種子切片技術發展現狀

國際現狀

分子育種技術發展帶動著新的育種模式的形成。種子切片技術是作物分子育種過程中一項關鍵性的技術，取樣質量和效率影響著育種規模。國際育種公司早已意識到種子切片設備在作物分子標記輔助選擇育種中的應用價值，并開始研發相關技術。2007?年，美國孟山都公司公布了種子切片技術（chipping process）在玉米、大豆育種中的應用。它利用光譜進行種子定向，用激光或機械刀片對籽粒進行精確切割，切下的切片用?96?孔板收集，每天可以處理上萬粒種子。種子切片技術的應用，將多性狀整合育種（multiple trait integration，MTI）中的種子性狀，由原來的?8?個增至?20?個。2008?年，美國杜邦旗下的先鋒高級育種國際有限公司（以下簡稱“先鋒公司”）公布種子微創切片技術（又稱“激光輔助選種技術”，laser-assisted seed selection），通過將磁性漆噴涂在種子頂部表面定位，然后用激光射線切取籽粒頂部少量胚乳組織，取樣后的種子仍保持發芽活性。

國際種業大公司非常重視種子切片技術的壟斷，并通過它來限制競爭對手擴大育種規模。他們通常在研發成功某項種子切片技術后馬上對相關技術進行專利申請，并限制相關技術研發。2012?年，孟山都公司在美國圣路易斯聯邦地方法庭對先鋒公司的“激光輔助選種”提出侵權訴訟，雖然二者最終和解，但他們仍制約著這項技術的進一步使用。由于國際種業大公司在種子切片技術方面的先發優勢、壟斷地位、自行研制使用等原因，國際市場上至今還沒有商品化的種子切片設備。

國內現狀

為打破國際種業大公司在種子切片技術上的壟斷，我國研究單位和種業公司開始著手研發自主種子切片設備，主要有中國科學院合肥物質科學研究院、中國科學院沈陽自動化研究所、沈陽理工大學、中國農業大學、中玉金標記和河南農業大學等，相關技術研發進展迅速。2014?年，李露等發明了一種利用激光進行種子切片的全自動種子切片機；2015?年，王喜慶等發明了“高通量種子自動化取樣及陽性種子挑選系統及方法”，描述了通過激光進行切割種子自動取樣的設備和方法，并獲得國家知識產權局授權；同年，魏英姿等發明了一種雙層轉盤式育種激光自動切片取樣機，并獲得國家專利授權；2016?年，楊小東在其畢業論文中描述了利用激光自動切割種子取樣的方法；同年，河南農業大學李慧琴等發明了玉米育種自動取樣機并獲得國家專利授權；2017?年，谷侃鋒等發明玉米育種取樣自動切片機，可利用神經網絡模式進行玉米種子識別定位，再用激光進行切割，并獲得中國專利授權。目前，我國自主研發的種子切片相關技術已經在國家知識產權局提交?20?多項相關專利申請，其中?10?余項已經獲得中國專利授權。然而，到目前為止，只有中玉金標記做出了成熟的、可以量產的高通量種子切片機。

在?2017?年第四屆國際農業基因組大會上，中玉金標記公布了我國第一套商品化的玉米種子切片和挑選設備，為玉米分子育種提供了種子處理的全套技術解決方案，它包括全自動種子微創取樣設備、種子挑選設備和相應的信息管理系統。種子微創取樣設備可以對每一代分離群體進行種子批量取樣，微創后的種子活力不受影響；通過檢測微量樣本獲得種子的遺傳信息后，玉米種子挑選設備根據種子基因型信息自動把目標種子從海量的群體中挑選出來；在管理系統中，微創種子、切片樣本和基因型一一對應，可以對種植在大田中的每一株種苗進行跟蹤。全自動種子切片系統與高通量分子檢測技術相結合，形成一套完整的作物分子輔助選育技術方案（圖?1），標志著我國分子育種在群體取樣技術和目標種子挑選技術方面已經突破了“瓶頸”，達到一個新的水平。