History and sensitivity comparison of the Spirodela polyrhiza microbiotest and Lemna toxicity tests

Histoire et comparaison de sensibilité du microbiotest Spirodela polyrhiza et du test de toxicité Lemna

⁽¹⁾ CNR – Istituto per lo Studio degli Ecosistemi, Verbania Pallanza, Italy
⁽²⁾ Dow AgroSciences, Lavrion, Greece
⁽³⁾ Laboratory of Ecology and Environmental Sciences, Agricultural University of Athens, Athens, Greece
⁽⁴⁾ MicroBioTests Inc., Kleimoer 15, Mariakerke-Gent, Belgium
⁽⁵⁾ Laboratory for Environmental Toxicology and Aquatic Ecology, Ghent University, Ghent, Belgium

^⋆ Corresponding author: guido.persoone@ugent.be

Received: 27 April 2015
Revised: 3 August 2015
Accepted: 4 August 2015

Abstract

The history of toxicity tests with duckweeds shows that these assays with free-floating aquatic angiosperms are gaining increasing attention in ecotoxicological research and applications. Standard tests have been published by national and international organizations, mainly with the test species Lemna minor and Lemna gibba. Besides the former two test species the great duckweed Spirodela polyrhiza is to date also regularly used in duckweed testing. Under unfavorable environmental conditions, the latter species produces dormant stages (turions) and this has triggered the attention of two research groups from Belgium and Greece to jointly develop a “stock culture independent” microbiotest with S. polyrhiza. A 72 h new test has been worked out which besides its independence of stock culturing and maintenance of live stocks is very simple and practical to perform, and much less demanding in space and time than the conventional duckweed tests. Extensive International Interlaboratory Comparisons on the S. polyrhiza microbiotest showed its robustness and reliability and triggered the decision to propose this new assay to the ISO for endorsement and publication as a standard toxicity test for duckweeds. Sensitivity comparison of the 72 h S. polyrhiza microbiotest with the 7d L. minor assay for 22 compounds belonging to different groups of chemicals revealed that based on growth as the effect criterion both duckweed assays have a similar sensitivity. Taking into account its multiple advantages and assets, the S. polyrhiza microbiotest is a reliable and attractive alternative to the conventional duckweed tests.

Résumé

L’historique des tests de toxicité avec des lentilles d’eau démontre que ces essais réalisés avec des angiospermes aquatiques «flottants» reçoivent de plus en plus d’attention en recherche et en applications écotoxicologiques. Des tests standardisés ont d’ailleurs fait l’objet de publications par des organisations nationales et internationales, notamment avec les espèces test Lemna minor et Lemna gibba. Outre celles-ci, la lentille d’eau Spirodela polyrhiza est aussi utilisée couramment pour l’entreprise de tests sur les lentilles d’eau. Lors de conditions environnementales défavorables, S. polyrhiza produit des stades de dormance appelés «turions». Cette particularité a suscité la collaboration de deux groupes de recherche en Belgique et en Grèce dans le but de développer un microbiotest avec cette espèce et qui soit entièrement affranchi d’avoir à cultiver des organismes test. Un essai d’une durée de 72 h, libre de toute servitude de culture et qui s’avère simple et pratique, et beaucoup moins contraignant en termes d’espace et de temps que les tests conventionnels effectués avec des lentilles d’eau a donc été mis au point. Des comparaisons entre laboratoires résultant d’exercices d’intercalibration conduits à l’échelle internationale avec le microbiotest S. polyrhiza en ont montré la robustesse et la fiabilité. Ces résultats ont alors conforté la décision de proposer ce microbiotest à l’ISO pour approbation et publication comme test normalisé sur les lentilles d’eau. Une comparaison de la sensibilité du test S. polyrhiza d’une durée de 72 h, avec l’essai de 7 jours sur L. minor, a été faite sur 22 composés appartenant à différents groupes de produits chimiques. Celle-ci a révélé, sur la base du critère de croissance, que les deux tests de toxicité avaient une sensibilité similaire. Au vu de ses multiples avantages et attributs, le microbiotest utilisant S. polyrhiza se présente ainsi comme une alternative fiable et attrayante aux tests conventionnels entrepris avec des lentilles d’eau.