Το καλοκαίρι, τα φυτά αντιμετωπίζουν πολλαπλές πιέσεις όπως υψηλή θερμοκρασία, έντονο φως, ξηρασία (υδάτινο στρες) και οξειδωτικό στρες. Η βεταΐνη, ως σημαντικός οσμωτικός ρυθμιστής και προστατευτική συμβατή διαλυμένη ουσία, παίζει κρίσιμο ρόλο στην αντοχή των φυτών σε αυτές τις καλοκαιρινές καταπονήσεις. Οι κύριες λειτουργίες της περιλαμβάνουν:

1. Ρύθμιση διαπερατότητας:
Διατήρηση της πίεσης της κυτταρικής σπαργής:

Η υψηλή θερμοκρασία και η ξηρασία προκαλούν απώλεια νερού στα φυτά, οδηγώντας σε αύξηση του κυτταροπλασματικού οσμωτικού δυναμικού (γίνονται πυκνότερα), γεγονός που εύκολα προκαλεί αφυδάτωση και μαρασμό των κυττάρων από τα περιβάλλοντα κενοτόπια ή τα κυτταρικά τοιχώματα με ισχυρότερη ικανότητα απορρόφησης νερού. Η βεταΐνη συσσωρεύεται σε μεγάλες ποσότητες στο κυτταρόπλασμα, μειώνοντας αποτελεσματικά το οσμωτικό δυναμικό του κυτταροπλάσματος, βοηθώντας τα κύτταρα να διατηρούν υψηλή πίεση σπαργής, αντιστεκόμενα έτσι στην αφυδάτωση και διατηρώντας την ακεραιότητα της κυτταρικής δομής και λειτουργίας.

Ισορροπημένη κενοτοπική οσμωτική πίεση:

Μια μεγάλη ποσότητα ανόργανων ιόντων (όπως K⁺, Cl⁻, κ.λπ.) συσσωρεύεται στο κενοτόπιο για να διατηρήσει την οσμωτική πίεση. Η βεταΐνη υπάρχει κυρίως στο κυτταρόπλασμα και η συσσώρευσή της βοηθά στην εξισορρόπηση της διαφοράς οσμωτικής πίεσης μεταξύ του κυτταροπλάσματος και των κενοτοπίων, αποτρέποντας τη βλάβη στο κυτταρόπλασμα λόγω υπερβολικής αφυδάτωσης.

2. Προστασία βιομορίων:
Σταθερή πρωτεϊνική δομή:

Οι υψηλές θερμοκρασίες μπορούν εύκολα να προκαλέσουν μετουσίωση και απενεργοποίηση πρωτεϊνών. Τα μόρια βεταΐνης φέρουν θετικά και αρνητικά φορτία (αμφιτεριονικά) και μπορούν να σταθεροποιήσουν τη φυσική διαμόρφωση των πρωτεϊνών μέσω δεσμών υδρογόνου και ενυδάτωσης, αποτρέποντας την εσφαλμένη αναδίπλωση, τη συσσωμάτωση ή τη μετουσίωση σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό είναι κρίσιμο για τη διατήρηση της ενζυμικής δραστηριότητας, των βασικών πρωτεϊνών στη φωτοσύνθεση και των λειτουργιών άλλων μεταβολικών πρωτεϊνών.

Σύστημα προστατευτικής μεμβράνης:

Η υψηλή θερμοκρασία και τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου μπορούν να βλάψουν τη λιπιδική διπλοστιβάδα των κυτταρικών μεμβρανών (όπως οι θυλακοειδείς μεμβράνες και οι πλασματικές μεμβράνες), οδηγώντας σε ανώμαλη ρευστότητα της μεμβράνης, διαρροή, ακόμη και αποσύνθεση. Η βεταΐνη μπορεί να σταθεροποιήσει τη δομή της μεμβράνης, να διατηρήσει την κανονική ρευστότητά της και την επιλεκτική διαπερατότητά της, και να προστατεύσει την ακεραιότητα των φωτοσυνθετικών οργάνων και οργανιδίων.

3. Αντιοξειδωτική προστασία:
Διατηρήστε την οσμωτική ισορροπία και μειώστε τις δευτερογενείς βλάβες που προκαλούνται από το στρες.

