V lete čelia rastliny viacerým tlakom, ako sú vysoké teploty, silné svetlo, sucho (vodný stres) a oxidačný stres. Betaín ako dôležitý osmotický regulátor a ochranná kompatibilná rozpustená látka zohráva kľúčovú úlohu v odolnosti rastlín voči týmto letným stresom. Medzi jeho hlavné funkcie patrí:

1. Regulácia permeácie:
Udržiavanie turgoru buniek:

Vysoká teplota a sucho spôsobujú, že rastliny strácajú vodu, čo vedie k zvýšeniu cytoplazmatického osmotického potenciálu (stáva sa hustejším), čo ľahko spôsobuje dehydratáciu a vädnutie buniek z okolitých vakuol alebo bunkových stien so silnejšou schopnosťou absorpcie vody. Betaín sa hromadí vo veľkom množstve v cytoplazme, čím účinne znižuje osmotický potenciál cytoplazmy a pomáha bunkám udržiavať vysoký turgor, čím odoláva dehydratácii a udržiava integritu bunkovej štruktúry a funkcie.

Vyvážený vakuolárny osmotický tlak:

Veľké množstvo anorganických iónov (ako napríklad K⁺, Cl⁻ atď.) sa hromadí vo vakuole, aby sa udržal osmotický tlak. Betaín sa nachádza prevažne v cytoplazme a jeho akumulácia pomáha vyrovnávať rozdiel osmotického tlaku medzi cytoplazmou a vakuolami, čím zabraňuje poškodeniu cytoplazmy v dôsledku nadmernej dehydratácie.

2. Ochrana biomolekúl:
Stabilná štruktúra proteínu:

Vysoké teploty môžu ľahko spôsobiť denaturáciu a inaktiváciu bielkovín. Molekuly betaínu nesú kladné a záporné náboje (zwitteriónové) a môžu stabilizovať prirodzenú konformáciu bielkovín prostredníctvom vodíkových väzieb a hydratácie, čím zabraňujú nesprávnemu skladaniu, agregácii alebo denaturácii pri vysokých teplotách. To je kľúčové pre udržanie aktivity enzýmov, kľúčových bielkovín vo fotosyntéze a funkcií iných metabolických bielkovín.

Systém ochranných fólií:

Vysoká teplota a reaktívne formy kyslíka môžu poškodiť lipidovú dvojvrstvovú štruktúru bunkových membrán (ako sú tylakoidné membrány a plazmatické membrány), čo vedie k abnormálnej fluidite membrány, úniku a dokonca k rozpadu. Betaín môže stabilizovať štruktúru membrány, udržiavať jej normálnu fluiditu a selektívnu permeabilitu a chrániť integritu fotosyntetických orgánov a organel.

3. Antioxidačná ochrana:
Udržiavať osmotickú rovnováhu a znižovať sekundárne poškodenie spôsobené stresom.

Stabilizujú štruktúru a aktivitu antioxidačných enzýmov (ako je superoxiddismutáza, kataláza, askorbátperoxidáza atď.), zvyšujú účinnosť vlastného antioxidačného obranného systému rastliny a nepriamo pomáhajú odstraňovať reaktívne formy kyslíka.
Nepriame odstránenie reaktívnych foriem kyslíka:

Silné slnečné žiarenie a vysoké teploty v lete môžu v rastlinách vyvolať produkciu veľkého množstva reaktívnych foriem kyslíka, čo spôsobuje oxidačné poškodenie. Hoci betaín sám o sebe nie je silný antioxidant, možno ho dosiahnuť:

4. Ochrana fotosyntézy:
Vysoká teplota a silný svetelný stres spôsobujú významné poškodenie základného mechanizmu fotosyntézy, fotosystému II. Betaín môže chrániť tylakoidnú membránu, udržiavať stabilitu komplexu fotosystému II, zabezpečiť plynulý chod reťazca transportu elektrónov a zmierniť fotoinhibíciu fotosyntézy.

5. Ako donor metylu:

Betaín je jedným z dôležitých donorov metylových skupín v živých organizmoch, ktorý sa podieľa na metionínovom cykle. V stresových podmienkach sa môže podieľať na syntéze alebo metabolickej regulácii niektorých látok reagujúcich na stres poskytovaním metylových skupín.

Stručne povedané, počas horúceho leta je hlavnou funkciou betaínu na rastlinách:

Zadržiavanie vody a odolnosť voči suchu:boj proti dehydratácii prostredníctvom osmotickej regulácie.
Ochrana proti teplu:chráni proteíny, enzýmy a bunkové membrány pred poškodením vysokými teplotami.

Odolnosť voči oxidácii:zvyšuje antioxidačnú kapacitu a znižuje fotooxidačné poškodenie.
Udržiavanie fotosyntézy:chránia fotosyntetické orgány a udržiavajú základný energetický zdroj.

Preto, keď rastliny vnímajú stresové signály, ako je vysoká teplota a sucho, aktivujú dráhu syntézy betaínu (najmä prostredníctvom dvojstupňovej oxidácie cholínu v chloroplastoch), aktívne akumulujú betaín, aby zvýšili svoju odolnosť voči stresu a zlepšili svoju schopnosť prežitia v drsných letných podmienkach. Niektoré plodiny odolné voči suchu a soli (ako napríklad samotná cukrová repa, špenát, pšenica, jačmeň atď.) majú silnú schopnosť akumulovať betaín.

V poľnohospodárskej výrobe sa exogénny postrek betaínom používa aj ako biostimulant na zvýšenie odolnosti plodín (ako je kukurica, paradajky, čili atď.) voči letným vysokým teplotám a stresu zo sucha.