一种育种装置及其方法.pdf

《一种育种装置及其方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种育种装置及其方法.pdf（8页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201511021958.X (22)申请日 2015.12.29 A01H 1/06(2006.01) (71)申请人 东南大学 地址 211189 江苏省南京市江宁区东南大学 路 2 号 (72)发明人 万能 (74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32249 代理人 陈琛 (54) 发明名称 一种育种装置及其方法 (57) 摘要 本发明提供一种育种装置， 包括一个可密封 的环境腔体， 所述环境腔体的上盖为厚度小于 500 纳米的超薄窗体， 所述超薄窗体对高能粒子 束透明 ； 所述环境腔体内设置有对高能粒子束透。

2、 明的培养介质 ； 所述高能粒子束的辐照定位精度 在纳米或者微米级别 ； 将待育种生物体的组织或 者具有遗传特性的物质置于环境腔体内， 通过高 能粒子束对生物体组织的特定位点进行辐照， 实 现纳米或者微米级别的特定位点辐照育种。本发 明发挥现代高能粒子束的高空间分辨率和定位精 度， 实现对生物体组织的特定位点进行辐照 ； 结 合使用环境腔体的真空隔绝性， 可以保留生物体 的生物活性。两者结合可以极大提高辐照育种的 成功率和效率。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 105638452 A 2016.06。

3、.08 CN 105638452 A 1.一种育种装置， 其特征在于， 包括一个可密封的环境腔体， 所述环境腔体的上盖为厚 度小于500纳米的超薄窗体， 所述超薄窗体对高能粒子束透明； 所述环境腔体内设置有对高 能粒子束透明的培养介质,环境腔体的内腔高度小于5微米； 所述高能粒子束的辐照定位精 度在纳米或者微米级别； 将待育种生物体的组织置于环境腔体内通过高能粒子束对生物体 组织的特定位点进行辐照， 实现纳米或者微米级别的特定位点辐照育种。 2.根据权利要求1所述的一种育种装置， 其特征在于， 所述环境腔体内设置有微流控结 构， 待育种生物体的组织通过微流控结构进行固定， 在环境腔体中有液体流。

4、动时候固定不 漂移； 其中， 所述待育种生物体是具有遗传功能的生物体或者具有遗传特性的物质。 3.根据权利要求1所述的一种育种装置， 其特征在于， 所述高能粒子束为具有电子显微 成像功能的高能粒子束、 或者是不具有电子显微成像功能的电子束， 带电粒子束， X-射线， 伽马射线， 贝塔射线； 当采用具有电子显微成像功能的高能粒子束时， 首先通过自身的电子 显微成像功能寻找生物体组织的特定位点， 再进行辐照； 当采用不具有电子显微成像功能 的高能粒子束时， 需要配置有辅助成像的电子束或者离子束,首先使用电子束或者离子束 进行成像观察， 选择生物体组织的特定位点， 然后使用高能粒子束进行辐照。 4.。

5、根据权利要求1所述的一种育种装置， 其特征在于， 所述环境腔体的下盖为厚度小于 500纳米的超薄窗体， 所述超薄窗体对高能粒子束透明。 5.根据权利要求1或4所述的一种育种装置， 其特征在于， 所述超薄窗体的材料为硅、 二 氧化硅、 氮化硅、 碳化硅或者石墨烯。 6.根据权利要求1所述的一种育种装置， 其特征在于， 所述对高能粒子束透明的培养介 质为水溶液、 加有琼脂的水溶液或者是加有淀粉的水溶液。 7.根据权利要求1所述的一种育种装置， 其特征在于， 所述环境腔体的侧壁设置有可开 关的进口和出口。 8.利用权利要求1-7任一权利要求所述的一种育种装置实现的一种育种方法， 其特征 在于， 具体。

