Nyáron a növények számos nyomásnak vannak kitéve, mint például a magas hőmérséklet, az erős fény, az aszály (vízhiány) és az oxidatív stressz. A betain, mint fontos ozmotikus szabályozó és védő, kompatibilis oldott anyag, kulcsszerepet játszik a növények nyári stresszel szembeni ellenálló képességében. Fő funkciói a következők:

1. Áthatolás szabályozása:
A sejtturgornyomás fenntartása:

A magas hőmérséklet és az aszály miatt a növények elveszítik a vizet, ami a citoplazma ozmotikus potenciáljának növekedéséhez (sűrűbbé válásához) vezet, ami könnyen kiszáradást és a sejtek hervadását okozhatja a környező vakuólumokból vagy az erősebb vízfelvevő képességű sejtfalakból. A betain nagy mennyiségben halmozódik fel a citoplazmában, hatékonyan csökkentve a citoplazma ozmotikus potenciálját, segítve a sejteket a magas turgornyomás fenntartásában, ezáltal ellenállva a kiszáradásnak és megőrizve a sejtszerkezet és -működés integritását.

Kiegyensúlyozott vakuoláris ozmotikus nyomás:

Nagy mennyiségű szervetlen ion (például K⁺, Cl⁻ stb.) halmozódik fel a vakuólumban az ozmotikus nyomás fenntartása érdekében. A betain főként a citoplazmában található, és felhalmozódása segít kiegyensúlyozni az ozmotikus nyomáskülönbséget a citoplazma és a vakuólumok között, megakadályozva a citoplazma károsodását a túlzott dehidratáció miatt.

2. Biomolekulák védelme:
Stabil fehérjeszerkezet:

A magas hőmérséklet könnyen okozhat fehérjék denaturálódását és inaktiválódását. A betain molekulák pozitív és negatív töltéseket hordoznak (ikerionos), és hidrogénkötések és hidratáció révén stabilizálhatják a fehérjék természetes konformációját, megakadályozva a hibás feltekeredést, az aggregációt vagy a denaturálódást magas hőmérsékleten. Ez kulcsfontosságú az enzimaktivitás, a fotoszintézisben kulcsfontosságú fehérjék és más anyagcsere-fehérjék funkcióinak fenntartásához.

Védőfólia rendszer:

A magas hőmérséklet és a reaktív oxigénfajták károsíthatják a sejtmembránok (például a tilakoid membránok és a plazmamembránok) lipid kettősrétegű szerkezetét, ami abnormális membránfluiditást, szivárgást és akár szétesést okozhat. A betain stabilizálja a membránszerkezetet, fenntartja annak normális fluiditását és szelektív permeabilitását, valamint védi a fotoszintetikus szervek és organellumok integritását.

3. Antioxidáns védelem:
Fenntartja az ozmotikus egyensúlyt és csökkenti a stressz okozta másodlagos károsodást.

Stabilizálja az antioxidáns enzimek (például szuperoxid-diszmutáz, kataláz, aszkorbát-peroxidáz stb.) szerkezetét és aktivitását, fokozza a növény saját antioxidáns védekező rendszerének hatékonyságát, és közvetve segíti a reaktív oxigénfajták eltávolítását.
Reaktív oxigénfajták közvetett eltávolítása:

Az erős napfény és a magas hőmérséklet nyáron nagy mennyiségű reaktív oxigénfaj termelődését idézheti elő a növényekben, ami oxidatív károsodást okozhat. Bár maga a betain nem erős antioxidáns, a következő módokon érhető el:

4. A fotoszintézis védelme:
A magas hőmérséklet és az erős fénystressz jelentős károkat okoz a fotoszintézis magmechanizmusában, a fotoszisztéma II-ben. A betain védi a tilakoid membránt, fenntartja a fotoszisztéma II komplex stabilitását, biztosítja az elektrontranszportlánc zavartalan működését, és enyhíti a fotoszintézis fotogátlását.

5. Metildonorként:

A betain az élő szervezetek egyik fontos metildonorja, amely részt vesz a metionin-ciklusban. Stresszhelyzetben metilcsoportok biztosításával részt vehet egyes stresszre reagáló anyagok szintézisében vagy anyagcsere-szabályozásában.

Összefoglalva, a perzselő nyár alatt a betain fő funkciója a növényeken a következő:

Vízvisszatartás és szárazságtűrés:A kiszáradás elleni küzdelem ozmotikus szabályozással.
Hőállóság elleni védelem:védi a fehérjéket, enzimeket és sejtmembránokat a magas hőmérséklet okozta károsodástól.

Oxidációval szembeni ellenállás:növeli az antioxidáns kapacitást és csökkenti a fotooxidatív károsodást.
A fotoszintézis fenntartása:védik a fotoszintetizáló szerveket és fenntartják az alapvető energiaellátást.

Ezért, amikor a növények stresszjeleket, például magas hőmérsékletet és szárazságot érzékelnek, aktiválják a betain szintézis útvonalát (főleg a kolin kétlépéses oxidációján keresztül a kloroplasztokban), aktívan felhalmozzák a betaint, hogy fokozzák stresszel szembeni ellenálló képességüket és javítsák túlélési képességüket a zord nyári környezetben. Egyes szárazság- és sótűrő növények (például maga a cukorrépa, a spenót, a búza, az árpa stb.) erősen képesek betain-felhalmozásra.

A mezőgazdasági termelésben a betain exogén permetezését biostimulánsként is alkalmazzák a növények (például kukorica, paradicsom, chili stb.) nyári magas hőmérséklettel és aszály okozta stresszel szembeni ellenálló képességének fokozására.