Ljeti se biljke suočavaju s višestrukim pritiscima poput visoke temperature, jake svjetlosti, suše (vodnog stresa) i oksidativnog stresa. Betain, kao važan osmotski regulator i zaštitno kompatibilna otopljena tvar, igra ključnu ulogu u otpornosti biljaka na ove ljetne stresove. Njegove glavne funkcije uključuju:

1. Regulacija permeacije:
Održavanje turgora stanica:

Visoka temperatura i suša uzrokuju gubitak vode kod biljaka, što dovodi do povećanja citoplazmatskog osmotskog potencijala (postaje gušće), što lako uzrokuje dehidraciju i venuće stanica iz okolnih vakuola ili staničnih stijenki s jačim kapacitetom apsorpcije vode. Betain se nakuplja u velikim količinama u citoplazmi, učinkovito smanjujući osmotski potencijal citoplazme, pomažući stanicama da održe visoki turgorski tlak, čime se odupiru dehidraciji i održavaju integritet stanične strukture i funkcije.

Uravnoteženi vakuolarni osmotski tlak:

Velika količina anorganskih iona (kao što su K⁺, Cl⁻ itd.) nakuplja se u vakuoli kako bi se održao osmotski tlak. Betain se uglavnom nalazi u citoplazmi, a njegovo nakupljanje pomaže uravnotežiti razliku osmotskog tlaka između citoplazme i vakuola, sprječavajući oštećenje citoplazme zbog prekomjerne dehidracije.

2. Zaštita biomolekula:
Stabilna struktura proteina:

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

Sustav zaštitne folije:

Visoka temperatura i reaktivne vrste kisika mogu oštetiti lipidnu dvoslojnu strukturu staničnih membrana (poput tilakoidnih membrana i plazma membrana), što dovodi do abnormalne fluidnosti membrane, curenja, pa čak i raspadanja. Betain može stabilizirati strukturu membrane, održavati njezinu normalnu fluidnost i selektivnu propusnost te zaštititi integritet fotosintetskih organa i organela.

3. Antioksidativna zaštita:
Održavati osmotsku ravnotežu i smanjiti sekundarna oštećenja uzrokovana stresom.

Stabiliziraju strukturu i aktivnost antioksidativnih enzima (kao što su superoksid dismutaza, katalaza, askorbat peroksidaza itd.), poboljšavaju učinkovitost vlastitog antioksidativnog obrambenog sustava biljke i neizravno pomažu u uklanjanju reaktivnih vrsta kisika.
Neizravno 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 jaka svjetlosna stresna stanja uzrokuju značajna oštećenja osnovnog mehanizma fotosinteze, fotosustava II. Betain može zaštititi tilakoidnu membranu, održati stabilnost kompleksa fotosustava II, osigurati nesmetan rad lanca prijenosa elektrona i ublažiti fotoinhibiciju fotosinteze.

5. Kao donor metilne skupine:

Betain je jedan od važnih donora metilnih skupina u živim organizmima, uključen u ciklus metionina. U stresnim uvjetima može sudjelovati u sintezi ili metaboličkoj regulaciji nekih tvari koje reagiraju na stres osiguravajući metilne skupine.

Ukratko, tijekom vrućeg ljeta, glavna funkcija betaina na biljkama je:

Zadržavanje vode i otpornost na sušu:borba protiv dehidracije putem osmotske regulacije.
Zaštita od toplinske otpornosti:štiti proteine, enzime i stanične 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, aktiviraju put sinteze betaina (uglavnom dvostepenom oksidacijom kolina u kloroplastima), aktivno akumuliraju betain kako bi poboljšale svoju otpornost na stres i poboljšale svoju sposobnost preživljavanja u teškim ljetnim uvjetima. Neke kulture otporne na sušu i sol (poput same šećerne repe, špinata, pšenice, ječma itd.) imaju snažnu sposobnost akumulacije betaina.

U poljoprivrednoj proizvodnji, egzogeno prskanje betainom se također koristi kao biostimulans za poboljšanje otpornosti usjeva (poput kukuruza, rajčice, čilija itd.) na visoke temperature i stres uzrokovan sušom.