Photosynthetic Response of Plants Under Different Abiotic Stresses: A Review

Resumo

A natureza séssil das plantas as expõe a uma infinidade de estresses abióticos, abrangendo metais pesados, sal, seca, deficiência de nutrientes, baixa radiação solar, contaminação por pesticidas e temperaturas extremas. A presença desses estresses restringe significativamente a produção agrícola e representa uma ameaça significativa à segurança alimentar global. Os estresses abióticos reduzem principalmente a eficiência fotossintética das plantas, devido às suas consequências negativas na biossíntese de clorofila, desempenho dos fotossistemas, mecanismos de transporte de elétrons, parâmetros de troca gasosa e muitos outros. Dessa forma, uma melhor compreensão da fotoquímica das plantas sob esses estresses abióticos pode ajudar no desenvolvimento de intervenções pragmáticas para o gerenciamento desses estresses.  Notavelmente, nesta revisão, fornecemos uma visão geral dos diferentes mecanismos que afetam a capacidade fotossintética das plantas em relação a esses fatores abióticos. A presente revisão descreve como diferentes estresses abióticos podem causar impactos prejudiciais na maquinaria fotossintética das plantas, incluindo membranas celulares, divisão celular e alongamento celular, biossíntese de pigmentos fotossintéticos, bem como a cadeia de transporte de elétrons. É fundamental entender os impactos nocivos de vários estresses abióticos para melhorar o gerenciamento de estresse, pois uma compreensão abrangente das respostas das plantas tem implicações pragmáticas para soluções e gerenciamento desses problemas.

Abstract

Plants encounter various abiotic stresses due to their sessile nature which include heavy metals, salt, drought, nutrient deficiency, light intensity, pesticide contamination, as well as extreme temperatures. These stresses impose major constraints limiting crop production and food security worldwide. Abiotic stresses primarily reduce the photosynthetic efficiency of plants, due to their negative consequences on chlorophyll biosynthesis, performance of the photosystems, electron transport mechanisms, gas exchange parameters, and many others. A better understanding of the photochemistry of plants under these abiotic stresses can help in the development of pragmatic interventions for managing these stresses. Interestingly, in this review, we provide an overview of insight into different mechanisms affecting the photosynthetic ability of plants in relation to these abiotic factors. The present review describes how different abiotic stresses can pose deleterious impacts on plant photosynthetic machinery including cellular membranes, cell division and cell elongation, biosynthesis of photosynthetic pigments, as well as electron transport chain. It is important to understand the detrimental impacts of various abiotic stresses for better stress management because a comprehensive understanding of plant responses has pragmatic implication for remedies and management.