種子切片技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國際現(xiàn)狀

分子育種技術(shù)發(fā)展帶動(dòng)著新的育種模式的形成。種子切片技術(shù)是作物分子育種過程中一項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)，取樣質(zhì)量和效率影響著育種規(guī)模。國際育種公司早已意識(shí)到種子切片設(shè)備在作物分子標(biāo)記輔助選擇育種中的應(yīng)用價(jià)值，并開始研發(fā)相關(guān)技術(shù)。2007?年，美國孟山都公司公布了種子切片技術(shù)（chipping process）在玉米、大豆育種中的應(yīng)用。它利用光譜進(jìn)行種子定向，用激光或機(jī)械刀片對(duì)籽粒進(jìn)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(shù)的應(yīng)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(gè)增至?20?個(gè)。2008?年，美國杜邦旗下的先鋒高級(jí)育種國際有限公司（以下簡稱“先鋒公司”）公布種子微創(chuàng)切片技術(shù)（又稱“激光輔助選種技術(shù)”，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(fā)芽活性。

國際種業(yè)大公司非常重視種子切片技術(shù)的壟斷，并通過它來限制競爭對(duì)手?jǐn)U大育種規(guī)模。他們通常在研發(fā)成功某項(xiàng)種子切片技術(shù)后馬上對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行專利申請(qǐng)，并限制相關(guān)技術(shù)研發(fā)。2012?年，孟山都公司在美國圣路易斯聯(lián)邦地方法庭對(duì)先鋒公司的“激光輔助選種”提出侵權(quán)訴訟，雖然二者最終和解，但他們?nèi)灾萍s著這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步使用。由于國際種業(yè)大公司在種子切片技術(shù)方面的先發(fā)優(yōu)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(shè)備。

國內(nèi)現(xiàn)狀

為打破國際種業(yè)大公司在種子切片技術(shù)上的壟斷，我國研究單位和種業(yè)公司開始著手研發(fā)自主種子切片設(shè)備，主要有中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所、沈陽理工大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中玉金標(biāo)記和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)等，相關(guān)技術(shù)研發(fā)進(jìn)展迅速。2014?年，李露等發(fā)明了一種利用激光進(jìn)行種子切片的全自動(dòng)種子切片機(jī)；2015?年，王喜慶等發(fā)明了“高通量種子自動(dòng)化取樣及陽性種子挑選系統(tǒng)及方法”，描述了通過激光進(jìn)行切割種子自動(dòng)取樣的設(shè)備和方法，并獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)；同年，魏英姿等發(fā)明了一種雙層轉(zhuǎn)盤式育種激光自動(dòng)切片取樣機(jī)，并獲得國家專利授權(quán)；2016?年，楊小東在其畢業(yè)論文中描述了利用激光自動(dòng)切割種子取樣的方法；同年，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)李慧琴等發(fā)明了玉米育種自動(dòng)取樣機(jī)并獲得國家專利授權(quán)；2017?年，谷侃鋒等發(fā)明玉米育種取樣自動(dòng)切片機(jī)，可利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式進(jìn)行玉米種子識(shí)別定位，再用激光進(jìn)行切割，并獲得中國專利授權(quán)。目前，我國自主研發(fā)的種子切片相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交?20?多項(xiàng)相關(guān)專利申請(qǐng)，其中?10?余項(xiàng)已經(jīng)獲得中國專利授權(quán)。然而，到目前為止，只有中玉金標(biāo)記做出了成熟的、可以量產(chǎn)的高通量種子切片機(jī)。

在?2017?年第四屆國際農(nóng)業(yè)基因組大會(huì)上，中玉金標(biāo)記公布了我國第一套商品化的玉米種子切片和挑選設(shè)備，為玉米分子育種提供了種子處理的全套技術(shù)解決方案，它包括全自動(dòng)種子微創(chuàng)取樣設(shè)備、種子挑選設(shè)備和相應(yīng)的信息管理系統(tǒng)。種子微創(chuàng)取樣設(shè)備可以對(duì)每一代分離群體進(jìn)行種子批量取樣，微創(chuàng)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(shè)備根據(jù)種子基因型信息自動(dòng)把目標(biāo)種子從海量的群體中挑選出來；在管理系統(tǒng)中，微創(chuàng)種子、切片樣本和基因型一一對(duì)應(yīng)，可以對(duì)種植在大田中的每一株種苗進(jìn)行跟蹤。全自動(dòng)種子切片系統(tǒng)與高通量分子檢測技術(shù)相結(jié)合，形成一套完整的作物分子輔助選育技術(shù)方案（圖?1），標(biāo)志著我國分子育種在群體取樣技術(shù)和目標(biāo)種子挑選技術(shù)方面已經(jīng)突破了“瓶頸”，達(dá)到一個(gè)新的水平。