головку 384 и базовую плиту 380 поверх канала 318 для семени в держателе семени. Например, привод 368 базовой плиты может быть пневматическим устройством, выполненным с возможностью выдвигать и убирать базовую плиту 380.

Когда семя помещено между разведенными зажимными головками 312, позиционирующая головка 367 выдвигается вверх для введения плунжерного вала 388 через отверстие (не показано) в дне поворотного стола 308 и соосное отверстие (не показано) в дне канала 318 держателя семени. По существу одновременно, привод 368 базовой плиты выдвигает приводную головку 384 для установки базовой плиты 380 на заданном расстоянии над держателем 304 семени, прямо над отверстием в дне канала 318 держателя семени. Более конкретно, когда позиционирующая головка 376 движется вверх, плунжерный вал 388 выдвигается в соосные отверстия и вступает в контакт с вершиной семени. Семя в это время выталкивается вверх между зажимными головками 312, пока тыльная часть семени не коснется базовой плиты 380. Подпружиненная конструкция плунжера 372 позволяет валу 388 отводиться внутри плунжера 372, когда тыльная часть семени касается базовой плиты 380 так, что семя удерживается на месте без повреждений. Соответственно, тыльная часть семени располагается на конкретной высоте относительно верхней поверхности поворотного стола 308.

Когда тыльная часть семени удерживается в контакте с базовой плитой 380 подпружиненным плунжером 372, устройство 340 разведения зажимных головок приводится в действие, и убирает основание 348 вилки и извлекает зубцы 344 из соответствующих каналов 336. При извлечении зубцов 344, пружины 332 поджимают зажимные головки 312 к рабочему положению и прочно зажимают семя между зажимными головками 312. Затем, базовая плита 380 и плунжерный вал 388 отодвигаются, оставляя семя правильно позиционированным, или "загруженным" в соответствующем держателе 304 семени. Затем контроллер системы поворачивает поворотный стол 308 для подвода "загруженного" держателя 304 семени под станцию 400 очистки, а следующего, пустого держателя 304 семени под устройство 212 ориентирования семени.

Как показано на фиг.8 и как описано выше, система 10 отбора проб из семян содержит транспортную подсистему 300 для транспортировки семян между отдельными станциями системы, т.е., станцией 100 загрузки, станцией 400 очистки, станцией 500 отбора проб и т.д. По существу подсистема 300 транспортировки семян может быть любым подходящим транспортирующим механизмом, таким как ленточный конвейер, роликовый конвейер и т.п. В разных вариантах настоящего изобретения, однако, транспортная подсистема 300 содержит круглый поворотный стол, в центре которого выполнен шарнир для вращения. Поворотный стол 308 условно разделен на множество секторов и каждый сектор содержит держатель 304 семени. Количество секторов на поворотном столе 308 может быть четным или нечетным и выбранное количество в значительной степени зависит от диаметра поворотного стола 308, размера держателей 304 семян и потребностей в транспортировке.

Круглый поворотный стол 308 шарнирно установлен своим центром на системе 390 вала и подшипников. В разных вариантах настоящего изобретения вал (не показан) системы 390 может быть непосредственно соединен с приводным электродвигателем 392. Альтернативно, вал может быть выполнен отдельно от приводного электродвигателя 392 и приводиться во вращение соответствующей цепной передачей, ременной передачей или зубчатой передачей. В различных вариантах настоящего изобретения приводной электродвигатель 392 может быть высокомоментным шаговым электродвигателем.

При работе приводной электродвигатель 392 поворотного стола 308 приводится в действие для пошагового поворота (по часовой стрелке или против часовой стрелки, в зависимости от конфигурации) поворотного стола 308 от станции к станции системы 10 отбора проб. Поэтому держатели 304 семян совмещаются с вспомогательными устройствами, такими как загрузочная станция 100, станция 400 очистки, станция 500 отбора проб и пр. В такой конфигурации вспомогательные устройства могут быть установлены вокруг поворотного стола 308 на станциях, которые совмещены с каждым положением и, следовательно, иметь точный доступ к семенам и держателям 304 семян. В той степени, в которой это необходимо, периферийные кромки поворотного стола 308 могут поддерживаться роликами, направляющими, опорами скольжения и пр., обеспечивая плавное вращение транспортирующего поворотного стола.

Как далее показано на фиг.8 и как описано выше, когда каждый держатель 304 "загружен" семенем, контроллер системы поворачивает поворотный стол 308 для позиционирования загруженного держателя 304 семени под станцией 400 очистки. Станция 400 очистки содержит, по меньшей мере, один инструмент 404 для очистки, установленный на опорной структуре системы над периметром поворотного стола 308. Один или более инструмент 404 для очистки используется для удаления части оболочки с каждого семени, когда соответствующий держатель 304 семени находится под станцией 400 очистки. Каждый инструмент 404 для очистки содержит привод 408 по оси Z, выполненный с возможностью опускать и поднимать, по меньшей мере, часть соответствующего инструмента 404 для очистки по оси Z. Каждый инструмент 404 для очистки управляется контроллером системы и может приводиться в действие электрическими, пневматическими или гидравлическими средствами.

Инструмент (инструменты) 404 для очистки может быть любым подходящим механизмом для удаления части материала оболочки семени с каждого семени. Например, в различных вариантах настоящего изобретения, каждый инструмент 404 для очистки является вращающимся устройством, включающим в себя привод 408 оси Z и привод 412 вращения, оперативно соединенный с патроном 416 для режущего инструмента. Каждый привод 408 оси Z выполнен с возможностью опускать и поднимать соответствующий патрон 416 и резец 420, зажатый в патроне 416, по оси Z. Резец 420 может быть любым инструментом, пригодным для удаления материала оболочки семени, таким как резец, сверло, фасонная фреза, бурав или шабер. Например, в различных вариантах настоящего изобретения резец 420 представляет собой торцевой резец. Каждый привод 408 оси Z управляется контроллером системы для опускания соответствующего привода 408 оси Z на конкретное заранее определенное расстояние. Привод 412 вращения каждого вращающегося инструмента 404 для очистки выполнен с возможностью приведения во вращения соответствующего зажимного патрона 416 и любого режущего инструмента 420, зажатого в этом патроне 416.

При работе, когда держатель 304 семени расположен под вращающимся инструментом 404 для очистки, включается привод 412 вращения для приведения во вращение патрона 416 и резца 420. Затем, на привод 408 оси Z подается команда на опускание соответствующего патрона 416 и резца 420 на конкретное заранее определенное расстояние. Когда вращающийся резец 420 опускается, он контактирует с тыльной стороной семени и удаляет оболочку семени, по меньшей мере, с части его тыльной стороны. При этом обнажается часть внутреннего материала семени, который можно извлечь и использовать для тестирования и анализа различных признаков соответствующего семени, как будет описано ниже.

В различных вариантах настоящего изобретения станция 400 очистки содержит, по меньшей мере, два инструмента 404 для очистки, установленных на блоке 424 горизонтального перемещения станции очистки, который установлен на опорной структуре системы. Блок 424 горизонтального перемещения станции очистки управляется контроллером системы для позиционирования выбранного одного из инструментов 404 для очистки над держателем 304 семени, расположенным под станцией 400 очистки. Выбранный инструмент 404 для очистки затем приводят в действие как описано выше, чтобы удалить оболочку, по меньшей мере, с части тыльной стороны соответствующего семени. Затем, контроллер системы может позиционировать второй из инструментов 404 для очистки над следующим держателем 304 семени, расположенным под станцией 400 очистки. Затем включают второй выбранный инструмент 404 для очистки, как описано выше, чтобы удалить оболочку, по меньшей мере, с части тыльной стороны семени. В таких вариантах станция 400 очистки дополнительно может содержать, по меньшей мере, один узел 428 очистки резца для очистки резца 416 холостого, т.е., не используемого инструмента 404 для очистки. То есть, пока один инструмент 404 для очистки работает для удаления оболочки с соответствующего семени, резец 420 холостого второго инструмента 404 для очистки может очищаться узлом 428 очистки в подготовке к следующей операции очистки. В различных вариантах настоящего изобретения узлы 428 очистки резца для удаления и/или сбора остатков оболочки семени, которые могли скопиться на резцах 420 инструментов 404 для очистки, используют сжатый воздух или разрежение.

