Om sommeren står planter over for flere pres, såsom høj temperatur, stærkt lys, tørke (vandstress) og oxidativ stress. Betain, som en vigtig osmotisk regulator og beskyttende kompatibelt opløst stof, spiller en afgørende rolle i planters modstandsdygtighed over for disse sommerstressfaktorer. Dets vigtigste funktioner omfatter:

1. Regulering af permeation:
Oprethold celleturgortryk:

Høj temperatur og tørke får planter til at miste vand, hvilket fører til en stigning i cytoplasmatisk osmotisk potentiale (og dermed bliver tættere), hvilket let forårsager dehydrering og visnen af ​​celler fra omgivende vakuoler eller cellevægge med stærkere vandabsorptionskapacitet. Betain akkumuleres i store mængder i cytoplasmaet, hvilket effektivt reducerer cytoplasmaets osmotiske potentiale, hvilket hjælper cellerne med at opretholde et højt turgortryk, hvorved dehydrering modstås og cellestrukturen og -funktionen opretholdes.

Balanceret vakuolært osmotisk tryk:

En stor mængde uorganiske ioner (såsom K⁺, Cl⁻ osv.) akkumuleres i vakuolen for at opretholde det osmotiske tryk. Betain findes hovedsageligt i cytoplasmaet, og dets akkumulering hjælper med at afbalancere den osmotiske trykforskel mellem cytoplasmaet og vakuolerne, hvilket forhindrer skader på cytoplasmaet på grund af overdreven dehydrering.

2. Beskyttelse af biomolekyler:
Stabil proteinstruktur:

Høje temperaturer kan let forårsage denaturering og inaktivering af proteiner. Betainmolekyler bærer positive og negative ladninger (zwitterioniske) og kan stabilisere proteiners naturlige konformation gennem hydrogenbindinger og hydrering, hvilket forhindrer misfoldning, aggregering eller denaturering ved høje temperaturer. Dette er afgørende for at opretholde enzymaktivitet, nøgleproteiner i fotosyntese og funktionerne af andre metaboliske proteiner.

Beskyttende filmsystem:

Høje temperaturer og reaktive iltarter kan beskadige lipid-dobbeltlagsstrukturen i cellemembraner (såsom tylakoidmembraner og plasmamembraner), hvilket fører til unormal membranfluiditet, lækage og endda opløsning. Betain kan stabilisere membranstrukturen, opretholde dens normale fluiditet og selektive permeabilitet og beskytte integriteten af ​​fotosyntetiske organer og organeller.

3. Antioxidantbeskyttelse:
Oprethold osmotisk balance og reducer sekundær skade forårsaget af stress.

Stabiliserer strukturen og aktiviteten af ​​antioxidante enzymer (såsom superoxiddismutase, katalase, ascorbatperoxidase osv.), forbedrer effektiviteten af ​​plantens eget antioxidante forsvarssystem og hjælper indirekte med at fjerne reaktive iltarter.
Indirekte fjernelse af reaktive iltarter:

Stærkt sollys og høje temperaturer om sommeren kan fremkalde produktion af store mængder reaktive iltarter i planter, hvilket forårsager oxidativ skade. Selvom betain i sig selv ikke er en stærk antioxidant, kan det opnås gennem:

4. Beskyttelse af fotosyntese:
Høj temperatur og stærk lysbelastning forårsager betydelig skade på kernemekanismen i fotosyntese, fotosystem II. Betain kan beskytte tylakoidmembranen, opretholde stabiliteten af ​​fotosystem II-komplekset, sikre en problemfri drift af elektrontransportkæden og lindre fotohæmning af fotosyntese.

5. Som methyldonor:

Betain er en af ​​de vigtige methyldonorer i levende organismer og er involveret i methionincyklussen. Under stressforhold kan det deltage i syntesen eller metabolisk regulering af visse stressresponsive stoffer ved at levere methylgrupper.

Kort sagt, i løbet af den brændende varme sommer er betains kernefunktion på planter:

Vandretention og tørkebestandighed:Bekæmpelse af dehydrering gennem osmotisk regulering.
Beskyttelse mod varmebestandighed:beskytter proteiner, enzymer og cellemembraner mod høje temperaturer.

Modstand mod oxidation:forbedrer antioxidantkapaciteten og reducerer fotooxidativ skade.
Oprethold fotosyntese:beskytter fotosyntetiske organer og opretholder den grundlæggende energiforsyning.

Når planter derfor opfatter stresssignaler såsom høj temperatur og tørke, aktiverer de betainsyntesevejen (hovedsageligt gennem totrinsoxidation af cholin i kloroplaster), akkumulerer aktivt betain for at forbedre deres stressresistens og forbedre deres overlevelsesevne i barske sommermiljøer. Nogle tørke- og salttolerante afgrøder (såsom sukkerroer, spinat, hvede, byg osv.) har en stærk evne til at akkumulere betain.

I landbrugsproduktionen anvendes eksogen sprøjtning af betain også som et biostimulant til at øge afgrøders (såsom majs, tomat, chili osv.) modstandsdygtighed over for høje sommertemperaturer og tørkestress.