6、步骤如下： 步骤一、 从初始生物体中取下待育种生物体的组织或者使用具有遗传功能的物质； 步骤二、 将生物体组织置入环境腔体， 在环境腔体内加入对高能粒子束透明的培养介 质， 将环境腔体密封； 步骤三、 将密封好的环境腔体置入真空腔； 步骤四、 利用粒子束的成像功能寻找和定位生物体组织以及生物体组织上需要辐照的 特定位置并记录其位置； 步骤五、 利用高能粒子束对生物体组织的特定位点进行辐照， 期间控制辐照的剂量、 高 能粒子束的能量； 步骤六、 取出辐照后的生物体组织； 步骤七、 将辐照后的生物体组织进行培养获得新的生物体。 9.根据权利要求8所述的一种育种方法， 其特征在于， 步骤二、 将环境。

7、腔体密封， 之后打 开进口和出口， 自进口处输入生物体组织和对高能粒子束透明的培养介质， 至生物体组织 和对高能粒子束透明的培养介质充满整个环境腔体后， 关闭进口和出口； 或者， 将生物体组 织和培养介质置入环境腔体后再将其密封； 或者， 当生物体组织和对高能粒子束透明的培 养介质充满整个环境腔体后， 继续通过进口和出口对环境腔体内的培养介质进行循环供给 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 105638452 A 2 和更新。 10.根据权利要求8所述的一种育种方法， 其特征在于， 所述生物体组织的个数为一个 或者两个以上； 对于两个以上的生物体组织， 采用一个高能粒子束分时间段对多个生。

8、物体 组织的特定位点单独进行辐照， 或者采用多个高能粒子束同时对多个生物体组织的特定位 点分别进行辐照。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 105638452 A 3 一种育种装置及其方法 技术领域 0001 本发明属于现代育种学的技术领域， 具体设计一种育种装置及其方法。 0002 相关背景 0003 辐照育种是一种被研究比较久的育种方法。 其主要原理是利用高能粒子对生物的 可再生组织、 种子或者孢子、 遗传物质等等进行辐照。 通过控制高能粒子的种类， 能量， 剂量 等参数获得不同辐照改性的遗传体， 之后经过进一步培养和优选这些遗传体得到改良的物 种。 长期以来， 辐照育种普遍使用整。

9、个的完整的生物体进行研究， 比如使用作物种子、 细菌 个体、 活的动物或者动物受精卵等等。 众所周知， 作物种子和细菌个体等生物体包含有复杂 的结构组成， 比如作物种植除了含有胚芽组织以外还有胚芽、 种皮、 胚根等结构， 而上述的 每种结构中又含有植物细胞的各个部分， 并且这各个部分中均含有影响作物遗传的成分； 又比如细菌个体中可能包含有细胞质、 细胞膜、 线粒体、 细胞核等多种结构， 同样的， 这些结 构中也均含有影响作物遗传的成分。 所以， 使用传统的辐照育种技术， 虽然可以通过改变多 种辐照参数(高能粒子的种类， 能量， 剂量等参数)来获得优选的遗传后代， 但是无法做到精 准的控制辐照育。

10、种。 特别地， 传统方法比较难以准确的解释辐照育种的原理， 具有很多的经 验成分。 因此， 传统育种方式实际上限制了辐照育种方法的广泛、 有效和高效的应用。 0004 现有的研究表明， 辐照育种可能是由于高能粒子作用于生物的特定部位而产生的 诱导变异作用， 也有可能是若干特定部位协同产生变异的结果。 然而， 目前对这两方面的结 论均缺少直接的证据。 如果能够在非常小的尺度上对生物的特定部位进行辐照诱导， 则有 可能解决这一科学难题。 同时， 实现对局域小尺度部位的辐照诱导有可能准确把握育种的 机理， 提高辐照育种重复性， 从而极大提高育种的效率。 0005 随着技术的发展， 目前， 人们已经可。