Как показано на фиг.9, когда с семени удалена оболочка, контроллер системы поворачивает поворотный стол 308 для позиционирования соответствующего держателя 304 семени под станцией 500 отбора проб. Станция 500 отбора проб содержит, по меньшей мере, один пробоотборник 504, установленный на опорной структуре системы, привязанной к центральной платформе 214 над поворотным столом 308. Один или более пробоотборник 504 используется для извлечения части, т.е., пробы, обнаженного внутреннего материала семени, когда соответствующий держатель 304 семени расположен под станцией 500 отбора проб. Каждый пробоотборник 504 содержит привод 508 оси Z, выполненный с возможностью опускать и поднимать, по меньшей мере, часть соответствующего пробоотборника по оси Z. Каждый пробоотборник 504 управляется контроллером системы и может приводиться в действие электрическими, пневматическими или гидравлическими средствами.

Пробоотборник(и) 504 может быть любым подходящим механизмом для извлечения пробы обнаженного внутреннего материала из каждого семени. Например, в различных вариантах настоящего изобретения, каждый пробоотборник 504 является вращающимся устройством, содержащим привод 508 оси Z и привод 512 вращения, оперативно соединенный с зажимным патроном 516. Каждый привод 508 оси Z выполнен с возможностью опускать и поднимать соответствующий патрон 516 и инструмент 520 для отбора проб, зажатый в патроне 516, по оси Z. Инструментом 520 для отбора проб может быть любой инструмент, внешний диаметр которого меньше, чем окружность области обнаженного внутреннего материала семени, и способный извлекать пробу из обнаженного внутреннего материала семени, такой как сверло, фасонная фреза, бурав, или трубка для взятия проб. Важно, чтобы инструмент 520 для отбора проб имел меньший диаметр, чем резец 420, чтобы получать материал пробы из участка, с которого был удален материал оболочки семени, тем самым устраняя возможность загрязнения материала пробы материалом оболочки семени.

Например, в различных вариантах настоящего изобретения инструмент 520 для отбора проб содержит долотчатое сверло, имеющее внешний диаметр меньший, чем внешний диаметр резца 420. Каждый привод 508 оси Z управляется контроллером системы для опускания соответствующего привода оси Z на конкретное заранее определенное расстояние. Привод 512 вращения каждого вращающегося пробоотборника 504 приводит во вращение соответствующий патрон 516 и любой инструмент 520 для отбора проб, зажатый в патроне 516.

При работе, когда держатель 304 семени расположен под вращающимся пробоотборником 504, привод 512 вращения включается для начала вращения патрона 516 и инструмента 520 для отбора пробы. Привод 508 оси Z затем получает команду на опускание соответствующего патрона 516 и инструмента 520 для отбора пробы на конкретное заранее определенное расстояние. Когда вращающийся инструмент 520 для отбора пробы опускается, он вступает в контакт с обнаженным внутренним материалом семени и вырезает пробы внутреннего материала. Затем пробу удаляют, или извлекают, для тестирования и анализа на различные признаки и/или характеристики соответствующего семени, как будет описано ниже.

В различных вариантах настоящего изобретения станция 500 отбора проб содержит, по меньшей мере, два пробоотборника 504, установленных на блоке 524 горизонтального перемещения, который установлен на опорной структуре системы. Блок 524 горизонтального перемещения станции отбора проб управляется контроллером системы для позиционирования выбранного одного из пробоотборников 504 над держателем 304 семени, расположенным под станцией 500 отбора проб. Выбранный пробоотборник 504 затем применяют как описано выше для извлечения пробы из обнаженного внутреннего материала соответствующего семени. Затем, контроллер системы может позиционировать второй пробоотборник 504 над следующим держателем 304 семени, расположенным под станцией 500 отбора проб. Затем второй пробоотборник применяют, как описано выше, для извлечения пробы из обнаженного внутреннего материала соответствующего семени. В таких вариантах станция 500 отбора проб может дополнительно содержать, по меньшей мере, один узел 528 очистки инструмента 520 для отбора проб на холостом, т.е. не используемом пробоотборнике 504. То есть, когда один пробоотборник 504 работает, извлекая пробу из соответствующего семени, инструмент 520 холостого пробоотборника 504 можно очищать на узле 528 очистки в подготовке к следующей операции отбора пробы. В различных вариантах настоящего изобретения в узле 528 очистки инструмента для отбора пробы для удаления и/или сбора остатков внутреннего материала семени, которые могли скопиться на инструментах 520 пробоотборников 504, используют сжатый воздух или разрежение.

Как показано на фиг.9 и 10, подсистема 600 сбора и транспортировки проб управляется контроллером системы для работы синхронно со станцией 500 отбора проб для сбора каждой пробы, извлеченной из каждого семени. Подсистема 600 сбора и транспортировки проб содержит моторизованную вращающуюся платформу 604, приводимую в действие приводным электродвигателем (не показан), аналогично приводному электродвигателю 392 поворотного стола 308 (показанному на фиг.8). Подсистем сбора и транспортировки проб дополнительно содержит множество устройств 608 позиционирования сборных трубок, расположенных с одинаковыми интервалами и прикрепленных по периметру вращающейся платформы 604. Каждое устройство 608 позиционирования сборной трубки содержит поворотный брусок 612, имеющий пустотелый держатель 616 трубки, проходящий в поперечном отверстии (не показано) в поворотном бруске 612. Держатель 616 трубки содержит дистальный конец 618, выполненный с возможностью принимать основание 620 сборной трубки 624, и проксимальный конец 628, выполненный с возможностью принимать трубку (не показана) пневматической системы.

Каждое устройство 608 позиционирования сборной трубки содержит привод 632 поворотного бруска, которым управляет контроллер системы для поворота бруска 612 в разные положения вокруг продольной оси поворотного бруска 612. В разных вариантах настоящего изобретения привод 632 поворотного бруска выполнен с возможностью поворачивать держатель 616 трубки между положением промывки, показанным на фиг.11, положением сбора, показанным на фиг.10, и положением загрузки и депонирования, показанным на фиг.13 и 17. Устройство 608 позиционирования сборных трубок дополнительно содержит стопорной рычаг 636, соединенный с поворотным бруском 612 и регулировочный упор 640, например, установочный винт, взаимодействующий с упорным рычагом 636 с возможностью регулировки. Стопорной рычаг 636 и регулируемый упор 640 поворачиваются вместе с поворотным бруском 612 и предназначены для точной остановки поворота бруска 612 так, чтобы держатель 616 трубки находился в положении сбора.

Одновременно с работой станции 100 загрузки семян, станцией 400 очистки и станцией 500 отбора проб, подсистема 600 сбора и транспортировки проб работает, загружая сборную трубку 624 в держатель 616 каждого устройства 608 позиционирования сборной трубки, собирает пробы в сборные трубки 624, при извлечении каждой пробы, и депонирует собранные пробы в лотки 14 для проб. Операции загрузки сборных трубок 624 в держатели 616 и депонирования собранных проб в лотки 14 будут описаны ниже со ссылками на фиг.17. и фиг.12 и 13 соответственно. Сборной трубкой 624 может быть любой контейнер или устройство, пригодное для установки в держатель 616 и для сбора проб, как описывается ниже. Например, в различных вариантах настоящего изобретения сборные трубки являются одноразовыми так, что каждая проба собирается в чистую сборную трубку 624. Примером такой одноразовой сборной трубки 624 является фильтрующая пипетка.

