一種育種裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于現(xiàn)代育種學(xué)的技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種育種裝置及其方法。
[0002]相關(guān)背景
[0003]輻照育種是一種被研究比較久的育種方法。其主要原理是利用高能粒子對(duì)生物的可再生組織、種子或者孢子、遺傳物質(zhì)等等進(jìn)行輻照。通過控制高能粒子的種類，能量，劑量等參數(shù)獲得不同輻照改性的遺傳體，之后經(jīng)過進(jìn)一步培養(yǎng)和優(yōu)選這些遺傳體得到改良的物種。長(zhǎng)期以來(lái)，輻照育種普遍使用整個(gè)的完整的生物體進(jìn)行研究，比如使用作物種子、細(xì)菌個(gè)體、活的動(dòng)物或者動(dòng)物受精卵等等。眾所周知，作物種子和細(xì)菌個(gè)體等生物體包含有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)組成，比如作物種植除了含有胚芽組織以外還有胚芽、種皮、胚根等結(jié)構(gòu)，而上述的每種結(jié)構(gòu)中又含有植物細(xì)胞的各個(gè)部分，并且這各個(gè)部分中均含有影響作物遺傳的成分；又比如細(xì)菌個(gè)體中可能包含有細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞膜、線粒體、細(xì)胞核等多種結(jié)構(gòu)，同樣的，這些結(jié)構(gòu)中也均含有影響作物遺傳的成分。所以，使用傳統(tǒng)的輻照育種技術(shù)，雖然可以通過改變多種輻照參數(shù)(高能粒子的種類，能量，劑量等參數(shù))來(lái)獲得優(yōu)選的遺傳后代，但是無(wú)法做到精準(zhǔn)的控制輻照育種。特別地，傳統(tǒng)方法比較難以準(zhǔn)確的解釋輻照育種的原理，具有很多的經(jīng)驗(yàn)成分。因此，傳統(tǒng)育種方式實(shí)際上限制了輻照育種方法的廣泛、有效和高效的應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有的研究表明，輻照育種可能是由于高能粒子作用于生物的特定部位而產(chǎn)生的誘導(dǎo)變異作用，也有可能是若干特定部位協(xié)同產(chǎn)生變異的結(jié)果。然而，目前對(duì)這兩方面的結(jié)論均缺少直接的證據(jù)。如果能夠在非常小的尺度上對(duì)生物的特定部位進(jìn)行輻照誘導(dǎo)，則有可能解決這一科學(xué)難題。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)局域小尺度部位的輻照誘導(dǎo)有可能準(zhǔn)確把握育種的機(jī)理，提高輻照育種重復(fù)性，從而極大提高育種的效率。
[0005]隨著技術(shù)的發(fā)展，目前，人們已經(jīng)可以獲得粒子束能量、種類、束斑大小可控的高能粒子束。粒子束也應(yīng)用到不同的技術(shù)領(lǐng)域?？煽亓Ｗ邮膬?yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定的小區(qū)域目標(biāo)位點(diǎn)進(jìn)行輻照加工，其加工精度高，劑量可控，能量可控。雖然如此，由于常規(guī)環(huán)境條件對(duì)高能粒子具有強(qiáng)烈的耗損，要獲得高效的加工效果通常需要真空的環(huán)境條件，以減小空氣分子對(duì)高能粒子的散射和消耗作用。但是，由于一般生物體無(wú)法在真空環(huán)境中生存，一些生物活性物質(zhì)也不能長(zhǎng)時(shí)間耐受真空環(huán)境，因此，需要使用特定的裝置和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種育種裝置及其方法，發(fā)揮現(xiàn)代高能粒子束的高空間分辨率和定位精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體組織的特定位點(diǎn)進(jìn)行輻照；結(jié)合使用環(huán)境腔體的真空隔絕性，可以保留生物體的生物活性。