Role of Environmental Factors in Legume-Rhizobium Symbiosis: A Review

Resumo

As leguminosas desempenham um papel fundamental no enfrentamento dos desafios globais de segurança alimentar e nutricional, oferecendo uma fonte sustentável de proteínas e compostos bioativos. A capacidade das leguminosas de estabelecer relações simbióticas com bactérias rizóbias permite a fixação biológica de nitrogênio (FBN), reduzindo a dependência de fertilizantes químicos e melhorando a saúde do solo. No entanto, a eficiência dessa simbiose é significativamente influenciada por fatores ambientais, como acidez do solo, salinidade, temperatura, teor de umidade, intensidade de luz e disponibilidade de nutrientes. Esses fatores afetam processos-chave, incluindo a sobrevivência dos rizóbios, a formação de nódulos e a atividade da nitrogenase, determinando, em última análise, o crescimento e a produtividade das leguminosas. Esta revisão resume o conhecimento atual sobre as interações leguminosa-rizóbio sob condições abióticas variadas. Ela destaca o impacto da salinidade e da acidez na limitação do desenvolvimento dos nódulos, a temperatura do solo na regulação da dinâmica da comunidade microbiana e a disponibilidade de umidade na modulação das respostas metabólicas e hormonais durante a seca e o alagamento. Além disso, o papel dos nutrientes essenciais, incluindo nitrogênio, fósforo, potássio e oligoelementos como ferro, molibdênio e boro, na otimização da simbiose é analisado criticamente.

Abstract

Legumes play a pivotal role in addressing global challenges of food and nutrition security by offering a sustainable source of protein and bioactive compounds. The capacity of legumes to establish symbiotic relationships with rhizobia bacteria enables biological nitrogen fixation (BNF), reducing the dependence on chemical fertilizers while enhancing soil health. However, the efficiency of this symbiosis is significantly influenced by environmental factors, such as soil acidity, salinity, temperature, moisture content, light intensity, and nutrient availability. These factors affect key processes, including rhizobia survival, nodule formation, and nitrogenase activity, ultimately determining the growth and productivity of legumes. This review summarizes current knowledge on legume-rhizobia interactions under varying abiotic conditions. It highlights the impact of salinity and acidity in limiting nodule development, soil temperature in regulating microbial community dynamics, and moisture availability in modulating metabolic and hormonal responses during drought and waterlogging. Moreover, the role of essential nutrients, including nitrogen, phosphorus, potassium, and trace elements such as iron, molybdenum, and boron, in optimizing symbiosis is critically analyzed.