Ljeti se biljke suočavaju s višestrukim pritiscima kao što su visoka temperatura, jaka svjetlost, suša (vodni stres) i oksidativni stres. Betain, kao važan osmotski regulator i zaštitno kompatibilna rastvorena materija, igra ključnu ulogu u otpornosti biljaka na ove ljetne stresove. Njegove glavne funkcije uključuju:

1. Regulacija permeacije:
Održavanje turgorskog pritiska ćelija:

Visoka temperatura i suša uzrokuju gubitak vode kod biljaka, što dovodi do povećanja citoplazmatskog osmotskog potencijala (postaje gušće), što lako uzrokuje dehidraciju i uvenuće ćelija iz okolnih vakuola ili ćelijskih zidova sa jačim kapacitetom apsorpcije vode. Betain se akumulira u velikim količinama u citoplazmi, efikasno smanjujući osmotski potencijal citoplazme, pomažući ćelijama da održe visok turgorski pritisak, čime se odupiru dehidraciji i održavaju integritet ćelijske strukture i funkcije.

Uravnoteženi vakuolarni osmotski pritisak:

Velika količina neorganskih iona (kao što su K⁺, Cl⁻, itd.) akumulira se u vakuoli kako bi se održao osmotski pritisak. Betain se uglavnom nalazi u citoplazmi, a njegova akumulacija pomaže uravnotežiti razliku osmotskog pritiska između citoplazme i vakuola, sprječavajući oštećenje citoplazme zbog prekomjerne dehidracije.

2. Zaštita biomolekula:
Stabilna proteinska struktura:

Visoke temperature mogu lako uzrokovati denaturaciju i inaktivaciju proteina. Molekule betaina nose pozitivna i negativna naboja (cviterionske) i mogu stabilizirati prirodnu konformaciju proteina putem vodikovih veza i hidratacije, sprječavajući pogrešno savijanje, agregaciju ili denaturaciju na visokim temperaturama. Ovo je ključno za održavanje aktivnosti enzima, ključnih proteina u fotosintezi i funkcija drugih metaboličkih proteina.

Sistem zaštitne folije:

Visoka temperatura i reaktivne vrste kisika mogu oštetiti lipidnu dvoslojnu strukturu ćelijskih membrana (kao što su tilakoidne membrane i plazma membrane), što dovodi do abnormalne fluidnosti membrane, curenja, pa čak i raspadanja. Betain može stabilizirati strukturu membrane, održavati njenu normalnu fluidnost i selektivnu permeabilnost, te zaštititi integritet fotosintetskih organa i organela.

3. Antioksidativna zaštita:
Održava osmotsku ravnotežu i smanjuje sekundarna oštećenja uzrokovana stresom.

Stabiliziraju strukturu i aktivnost antioksidativnih enzima (kao što su superoksid dismutaza, katalaza, askorbat peroksidaza itd.), poboljšavaju efikasnost vlastitog antioksidativnog odbrambenog sistema biljke i indirektno pomažu u uklanjanju reaktivnih vrsta kisika.
Indirektno uklanjanje reaktivnih vrsta kisika:

Jaka sunčeva svjetlost i visoke temperature ljeti mogu izazvati proizvodnju velikih količina reaktivnih vrsta kisika u biljkama, uzrokujući oksidativna oštećenja. Iako betain sam po sebi nije jak antioksidans, to se može postići putem:

4. Zaštita fotosinteze:
Visoka temperatura i jak svjetlosni stres uzrokuju značajna oštećenja osnovnog mehanizma fotosinteze, fotosistema II. Betain može zaštititi tilakoidnu membranu, održati stabilnost kompleksa fotosistema II, osigurati nesmetan rad lanca transporta elektrona i ublažiti fotoinhibiciju fotosinteze.

5. Kao donor metil grupe:

Betain je jedan od važnih donora metilnih grupa u živim organizmima, uključen u ciklus metionina. U stresnim uslovima, može učestvovati u sintezi ili metaboličkoj regulaciji nekih supstanci koje reaguju na stres tako što obezbjeđuje metilne grupe.

Ukratko, tokom vrelog ljeta, osnovna funkcija betaina na biljkama je:

Zadržavanje vode i otpornost na sušu:borba protiv dehidracije putem osmotske regulacije.
Zaštita od toplotne otpornosti:štiti proteine, enzime i ćelijske membrane od oštećenja uzrokovanih visokim temperaturama.

Otpornost na oksidaciju:povećava antioksidativni kapacitet i smanjuje fotooksidativna oštećenja.
Održavanje fotosinteze:štite fotosintetske organe i održavaju osnovnu opskrbu energijom.

Stoga, kada biljke osjete signale stresa poput visoke temperature i suše, one aktiviraju put sinteze betaina (uglavnom putem dvostepene oksidacije holina u hloroplastima), aktivno akumuliraju betain kako bi poboljšale svoju otpornost na stres i poboljšale svoju sposobnost preživljavanja u teškim ljetnim uslovima. Neke kulture otporne na sušu i sol (kao što su sama šećerna repa, špinat, pšenica, ječam itd.) imaju snažnu sposobnost akumulacije betaina.

U poljoprivrednoj proizvodnji, egzogeno prskanje betainom se također koristi kao biostimulans za poboljšanje otpornosti usjeva (kao što su kukuruz, paradajz, čili itd.) na visoke temperature i stres uzrokovan sušom.