Vara, plantele se confruntă cu multiple presiuni, cum ar fi temperaturile ridicate, lumina puternică, seceta (stresul hidric) și stresul oxidativ. Betaina, ca regulator osmotic important și substanță dizolvată compatibilă cu protecția, joacă un rol crucial în rezistența plantelor la aceste stresuri estivale. Principalele sale funcții includ:

1. Reglarea permeabilității:
Menținerea presiunii de turgescență celulară:

Temperaturile ridicate și seceta determină plantele să piardă apă, ceea ce duce la o creștere a potențialului osmotic citoplasmatic (devenind mai dens), ceea ce provoacă ușor deshidratarea și ofilirea celulelor din vacuolele înconjurătoare sau din pereții celulari cu o capacitate mai mare de absorbție a apei. Betaina se acumulează în cantități mari în citoplasmă, reducând eficient potențialul osmotic al citoplasmei, ajutând celulele să mențină o presiune ridicată de turgescență, rezistând astfel deshidratării și menținând integritatea structurii și funcției celulare.

Presiune osmotică vacuolară echilibrată:

O cantitate mare de ioni anorganici (cum ar fi K⁺, Cl⁻ etc.) se acumulează în vacuolă pentru a menține presiunea osmotică. Betaina se găsește în principal în citoplasmă, iar acumularea sa ajută la echilibrarea diferenței de presiune osmotică dintre citoplasmă și vacuole, prevenind deteriorarea citoplasmei din cauza deshidratării excesive.

2. Protejarea biomoleculelor:
Structură stabilă a proteinelor:

Temperaturile ridicate pot provoca cu ușurință denaturarea și inactivarea proteinelor. Moleculele de betaină poartă sarcini pozitive și negative (zwitterionice) și pot stabiliza conformația naturală a proteinelor prin legături de hidrogen și hidratare, prevenind plierea greșită, agregarea sau denaturarea la temperaturi ridicate. Acest lucru este crucial pentru menținerea activității enzimatice, a proteinelor cheie în fotosinteză și a funcțiilor altor proteine ​​metabolice.

Sistem de folie de protecție:

Temperaturile ridicate și speciile reactive de oxigen pot deteriora structura bistratului lipidic al membranelor celulare (cum ar fi membranele tilacoide și membranele plasmatice), ducând la fluiditate anormală a membranei, scurgeri și chiar dezintegrare. Betaina poate stabiliza structura membranei, menține fluiditatea normală și permeabilitatea selectivă și protejează integritatea organelor și organitelor fotosintetice.

3. Protecție antioxidantă:
Menține echilibrul osmotic și reduce daunele secundare cauzate de stres.

Stabilizează structura și activitatea enzimelor antioxidante (cum ar fi superoxid dismutaza, catalaza, ascorbat peroxidaza etc.), sporesc eficiența sistemului de apărare antioxidant al plantei și ajută indirect la eliminarea speciilor reactive de oxigen.
Îndepărtarea indirectă a speciilor reactive de oxigen:

Lumina puternică a soarelui și temperaturile ridicate din timpul verii pot induce producerea unor cantități mari de specii reactive de oxigen în plante, provocând daune oxidative. Deși betaina în sine nu este un antioxidant puternic, aceasta poate fi obținută prin:

4. Protejarea fotosintezei:
Temperaturile ridicate și stresul puternic cauzat de lumină provoacă daune semnificative mecanismului central al fotosintezei, fotosistemul II. Betaina poate proteja membrana tilacoidă, poate menține stabilitatea complexului fotosistemului II, poate asigura buna funcționare a lanțului de transport al electronilor și poate atenua fotoinhibiția fotosintezei.

5. Ca donator de metil:

Betaina este unul dintre importanții donori de metil din organismele vii, implicată în ciclul metioninei. În condiții de stres, poate participa la sinteza sau reglarea metabolică a unor substanțe care răspund la stres prin furnizarea de grupări metil.

Pe scurt, în timpul verii toride, funcția principală a betainei asupra plantelor este:

Retenția de apă și rezistența la secetă:combaterea deshidratării prin reglarea osmotică.
Protecție împotriva rezistenței la căldură:protejează proteinele, enzimele și membranele celulare de deteriorarea provocată de temperaturile ridicate.

Rezistență la oxidare:îmbunătățește capacitatea antioxidantă și reduce daunele fotooxidative.
Menținerea fotosintezei:protejează organele fotosintetice și mențin aprovizionarea cu energie de bază.

Prin urmare, atunci când plantele percep semnale de stres, cum ar fi temperaturile ridicate și seceta, ele activează calea de sinteză a betainei (în principal prin oxidarea în doi pași a colinei în cloroplaste), acumulează activ betaină pentru a-și spori rezistența la stres și a-și îmbunătăți capacitatea de supraviețuire în medii dure de vară. Unele culturi tolerante la secetă și sare (cum ar fi sfecla de zahăr, spanacul, grâul, orzul etc.) au o capacitate puternică de a acumula betaină.

În producția agricolă, pulverizarea exogenă cu betaină este utilizată și ca biostimulant pentru a spori rezistența culturilor (cum ar fi porumbul, roșiile, ardeiul iute etc.) la temperaturile ridicate de vară și la stresul cauzat de secetă.