Harnessing plant growth-promoting microorganisms to improve drought resilience in common bean (Phaseolus vulgaris L.)

Resumo

Contexto: O estresse por seca é um dos principais estresses abióticos que limitam a produtividade das culturas em todo o mundo. A presente pesquisa examina a participação de PGPM, a saber, Bacillus subtilis (1211 EMCCN) e Aspergillus niger (ATCC 102), na melhoria da tolerância à seca de Phaseolus vulgaris cultivado com teores de água no solo de 100%, 60% e 40% da capacidade de campo.
Resultados: B. subtilis apresentou maior produção de ácido indol-3-acético, citocinina e ACC desaminase, indicando seu forte papel na promoção do crescimento vegetal e na mitigação do estresse. Em contraste, A. niger produziu mais ácido giberélico e aumentou a solubilização de fosfato. O estresse por seca reduz significativamente o crescimento das plantas, a biomassa, o teor de clorofila e o conteúdo relativo de água, enquanto aumenta o extravasamento de eletrólitos e os marcadores de estresse oxidativo. A inoculação das plantas com microrganismos promotores de crescimento vegetal (PGPM) atenuou esses efeitos negativos, melhorando o desempenho de crescimento, o teor de pigmentos fotossintéticos e o status hídrico em comparação com as plantas não inoculadas. Os tratamentos microbianos reduziram o dano oxidativo e fortaleceram os sistemas de defesa antioxidante, incluindo antioxidantes enzimáticos e não enzimáticos. A inoculação com PGPM também promoveu o acúmulo de osmólitos e metabólitos secundários, auxiliando o ajuste osmótico e o equilíbrio redox. A análise multivariada confirmou os efeitos positivos da inoculação microbiana na mitigação do estresse por seca.
Conclusão: Entre os microrganismos testados, B. subtilis mostrou maior eficácia do que A. niger na maioria das características fisiológicas e bioquímicas avaliadas. De modo geral, os resultados sugerem que os PGPM são uma estratégia promissora e sustentável para aumentar a tolerância à seca e melhorar a produtividade do feijoeiro em condições de limitação hídrica.

Abstract

Background: Drought stress is one of the principal abiotic stresses that constrain crops yield across the globe. The current research examines the involvement of PGPM, namely Bacillus subtilis (1211 EMCCN) and Aspergillus niger (ATCC 102), in improving drought tolerance of Phaseolus vulgaris cultivated in soil water contents of 100%, 60%, and 40% field capacity.
Results: B. subtilis showed a higher production of indole-3-acetic acid, cytokinin, and ACC deaminase, indicating its strong role in promoting plant growth and mitigating stress. In contrast, A. niger produced more gibberellic acid and enhanced phosphate solubilization. Drought stress significantly reduces plant growth, biomass, chlorophyll content, and relative water content, while increasing electrolyte leakage and oxidative stress markers. Inoculating plants with plant growth-promoting microorganisms (PGPM) alleviated these negative effects, improving growth performance, photosynthetic pigment content, and water status compared to uninoculated plants. The microbial treatments reduced oxidative damage and enhanced antioxidant defense systems, including both enzymatic and non-enzymatic antioxidants. PGPM inoculation also promoted the accumulation of osmolytes and secondary metabolites, aiding osmotic adjustment and redox balance. Multivariate analysis confirmed the positive effects of microbial inoculation in mitigating drought stress.
Conclusion: Among the tested microorganisms, B. subtilis showed greater effectiveness than A. niger in most of the physiological and biochemical traits measured. Overall, the findings suggest that PGPMs are a promising and sustainable strategy for enhancing drought tolerance and improving the productivity of common beans in water-limited conditions.