Как описано выше, подсистема 600 сбора и транспортировки проб управляется контроллером системы для синхронной координированной работы со станцией 500 отбора проб для сбора каждой пробы, извлеченной из каждого семени. Более конкретно, перед извлечением пробы из семени, контроллер системы поворачивает платформу 604 для позиционирования устройства 608 позиционирования сборной трубки рядом со станцией 500 отбора проб так, что соответствующий держатель 616 трубки совмещен с семенем, удерживаемым в соседнем держателе 304 семени, который подведен под пробоотборник 504 путем управляемого поворота поворотного стола 308. Перед позиционированием устройство 608 позиционирования сборной трубки, расположенное рядом с держателем 304 семени, расположенным под станцией 500 отбора проб, система 600 сбора и транспортировки проб уже загрузила сборную трубку в соответствующий дистальный конец 618 и соответствующий привод 632 поворотного бруска поднял сборную трубку 624 в положение над положением сбора, т.е., в положение промывки. Когда устройство 608 позиционирования сборной трубки подведено к соответствующему держателю 304 семени, привод 632 поворотного бруска опускает загруженную сборную трубку 624 до тех пор, пока регулируемый упор 640 на войдет в контакт с упорной пластиной 648, установленной на опорной структуре системы между поворотным столом 308 и платформой 604, рядом со станцией 500 отбора проб. Регулируемый упор 640 заранее настроен так, что вращение поворотного бруска 612 останавливается для точного позиционирования конца 672 сборной трубки 624 очень близко к тыльной части семени или в контакте с тыльной частью семени, удерживаемого в соседнем держателе 304 семени.

Инструмент 620 пробоотборника 504 затем опускают для начала извлечения пробы, как описано выше. Когда инструмент 620 для отбора пробы опускают, на конец 672 сборной трубки подают разрежение. Разрежение подают через вакуумную трубку (не показана), соединенную с проксимальным концом 628 держателя 616 трубки. Вакуумная трубка также соединена с источником разрежения (не показан) так, что вакуум создается в вакуумной трубке, пустотелом держателе 616 и в сборной трубке 624. Соответственно, когда инструмент 620 для отбора проб извлекает материал пробы, проба засасывается в сборную трубку 624, где она и сохраняется. В различных вариантах настоящего изобретения станция 500 отбора проб содержит устройство (не показано) для создания положительного давления, помогающего разрежению, создаваемому у соответствующего семени, собрать по существу весь извлеченный материал пробы в соответствующую сборную трубку 624.

Каждая сборная трубка содержит фильтр 676, предотвращающий засасывание пробы в держатель 616 трубки и в вакуумную трубку. Когда проба собрана, привод 632 поворотного бруска поднимает сборную трубку 624 в положение промывки и соответствующее устройство 608 позиционирования сборной трубки подается в положение, расположенное рядом с подсистемой 700 доставки жидкости. Затем, другое устройство 608 позиционирования сборной трубки и пустая сборная трубка 624 подводятся к следующему держателю 304 семени и семени, из которого еще не была взята проба, которые были подведены к станции отбора проб.

Как показано на фиг.11 и 12, подсистема 700 доставки жидкости содержит устройство 704 для инъекции жидкости, установленное на линейном приводе 708, выполненном с возможностью выдвигать и убирать устройство 704 для инъекции жидкости вдоль линейной оси М. Более конкретно, линейный привод 708 выполнен с возможностью вставлять инъекционную иглу 712, прикрепленную к устройству 704 для инъекции жидкости, в конец 762 соответствующей сборной трубки 624 и извлекать ее и из этого конца. Когда сборная трубка 624 с отобранной пробой поднята в положение промывки и подведена к подсистеме 700 доставки жидкости, линейный привод 708 и инъекционная игла 712 находятся в отведенном положении, как показано на фиг.11. Привод 632 поворотного бруска и поворотная платформа 604 управляются контроллером системы так, чтобы когда устройство 608 позиционирования сборной трубки подведено к подсистеме 700 доставки жидкости и сборная трубка поднята в положение промывки, линейная ось сборной трубки по существу совпадала с линейной осью М устройства 704 для инъекции жидкости, как показано на фиг.11.

Когда линейная ось сборной трубки 624 расположена соосно с осью М, линейный привод 708 выдвигается, чтобы вставить инъекционную иглу 712 в конец 672 сборной трубки 624. Устройство 704 для инъекции жидкости соединено с источником экстрагирующей жидкости (не показан) через жидкостный порт 716, соединенный с дозирующим клапаном 720 устройства 704 для инъекции жидкости. Поэтому, когда инъекционная игла 712 введена в конец 672 сборной трубки, устройство 704 впрыскивает отмеренное количество экстрагирующей жидкости в сборную трубку 624. Впрыснутая экстрагирующая жидкость промывает или смывает внутренние стенки сборной трубки 624 и создает водный раствор соответствующей пробы, далее именуемые водной пробой. Таким образом, любая часть отобранной пробы, которая могла остаться на внутренних стенках сборной трубки 624 смывается со стенок так, что по существу вся отобранная проба переходит в суспензию результирующей водной пробы. Экстрагирующей жидкостью может быть любая жидкость, подходящая для доставки по существу всего материала пробы, собранной в соответствующей сборной трубке 624, не влияя на желаемый анализ, напр., химический и генетический анализ материала пробы. Например, в различных вариантах настоящего изобретения экстрагирующей жидкостью может быть дистиллированная вода или любой подходящий растворитель, совместимый с требуемым анализом пробы.

После того как собранная проба будет смешана с экстрагирующей жидкостью, линейный привод 708 отходит, чтобы извлечь инъекционную иглу 712 из конца 672 сборной трубки. Контроллер системы затем подает вращающуюся платформу для позиционирования устройства 608 позиционирования сборной трубки над подсистемой 800 депонирования проб. Контроллер системы дополнительно выдает команду на привод 632 для перевода сборной трубки в положение загрузки и депонирования. В положении загрузки и депонирования держатель 616 трубки и установленная в нем трубка 624 направлены вниз, по существу в вертикальной ориентации.

Как показано на фиг.13, подсистема 800 депонирования проб содержит платформу 804 для лотков с пробами, выполненную с возможностью прочно удерживать множество лотков 14 с пробами в фиксированном положении и с фиксированной ориентацией. Каждый лоток 14 для проб содержит множество гнезд 22, каждое из которых выполнено с возможностью принимать собранную водную пробу. Платформа 804 лотков для проб установлена на координатном столе 808. Координатный стол 808 является механизмом двухмерного перемещения по осям Х и У, содержащим первую направляющую 812 и вторую направляющую 816. Координатный стол 808 дополнительно содержит первый линейный привод 818, выполненный с возможностью двунаправленно перемещать первую каретку (не показана) по первой направляющей 812. Координатный стол 808 далее содержит второй линейный привод 820, выполненный с возможностью двунаправленно перемещать вторую каретку (не показана) вдоль второй направляющей 816. Вторая направляющая 816 установлена на первой каретке, а на второй каретке установлен координатный стол 804.

Первый и второй приводы 818 и 820 управляются контроллером системы для прецизионного перемещения платформы с лотками для проб в двух направлениях. Более конкретно, первый и второй приводы 818 и 820 перемещают платформу с лотками для проб в системе координат Х и У для прецизионного позиционирования любого выбранного гнезда 22 любого выбранного лотка 14 для проб в заданном положении под устройством 608 позиционирования, в котором закреплена сборная трубка 624, содержащая собранную водную пробу. Заданное положение - это положение в системе координат Х и У, которое расположено прямо под концом 672 сборной трубки, когда сборная трубка 624 находится в положении загрузки и депонирования над платформой 804 для лотков. Таким образом, когда устройство 608 позиционирования сборной трубки находится над платформой 804 для лотков, и соответствующая сборная трубка 624 переведена в положение загрузки и депонирования, при котором конец 672 трубки направлен в заданное положение, контролер системы позиционирует выбранное гнездо 22 выбранного лотка 14 в заданное положение. После этого водную пробу депонируют в выбранное гнездо 22, подавая положительное давление на проксимальный конец 628 держателя 616 трубки.

Когда лотки 14 для проб установлены на платформе 804 для лотков, идентификационный номер каждого лотка 14, например, в форме штрих-кода и положение каждого лотка 14 на платформе 804 регистрируются. Дополнительно, когда каждая проба депонируется в гнездо 22, можно регистрировать координаты гнезда, т.е., заданное положение на платформе 804 для лотков. Зарегистрированные координаты лотка и гнезда на платформе 804 для лотков можно сравнивать с координатами каждой депонированной водной пробы для идентификации конкретной водной пробы в каждом гнезде 22 каждого лотка 14.

