高通量種子切片技術

分子標記輔助選擇育種是利用分子標記與目標性狀基因緊密連鎖的特點，從育種群體中篩選具有目的性狀的個體，可有效減少育種個體數量，縮短育種周期，從根本上解決了傳統育種性狀鑒定不準確、成本高和周期長的問題。在?21?世紀初，國際種業公司如孟山都、先鋒公司等已經采用新一代的單核苷酸多態性（SNP）分子標記檢測技術，它具有檢測快速、成本低、通量大的特點。隨著分子檢測技術的發展和育種規模的擴大，群體取樣已經成為分子標記輔助選擇育種的瓶頸。田間葉片取樣存在著效率低、易出錯的問題，并且在田間種植的育種群體中有?80%?以上植株在苗期被丟棄，嚴重地浪費了育種資源。在播種前，利用種子切片技術對種子進行微量取樣，通過分析樣品可獲得種子的遺傳信息，而后將所期望基因型的種子種植于田間，這樣則大大縮小了群體種植規模。

自動種子切片技術與高通量分子檢測技術相結合，已經形成一種新的育種模式，從而可從數萬籽粒中選出最優的一粒參與育種，使育種效率和規模成倍提高。規?；N群體產生的種子數量巨大，而其中的優質種子極少，這就要求種子切片機自動化程度高，能從大量的種子中分離出單粒種子；然后對單粒種子逐一進行準確識別和特定部位精確切割，以保證后期種子較高的成活率；最后對取得的微量樣品和切片后的種子準確無誤地進行一一對應收集，以保證通過樣品獲得的基因型和種子相對應。

一個典型的全自動種子切片設備主要包括自動供料裝置、種子方向識別裝置、種子抓取轉移裝置、取樣裝置、樣品收集裝置以及控制和信息管理系統?6?個部分（圖?2）。在信息管理控制的指揮下，自動供料裝置從批量的種子中分離出單粒種子；再經過種子方向識別后，調整種子方向運輸至取樣平臺；然后對種子進行精確取樣，收集裝置將樣品和微創種子一一對應進行收集。

自動供料裝置。自動供料裝置將待取樣種子批量裝載，并進行單粒種子分離運輸至種子識別平臺。其最主要的功能是單粒種子分離，主要采用的方法有旋轉盤分離法和振動盤分離法。旋轉盤分離法是通過圓盤旋轉把其凹槽中的單粒種子從批量種子中分離出來^[7,20,21]，但這種方法僅適用于形狀較為規則、顆粒較大的種子，如玉米和大豆等；而振動分離盤很好地解決了種子外形的問題，它利用螺旋轉盤高頻振動使批量種子處于單層平面排列狀態，然后通過轉盤的螺旋轉動使種子由平面排列變為線性排列，單粒種子逐漸分離出來（圖?3）。

種子方向識別裝置。對單粒種子進行方向識別，以利于隨后操作過程中種子抓取、定位和精確切割。主流的種子方向識別方法是通過計算種子外形某些特征來判斷方向。這種方法主要用于形狀規則且特征明顯的種子，但對于玉米穗兩端籽粒、秈稻籽粒等外形不規則或特征不明顯的種子并不適用，而最新的圖像智能識別技術可以解決這一問題。李廣偉等利用神經網絡模式識別工具箱建立的模型，對玉米種子姿態識別準確率達?99%?以上，中玉金標記利用人工智能識別技術對秈稻籽粒方向進行識別，準確率達?99%（內部數據）。先鋒公司在玉米激光切片技術上采用另一種方式，在種子頂端涂抹鐵基粉，通過磁性吸附種子頂端直接調整玉米種子方向。