In de zomer worden planten blootgesteld aan meerdere factoren, zoals hoge temperaturen, fel licht, droogte (waterstress) en oxidatieve stress. Betaïne, als belangrijke osmotische regulator en beschermende, compatibele opgeloste stof, speelt een cruciale rol in de weerstand van planten tegen deze zomerstress. De belangrijkste functies zijn:

1. Permeatieregulatie:
Handhaaf de celturgordruk:

Hoge temperaturen en droogte zorgen ervoor dat planten water verliezen, wat leidt tot een toename van het cytoplasmatisch osmotisch potentieel (verdichting), wat gemakkelijk leidt tot uitdroging en verwelking van cellen vanuit omliggende vacuolen of celwanden met een sterkere waterabsorptiecapaciteit. Betaïne hoopt zich in grote hoeveelheden op in het cytoplasma, waardoor het osmotisch potentieel van het cytoplasma effectief wordt verminderd en cellen worden geholpen een hoge turgordruk te handhaven, waardoor uitdroging wordt tegengegaan en de integriteit van de celstructuur en -functie behouden blijft.

Gebalanceerde vacuolaire osmotische druk:

Een grote hoeveelheid anorganische ionen (zoals K⁺, Cl⁻, enz.) hoopt zich op in de vacuole om de osmotische druk te handhaven. Betaïne bevindt zich voornamelijk in het cytoplasma en de accumulatie ervan helpt het verschil in osmotische druk tussen het cytoplasma en de vacuole in evenwicht te brengen, waardoor schade aan het cytoplasma door overmatige uitdroging wordt voorkomen.

2. Bescherming van biomoleculen:
Stabiele eiwitstructuur:

Hoge temperaturen kunnen gemakkelijk denaturatie en inactivatie van eiwitten veroorzaken. Betaïnemoleculen dragen positieve en negatieve ladingen (zwitterionen) en kunnen de natuurlijke conformatie van eiwitten stabiliseren door middel van waterstofbruggen en hydratatie, waardoor misvouwing, aggregatie of denaturatie bij hoge temperaturen wordt voorkomen. Dit is cruciaal voor het behoud van enzymactiviteit, belangrijke eiwitten in fotosynthese en de functies van andere metabolische eiwitten.

Beschermfoliesysteem:

Hoge temperaturen en reactieve zuurstofsoorten kunnen de lipidedubbellaagstructuur van celmembranen (zoals thylakoïdemembranen en plasmamembranen) beschadigen, wat leidt tot abnormale membraanvloeibaarheid, lekkage en zelfs desintegratie. Betaïne kan de membraanstructuur stabiliseren, de normale vloeibaarheid en selectieve permeabiliteit behouden en de integriteit van fotosynthetische organen en organellen beschermen.

3. Antioxidante bescherming:
Behoud de osmotische balans en verminder secundaire schade veroorzaakt door stress.

Stabiliseren de structuur en activiteit van antioxidantenzymen (zoals superoxidedismutase, catalase, ascorbaatperoxidase, enz.), verbeteren de efficiëntie van het antioxidante verdedigingssysteem van de plant zelf en helpen indirect bij het opruimen van reactieve zuurstofsoorten.
Indirecte verwijdering van reactieve zuurstofsoorten:

Sterk zonlicht en hoge temperaturen in de zomer kunnen de productie van grote hoeveelheden reactieve zuurstofsoorten in planten veroorzaken, wat oxidatieve schade veroorzaakt. Hoewel betaïne zelf geen sterke antioxidant is, kan het wel worden bereikt via:

4. Bescherming van fotosynthese:
Hoge temperaturen en sterke lichtstress veroorzaken aanzienlijke schade aan het kernmechanisme van fotosynthese, fotosysteem II. Betaïne kan het thylakoïdemembraan beschermen, de stabiliteit van het fotosysteem II-complex handhaven, de soepele werking van de elektronentransportketen garanderen en de foto-inhibitie van fotosynthese verlichten.

5. Als methyldonor:

Betaïne is een van de belangrijkste methyldonoren in levende organismen en is betrokken bij de methioninecyclus. Onder stressomstandigheden kan het bijdragen aan de synthese of metabolische regulatie van sommige stressgevoelige stoffen door methylgroepen te leveren.

Samengevat, tijdens de hete zomer is de belangrijkste functie van betaïne op planten:

Waterretentie en droogteresistentie:Bestrijding van uitdroging door osmotische regulatie.
Hittebestendige bescherming:beschermt eiwitten, enzymen en celmembranen tegen schade door hoge temperaturen.

Oxidatiebestendigheid:verbetert de antioxiderende capaciteit en vermindert fotooxidatieve schade.
Fotosynthese in stand houden:beschermen fotosynthetische organen en onderhouden de basisenergievoorziening.

Wanneer planten stresssignalen zoals hoge temperaturen en droogte waarnemen, activeren ze daarom de betaïnesynthese (voornamelijk via de tweestapsoxidatie van choline in chloroplasten) en accumuleren ze actief betaïne om hun stressbestendigheid te vergroten en hun overlevingsvermogen in barre zomeromstandigheden te verbeteren. Sommige gewassen die bestand zijn tegen droogte en zout (zoals suikerbieten, spinazie, tarwe, gerst, enz.) hebben een sterk vermogen om betaïne te accumuleren.

In de landbouwproductie wordt het van buitenaf besproeien van betaïne ook gebruikt als biostimulant om de weerstand van gewassen (zoals maïs, tomaten, chilipepers, enz.) tegen hoge temperaturen in de zomer en droogtestress te verbeteren.