После того как каждая водная проба будет депонирована в выбранное гнездо 22, контроллер системы подает вращающуюся платформу 604 для позиционирования следующего устройства 608 позиционирования, удерживающего сборную трубку 624, содержащую следующую водную пробу, над подсистемой 800 депонирования проб. Дополнительно, устройство 608 депонирования, удерживающее использованную, пустую сборную трубку 624 подается на станцию 850 (фиг.1) сбора использованных трубок, на которой использованная сборная трубка 624 может быть извлечена или выброшена из соответствующего держателя 616. Кратко возвращаясь к фиг.1, в различных вариантах настоящего изобретения, станция 850 сбора использованных трубок содержит устройство 854 извлечения использованных трубок, установленное на линейном приводе 858, выполненном с возможностью выдвигать и убирать автоматизированный захват 862. Когда устройство 608 позиционирования, удерживающее сборную трубку 624 подводится к устройству 854 извлечения сборной трубки, контроллер системы выдает команду на линейный привод 858 на выдвижения и захват использованной сборной трубки 624 захватом 862. Контроллер системы затем выдает команду на убирание линейного привода 858 и, тем самым, на извлечение использованной сборной трубки 624 из держателя 616. Затем на захват 862 может быть подана команда на отпускание использованной сборной трубки 624, позволяя ей упасть в контейнер (не показан) для использованных трубок.

Возвращаясь к фиг.14, в различных вариантах настоящего изобретения после того, как из семени была извлечена проба на станции 500 отбора проб, контроллер системы может подать поворотный стол 308 для подвода соответствующего держателя 304 семени к станции 900 обработки семян. Станция 900 обработки семян содержит обрабатывающий дозатор 904, расположенный на опорной структуре системы над периметром поворотного стола 308. Обрабатывающий дозатор 904 содержит аппликатор 908, выполненный с возможностью нанесения обрабатывающего состава, например герметика, на обнаженную часть соответствующего семени, т.е., на область тыльной стороны семени, с которой была удалена оболочка и из которой была извлечена проба. Обрабатывающим составом может быть любое вещество, предназначенное для улучшения одного или более из свойств семян или для защиты семян от бактерий или других вредных элементов, которые могут повредить семя и уничтожить его способность к прорастанию. Например, в различных вариантах настоящего изобретения, обрабатывающий состав является герметиком, содержащим фунгицид и/или полимер, подаваемый на семя обрабатывающим дозатором 904 через аппликатор 908. Аппликатор 908 может быть любым устройством, выполненным с возможностью наносить обрабатывающий состав на семена, например, щеткой, иглой или соплом. В различных вариантах настоящего изобретения аппликатор 908 содержит распылительное сопло, а обрабатывающий дозатор 904 содержит порт 912, соединенный с дозирующим клапаном 916. В таких вариантах обрабатывающий дозатор 904 соединен с источником обрабатывающего состава (не показан) через порт 912. Соответственно, когда держатель 304 семени приходит на станцию 900 обработки семян, под обрабатывающий дозатор 904, контроллер системы выдает команду на обрабатывающий дозатор 904 на распыление отмеренного количества обрабатывающего состава на соответствующее семя.

Как показано на фиг.15 и 16, после отбора пробы и факультативной обработки семени контроллер системы подает поворотный стол 308, пока соответствующий держатель 304 семени не подойдет ко второму расширителю 1004 зажимных головок подсистемы 1000 депонирования семян. Расширитель 1004 зажимных головок установлен на опорной структуре системы и содержит пару зубцов 1008, соединенных с основанием 1012 вилки. Расширитель 1004 зажимных головок по существу идентичен по форме и функциям расширителю 340 зажимных головок, описанному выше со ссылками на фиг.5. Соответственно, при активации расширителя 1004 зажимных головок, основание 1012 вилки выдвигается к держателю 304 так, что зубцы 1008 входят в каналы 336 для зубцов. Когда зубцы 1008 скользят в соответствующих каналах 336, зажимные головки 312 соответствующего держателя 304 расходятся, как описано выше. Когда зажимные головки 312 расходятся, соответствующее семя получает возможность упасть сквозь соосные отверстия в дне канала 318 держателя семени и в столе 308 в воронку 1016 транспортера 1020 семян.

Транспортер 1020 семян содержит первую секцию 1024 трубы, соединенную первым концом с воронкой 1016, а вторым концом - с входом первого устройства 1028 Вентури. Вторая секция 1032 трубы первым концом соединена с выходом устройства 1028 Вентури, а вторым концом - с входом второго устройства 1036 Вентури. Выход второго устройство 1036 Вентури соединен с выбрасывателем 1040 семян, установленным на опорной структуре системы над платформой 1044 лотков для семян. Первое устройство 1028 Вентури выполнено с возможностью создания потока воздуха в первой и второй секциях 1024 и 1032 трубы, направленного к выбрасывателю 1040 семян. В то же время, второй устройство 1036 Вентури выполнено с возможностью создания потока воздуха, направленного к воронке 1016. Таким образом, поток воздуха, создаваемый первым устройством 1028 Вентури, засасывает семя в первую воронку 1016 и в первую секцию 1024 трубы. Дополнительно, когда семя входит в первую секцию 1024 трубы, оно подается к выбрасывателю 1040 семян потоком воздуха, создаваемым первым устройством 1028 Вентури. Затем, когда семя приближается к выбрасывателю 1040 семян, его скорость замедляется потоком воздуха, создаваемым вторым устройством 1036 Вентури так, что семя мягко выбрасывается из устройства 1040 в лоток 18 и не повреждается. В различных вариантах настоящего изобретения поток воздуха, создаваемый вторым устройством 1036 Вентури, фактически останавливает движение семени, позволяя ему упасть в лоток 8 под действием силы тяжести. В первую и вторую секции 1024 и 1032 трубы могут быть встроены различные датчики положения (не показаны) для определения присутствия семени и создания обратной связи с контроллером системы для управления работой транспортера 1020 семян.

Как показано, в частности, на фиг.16, подсистема 1000 депонирования семян дополнительно содержит платформу 1044 лотков для семян, выполненную с возможностью прочно удерживать множество лотков 18 для семян в фиксированном положении и ориентации. Каждый лоток 18 для семян содержит множество гнезд 26, каждое из которых выполнено с возможностью принимать семя, выбрасываемое из выбрасывателя 1040 семян. Выбрасыватель 1040 семян установлен на опорной структуре системы над платформой 1044 лотков для семян так, что семена можно выбрасывать из выбрасывателя 1040 в выбранные гнезда 26 выбранных лотков 18.

Платформа 1044 лотков для семян установлена на координатном столе 1048. Координатный стол 1048 является механизмом двухмерного перемещения по осям Х и У, содержащим первую направляющую 1052 и вторую направляющую 1056. Координатный стол 1048 дополнительно содержит первый линейный привод 1060, выполненный с возможностью двунаправленно перемещать первую каретку (не показана) по первой направляющей 1052. Координатный стол 1048 далее содержит второй линейный привод 1064, выполненный с возможностью двунаправленно перемещать вторую каретку (не показана) вдоль второй направляющей 1056. Вторая направляющая 1056 установлена на первой каретке, а на второй каретке установлен координатный стол 1044.

Первый и второй приводы 1060 и 1064 управляются контроллером системы для прецизионного перемещения платформы с лотками для семян в двух направлениях. Более конкретно, первый и второй приводы 1060 и 1064 перемещают платформу с лотками для проб в системе координат Х и У для прецизионного позиционирования любого выбранного гнезда 26 любого выбранного лотка 18 для проб в заданном положении под выбрасывателем 1040 семян. Заданное положение - это положение в системе координат Х и У, которое расположено прямо под концом 1068 выбрасывателя 1040 семян. Когда держатель 304 семени расположен над воронкой 1016, контроллер системы позиционирует выбранное гнездо 26 выбранного лотка в заданном положении. Семя из держателя 304 освобождается, падает в воронку 1016 и транспортируется в выбрасыватель 1040, как описано выше, и мягко депонируется в выбранное гнездо.