11、以获得粒子束能量、 种类、 束斑大小可控的高 能粒子束。 粒子束也应用到不同的技术领域。 可控粒子束的优点在于可以实现对特定的小 区域目标位点进行辐照加工， 其加工精度高， 剂量可控， 能量可控。 虽然如此， 由于常规环境 条件对高能粒子具有强烈的耗损， 要获得高效的加工效果通常需要真空的环境条件， 以减 小空气分子对高能粒子的散射和消耗作用。 但是， 由于一般生物体无法在真空环境中生存， 一些生物活性物质也不能长时间耐受真空环境， 因此， 需要使用特定的装置和技术来实现 这一途径。 发明内容 0006 针对现有技术存在的问题， 本发明提供一种育种装置及其方法， 发挥现代高能粒 子束的高空间分。

12、辨率和定位精度， 实现对生物体组织的特定位点进行辐照； 结合使用环境 腔体的真空隔绝性， 可以保留生物体的生物活性。 两者结合可以极大提高辐照育种的成功 率和效率。 0007 本发明的技术方案是： 一种育种装置， 包括一个可密封的环境腔体， 所述环境腔体 的上盖为厚度小于500纳米的超薄窗体， 所述超薄窗体对高能粒子束透明； 所述环境腔体内 设置有对高能粒子束透明的培养介质,环境腔体的内腔高度小于5微米； 所述高能粒子束的 说 明 书 1/4 页 4 CN 105638452 A 4 辐照定位精度在纳米或者微米级别； 将待育种生物体的组织置于环境腔体内通过高能粒子 束对生物体组织的特定位点进行。

13、辐照， 实现纳米或者微米级别的特定位点辐照育种。 0008 进一步的， 所述环境腔体内设置有微流控结构， 待育种生物体的组织通过微流控 结构进行固定， 在环境腔体中有液体流动时候固定不漂移； 其中， 所述待育种生物体是具有 遗传功能的生物体或者具有遗传特性的物质。 如果使用环境腔体中使用微流控结构， 则生 物体可以通过外部流到输送并定位到墙体内的特定位置。 0009 进一步的， 所述高能粒子束为具有电子显微成像功能的高能粒子束、 或者是不具 有电子显微成像功能的电子束， 带电粒子束， X-射线， 伽马射线， 贝塔射线； 当采用具有电子 显微成像功能的高能粒子束时， 首先通过自身的电子显微成像功。

14、能寻找生物体组织的特定 位点， 再进行辐照； 当采用不具有电子显微成像功能的高能粒子束时， 需要配置有辅助成像 的电子束或者离子束,首先使用电子束或者离子束进行成像观察， 选择生物体组织的特定 位点， 然后使用高能粒子束进行辐照。 0010 进一步的， 所述环境腔体的下盖为厚度小于500纳米的超薄窗体， 所述超薄窗体对 高能粒子束透明。 同时， 所述超薄窗体的厚度应该足够厚， 可以在辐照环境中可以抵御腔内 外的压强差， 不发生破裂。 (通常厚度取大于50纳米) 0011 进一步的， 所述超薄窗体的材料为硅、 二氧化硅、 氮化硅、 碳化硅或者石墨烯。 0012 进一步的， 所述对高能粒子束透明的。

15、培养介质为水溶液、 加有琼脂的水溶液或者 是加有淀粉的水溶液。 0013 进一步的， 所述环境腔体的侧壁设置有可开关的进口和出口。 0014 本发明还提供一种育种方法， 具体步骤如下： 0015 步骤一、 从初始生物体中取下待育种生物体的组织或者使用具有遗传功能的物 质； 0016 步骤二、 将生物体组织置入环境腔体， 在环境腔体内加入对高能粒子束透明的培 养介质， 将环境腔体密封； 0017 步骤三、 将密封好的环境腔体置入真空腔； 0018 步骤四、 利用粒子束的成像功能寻找和定位生物体组织以及生物体组织上需要辐 照的特定位置并记录其位置； 0019 步骤五、 利用高能粒子束对生物体组织的。