兩者結(jié)合可以極大提高輻照育種的成功率和效率。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種育種裝置，包括一個(gè)可密封的環(huán)境腔體，所述環(huán)境腔體的上蓋為厚度小于500納米的超薄窗體，所述超薄窗體對(duì)高能粒子束透明；所述環(huán)境腔體內(nèi)設(shè)置有對(duì)高能粒子束透明的培養(yǎng)介質(zhì)，環(huán)境腔體的內(nèi)腔高度小于5微米;所述高能粒子束的輻照定位精度在納米或者微米級(jí)別;將待育種生物體的組織置于環(huán)境腔體內(nèi)通過高能粒子束對(duì)生物體組織的特定位點(diǎn)進(jìn)行輻照，實(shí)現(xiàn)納米或者微米級(jí)別的特定位點(diǎn)輻照育種。
[0008]進(jìn)一步的，所述環(huán)境腔體內(nèi)設(shè)置有微流控結(jié)構(gòu)，待育種生物體的組織通過微流控結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定，在環(huán)境腔體中有液體流動(dòng)時(shí)候固定不漂移;其中，所述待育種生物體是具有遺傳功能的生物體或者具有遺傳特性的物質(zhì)。如果使用環(huán)境腔體中使用微流控結(jié)構(gòu)，則生物體可以通過外部流到輸送并定位到墻體內(nèi)的特定位置。
[0009]進(jìn)一步的，所述尚能粒子束為具有電子顯微成像功能的尚能粒子束、或者是不具有電子顯微成像功能的電子束，帶電粒子束，X-射線，伽馬射線，貝塔射線；當(dāng)采用具有電子顯微成像功能的高能粒子束時(shí)，首先通過自身的電子顯微成像功能尋找生物體組織的特定位點(diǎn)，再進(jìn)行輻照；當(dāng)采用不具有電子顯微成像功能的高能粒子束時(shí)，需要配置有輔助成像的電子束或者離子束，首先使用電子束或者離子束進(jìn)行成像觀察，選擇生物體組織的特定位點(diǎn)，然后使用高能粒子束進(jìn)行輻照。
[0010]進(jìn)一步的，所述環(huán)境腔體的下蓋為厚度小于500納米的超薄窗體，所述超薄窗體對(duì)高能粒子束透明。同時(shí)，所述超薄窗體的厚度應(yīng)該足夠厚，可以在輻照環(huán)境中可以抵御腔內(nèi)外的壓強(qiáng)差，不發(fā)生破裂。(通常厚度取大于50納米)
[0011 ]進(jìn)一步的，所述超薄窗體的材料為硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅或者石墨烯。
[0012 ]進(jìn)一步的，所述對(duì)高能粒子束透明的培養(yǎng)介質(zhì)為水溶液、加有瓊脂的水溶液或者是加有淀粉的水溶液。
[0013]進(jìn)一步的，所述環(huán)境腔體的側(cè)壁設(shè)置有可開關(guān)的進(jìn)口和出口。
[0014]本發(fā)明還提供一種育種方法，具體步驟如下:
[0015]步驟一、從初始生物體中取下待育種生物體的組織或者使用具有遺傳功能的物質(zhì)；
[0016]步驟二、將生物體組織置入環(huán)境腔體，在環(huán)境腔體內(nèi)加入對(duì)高能粒子束透明的培養(yǎng)介質(zhì)，將環(huán)境腔體密封；
[0017]步驟三、將密封好的環(huán)境腔體置入真空腔；
[0018]步驟四、利用粒子束的成像功能尋找和定位生物體組織以及生物體組織上需要輻照的特定位置并記錄其位置；
[0019]步驟五、利用高能粒子束對(duì)生物體組織的特定位點(diǎn)進(jìn)行輻照，期間控制輻照的劑量、高能粒子束的能量；
[0020]步驟六、取出輻照后的生物體組織；
[0021 ]步驟七、將輻照后的生物體組織進(jìn)行培養(yǎng)獲得新的生物體。
