Kesällä kasvit kohtaavat useita paineita, kuten korkean lämpötilan, voimakkaan valon, kuivuuden (vesistressin) ja oksidatiivisen stressin. Betaiinilla, tärkeänä osmoottisena säätelijänä ja suojaavana yhteensopivana liuottimena, on ratkaiseva rooli kasvien vastustuskyvyssä näille kesän stressitekijöille. Sen päätehtäviä ovat:

1. Läpäisevyyssäätö:
Ylläpitää solun turgorpainetta:

Korkea lämpötila ja kuivuus aiheuttavat kasvien vedenmenetystä, mikä johtaa sytoplasman osmoottisen potentiaalin kasvuun (tiheyteen), mikä helposti aiheuttaa solujen kuivumista ja nuutumista ympäröivistä vakuoleista tai soluseinistä, joilla on vahvempi vedenimukyky. Betaiinia kertyy suuria määriä sytoplasmaan, mikä vähentää tehokkaasti sytoplasman osmoottista potentiaalia ja auttaa soluja ylläpitämään korkeaa turgorpainetta, mikä vastustaa kuivumista ja ylläpitää solurakenteen ja toiminnan eheyttä.

Tasapainotettu vakuolaarinen osmoottinen paine:

Suuri määrä epäorgaanisia ioneja (kuten K⁺, Cl⁻ jne.) kerääntyy vakuoliin osmoottisen paineen ylläpitämiseksi. Betaiinia esiintyy pääasiassa sytoplasmassa, ja sen kertyminen auttaa tasapainottamaan sytoplasman ja vakuolien välistä osmoottista paine-eroa estäen sytoplasman vaurioitumisen liiallisen nestehukan vuoksi.

2. Biomolekyylien suojaaminen:
Vakaa proteiinirakenne:

Korkeat lämpötilat voivat helposti aiheuttaa proteiinien denaturoitumista ja inaktivoitumista. Betaiinimolekyylit kantavat positiivisia ja negatiivisia varauksia (tsvitterionisia) ja voivat vakauttaa proteiinien luonnollista konformaatiota vetysidosten ja hydraation kautta estäen proteiinien virheellisen laskostumisen, aggregaation tai denaturoitumisen korkeissa lämpötiloissa. Tämä on ratkaisevan tärkeää entsyymiaktiivisuuden, fotosynteesin avainproteiinien ja muiden aineenvaihduntaproteiinien toimintojen ylläpitämiseksi.

Suojakalvojärjestelmä:

Korkea lämpötila ja reaktiiviset happilajit voivat vahingoittaa solukalvojen (kuten tylakoidikalvojen ja plasmakalvojen) lipidikaksoiskerrosrakennetta, mikä johtaa epänormaaliin kalvon juoksevuuteen, vuotoihin ja jopa hajoamiseen. Betaiini voi vakauttaa kalvon rakennetta, ylläpitää sen normaalia juoksevuutta ja selektiivistä läpäisevyyttä sekä suojata fotosynteettisten elinten ja organellien eheyttä.

3. Antioksidanttisuoja:
Ylläpitää osmoottista tasapainoa ja vähentää stressin aiheuttamia toissijaisia ​​vaurioita.

Stabiloivat antioksidanttientsyymien (kuten superoksididismutaasin, katalaasin, askorbaattiperoksidaasin jne.) rakennetta ja aktiivisuutta, parantavat kasvin oman antioksidanttipuolustusjärjestelmän tehokkuutta ja auttavat epäsuorasti reaktiivisten happilajien poistamisessa.
Reaktiivisten happilajien epäsuora poisto:

Voimakas auringonvalo ja korkeat lämpötilat kesällä voivat aiheuttaa suurten määrien reaktiivisten happilajien tuotantoa kasveissa, mikä aiheuttaa oksidatiivisia vaurioita. Vaikka betaiini itsessään ei ole vahva antioksidantti, se voidaan saada aikaan seuraavien kautta:

4. Fotosynteesin suojaaminen:
Korkea lämpötila ja voimakas valostressi aiheuttavat merkittäviä vaurioita fotosynteesin ydinmekanismille, fotosysteemi II:lle. Betaiini voi suojata tylakoidikalvoa, ylläpitää fotosysteemi II -kompleksin vakautta, varmistaa elektroninsiirtoketjun sujuvan toiminnan ja lievittää fotosynteesin fotoinhibitiota.

5. Metyylin luovuttajana:

Betaiini on yksi tärkeimmistä metyyliryhmien luovuttajista elävissä organismeissa ja osallistuu metioniinikiertoon. Stressiolosuhteissa se voi osallistua joidenkin stressiin reagoivien aineiden synteesiin tai aineenvaihdunnan säätelyyn tarjoamalla metyyliryhmiä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että paahtavan kuuman kesän aikana betaiinin ydintoiminto kasveissa on:

Vedenpidätyskyky ja kuivuudenkestävyys:torjuu nestehukkaa osmoottisen säätelyn avulla.
Lämmönkestävyyssuoja:suojaa proteiineja, entsyymejä ja solukalvoja korkeiden lämpötilojen aiheuttamilta vaurioilta.

Hapettumiskestävyys:parantaa antioksidanttikapasiteettia ja vähentää fotooksidatiivisia vaurioita.
Ylläpidä fotosynteesiä:suojaavat fotosynteettisiä elimiä ja ylläpitävät perusenergian saantia.

Siksi, kun kasvit havaitsevat stressisignaaleja, kuten korkeaa lämpötilaa ja kuivuutta, ne aktivoivat betaiinisynteesireitin (pääasiassa koliinin kaksivaiheisen hapettumisen kautta kloroplastissa) ja keräävät aktiivisesti betaiinia parantaakseen stressinsietokykyään ja parantaakseen selviytymiskykyään ankarissa kesäolosuhteissa. Joillakin kuivuutta ja suolaa sietävillä viljelykasveilla (kuten sokerijuurikkaalla, pinaatilla, vehnällä, ohralla jne.) on voimakas kyky kerätä betaiinia.

Maataloustuotannossa betaiinin ulkoista ruiskutusta käytetään myös biostimulanttina parantamaan viljelykasvien (kuten maissin, tomaatin, chilin jne.) vastustuskykyä kesän korkeille lämpötiloille ja kuivuusstressille.