Σταθεροποιούν τη δομή και τη δράση των αντιοξειδωτικών ενζύμων (όπως η υπεροξειδική δισμουτάση, η καταλάση, η ασκορβική υπεροξειδάση κ.λπ.), ενισχύουν την αποτελεσματικότητα του αντιοξειδωτικού αμυντικού συστήματος του φυτού και έμμεσα βοηθούν στην απομάκρυνση των δραστικών ειδών οξυγόνου.
Έμμεση απομάκρυνση δραστικών ειδών οξυγόνου:

Το έντονο ηλιακό φως και οι υψηλές θερμοκρασίες το καλοκαίρι μπορούν να προκαλέσουν την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων δραστικών ειδών οξυγόνου στα φυτά, προκαλώντας οξειδωτική βλάβη. Αν και η ίδια η βεταΐνη δεν είναι ισχυρό αντιοξειδωτικό, μπορεί να επιτευχθεί μέσω:

4. Προστασία της φωτοσύνθεσης:
Η υψηλή θερμοκρασία και η έντονη φωτεινή καταπόνηση προκαλούν σημαντική βλάβη στον βασικό μηχανισμό της φωτοσύνθεσης, το φωτοσύστημα II. Η βεταΐνη μπορεί να προστατεύσει τη μεμβράνη των θυλακοειδών, να διατηρήσει τη σταθερότητα του συμπλόκου του φωτοσυστήματος II, να διασφαλίσει την ομαλή λειτουργία της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων και να μετριάσει την φωτοαναστολή της φωτοσύνθεσης.

5. Ως δότης μεθυλίου:

Η βεταΐνη είναι ένας από τους σημαντικούς δότες μεθυλίου στους ζωντανούς οργανισμούς, που εμπλέκεται στον κύκλο της μεθειονίνης. Υπό συνθήκες στρες, μπορεί να συμμετέχει στη σύνθεση ή τη μεταβολική ρύθμιση ορισμένων ουσιών που ανταποκρίνονται στο στρες παρέχοντας μεθυλομάδες.

Συνοπτικά, κατά τη διάρκεια του καυτού καλοκαιριού, η βασική λειτουργία της βεταΐνης στα φυτά είναι:

Κατακράτηση νερού και αντοχή στην ξηρασία:καταπολέμηση της αφυδάτωσης μέσω οσμωτικής ρύθμισης.
Προστασία από την αντοχή στη θερμότητα:Προστατεύει τις πρωτεΐνες, τα ένζυμα και τις κυτταρικές μεμβράνες από βλάβες λόγω υψηλής θερμοκρασίας.

Αντοχή στην οξείδωση:ενισχύει την αντιοξειδωτική ικανότητα και μειώνει τη φωτοοξειδωτική βλάβη.
Διατήρηση της φωτοσύνθεσης:προστατεύουν τα φωτοσυνθετικά όργανα και διατηρούν τον βασικό ενεργειακό εφοδιασμό.

Επομένως, όταν τα φυτά αντιλαμβάνονται σήματα στρες όπως υψηλή θερμοκρασία και ξηρασία, ενεργοποιούν την οδό σύνθεσης βεταϊνης (κυρίως μέσω οξείδωσης δύο σταδίων της χολίνης στους χλωροπλάστες), συσσωρεύουν ενεργά βεταϊνη για να ενισχύσουν την αντοχή τους στο στρες και να βελτιώσουν την ικανότητα επιβίωσής τους σε σκληρά καλοκαιρινά περιβάλλοντα. Ορισμένες καλλιέργειες ανθεκτικές στην ξηρασία και το αλάτι (όπως τα ίδια τα ζαχαρότευτλα, το σπανάκι, το σιτάρι, το κριθάρι κ.λπ.) έχουν ισχυρή ικανότητα συσσώρευσης βεταϊνης.

Στη γεωργική παραγωγή, ο εξωγενής ψεκασμός βεταΐνης χρησιμοποιείται επίσης ως βιοδιεγερτικό για την ενίσχυση της αντοχής των καλλιεργειών (όπως καλαμπόκι, ντομάτα, τσίλι κ.λπ.) στις υψηλές θερμοκρασίες του καλοκαιριού και στο στρες της ξηρασίας.