Когда лотки 18 для семян устанавливаются на платформу 1044, идентификационный номер каждого лотка 18, например, в форме штрих-кода, и положение каждого лотка на платформе 1044 регистрируются. Дополнительно, когда каждое семя депонируется в гнездо 26, координаты гнезда, т.е., заданное положение, на платформе 1044, можно зарегистрировать. Зарегистрированные координаты положений лотка и гнезда на платформе 1044 можно затем сравнивать с координатами каждого депонированного семени для идентификации конкретных семян в каждом гнезде 26 каждого лотка 18.

Как описано выше, каждый из лотков 18 для семян и лотков 14 для проб имеет множество гнезд 26 и 22 соответственно. В различных вариантах настоящего изобретения количество и расположение гнезд 26 в лотках 18 для семян соответствует количеству и расположению гнезд 22 в лотках 14 для проб. Это облегчает получение полного соответствия между семенем и отобранной пробой. Однако в некоторых вариантах может оказаться желательным создать множество гнезд 22 в лотке 14 для проб для каждого гнезда 26 в лотке 18 для семян, например, когда на пробах нужно провести множество анализов, или когда из одного семени отбирается множество проб (например, пробы с разной глубины).

Как показано на фиг.17, в различных вариантах настоящего изобретения система 10 отбора проб из семян дополнительно содержит станцию 1110 загрузки сборных трубок для установки сборных трубок 624 в держатели 616 трубок каждого устройства 608 позиционирования сборной трубки. Станция 1100 загрузки сборных трубок содержит бункер 1104, имеющий фасонную поверхность, и подающий вибрационный лоток 1108, отходящий от открытого дна бункера 1104. В бункер 1104 можно загрузить большое количество сборных трубок 624, а вибрационный лоток 1108 подает сборные трубки 624 в вибрационный чашечный питатель 1112. С выходом 1118 вибрационного чашечного питателя 1112 своим первым концом 1116Д соединен гравитационный лоток 1116. Второй конец гравитационного лотка 1116 заканчивается у толкателя 1120 сборных трубок. Толкатель 1120 проходит ортогонально вниз от второго конца 1116В подающего лотка и содержит продольный подъемный канал 1124, проходящий вдоль длины толкателя 1120. Толкатель 1120 дополнительно содержит толкающий механизм (не показан), расположенный внутри толкателя 1120. Толкающий механизм может быть любым механизмом, выполненным с возможностью выталкивать сборную трубку 624, продольно установленную в подъемном канале 1124, из верхнего конца толкателя 1120. Например, толкающий механизм может содержать линейный привод, который приводит в действие толкатель, имеющий форму, позволяющую принять, по меньшей мере, часть сборной трубки 624.

Когда вибрационный чашечный питатель 1112 вибрирует, сборные трубки 624 мигрируют к выходному отверстию 1118 вибрационного чашечного питателя 1112. Из выходного отверстия 1118 сборные трубки 624 падают на первый конец 1116А подающего гравитационного лотка, который имеет такую форму, которая заставляет сборные трубки 624 падать в прорезь (не показана), проходящую вдоль длины лотка 1116. Более конкретно, сборные трубки 624 падают в прорезь вершиной вниз и подвешиваются в этой прорези на фланце 620А, выполненном на основании 620 трубки (как показано на фиг.10). Сила тяжести и вибрации от вибрационного чашечного питателя 1112 заставляют сборные трубки перемещаться по лотку 1116 и накапливаться в одну шеренгу на втором конце 1116В лотка. Когда сборные трубки 624 накапливаются в одну шеренгу на втором конце 1116В, передняя сборная трубка 624 будет ориентирована вертикально в продольном подъемном канале. Затем приводится в действие толкатель 1120 так, что толкающий механизм выталкивает переднюю сборную трубку 624 из верхнего конца 1124А подъемного канала 1124 толкателя.

Перед тем, как привести в действие толкатель 1120, контроллер системы подает поворотную платформу 604 для подвода устройства 608 позиционирования сборной трубки в положение над вторым концом 1116В подающего лотка 1116. Контроллер системы затем выдает команду на привод 632 поворотного бруска для установки держателя 616 трубки в положение загрузки и депонирования так, чтобы дистальный конец 618 держателя находился прямо над верхним концом 1124А подъемного канала. Поэтому, когда передняя сборная трубка выталкивается, или поднимается, из верхнего конца 1124А подъемного канала, основание 620 сборной трубки надевается на дистальный конец 618 держателя трубки. Дистальный конец 618 держателя трубки имеет такой размер, что между основанием 620 сборной трубки и дистальным концом 618 держателя возникает фрикционная посадка. Соответственно, сборная трубка 624 и поднимается из толкателя 1120 и крепится на соответствующем держателе. Следующая сборная трубка 624 в подающем лотке 1116 затем входит в подъемный канал 1124 и следующий дистальный конец 618 держателя трубки позиционируется для приема сборной трубки 624.

Как показано на фиг.18, в различных вариантах настоящего изобретения сборные трубки 624 могут содержать коммерчески доступные пипетки, обозначенные на чертеже позицией 624'. В таких вариантах пипетки 624' могут потребовать удаления части кончика 672', чтобы обеспечить правильность извлечения пробы, промывки пипетки и депонирования водной пробы в лотки 14 для проб. Следовательно, в таких вариантах система 10 отбора проб из семян может содержать подсистему 1150 подготовки сборных трубок, выполненную с возможностью срезать часть конца 672' каждой пипетки, после того как пипетка 624' будет установлена на соответствующий держатель 616. Подсистема 1150 подготовки сборных трубок содержит линейный привод 1154, выполненный с возможностью выдвигать и убирать основание 1158А режущего приспособления 1158 вдоль линейной оси Р. Линейный привод 1154 установлен на опорной структуре системы под поворотной платформой 604 так, что когда вновь установленная пипетка 624', т.е., пипетка 624', только что установленная на соответствующий держатель 616, подается к подсистеме 1150 подготовки сборных трубок, конец 672' пипетки располагается в камере 1162 срезания.

Камера 1162 срезания сформирована между основанием 1158А режущего приспособления и углублением 1166, сформированным в головке 1158В режущего приспособления 1158. Как показано на фиг.18, когда вновь установленная пипетка 624' подается от станции 1100 загрузки сборных трубок, основание 1158А режущего приспособления находится в отведенном положении и конец 672' расположен в углублении 1166. Затем контроллер системы выдает команду на линейный привод 1154 на выдвижение основание 1158А режущего приспособления. Режущее приспособление 1158 содержит режущий инструмент 1170, например, лезвие, жестко закрепленное или удерживаемое на основании 1158А держателем 1174 режущего инструмента. Режущий инструмент неподвижно расположен так, что когда линейный привод 1154 выдвигает основание 1158А приспособления, режущий инструмент срезает кончик 672' пипетки, тем самым удаляя часть кончика 672'.

Как показано на фиг.19, в различных вариантах настоящего изобретения, после того, как семя, из которого была отобрана проба, депонировано в выбранное гнездо 26 выбранного лотка 18 для семян, контроллер системы подает поворотный стол 308 и позиционирует опустевший держатель 304 семени на станции 1200 очистки. Станция 1200 очистки выполнена с возможностью очистки и удаления любых остатков пробы семени и/или обрабатывающего состава, например герметика, с соответствующего держателя 304 семени после того, как семя было перемещено в лоток 18, и до того, как новое семя будет ориентировано и помещено в держатель 304 семени. Станция очистки содержит вращающуюся щетку 1204 и устройство 1208 для создания вакуума. Устройство 1208 для создания вакуума соединено с источником вакуума (не показан) для создания разрежения на всасывающем патрубке 1212, установленном в непосредственной близости к каналу 318 держателя семени, когда соответствующий держатель 304 перемещен на станцию 120 очистки. Подаваемый вакуум удаляет любые остатки материала пробы и/или обрабатывающего состава, которые могли скопиться на держателе 304 семени. Дополнительно, вращающаяся щетка 1204, установленная на валу 1216, приводится во вращения электрическим или пневматическим приводом для вращения на этом валу или вместе с ним. Одновременно с созданием разрежения на патрубке 1212 контроллер системы приводит во вращение щетку 1204 для удаления любого остаточного материала пробы и/или обрабатывающего состава, которые могли скопиться на держателе 304 семени.

