Di musim panas, tanaman menghadapi berbagai tekanan seperti suhu tinggi, cahaya yang kuat, kekeringan (stres air), dan stres oksidatif. Betain, sebagai pengatur osmotik penting dan zat terlarut kompatibel pelindung, memainkan peran penting dalam ketahanan tanaman terhadap stres musim panas ini. Fungsi utamanya meliputi:

1. Regulasi permeasi:
Pertahankan tekanan turgor sel:

Suhu tinggi dan kekeringan menyebabkan tanaman kehilangan air, yang mengakibatkan peningkatan potensi osmotik sitoplasma (menjadi lebih padat), sehingga mudah menyebabkan dehidrasi dan layu sel akibat vakuola di sekitarnya atau dinding sel dengan kapasitas penyerapan air yang lebih kuat. Betain terakumulasi dalam jumlah besar di sitoplasma, secara efektif mengurangi potensi osmotik sitoplasma, membantu sel mempertahankan tekanan turgor yang tinggi, sehingga melawan dehidrasi dan menjaga integritas struktur dan fungsi sel.

Tekanan osmotik vakuolar seimbang:

Sejumlah besar ion anorganik (seperti K⁺, Cl⁻, dll.) terakumulasi di dalam vakuola untuk menjaga tekanan osmotik. Betain terutama terdapat di sitoplasma, dan akumulasinya membantu menyeimbangkan perbedaan tekanan osmotik antara sitoplasma dan vakuola, mencegah kerusakan pada sitoplasma akibat dehidrasi berlebihan.

2. Melindungi biomolekul:
Struktur protein yang stabil:

Suhu tinggi dapat dengan mudah menyebabkan denaturasi dan inaktivasi protein. Molekul betaine membawa muatan positif dan negatif (zwitterionik) dan dapat menstabilkan konformasi alami protein melalui ikatan hidrogen dan hidrasi, mencegah kesalahan pelipatan, agregasi, atau denaturasi pada suhu tinggi. Hal ini sangat penting untuk menjaga aktivitas enzim, protein kunci dalam fotosintesis, dan fungsi protein metabolik lainnya.

Sistem lapisan pelindung:

Suhu tinggi dan spesies oksigen reaktif dapat merusak struktur lapisan lipid membran sel (seperti membran tilakoid dan membran plasma), yang menyebabkan fluiditas membran abnormal, kebocoran, dan bahkan disintegrasi. Betain dapat menstabilkan struktur membran, mempertahankan fluiditas dan permeabilitas selektifnya yang normal, serta melindungi integritas organ dan organel fotosintesis.

3. Perlindungan antioksidan:
Menjaga keseimbangan osmotik dan mengurangi kerusakan sekunder yang disebabkan oleh stres.

Menstabilkan struktur dan aktivitas enzim antioksidan (seperti superoksida dismutase, katalase, askorbat peroksidase, dll.), meningkatkan efisiensi sistem pertahanan antioksidan tanaman sendiri, dan secara tidak langsung membantu membersihkan spesies oksigen reaktif.
Penghilangan tidak langsung spesies oksigen reaktif:

Sinar matahari yang kuat dan suhu tinggi di musim panas dapat memicu produksi sejumlah besar spesies oksigen reaktif pada tumbuhan, yang menyebabkan kerusakan oksidatif. Meskipun betaine sendiri bukanlah antioksidan yang kuat, betaine dapat diperoleh melalui:

4. Melindungi fotosintesis:
Suhu tinggi dan tekanan cahaya yang kuat menyebabkan kerusakan signifikan pada mekanisme inti fotosintesis, fotosistem II. Betain dapat melindungi membran tilakoid, menjaga stabilitas kompleks fotosistem II, memastikan kelancaran kerja rantai transpor elektron, dan mengurangi fotoinhibisi fotosintesis.

5. Sebagai donor metil:

Betain adalah salah satu donor metil penting dalam organisme hidup, yang terlibat dalam siklus metionin. Dalam kondisi stres, betain dapat berpartisipasi dalam sintesis atau regulasi metabolisme beberapa zat responsif terhadap stres dengan menyediakan gugus metil.

Singkatnya, selama musim panas yang terik, fungsi utama betaine pada tumbuhan adalah:

Retensi air dan ketahanan terhadap kekeringan:mengatasi dehidrasi melalui pengaturan osmotik.
Perlindungan tahan panas:Melindungi protein, enzim, dan membran sel dari kerusakan akibat suhu tinggi.

Ketahanan terhadap oksidasi:Meningkatkan kapasitas antioksidan dan mengurangi kerusakan fotooksidatif.
Pertahankan fotosintesis:melindungi organ fotosintesis dan menjaga pasokan energi dasar.

Oleh karena itu, ketika tanaman merasakan sinyal stres seperti suhu tinggi dan kekeringan, mereka mengaktifkan jalur sintesis betaine (terutama melalui oksidasi kolin dua tahap di kloroplas), secara aktif mengakumulasi betaine untuk meningkatkan ketahanan terhadap stres dan meningkatkan kemampuan bertahan hidup mereka di lingkungan musim panas yang keras. Beberapa tanaman yang tahan kekeringan dan garam (seperti bit gula, bayam, gandum, jelai, dll.) memiliki kemampuan yang kuat untuk mengakumulasi betaine.

Dalam produksi pertanian, penyemprotan betaine eksogen juga digunakan sebagai biostimulan untuk meningkatkan ketahanan tanaman (seperti jagung, tomat, cabai, dll.) terhadap suhu tinggi musim panas dan tekanan kekeringan.