高通量种子切片技术研究及其在作物育种中的应用

中国网/中国发展门户网讯 我国人口众多，农作物种业是保障国家粮食安全和支撑农业发展的根本所在，已经成为国家战略性、基础性核心产业。作物育种技术的发展将增强我国农业产品竞争力，加快农业现代化，促进我国由农业大国向农业强国转变。我国种业技术近几年发展较快，在作物育种领域已经开始推广应用分子标记辅助育种。该技术借助分子标记的基因分型结果，从数万个群体中选择最优的后代用于育种，可缩短育种年限，在有限的空间内扩大育种规模，且群体越大选择效率越高。但随着育种规模的扩大，用于分子检测的样品取样效率和质量成为分子辅助育种的技术瓶颈。传统的做法是把育种群体的种子全部种植到实验田里，从田间进行叶片取样，然后进行基因型检测分析并决定取舍。该做法存在着占地面积大、耗时长、效率低、易出错的问题，并且在田间种植的育种群体中有 80% 以上植株的基因型不符合预期，早晚要被淘汰掉，这严重地浪费了育种资源和育种者的精力。有了种子切片机的帮助，在播种前，利用种子切片技术对种子进行微量取样，通过分析微量样品的分子标记信息即可获得相应种子的基因型信息，然后只需将符合预期基因型的种子种植田间，即在播种之前完成了基因型选择，这样就大大缩小了群体种植规模，不仅节省了大量的田间工作而且让育种者更加专注于复杂农艺性状和产量性状的选择。高通量种子切片机的制造技术原来一直被国际种业公司垄断，并且不对外提供任何服务。切片技术的落后成为我国实施分子标记辅助育种的一大障碍。

为了打破国际种业公司在该领域的技术垄断，中玉金标记（北京）生物技术股份有限公司（以下简称“中玉金标记”）与中国科学院植物研究所合作进行了 2 年多的联合攻关，终于取得了具有自主知识产权、可以投入商业化使用的种子微创取样设备——玉米种子切片机，且设备集成化、自动化程度非常高，占地面积不到 4 平方米。该设备将准备好的样品倒入储料斗，并与收集用的 96 孔板集中放入便携式 96 孔板篮，之后只需启动运行程序，设备就自动完成从单粒分拣到最后收集的所有过程。整套设备操作方便快捷、切割精确快速、样品收集准确无误。玉米种子切片一次操作处理 960 粒种子，每 6 秒可完成一粒种子取样，成功率达 95% 以上，田间成活率达 95% 以上。

玉米种子切片机是我国自主研发的、具有自主知识产权的、高通量自动化的大型科研设备，该设备的商业化标志着我国已经成功地打破了国际公司在该技术领域的垄断，实现了中国创造和中国制造。并且我国分子育种技术已经突破了种子高通量取样的技术瓶颈，这对我国的分子育种技术发展和实施具有重要意义。该技术的成功研发也是我国科研单位（中国科学院植物研究所）与企业（中玉金标记）共同努力的结果，是我国科企联合政策结出的硕果。