Варианты применения

Согласно настоящему изобретению предлагаются способы анализа семян, имеющих желаемые признаки, маркер или генотип. Согласно одному аспекту настоящего изобретения эти аналитические способы позволяют проанализировать отдельные семена, присутствующие в партии или массовой популяции семян, так, что можно определить химические и/или генетические характеристики отдельных семян.

Пробы, полученные по настоящему изобретению можно использовать для определения широкого спектра физических, морфологических, химических и/или генетических признаков. По существу такие признаки определяют путем отбора проб по одной или более химической или генетической характеристике, указывающей на эти признаки. Неограничивающими примерами химических характеристик являются протеины, масла, крахмалы, жирные кислоты и метаболиты. Соответственно, неограничивающими примерами химических признаков являются содержание протеина, содержание крахмала, содержание масла, определение профилей жирных кислот, определение профилей метаболитов и пр. Генетические характеристики могут включать, например, генетические маркеры, аллели генетических маркеров, цепочки ДНК, цепочки РНК, промоторы, локусы количественных признаков (QTL), 5'-нетранслируемая область, 3'-нетранслируемая область, маркеры сателлитов, трансгены, мРНК, ds мРНК, транскрипционные профили и варианты метилирования.

В некоторых вариантах способы и устройства по настоящему изобретению могут использоваться в программах селекции для отбора растений или семян, имеющих требуемые признаки или маркерные генотипы. Способы по настоящему изобретению можно использовать в комбинации с любой методикой селекции, а также можно использовать для отбора одного поколения или отбора множества поколений. Выбор способа селекции зависит от способа размножения растений, наследуемости улучшаемого признака (признаков) и типа культурного сорта растения, используемого в коммерческих целях (например, культурный сорт F₁, культурный сорт чистой линии и пр.). Некоторые неограничивающие подходы к селекции растений по настоящему изобретению показаны ниже. Далее понимается, что в программе селекции можно использовать любые коммерческие и некоммерческие культурные сорта. Выбор обычно диктуют такие факторы, как всхожесть, сила вегетации, устойчивость к стрессам, стойкость к заболеваниям, ветвление, цветение, набор семян, размер семян, плотность семян, устойчивость к полеганию, обмолачиваемость и пр.

В различных вариантах способы и устройства по настоящему изобретению используются для определения генетических характеристик семян в программе селекции с использованием маркеров. Такие способы позволяют усовершенствовать программы селекции с использованием маркеров, при которых можно производить неразрушаюший отбор проб из семян, сохраняя идентичность отдельных семян от системы отбора проб до поля. В результате, программа селекции с применением маркеров превращается в "высокопроизводительную" платформу, где можно более эффективно и за более короткое время накапливать популяцию семян, имеющих требуемый признак, маркер или генотип, прилагая при этом меньше материальных и трудовых затрат. Эти преимущества будут более подробно описаны ниже.

В других вариантах согласно настоящему изобретению предлагается способ анализа отдельных семян в популяции семян, имеющей генетические различия. Этот способ содержит шаги, при которых извлекают пробу, содержащую клетки с ДНК из семян популяции, не влияя на всхожесть семян; сортируют ДНК, извлеченную из пробы по наличию или отсутствию, по меньшей мере, одного генетического маркера; сортируют семена популяции на основе результатов сортировки по ДНК; и культивируют растения из отобранных семян.

Как было описано выше, системы и способы отбора проб по настоящему изобретению защищают всхожесть семян и являются неразрушающими. Всхожесть означает, что большая часть семян, из которых были отобраны пробы (т.е., более 50% всех семян, из которых были отобраны пробы) остаются жизнеспособными после отбора проб. В некоторых конкретных вариантах, по меньшей мере, прибл. 75% семян, в а некоторых вариантах, по меньшей мере, 85% семян, из которых были отобраны пробы, сохраняют жизнеспособность. Следует отметить, что в некоторых обстоятельствах или для некоторых вариантов применения могут допускаться и более низкие показатели всхожести, например, при уменьшении со временем расходов на генотипирование, поскольку можно отобрать пробы из большего количества семян при тех же расходах на генотипирование.

В других вариантах способность к прорастанию поддерживается в течение, по меньшей мере, шести месяцев после отбора пробы, чтобы убедиться, что семя, из которого отобрана проба, сохранит жизнеспособность до высева в поле. В некоторых конкретных вариантах способ по настоящему изобретению далее содержит шаг, при котором обрабатывают семя, из которого была отобрана проба для сохранения способности к прорастанию. Такая обработка может по существу включать любые средства, известные в отрасли и предназначенные для защиты семян от условий окружающей среды при хранении или транспортировке. Например, в некоторых вариантах семена, из которых были отобраны пробы, могут быть обработаны полимером и/или фунгицидом для защиты таких семян при хранении или транспортировке до поля перед высевом.

В различных вариантах пробы по настоящему изобретению используются в высокопроизводительном неразрушающем способе анализа индивидуальных семян в популяции семян. Способ содержит шаги, при которых извлекают пробу из семени, сохраняя его способность к прорастанию, и сортируют пробы по наличию или отсутствию одной или более характеристик, указывающих на генетический или химический признак. Способ может далее содержать шаг, при котором отбирают семена из популяции на основе результатов такой сортировки и культивируют растения из отобранных семян.

ДНК можно извлекать из пробы с помощью любого способа извлечения ДНК, известного специалистам, который дает достаточный выход ДНК, качество ДНК и характеристику ПЦР. Неограничивающим примером подходящих способов извлечения ДНК является экстрагирование на основе додецилсульфата натрия (SDS) с центрифугированием. Кроме того, экстрагированную ДНК можно копировать после экстракции, используя любые известные специалистам способы амплификации. Например, одним известным способом амплификации является GenomiPhi® от Amersham Biosciences.

Экстрагированную ДНК сортируют по наличию или отсутствию соответствующего генетического маркера. Имеется большое количество генетических маркеров, известных специалистам. Сортировка ДНК по наличию или отсутствию генетического маркера может быть использована для отбора семян в популяции для селекции. Сортировка может использоваться для отбора по локусам количественных признаков (QTL), аллелям, или по комбинациям аллелей данного локуса (гаплотипам). Отбираемые аллели, локусы количественных признаков и гаплотипы можно идентифицировать, используя новые технологии молекулярной биологии и модификации классических стратегий селекции.

В других различных вариантах семена отбирают на основе наличия или отсутствия генетического маркера, который генетически связан с локусом количественных признаков. Примеры локусов количественных признаков, которые часто являются предметом интереса, включают в себя, помимо прочего, продуктивность, стойкость к полеганию, высоту, спелость, стойкость к заболеваниям, стойкость к вредителям, стойкость к недостатку питательных веществ, состав зерна, переносимость гербицидов, содержание жирных кислот, белковый или углеводный метаболизм, повышенное содержание масла, повышенное содержание питательных веществ, устойчивость к стрессам, органолептические свойства, морфологические характеристики, другие агрономические признаки, признаки промышленного применения, признаки привлекательности для потребителей, и комбинации признаков в качестве индекса множественных признаков. Альтернативно, семена можно выбирать по наличию или отсутствию маркера, генетически связанного с гаплотипом, связанным с локусом количественных признаков. Примерами таких локусов количественных признаков вновь являются, помимо прочего, продуктивность, стойкость к полеганию, высота, спелость, стойкость к заболеваниям, стойкость к вредителям, стойкость к недостатку питательных веществ, состав зерна, переносимость гербицидов, содержание жирных кислот, белковый или углеводный метаболизм, повышенное содержание масла, повышенное содержание питательных веществ, устойчивость к стрессам, органолептические свойства, морфологические характеристики, другие агрономические признаки, признаки промышленного применения, признаки привлекательности для потребителей, и комбинации признаков в качестве индекса множественных признаков.

