Physiological, biochemical, and yield responses of bean plants to water deficit: contrasts between species and bacterial modulation

Abstract

Water deficit constrains legume productivity, yet the physiological strategies underlying interspecific variation in drought tolerance and the extent to which beneficial bacteria can enhance crop resilience remain poorly integrate. Here, a comparative physiological approach across species was used to identify mechanisms of drought tolerance in beans and determine whether the extremophilic bacterium Pseudomonas alcaligenes Med1 improves drought resilience in common bean. In a first experiment, Phaseolus vulgaris and Vigna unguiculata were subjected to progressive water deficit followed by rehydration. In a second experiment, non- inoculated and Med1-inoculated P. vulgaris cv. Palo plants were evaluated throughout vegetative and reproductive development under well-watered and water- deficit conditions. V. unguiculata displayed earlier stomatal regulation and better preserved plant water status, photosynthetic pigments, cytokinins, and carbon balance during drought. Together with enhanced antioxidant capacity, these responses supported rapid post-drought recovery and maintained yield. By contrast, P. vulgaris experienced greater dehydration, depletion of carbon reserves, and loss of pigments and cytokinins, with persistent physiological impairment after rehydration and consequent reductions in biomass and yield. Inoculation with Med1 improved water status and intrinsic water-use efficiency in P. vulgaris and induced antioxidant and osmoprotective adjustments, particularly during reproductive development. However, these responses were insufficient to prevent drought-induced photosynthetic and yield limitations. Notably, Med1 increased sugar, protein, and amino acid contents in developing seeds and enhanced P, Ca, Fe, and Zn concentrations in mature seeds, irrespective of water availability. These findings reveal that drought tolerance in V. unguiculata relies on coordinated stomatal regulation, water conservation, maintenance of carbon resources, and post-stress recovery, whereas Med1 provides targeted physiological and nutritional benefits rather than complete protection against water deficit in P. vulgaris cv. Palo. These results highlight the importance of integrating intrinsic plant drought-adaptation strategies with microbial approaches to improve legume resilience. Keywords: Phaseolus vulgaris; Vigna unguiculata; Pseudomonas alcaligenes Med1; water deficit.O déficit hídrico limita a produtividade das leguminosas, mas as estratégias fisiológicas responsáveis pela variação interespecífica na tolerância à seca e o potencial das bactérias benéficas para aumentar a resiliência das culturas ainda são pouco compreendidos de forma integrada. Neste estudo, foi combinada uma abordagem fisiológica comparativa entre espécies para identificar os mecanismos de tolerância à seca em feijoeiros, bem como determinar se a bactéria extremófila Pseudomonas alcaligenes Med1 aumenta a resiliência do feijão-comum ao déficit hídrico. Em um primeiro experimento, Phaseolus vulgaris e Vigna unguiculata foram submetidos a déficit hídrico progressivo seguido de reidratação. Em um segundo experimento, plantas de P. vulgaris cv. Palo inoculadas ou não inoculadas com Med1 foram avaliadas ao longo do desenvolvimento vegetativo e reprodutivo, sob condições de irrigação plena e déficit hídrico. V. unguiculata apresentou controle estomático mais precoce e preservou melhor o estado hídrico, os pigmentos fotossintéticos, as citocininas e o balanço de carbono durante o déficit. Em conjunto com a maior capacidade antioxidante, essas respostas favoreceram a rápida recuperação após o déficit e a manutenção da produção. Em contraste, P. vulgaris apresentou maior desidratação, esgotamento das reservas de carbono e perda de pigmentos e citocininas, com comprometimentos fisiológicos persistentes após a reidratação e consequentes reduções na biomassa e na produção. A inoculação com Med1 melhorou o estado hídrico e a eficiência intrínseca do uso da água em P. vulgaris, além de induzir ajustes antioxidantes e osmoprotetores, sobretudo durante o desenvolvimento reprodutivo. Entretanto, essas respostas não foram suficientes para evitar as limitações fotossintéticas e produtivas causadas pelo déficit hídrico. Destaca-se que Med1 aumentou os conteúdos de açúcares, proteínas e aminoácidos nas sementes verdes, e as concentrações de P, Ca, Fe e Zn nas sementes maduras, independentemente da disponibilidade hídrica. Esses resultados revelam que a tolerância à seca em V. unguiculata depende da coordenação entre o controle estomático, a conservação da água, a manutenção dos recursos de carbono e a recuperação após o estresse, enquanto Med1 proporciona benefícios fisiológicos e nutricionais específicos, em vez de proteção completa contra o déficit hídrico em P. vulgaris cv. Palo. Esses resultados ressaltam a importância de integrar as estratégias intrínsecas de adaptação das plantas à seca com abordagens microbianas para aumentar a resiliência das leguminosas. Palavras-chave: Phaseolus vulgaris; Vigna unguiculata; Pseudomonas alcaligenes Med1; déficit hídrico.