16、特定位点进行辐照， 期间控制辐照的剂 量、 高能粒子束的能量； 0020 步骤六、 取出辐照后的生物体组织； 0021 步骤七、 将辐照后的生物体组织进行培养获得新的生物体。 0022 进一步的， 步骤二、 将环境腔体密封， 之后打开进口和出口， 自进口处输入生物体 组织和对高能粒子束透明的培养介质， 至生物体组织和对高能粒子束透明的培养介质充满 整个环境腔体后， 关闭进口和出口； 或者， 将生物体组织和培养介质置入环境腔体后再将其 密封； 或者， 当生物体组织和对高能粒子束透明的培养介质充满整个环境腔体后， 继续通过 进口和出口对环境腔体内的培养介质进行循环供给和更新。 使得更换生物体组织辐。

17、照更方 便， 提高育种效率。 0023 进一步的， 所述生物体组织的个数为一个或者两个以上； 对于两个以上的生物体 组织， 采用一个高能粒子束分时间段对多个生物体组织的特定位点单独进行辐照， 或者采 说 明 书 2/4 页 5 CN 105638452 A 5 用多个高能粒子束同时对多个生物体组织的特定位点分别进行辐照。 多个同时进行， 减少 更换次数， 提高育种效率。 0024 本发明的有益效果是： 本发明主要是发挥现代高能粒子束的高空间分辨率和定位 精度， 实现对生物体组织的特定位点进行辐照； 结合使用环境腔体的真空隔绝性， 可以保留 生物体的生物活性。 两者结合可以极大提高辐照育种的成功。

18、率和效率。 0025 与传统方法相比， 本发明所述的辐照育种方法能够做到精准的控制辐照育种， 准 确的解释辐照育种的原理。 不需要具有很多的经验成分， 能够广泛、 有效和高效的应用。 0026 本发明所述的辐照育种方法在非常小的尺度上对生物的特定部位进行辐照诱导， 能够准确的确定该辐照育种是由于高能粒子作用于生物的特定部位而产生的诱导变异作 用， 还是若干特定部位协同产生变异的结果。 能够准确把握育种的机理， 提高辐照育种的重 复性， 从而极大提高育种的效率。 附图说明 0027 图1为本发明的典型原理图。 0028 图2为带进出口的环境腔体。 0029 图3为多个生物体组织放置于环境腔体内的。

19、结构示意图。 0030 图中： A为初始生物体， B为生物体中取下的组织， C和D为生物组织内不同部位的待 辐照位点， E为环境腔体的上下盖， F为环境腔体的腔壁， G为放入环境腔体的培养介质， 用于 维持生物组织的活性或者增强辐照效果， H为高真空腔体， K为高能粒子束， L为辐照处理后 的生物组织体， M为辐照处理后的位点， N为经过培养后的新生物体。 具体实施方式 0031 下面结合附图对本发明作进一步的说明。 0032 如图1所示， 一种育种装置， 包括一个可密封的环境腔体， 所述环境腔体的上盖和 下盖E均为厚度小于500纳米的超薄窗体， 所述超薄窗体对高能粒子束透明， 材料为硅、 二。

20、氧 化硅、 氮化硅或者石墨烯。 所述环境腔体内设置有对高能粒子束透明的培养介质， 培养介质 为水溶液、 加有琼脂的水溶液或者是加有淀粉的水溶液。 环境腔体的内腔高度小于5微米。 所述高能粒子束是具有电子显微成像功能的高能粒子束、 或者是不具有电子显微成像功能 的电子束， 带电粒子束， X-射线， 伽马射线， 贝塔射线； 当采用具有电子显微成像功能的高能 粒子束时， 首先通过自身的电子显微成像功能寻找生物体组织的特定位点， 再进行辐照； 当 采用不具有电子显微成像功能的高能粒子束时， 需要配置有辅助成像的电子束或者离子 束,首先使用电子束或者离子束进行成像观察， 选择生物体组织的特定位点， 然后。