Отбор селекционной популяции можно начинать уже на уровне f₂, если при начальном селекционном скрещивании используются гомозиготные инбредные линии. Селекционер может сортировать популяцию F₂ для получения маркерного генотипа каждого индивида в популяции. Первоначальный размер популяции, ограниченный только количеством имеющихся семян для сортировки, можно регулировать для получения желаемой вероятности успешной идентификации желаемого количества индивидов. См. Sedcole J.R. "Number of plants, necessary to recover a trait." Crop Sci. 17:667-68 (1977). Соответственно, вероятность обнаружения требуемого генотипа, начальный размер популяции и целевой размер полученной популяции можно модифицировать для различных методик селекции и уровня инбридинга выборки.

Отобранные семена можно накапливать или держать отдельно в зависимости от методики селекции и цели. Например, когда селекционер сортирует популяцию F₂ по признаку стойкости к заболеваниям, все индивиды с требуемым генотипом можно накапливать и высаживать в селекционном питомнике. Наоборот, если из данной популяции отбираются множество локусов количественных признаков с разными эффектами на признак, такой как урожайность зерна, селекционер может сохранить идентичность индивида, определяя в поле индивиды с разными комбинациями целевых локусов количественных признаков.

Можно использовать несколько способов сохранения идентичности одного семени при переносе семени из лаборатории проращивания в поле. Такие способы включают в себя, помимо прочего, перенос отобранных индивидов на ленту с семенами, кассетный лоток или вращающийся лоток, трансплантация в торфяных горшках и ручная посадка из пакетов индивидуальных семян. Можно использовать множество циклов селекции, в зависимости от целей селекции и генетической сложности.

Способы сортировки по настоящему изобретению могут далее использоваться в программе селекции для интрогрессии признака в растение. Такие способы включают извлечение пробы, содержащей клетки с ДНК, из семян популяции, сортировку ДНК, извлеченной из каждого семени по наличию или отсутствию, по меньшей мере, одного генетического маркера, отбор семян из популяции по результатам сортировки ДНК; культивацию из семени плодоносящего растения, и использование плодоносящего растения как мужского или как женского родителя при скрещивании с другим растением.

Примеры генетической сортировки для отбора семян для интеграции признаков включают в себя, помимо прочего, идентификацию часто повторяющихся родительских аллелей, отслеживание интересующих трансгенов или сортировка по наличию или отсутствию нежелательных трансгенов, отбор гибридных пробных семян и испытания на зиготность.

Идентификация высокой частоты повторения парных аллелей способами сортировки по настоящему изобретению опять позволяет сократить количество рядов в популяции и увеличить количество популяций или инбредных линий, высаживаемых на данном участке поля. Таким образом, способы сортировки по настоящему изобретению также могут эффективно снизить количество ресурсов, необходимых для завершения конверсии инбредных линий.

Способы по настоящему изобретению далее обеспечивают обеспечение качества и контроль качества за счет гарантированной идентификации и отбраковке перед посадкой регламентированных или нежелательных трансгенов.

Способы по настоящему изобретению далее могут применяться для идентификации гибридных семян для трансгенного тестирования. Например, при конверсии инбредной линии на этапе BCnF₁ селекционер может эффективно создавать партию гибридных семян (блокируя гаметический отбор), которая была на 50% гемизиготной в отношении интересующего признака, и на 50% гомозиготной из-за отсутствия этого признака, для получения гибридного семени для испытаний. Селекционер, далее может отсортировать все семена F₁, полученные при тестовом скрещивании и идентифицировать и отобрать те семена, которые были гемизиготными. Такой способ имеет преимущества в том, что помехи от гибридных признаков представляют коммерческую генетику гибрида в отношении зиготности признака.

Другие варианты применения способов сортировки по настоящему изобретению для идентификации и отслеживания интересующих признаков имеют те же преимущества, которые описаны выше в отношении потребности в посевных площадях и трудозатрат. По существу, программы трансгенной конверсии выполняются в многосезонных географических положениях с высокими затратами на землю и менеджмент. Поэтому уменьшение количества рядов на популяцию или увеличение количества популяций на данной посевной площади значительно сильнее влияют на расходы, чем при подобных работах, проводимых в умеренном климате.

Кроме того, способы сортировки по настоящему изобретению могут использоваться для улучшения эффективности программы удвоенного гаплоида через отбор требуемых генотипов на стадии гаплоида и идентификации уровня плоидности для исключения негаплоидных семян из процесса обработки и высева в поле. Оба варианта применения вновь дают большое количество популяций на данной посевной площади.

В различных вариантах согласно настоящему изобретению далее предлагается проверка для прогнозирования зиготности зародыша по конкретному интересующему гену. Такой анализ прогнозирует зиготность зародыша на основе отношения относительного числа копий интересующего гена и контрольного гена на клетку или геном. По существу этот анализ использует конститутивный ген, зиготность которого известна, например, гомозиготный, как локус (две копии контрольного гена на диплоидную клетку) для нормализации измерений интересующего гена. Отношение относительного числа копий контрольного гена к интересующему гену прогнозирует количество копий интересующего гена в клетке. В гомозиготной клетке для любого данного гена (или уникальной последовательности генов) количество копий гена равно уровню плоидности клетки, поскольку последовательность присутствует в одном локусе всех гомологичных хромосом. Когда клетка для конкретного гена является гетерозиготной, количество копий гена будет ниже, чем уровень плоидности клетки. Таким образом, можно определить зиготность клетки в любом локусе по количеству копий гена в клетке.

В некоторых конкретных вариантах настоящее изобретение предлагает анализ, прогнозирующий зиготность зародышей кукурузы. В семени кукурузы ткань эндосперма является триплоидной, тогда как ткань зародыша является диплоидной. Эндосперм, который является гомозиготным для внутреннего контроля, будет содержать три копии контрольного гена. Количество копий интересующего гена эндосперма может составлять от 0 (гомозиготный отрицательный) до 3 (гомозиготный положительный); а 1 или 2 копии интересующего гена эндосперма находят в семени, гетерозиготном для интересующего гена (или гемизиготном для интересующего гена, если интересующий ген является трансгеном). Количество копий эндосперма отражает зиготность зародыша: гомозиготный (положительный или отрицательный) эндосперм сопровождает гомозиготный эмбрион, гетерозиготный эндосперм (при 1 или 2 копиях интересующего гена) отражает гетерозиготный (1 копия интересующего гена) зародыш. Количество копий интересующего гена эндосперма (которое может составлять от 0 до 3) можно определить из отношения количества копий контрольного гена эндосперма к количеству копий интересующего гена эндосперма (которое может составлять от 0/3 до 3/3, т.е. от 0 до 1), которое можно затем использовать для прогнозирования зиготности зародыша.

Количество копий интересующего гена или контрольного гена можно определить любым подходящим известным способом количественного анализа количества копий. Примеры такого анализа включают, помимо прочего, анализы Real Time (TaqMan®), ПЦР (Applied Biosystems, Foster City, CA) и Invader® (Third Wave Technologies, Madison, WI). Предпочтительно, такие анализы разработаны так, что эффективность амплификации и контрольных и интересующих последовательностей одинакова или почти одинакова. Например, в анализе ПЦР по Real Time (TaqMan®) сигнал от интересующего гена с одной копией (клетка-источник определяется как гетерозиготная доя интересующего гена) будет обнаружен на один цикл амплификации позже, чем сигнал от контрольного гена с двумя копиями, поскольку количество интересующих генов составляет половину от количества контрольных генов. Для той же гетерозиготной пробы анализ Invader® измерит отношение интересующих генов к контрольным генам как 1:2 или 0,5. Для пробы, являющейся гомозиготной и для интересующего гена и для контрольного гена, сигнал будет обнаружен одновременно с контрольным сигналом (TaqMan®) и анализ Invader® определит отношение как прибл. 2:2 или 1.

Эти указания применимы к любой полипроидной клетке или к гаплоидным клеткам (таким как клетки пыльцы), поскольку количество копий интересующего гена или контрольного гена остается пропорциональным количеству копий генома (или уровню плоидности) клетки. Таким образом, анализ зиготности можно проводить на триплоидных тканях, таких как эндосперм кукурузы.

