På sommaren utsätts växter för flera påfrestningar, såsom hög temperatur, starkt ljus, torka (vattenstress) och oxidativ stress. Betain, som en viktig osmotisk regulator och skyddande kompatibelt löst ämne, spelar en avgörande roll i växternas motståndskraft mot dessa sommarstressorer. Dess huvudsakliga funktioner inkluderar:

1. Permeationsreglering:
Bibehålla cellturgortrycket:

Hög temperatur och torka gör att växter förlorar vatten, vilket leder till en ökning av cytoplasmans osmotiska potential (blir tätare), vilket lätt orsakar uttorkning och vissnande celler från omgivande vakuoler eller cellväggar med starkare vattenabsorptionskapacitet. Betain ackumuleras i stora mängder i cytoplasman, vilket effektivt minskar cytoplasmans osmotiska potential, vilket hjälper cellerna att upprätthålla ett högt turgortryck, vilket motstår uttorkning och bibehåller integriteten hos cellstrukturen och funktionen.

Balanserat vakuolärt osmotiskt tryck:

En stor mängd oorganiska joner (såsom K⁺, Cl⁻, etc.) ackumuleras i vakuolen för att upprätthålla det osmotiska trycket. Betain finns huvudsakligen i cytoplasman, och dess ackumulering hjälper till att balansera skillnaden i osmotiskt tryck mellan cytoplasman och vakuolerna, vilket förhindrar skador på cytoplasman på grund av överdriven uttorkning.

2. Skydd av biomolekyler:
Stabil proteinstruktur:

Höga temperaturer kan lätt orsaka proteindenaturering och inaktivering. Betainmolekyler bär positiva och negativa laddningar (zwitterjoniska) och kan stabilisera proteiners naturliga konformation genom vätebindning och hydrering, vilket förhindrar felveckning, aggregering eller denaturering vid höga temperaturer. Detta är avgörande för att upprätthålla enzymaktivitet, viktiga proteiner i fotosyntesen och funktionerna hos andra metaboliska proteiner.

Skyddande filmsystem:

Hög temperatur och reaktiva syreradikaler kan skada lipid-dubbelskiktsstrukturen i cellmembran (såsom tylakoidmembran och plasmamembran), vilket leder till onormal membranfluiditet, läckage och till och med sönderfall. Betain kan stabilisera membranstrukturen, bibehålla dess normala fluiditet och selektiva permeabilitet och skydda integriteten hos fotosyntetiska organ och organeller.

3. Antioxidantskydd:
Bibehålla osmotisk balans och minska sekundära skador orsakade av stress.

Stabiliserar strukturen och aktiviteten hos antioxidantenzymer (såsom superoxiddismutas, katalas, askorbatperoxidas, etc.), förbättrar effektiviteten hos växtens eget antioxidantförsvarssystem och hjälper indirekt till att rensa ut reaktiva syreradikaler.
Indirekt avlägsnande av reaktiva syreradikaler:

Starkt solljus och höga temperaturer på sommaren kan inducera produktion av stora mängder reaktiva syreradikaler i växter, vilket orsakar oxidativ skada. Även om betain i sig inte är en stark antioxidant kan det uppnås genom:

4. Skydd av fotosyntes:
Hög temperatur och stark ljusstress orsakar betydande skador på fotosyntesens kärnmekanism, fotosystem II. Betain kan skydda tylakoidmembranet, upprätthålla stabiliteten hos fotosystem II-komplexet, säkerställa en smidig drift av elektrontransportkedjan och lindra fotohämning av fotosyntesen.

5. Som metyldonator:

Betain är en av de viktiga metyldonatorerna i levande organismer och involverad i metionincykeln. Under stressförhållanden kan det delta i syntesen eller metabolisk reglering av vissa stresskänsliga ämnen genom att tillhandahålla metylgrupper.

Sammanfattningsvis, under den stekheta sommaren är betainens kärnfunktion på växter:

Vattenretention och torktålighet:bekämpa uttorkning genom osmotisk reglering.
Skydd mot värmebeständighet:skyddar proteiner, enzymer och cellmembran från höga temperaturer.

Motståndskraft mot oxidation:förbättrar antioxidantkapaciteten och minskar fotooxidativ skada.
Upprätthålla fotosyntesen:skydda fotosyntetiska organ och upprätthålla grundläggande energiförsörjning.

Därför, när växter uppfattar stresssignaler som hög temperatur och torka, aktiverar de betainsyntesvägen (främst genom tvåstegsoxidation av kolin i kloroplaster), ackumulerar aktivt betain för att förbättra sin stressmotståndskraft och förbättra sin överlevnadsförmåga i hårda sommarmiljöer. Vissa torka- och salttoleranta grödor (som sockerbetor själva, spenat, vete, korn, etc.) har en stark förmåga att ackumulera betain.

Inom jordbruksproduktion används exogen sprutning av betain också som biostimulant för att öka grödors (såsom majs, tomat, chili etc.) mot höga sommartemperaturer och torka.