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

1. Pengaturan permeasi:
Mempertahankan tekanan turgor sel:

Suhu tinggi dan kekeringan menyebabkan tanaman kehilangan air, yang mengakibatkan peningkatan potensial osmotik sitoplasma (menjadi lebih padat), yang mudah menyebabkan dehidrasi dan layu sel dari vakuola di sekitarnya atau dinding sel dengan kapasitas penyerapan air yang lebih kuat. Betain terakumulasi dalam jumlah besar di sitoplasma, yang secara efektif mengurangi potensial osmotik sitoplasma, membantu sel mempertahankan tekanan turgor yang tinggi, sehingga mencegah 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 dalam sitoplasma, dan akumulasinya membantu menyeimbangkan perbedaan tekanan osmotik antara sitoplasma dan vakuola, mencegah kerusakan sitoplasma akibat dehidrasi berlebihan.

2. Melindungi biomolekul:
Struktur protein yang stabil:

Suhu tinggi dapat dengan mudah menyebabkan denaturasi dan inaktivasi protein. Molekul betain bermuatan 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 penting untuk menjaga aktivitas enzim, protein kunci dalam fotosintesis, dan fungsi protein metabolik lainnya.

Sistem film pelindung:

Suhu tinggi dan spesies oksigen reaktif dapat merusak struktur lapisan ganda 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 selektif normalnya, 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 itu sendiri, dan secara tidak langsung membantu membersihkan spesies oksigen reaktif.
Penghapusan tidak langsung spesies oksigen reaktif:

Sinar matahari yang kuat dan suhu tinggi di musim panas dapat memicu produksi spesies oksigen reaktif dalam jumlah besar pada tanaman, yang menyebabkan kerusakan oksidatif. Meskipun betaine sendiri bukanlah antioksidan yang kuat, hal ini dapat dicapai melalui:

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

5. Sebagai donor metil:

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

Singkatnya, selama musim panas yang terik, fungsi inti betaine pada tanaman adalah:

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

Ketahanan terhadap oksidasi:meningkatkan kapasitas antioksidan dan mengurangi kerusakan fotooksidatif.
Mempertahankan 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 dua tahap kolin dalam 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 toleran terhadap 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.