Приведенное описание является иллюстративным по своей природе, и следовательно, модификации считаются не выходящими на пределы смысла описанного выше и включены в объем защиты настоящего изобретения. Такие модификации не должны считаться отходом от изобретательской идеи и объема настоящего изобретения.

Группа изобретений относится к автоматизированной системе отбора проб из семян и автоматизированному способу удаления пробы из отдельных семян. Автоматизированная система содержит станцию загрузки семян для отделения семени от множества семян и систему ориентирования семян для приема отделенного семени от станции загрузки семян и ориентирования указанного семени. Система включает также станцию отбора проб для удаления пробы семенного материала от указанного семени. Автоматизированная система также может быть выполнена содержащей станцию очистки для удаления, по меньшей мере, части материала оболочки семени и станцию отбора проб для извлечения пробы материала семени, с которого удалена оболочка. При этом система включает подсистему сбора и транспортировки проб для захвата извлеченной пробы в сборную трубку, установленную на устройстве позиционирования сборной трубки подсистемы сбора и транспортировки проб, и подсистему депонирования проб для транспортировки пробы от подсистемы сбора и транспортировки проб к выбранному гнезду в лотке для проб. Автоматизированный способ включает этап отделения отдельных семян от множества и ориентирования отдельных семян в системе ориентирования. После осуществляют удаление пробы, по меньшей мере, с одного из ориентированных семян в станции отбора проб и транспортирование отдельных семян в гнезда лотка для семян, а затем транспортирование пробы в гнездо лотка для проб. Достигаемый при этом технический результат заключается в отсутствии загрязнения отобранной пробы, за счет чего улучшается достоверность результатов измерения. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Автоматизированная система отбора проб из семян, содержащая: станцию загрузки семян для отделения семени от множества семян;
систему ориентирования семян для приема отделенного семени от станции загрузки семян и ориентирования указанного семени; и
станцию отбора проб для удаления пробы семенного материала от указанного семени.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая подсистему сбора и транспортировки проб для захвата извлеченной пробы в сборную трубку, установленную на устройстве позиционирования сборной трубки подсистемы сбора и транспортировки проб.

3. Система по п.2, дополнительно содержащая станцию загрузки сборной трубки для отделения сборной трубки от множества подобных трубок и крепления сборной трубки на устройстве для позиционирования сборной трубки.

4. Система по п.2, дополнительно содержащая подсистему доставки жидкости для доставки жидкости в сборную трубку для смешивания с отобранной пробой.

5. Система по п.4, дополнительно содержащая подсистему депонирования проб для транспортировки смешанной пробы от подсистемы сбора и транспортировки проб к выбранному гнезду лотка для проб.

6. Система по п.1, дополнительно содержащая станцию обработки семян для нанесения обрабатывающего вещества, по меньшей мере, на часть семени, из которого была извлечена проба.

7. Система по п.6, в которой обрабатывающий состав содержит полимерный или фунгицидный герметик.

8. Система по п.1, дополнительно содержащая станцию очистки для удаления остатков материала пробы с держателя семени, установленного на поворотном столе подсистемы транспортировки семян после удаления пробы из семени и после транспортировки отобранного семени в выбранное гнездо лотка для семян.

9. Система по п.1, дополнительно содержащая станцию очистки для удаления, по меньшей мере, части материала оболочки с отделенного семени.

10. Система по п.9, дополнительно содержащая подсистему транспортировки семени для транспортировки отделенного семени между станцией очистки и станцией отбора проб.

11. Система по п.10, дополнительно содержащая подсистему депонирования семян для транспортировки отделенного семени от подсистемы транспортировки семени в выбранное гнездо лотка для семян после отбора пробы из семени.

12. Система по п.1, дополнительно содержащая подсистему транспортировки семени, выполненную для транспортировки семени, которое было ориентировано, между системой ориентирования семян и станцией отбора проб.

13. Автоматизированная система отбора проб из семян, содержащая:
станцию очистки для удаления, по меньшей мере, части материала оболочки семени;
станцию отбора проб для извлечения пробы материала семени, с которого удалена оболочка;
подсистему сбора и транспортировки проб для захвата извлеченной пробы в сборную трубку, установленную на устройстве позиционирования сборной трубки подсистемы сбора и транспортировки проб; и подсистему депонирования проб для транспортировки пробы от подсистемы сбора и транспортировки проб к выбранному гнезду в лотке для проб.

14. Система по п.13, дополнительно содержащая станцию загрузки сборных трубок для отделения сборной трубки от множества подобных сборных трубок и крепления сборной трубки на устройстве для позиционирования сборной трубки.

15. Система по п.13, дополнительно содержащая подсистему подготовки сборных трубок для срезания части конца установленной сборной трубки.

16. Система по п.13, дополнительно содержащая подсистему доставки жидкости в сборную трубку для смешивания с отобранной пробой.

17. Система по п.16, в которой подсистема депонирования проб выполнена с возможностью транспортирования смешанной пробы от подсистемы сбора и транспортировки проб к выбранному гнезду в лотке для проб.

18. Система по п.13, дополнительно содержащая станцию утилизации сборных трубок для извлечения сборной трубки из устройства позиционирования сборной трубки и удаления сборной трубки после транспортировки пробы в выбранное гнездо лотка для проб.

19. Система по п.13, дополнительно содержащая:
подсистему транспортировки семян для транспортировки семян между станцией очистки и станцией отбора проб; и
подсистему депонирования семян для транспортировки семян от подсистемы транспортировки семян в выбранное гнездо в лотке для семян после того, как из семени была извлечена проба.

20. Система по п.19, дополнительно содержащая:
станцию загрузки семян для отделения семени от множества сходных семян в бункере для семян; и
систему ориентирования для приема семени от станции загрузки семян, ориентирования семени в положение вершиной вниз и транспортировки ориентированного семени в держатель семени, установленный на поворотном столе подсистемы транспортировки семян.

21. Система по п.13, дополнительно содержащая станцию обработки семян для нанесения обрабатывающего вещества, по меньшей мере, на часть семени, из которого была извлечена проба и с которого была удалена оболочка.

22. Автоматизированный способ удаления пробы из отдельных семян, содержащий этапы, на которых:
отделяют отдельные семена от множества семян;
ориентируют отдельные семена в системе ориентирования семян;
удаляют пробу, по меньшей мере, с одного из отдельных семян в станции отбора проб;
транспортируют отдельные семена в гнезда лотка для семян; и
транспортируют пробу в гнездо лотка для проб.

23. Способ по п.22, в котором на этапе удаления пробы собирают пробу в сборную трубку.

24. Способ по п.23, в котором на этапе удаления пробы дополнительно доставляют жидкость в сборную трубку для смешивания с отобранной пробой.

25. Способ по п.24, в котором на этапе транспортировки пробы транспортируют смешанную пробу в выбранное гнездо лотка для проб.

26. Способ по п.22, дополнительно содержащий этап загрузки ориентированных семян в держатель семени автоматизированной системы отбора проб из семян.

27. Способ по п.26, дополнительно содержащий этап, на котором ориентируют отдельные семена вершиной вниз.

28. Способ по п.22, дополнительно содержащий этап, на котором наносят обрабатывающий состав, по меньшей мере, на часть семени, из которого была извлечена проба.

29. Способ по п.28, дополнительно содержащий этап, на котором удаляют остатки материала пробы с держателя семени после того, как из семени была удалена проба и семя, из которого удалена проба, было транспортировано к выбранному гнезду в лотке для семян.

30. Способ по п.22, в котором удаление пробы содержит этап извлечения пробы с верхней части, по меньшей мере, одного отдельного семени.

31. Способ по п.22, дополнительно содержащий этап, на котором анализируют пробу на одну или более из характеристик, указывающих, по меньшей мере, на один генетический химический признак.

32. Способ по п.22, дополнительно содержащий этап, на котором формируют изображение отдельных семян.

33. Способ по п.22, дополнительно содержащий транспортировку семян, которые были ориентированы, между системой ориентирования семян и станцией отбора проб.