Om sommeren står planter overfor flere typer belastninger, som høy temperatur, sterkt lys, tørke (vannstress) og oksidativt stress. Betain, som en viktig osmotisk regulator og et beskyttende, kompatibelt løsemiddel, spiller en avgjørende rolle i plantenes motstandskraft mot disse sommerstressfaktorene. Hovedfunksjonene inkluderer:

1. Regulering av permeasjon:
Oppretthold celleturgortrykket:

Høy temperatur og tørke fører til at planter mister vann, noe som fører til en økning i cytoplasmisk osmotisk potensial (blir tettere), noe som lett forårsaker dehydrering og visning av celler fra omkringliggende vakuoler eller cellevegger med sterkere vannabsorpsjonskapasitet. Betain akkumuleres i store mengder i cytoplasmaet, noe som effektivt reduserer cytoplasmas osmotiske potensial, og hjelper cellene med å opprettholde høyt turgortrykk, og dermed motstår dehydrering og opprettholder integriteten til cellestruktur og -funksjon.

Balansert vakuolært osmotisk trykk:

En stor mengde uorganiske ioner (som K⁺, Cl⁻, osv.) akkumuleres i vakuolen for å opprettholde osmotisk trykk. Betain finnes hovedsakelig i cytoplasmaet, og akkumuleringen bidrar til å balansere den osmotiske trykkforskjellen mellom cytoplasmaet og vakuolene, og forhindrer skade på cytoplasmaet på grunn av overdreven dehydrering.

2. Beskyttelse av biomolekyler:
Stabil proteinstruktur:

Høye temperaturer kan lett forårsake denaturering og inaktivering av proteiner. Betainmolekyler har positive og negative ladninger (zwitterioniske) og kan stabilisere proteinenes naturlige konformasjon gjennom hydrogenbinding og hydrering, noe som forhindrer feilfolding, aggregering eller denaturering ved høye temperaturer. Dette er avgjørende for å opprettholde enzymaktivitet, viktige proteiner i fotosyntesen og funksjonene til andre metabolske proteiner.

Beskyttende filmsystem:

Høy temperatur og reaktive oksygenarter kan skade lipid-dobbeltlagsstrukturen i cellemembraner (som tylakoidmembraner og plasmamembraner), noe som kan føre til unormal membranfluiditet, lekkasje og til og med oppløsning. Betain kan stabilisere membranstrukturen, opprettholde normal fluiditet og selektiv permeabilitet, og beskytte integriteten til fotosyntetiske organer og organeller.

3. Antioksidantbeskyttelse:
Oppretthold osmotisk balanse og reduser sekundær skade forårsaket av stress.

Stabiliserer strukturen og aktiviteten til antioksidantenzymer (som superoksiddismutase, katalase, askorbatperoksidase, etc.), forbedrer effektiviteten til plantens eget antioksidantforsvarssystem og bidrar indirekte til å fjerne reaktive oksygenarter.
Indirekte fjerning av reaktive oksygenforbindelser:

Sterkt sollys og høye temperaturer om sommeren kan indusere produksjon av store mengder reaktive oksygenforbindelser i planter, noe som forårsaker oksidativ skade. Selv om betain i seg selv ikke er en sterk antioksidant, kan det oppnås gjennom:

4. Beskyttelse av fotosyntese:
Høy temperatur og sterk lysbelastning forårsaker betydelig skade på kjernemekanismen i fotosyntesen, fotosystem II. Betain kan beskytte tylakoidmembranen, opprettholde stabiliteten til fotosystem II-komplekset, sikre problemfri drift av elektrontransportkjeden og lindre fotohemming av fotosyntesen.

5. Som metyldonor:

Betain er en av de viktige metyldonorene i levende organismer, involvert i metioninsyklusen. Under stressforhold kan det delta i syntesen eller metabolsk regulering av noen stressresponsive stoffer ved å tilføre metylgrupper.

Kort sagt, i løpet av den brennende varme sommeren er kjernefunksjonen til betain på planter:

Vannretensjon og tørkebestandighet:bekjempelse av dehydrering gjennom osmotisk regulering.
Varmebestandighetsbeskyttelse:beskytter proteiner, enzymer og cellemembraner mot høy temperaturskade.

Motstand mot oksidasjon:forbedrer antioksidantkapasiteten og reduserer fotooksidativ skade.
Oppretthold fotosyntesen:beskytte fotosyntetiske organer og opprettholde grunnleggende energiforsyning.

Når planter oppfatter stresssignaler som høy temperatur og tørke, aktiverer de derfor betainsynteseveien (hovedsakelig gjennom totrinns oksidasjon av kolin i kloroplaster), akkumulerer aktivt betain for å forbedre stressmotstanden og forbedre overlevelsesevnen i tøffe sommermiljøer. Noen tørke- og salttolerante avlinger (som sukkerroer, spinat, hvete, bygg osv.) har en sterk evne til å akkumulere betain.

I landbruksproduksjon brukes eksogen sprøyting av betain også som et biostimulant for å øke motstanden til avlinger (som mais, tomat, chili, etc.) mot høye sommertemperaturer og tørkestress.