Влітку рослини стикаються з численними стресами, такими як висока температура, сильне світло, посуха (водний стрес) та окислювальний стрес. Бетаїн, як важливий осмотичний регулятор та захисно-сумісна розчинена речовина, відіграє вирішальну роль у стійкості рослин до цих літніх стресів. Його основні функції включають:

1. Регулювання проникнення:
Підтримка тургору клітин:

Висока температура та посуха змушують рослини втрачати воду, що призводить до збільшення осмотичного потенціалу цитоплазми (ущільнення), що легко викликає зневоднення та в'янення клітин з навколишніх вакуолей або клітинних стінок з сильнішою здатністю до поглинання води. Бетаїн накопичується у великих кількостях у цитоплазмі, ефективно знижуючи осмотичний потенціал цитоплазми, допомагаючи клітинам підтримувати високий тургорний тиск, тим самим протистоячи зневодненню та підтримуючи цілісність структури та функції клітини.

Збалансований вакуолярний осмотичний тиск:

Велика кількість неорганічних іонів (таких як K⁺, Cl⁻ тощо) накопичується у вакуолі для підтримки осмотичного тиску. Бетаїн переважно міститься в цитоплазмі, і його накопичення допомагає збалансувати різницю осмотичного тиску між цитоплазмою та вакуолями, запобігаючи пошкодженню цитоплазми внаслідок надмірного зневоднення.

2. Захист біомолекул:
Стабільна структура білка:

Високі температури можуть легко спричинити денатурацію та інактивацію білків. Молекули бетаїну несуть позитивні та негативні заряди (цвіттеріонні) та можуть стабілізувати природну конформацію білків через водневі зв'язки та гідратацію, запобігаючи неправильному згортанню, агрегації або денатурації за високих температур. Це має вирішальне значення для підтримки активності ферментів, ключових білків у фотосинтезі та функцій інших метаболічних білків.

Система захисної плівки:

Висока температура та активні форми кисню можуть пошкодити ліпідну двошарову структуру клітинних мембран (таких як тилакоїдні мембрани та плазматичні мембрани), що призводить до аномальної плинності мембран, витоку та навіть розпаду. Бетаїн може стабілізувати структуру мембрани, підтримувати її нормальну плинність та селективну проникність, а також захищати цілісність фотосинтезуючих органів та органел.

3. Антиоксидантний захист:
Підтримувати осмотичний баланс та зменшувати вторинні пошкодження, спричинені стресом.

Стабілізують структуру та активність антиоксидантних ферментів (таких як супероксиддисмутаза, каталаза, аскорбатпероксидаза тощо), підвищують ефективність власної антиоксидантної системи захисту рослини та опосередковано допомагають очищати від активних форм кисню.
Непряме видалення активних форм кисню:

Сильне сонячне світло та високі температури влітку можуть спричинити вироблення великої кількості активних форм кисню в рослинах, що спричиняє окислювальне пошкодження. Хоча бетаїн сам по собі не є сильним антиоксидантом, його можна досягти шляхом:

4. Захист фотосинтезу:
Висока температура та сильне світлове навантаження завдають значної шкоди основному механізму фотосинтезу, фотосистемі II. Бетаїн може захищати тилакоїдну мембрану, підтримувати стабільність комплексу фотосистеми II, забезпечувати безперебійну роботу ланцюга електронного транспорту та полегшувати фотоінгібування фотосинтезу.

5. Як донор метильної групи:

Бетаїн є одним із важливих донорів метильних груп у живих організмах, бере участь у циклі метіоніну. В умовах стресу він може брати участь у синтезі або метаболічній регуляції деяких речовин, що реагують на стрес, шляхом забезпечення метильних груп.

Підсумовуючи, протягом спекотного літа основна функція бетаїну для рослин полягає в наступному:

Утримання води та стійкість до посухи:боротьба із зневодненням за допомогою осмотичної регуляції.
Захист від тепла:захищає білки, ферменти та клітинні мембрани від пошкодження, викликаного високою температурою.

Стійкість до окислення:підвищує антиоксидантну здатність та зменшує фотоокислювальне пошкодження.
Підтримка фотосинтезу:захищають фотосинтезуючі органи та підтримують основне постачання енергії.

Тому, коли рослини сприймають стресові сигнали, такі як висока температура та посуха, вони активують шлях синтезу бетаїну (головним чином через двоступеневе окислення холіну в хлоропластах), активно накопичують бетаїн для підвищення своєї стресостійкості та покращення своєї здатності до виживання в суворих літніх умовах. Деякі посухостійкі та солестійкі культури (такі як самі цукрові буряки, шпинат, пшениця, ячмінь тощо) мають сильну здатність накопичувати бетаїн.

У сільськогосподарському виробництві екзогенне обприскування бетаїном також використовується як біостимулятор для підвищення стійкості культур (таких як кукурудза, помідори, чилі тощо) до літніх високих температур та посухи.