[0022]進(jìn)一步的，步驟二、將環(huán)境腔體密封，之后打開進(jìn)口和出口，自進(jìn)口處輸入生物體組織和對(duì)高能粒子束透明的培養(yǎng)介質(zhì)，至生物體組織和對(duì)高能粒子束透明的培養(yǎng)介質(zhì)充滿整個(gè)環(huán)境腔體后，關(guān)閉進(jìn)口和出口；或者，將生物體組織和培養(yǎng)介質(zhì)置入環(huán)境腔體后再將其密封;或者，當(dāng)生物體組織和對(duì)高能粒子束透明的培養(yǎng)介質(zhì)充滿整個(gè)環(huán)境腔體后，繼續(xù)通過進(jìn)口和出口對(duì)環(huán)境腔體內(nèi)的培養(yǎng)介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)供給和更新。使得更換生物體組織輻照更方便，提尚育種效率。
[0023]進(jìn)一步的，所述生物體組織的個(gè)數(shù)為一個(gè)或者兩個(gè)以上;對(duì)于兩個(gè)以上的生物體組織，采用一個(gè)高能粒子束分時(shí)間段對(duì)多個(gè)生物體組織的特定位點(diǎn)單獨(dú)進(jìn)行輻照，或者采用多個(gè)高能粒子束同時(shí)對(duì)多個(gè)生物體組織的特定位點(diǎn)分別進(jìn)行輻照。多個(gè)同時(shí)進(jìn)行，減少更換次數(shù)，提高育種效率。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明主要是發(fā)揮現(xiàn)代高能粒子束的高空間分辨率和定位精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物體組織的特定位點(diǎn)進(jìn)行輻照;結(jié)合使用環(huán)境腔體的真空隔絕性，可以保留生物體的生物活性。兩者結(jié)合可以極大提高輻照育種的成功率和效率。
[0025]與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明所述的輻照育種方法能夠做到精準(zhǔn)的控制輻照育種，準(zhǔn)確的解釋輻照育種的原理。不需要具有很多的經(jīng)驗(yàn)成分，能夠廣泛、有效和高效的應(yīng)用。
[0026]本發(fā)明所述的輻照育種方法在非常小的尺度上對(duì)生物的特定部位進(jìn)行輻照誘導(dǎo)，能夠準(zhǔn)確的確定該輻照育種是由于高能粒子作用于生物的特定部位而產(chǎn)生的誘導(dǎo)變異作用，還是若干特定部位協(xié)同產(chǎn)生變異的結(jié)果。能夠準(zhǔn)確把握育種的機(jī)理，提高輻照育種的重復(fù)性，從而極大提高育種的效率。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的典型原理圖。
[0028]圖2為帶進(jìn)出口的環(huán)境腔體。
[0029]圖3為多個(gè)生物體組織放置于環(huán)境腔體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中:A為初始生物體，B為生物體中取下的組織，C和D為生物組織內(nèi)不同部位的待輻照位點(diǎn)，E為環(huán)境腔體的上下蓋，F(xiàn)為環(huán)境腔體的腔壁，G為放入環(huán)境腔體的培養(yǎng)介質(zhì)，用于維持生物組織的活性或者增強(qiáng)輻照效果，H為高真空腔體，K為高能粒子束，L為輻照處理后的生物組織體，M為輻照處理后的位點(diǎn)，N為經(jīng)過培養(yǎng)后的新生物體。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0032]如圖1所示，一種育種裝置，包括一個(gè)可密封的環(huán)境腔體，所述環(huán)境腔體的上蓋和下蓋E均為厚度小于500納米的超薄窗體，所述超薄窗體對(duì)高能粒子束透明，材料為娃、二氧化硅、氮化硅或者石墨烯。所述環(huán)境腔體內(nèi)設(shè)置有對(duì)高能粒子束透明的培養(yǎng)介質(zhì)，培養(yǎng)介質(zhì)為水溶液、加有瓊脂的水溶液或者是加有淀