Opportunistic survival strategy of Welwitschia mirabilis : recent anatomical and ecophysiological studies elucidating stomatal behaviour and photosynthetic potential

Abstract

We present new findings on leaf and stomatal apparatus anatomy and ecophysiology of Welwitschia mirabilis Hook.f. that are relevant to survival in the desert. We show that the structure of the stomatal apparatus with thin areas in the guard cell walls is a key feature enabling an opportunistic survival strategy through reversible quick switch-over from water conservation to CO 2 assimilation. Desert environment and greenhouse data demonstrated that stomatal conductance increased almost immediately after dawn to reach a maximum within approximately an hour, whereupon a steep decrease occurred. After discontinuation of induced drought in potted plants, fast recovery of stomatal conductance occurred while copious new root hairs developed within 50 h. Stomatal limitation proved to be the main photosynthetic constraint under induced drought. Under severe drought stress, biochemical limitation came into play. Chlorophyll fluorescence data of in-situ plants showed that the photosynthetic potential of leaf tissue is highest near the basal meristem, but although it decreases with age, it retains activity up to the leaf apex at the end of the green part. The photosynthetic potential of potted plants was optimal at 20 °C, analogous to mesophytic plants. Our data confirms our hypothesis that leaf surface and stomatal structure play a crucial role in moisture conservation and moderating leaf temperature for desert survival

Les auteurs présentent de nouveaux résultats de recherche sur l’anatomie et l’écophysiologie de l’appareil foliaire et stomatique de Welwitschia mirabilis Hook.f., pertinents á sa survie dans le désert. Ils montrent que la structure de l’appareil stomatique avec ses zones minces dans les parois des cellules de garde est un élément clé qui constitue une stratégie de survie opportuniste au moyen d’une commutation rapide réversible de la conservation de l’eau en assimilation de CO 2 . Les données récoltées en environnement désertique et en serre ont démontré que la conductance stomatique augmentait presque immédiatement après l’aurore pour atteindre un maximum en approximativement une heure, après quoi une diminution abrupte survenait. Après l’interruption d’une sécheresse induite chez des plants en pots, une récupération rapide de la conductance stomatique survenait alors que de nouveaux poils racinaires abondants se développaient en moins de 50 h. Il s’est avéré que la limitation stomatique constituait la principale contrainte photosynthétique dans des conditions de sécheresse induite. Dans des conditions de stress provoqué par une sécheresse sévère, la limitation biochimique entrait en jeu. Les données de fluorescence de la chlorophylle des plants in situ montraient que le potentiel photosynthétique du tissu foliaire est le plus élevé á proximité du méristème basal, mais même s’il diminue en fonction de l’âge, il conserve son activité élevée de l’apex de la feuille á la fin de la partie verte. Le potentiel photosynthétique des plants en pots était optimal á 20 °C, comme celui des plants mésophytes. Les données des auteurs confirment leur hypothèse á l’effet que la surface foliaire et la structure stomatique jouent un rôle clé dans la conservation de l’humidité et la modération de la température de la feuille pour la survie dans le désert.