Bacterial Plant Biostimulants: A Sustainable Way towards Improving Growth, Productivity, and Health of Crops

Resumo

Esta revisão apresenta um estudo abrangente e sistemático do campo dos biostimulantes vegetais bacterianos e considera os princípios fundamentais e inovadores subjacentes a esta tecnologia. Os biostimulantes vegetais são uma ferramenta importante para a agricultura moderna como parte de um sistema de manejo integrado de culturas (MIC), ajudando a tornar a agricultura mais sustentável e resiliente. Os biostimulantes vegetais contêm substância(s) e/ou microrganismos cuja função, quando aplicados às plantas ou à rizosfera, é estimular processos naturais para aumentar a absorção de nutrientes pelas plantas, a eficiência do uso de nutrientes, a tolerância ao estresse abiótico, o biocontrole e a qualidade da cultura. O uso de biostimulantes vegetais ganhou atenção substancial e significativa em todo o mundo como uma alternativa ambientalmente amigável para a produção agrícola sustentável. Atualmente, há uma curiosidade crescente na indústria e entre pesquisadores sobre biostimulantes microbianos, especialmente biostimulantes de bactérias promotoras de crescimento de plantas (BPCP), para melhorar o crescimento e a produtividade das culturas. Os BPCPs que são baseados em RPCPs (rizobactérias promotoras de crescimento de plantas) desempenham papéis plausíveis para promover/estimular o crescimento das plantas cultivadas por meio de vários mecanismos que incluem (i) aquisição de nutrientes por fixação de nitrogênio (N₂) e solubilização de minerais insolúveis (P, K, Zn), ácidos orgânicos e sideróforos; (ii) metabólitos antimicrobianos e várias enzimas líticas; (iii) a ação de reguladores de crescimento e fitormônios responsivos/induzidos por estresse; (iv) amenização do estresse abiótico, como seca, alta salinidade do solo, temperaturas extremas, estresse oxidativo e metais pesados, usando diferentes modos de ação; e (v) modos de indução de defesa das plantas. Apresenta-se aqui uma breve revisão enfatizando a aplicabilidade dos BPCPs como um esforço inovador para enfrentar a atual crise alimentar.

Abstract

This review presents a comprehensive and systematic study of the field of bacterial plant biostimulants and considers the fundamental and innovative principles underlying this technology. Plant biostimulants are an important tool for modern agriculture as part of an integrated crop management (ICM) system, helping make agriculture more sustainable and resilient. Plant biostimulants contain substance(s) and/or microorganisms whose function when applied to plants or the rhizosphere is to stimulate natural processes to enhance plant nutrient uptake, nutrient use efficiency, tolerance to abiotic stress, biocontrol, and crop quality. The use of plant biostimulants has gained substantial and significant heed worldwide as an environmentally friendly alternative to sustainable agricultural production. At present, there is an increasing curiosity in industry and researchers about microbial biostimulants, especially bacterial plant biostimulants (BPBs), to improve crop growth and productivity. The BPBs that are based on PGPR (plant growth-promoting rhizobacteria) play plausible roles to promote/stimulate crop plant growth through several mechanisms that include (i) nutrient acquisition by nitrogen (N2) fixation and solubilization of insoluble minerals (P, K, Zn), organic acids and siderophores; (ii) antimicrobial metabolites and various lytic enzymes; (iii) the action of growth regulators and stress-responsive/induced phytohormones; (iv) ameliorating abiotic stress such as drought, high soil salinity, extreme temperatures, oxidative stress, and heavy metals by using different modes of action; and (v) plant defense induction modes. Presented here is a brief review emphasizing the applicability of BPBs as an innovative exertion to fulfill the current food crisis.