21、使用高能 粒子束进行辐照。 辐照定位精度在纳米或者微米级别； 将待育种生物体的组织置于环境腔 体内， 通过高能粒子束对生物体组织的特定位点进行辐照， 实现纳米或者微米级别的特定 位点辐照育种。 0033 作为优选的实施方式， 所述环境腔体内设置有微流控结构， 待育种生物体的组织 通过微流控结构进行固定， 在环境腔体中有液体流动时候固定不漂移； 其中， 所述待育种生 物体是具有遗传功能的生物体或者具有遗传特性的物质。 0034 利用该育种装置实现的一种育种方法， 具体步骤如下： 说 明 书 3/4 页 6 CN 105638452 A 6 0035 步骤一、 从初始生物体中取下待育种生物体的组织。

22、或者使用具有遗传功能的物 质； 0036 步骤二、 将生物体组织置入环境腔体， 在环境腔体内加入对高能粒子束透明的培 养介质， 将环境腔体密封； 0037 步骤三、 将密封好的环境腔体置入真空腔； 0038 步骤四、 利用粒子束的成像功能寻找和定位生物体组织以及生物体组织上需要辐 照的特定位置并记录其位置； 0039 步骤五、 利用高能粒子束对生物体组织的特定位点进行辐照， 期间控制辐照的剂 量、 高能粒子束的能量； 0040 步骤六、 取出辐照后的生物体组织； 0041 步骤七、 将辐照后的生物体组织进行培养获得新的生物体。 0042 如图1所示， 作为优选的实施方式， 所述环境腔体的侧壁设。

23、置有可开关的进口和出 口。 则步骤二修改为、 将环境腔体密封， 之后打开进口和出口， 自进口处输入生物体组织和 对高能粒子束透明的培养介质， 至生物体组织和对高能粒子束透明的培养介质充满整个环 境腔体后， 关闭进口和出口； 或者， 将生物体组织和培养介质置入环境腔体后再将其密封； 或者， 当生物体组织和对高能粒子束透明的培养介质充满整个环境腔体后， 继续通过进口 和出口对环境腔体内的培养介质进行循环供给和更新。 使得更换生物体组织辐照更方便， 提高育种效率。 0043 如图3所示， 当生物体组织每次辐照的个数为两个以上时， 采用一个高能粒子束分 时间段对多个生物体组织的特定位点单独进行辐照， 。

24、或者采用多个高能粒子束同时对多个 生物体组织的特定位点分别进行辐照。 0044 本发明主要是发挥现代高能粒子束的高空间分辨率和定位精度， 实现对生物体组 织的特定位点进行辐照； 结合使用环境腔体的真空隔绝性， 可以保留生物体的生物活性。 两 者结合可以极大提高辐照育种的可控性和效率。 并有可能发现之前方法不能培育出的新品 种。 (现有的育种方式主要依靠经验摸索， 多种尝试， 具体的微观机理不明确导致其实用性 和推广型具有一定的困难。 这一方法可以在了解其育种规律和原因的基础上极大提高其可 控性。 ) 0045 与传统方法相比， 本发明所述的辐照育种方法能够做到精准的控制辐照育种， 准 确的解释。

25、辐照育种的原理。 不需要具有很多的经验成分， 能够广泛、 有效和高效的应用。 0046 本发明所述的辐照育种方法在非常小的尺度上对生物的特定部位进行辐照诱导， 能够准确的确定该辐照育种是由于高能粒子作用于生物的特定部位而产生的诱导变异作 用， 还是若干特定部位协同产生变异的结果。 能够准确把握育种的机理， 提高辐照育种的重 复性， 从而极大提高育种的效率。 0047 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出： 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说 明 书 4/4 页 7 CN 105638452 A 7 图1 图2 图3 说 明 书 附 图 1/1 页 8 CN 105638452 A 8 。