The Role of Plant Growth-Promoting Bacteria in Alleviating the Adverse Effects of Drought on Plants

Resumo

Bactérias promotoras do crescimento vegetal desempenham um papel essencial no aprimoramento das características físicas, químicas e biológicas dos solos, facilitando a absorção de nutrientes e o fluxo de água, especialmente sob condições de estresse abiótico, que são grandes restrições ao desenvolvimento e à produção agrícola. A seca é um dos estresses abióticos mais prejudiciais e talvez o problema mais grave enfrentado pela sustentabilidade agrícola, levando a uma grave escassez na produtividade das culturas. A seca afeta o crescimento vegetal, causando perturbações hormonais e na estabilidade das membranas, desequilíbrio nutricional e distúrbios fisiológicos. Além disso, a seca causa uma diminuição notável no número de folhas, no teor relativo de água, na produção de açúcar, na produção de raízes, nas concentrações de clorofila a e b e de ácido ascórbico. No entanto, as concentrações de compostos fenólicos totais, vazamento de eletrólitos, peroxidação lipídica, quantidades de prolina e espécies reativas de oxigênio aumentam consideravelmente devido ao estresse hídrico. Esse impacto negativo da seca pode ser eliminado com o uso de bactérias promotoras do crescimento vegetal (PGPB). Em condições de seca, a aplicação de PGPB pode melhorar o crescimento vegetal, ajustando o equilíbrio hormonal, mantendo o estado nutricional e produzindo reguladores de crescimento vegetal. Este papel do PGPB afeta positivamente as características fisiológicas e bioquímicas, resultando em aumento no número de folhas, na produção de açúcar, no teor relativo de água, nas quantidades de pigmentos fotossintéticos e de ácido ascórbico. Por outro lado, a peroxidação lipídica, o vazamento de eletrólitos e as quantidades de prolina, compostos fenólicos totais e espécies reativas de oxigênio são reduzidos em condições de seca na presença de PGPB. A presente revisão apresenta uma visão geral do impacto da seca nas plantas e do papel fundamental do PGPB na mitigação dos efeitos negativos da seca, fortalecendo os sistemas de defesa antioxidante e aumentando o crescimento e a produtividade das plantas para promover a agricultura sustentável.

Abstract

Plant growth-promoting bacteria play an essential role in enhancing the physical, chemical and biological characters of soils by facilitating nutrient uptake and water flow, especially under abiotic stress conditions, which are major constrains to agricultural development and production. Drought is one of the most harmful abiotic stress and perhaps the most severe problem facing agricultural sustainability, leading to a severe shortage in crop productivity. Drought affects plant growth by causing hormonal and membrane stability perturbations, nutrient imbalance and physiological disorders. Furthermore, drought causes a remarkable decrease in leaf numbers, relative water content, sugar yield, root yield, chlorophyll a and b and ascorbic acid concentrations. However, the concentrations of total phenolic compounds, electrolyte leakage, lipid peroxidation, amounts of proline, and reactive oxygen species are considerably increased because of drought stress. This negative impact of drought can be eliminated by using plant growth-promoting bacteria (PGPB). Under drought conditions, application of PGPB can improve plant growth by adjusting hormonal balance, maintaining nutrient status and producing plant growth regulators. This role of PGPB positively affects physiological and biochemical characteristics, resulting in increased leaf numbers, sugar yield, relative water content, amounts of photosynthetic pigments and ascorbic acid. Conversely, lipid peroxidation, electrolyte leakage and amounts of proline, total phenolic compounds and reactive oxygen species are decreased under drought in the presence of PGPB. The current review gives an overview on the impact of drought on plants and the pivotal role of PGPB in mitigating the negative effects of drought by enhancing antioxidant defense systems and increasing plant growth and yield to improve sustainable agriculture.