A l'estiu, les plantes s'enfronten a múltiples pressions com ara altes temperatures, llum intensa, sequera (estrès hídric) i estrès oxidatiu. La betaïna, com a important regulador osmòtic i solut compatible amb la protecció, juga un paper crucial en la resistència de les plantes a aquests estrès estivals. Les seves funcions principals inclouen:

1. Regulació de la permeació:
Mantenir la pressió de turgència cel·lular:

Les altes temperatures i la sequera fan que les plantes perdin aigua, cosa que provoca un augment del potencial osmòtic citoplasmàtic (tornant-se més dens), cosa que provoca fàcilment la deshidratació i la marchitació de les cèl·lules dels vacúols circumdants o de les parets cel·lulars amb una major capacitat d'absorció d'aigua. La betaïna s'acumula en grans quantitats al citoplasma, reduint eficaçment el potencial osmòtic del citoplasma, ajudant les cèl·lules a mantenir una pressió de turgència alta, resistint així la deshidratació i mantenint la integritat de l'estructura i la funció cel·lular.

Pressió osmòtica vacuolar equilibrada:

Una gran quantitat d'ions inorgànics (com ara K⁺, Cl⁻, etc.) s'acumulen al vacúol per mantenir la pressió osmòtica. La betaïna es troba principalment al citoplasma i la seva acumulació ajuda a equilibrar la diferència de pressió osmòtica entre el citoplasma i els vacúols, evitant danys al citoplasma a causa d'una deshidratació excessiva.

2. Protecció de biomolècules:
Estructura estable de proteïnes:

Les altes temperatures poden causar fàcilment la desnaturalització i la inactivació de proteïnes. Les molècules de betaïna porten càrregues positives i negatives (zwitteriòniques) i poden estabilitzar la conformació natural de les proteïnes mitjançant enllaços d'hidrogen i hidratació, evitant el plegament incorrecte, l'agregació o la desnaturalització a altes temperatures. Això és crucial per mantenir l'activitat enzimàtica, les proteïnes clau en la fotosíntesi i les funcions d'altres proteïnes metabòliques.

Sistema de pel·lícula protectora:

Les altes temperatures i les espècies reactives d'oxigen poden danyar l'estructura de la bicapa lipídica de les membranes cel·lulars (com ara les membranes tilacoides i les membranes plasmàtiques), provocant una fluïdesa anormal de la membrana, fuites i fins i tot desintegració. La betaïna pot estabilitzar l'estructura de la membrana, mantenir la seva fluïdesa normal i la permeabilitat selectiva i protegir la integritat dels òrgans i orgànuls fotosintètics.

3. Protecció antioxidant:
Mantenir l'equilibri osmòtic i reduir els danys secundaris causats per l'estrès.

Estabilitza l'estructura i l'activitat dels enzims antioxidants (com la superòxid dismutasa, la catalasa, l'ascorbat peroxidasa, etc.), millora l'eficiència del sistema de defensa antioxidant de la planta i ajuda indirectament a eliminar les espècies reactives d'oxigen.
Eliminació indirecta d'espècies reactives d'oxigen:

La llum solar intensa i les altes temperatures a l'estiu poden induir la producció de grans quantitats d'espècies reactives d'oxigen a les plantes, causant danys oxidatius. Tot i que la betaïna en si mateixa no és un antioxidant fort, es pot aconseguir mitjançant:

4. Protecció de la fotosíntesi:
Les altes temperatures i el fort estrès lumínic causen danys significatius al mecanisme central de la fotosíntesi, el fotosistema II. La betaïna pot protegir la membrana tilacoide, mantenir l'estabilitat del complex del fotosistema II, garantir el bon funcionament de la cadena de transport d'electrons i alleujar la fotoinhibició de la fotosíntesi.

5. Com a donant de metil:

La betaina és un dels importants donants de metil en els organismes vius, implicat en el cicle de la metionina. En condicions d'estrès, pot participar en la síntesi o la regulació metabòlica d'algunes substàncies sensibles a l'estrès proporcionant grups metil.

En resum, durant l'estiu abrasador, la funció principal de la betaïna a les plantes és:

Retenció d'aigua i resistència a la sequera:Combatre la deshidratació mitjançant la regulació osmòtica.
Protecció contra la resistència a la calor:protegeix les proteïnes, els enzims i les membranes cel·lulars dels danys causats per les altes temperatures.

Resistència a l'oxidació:augmenta la capacitat antioxidant i redueix el dany fotooxidatiu.
Mantenir la fotosíntesi:protegir els òrgans fotosintètics i mantenir el subministrament energètic bàsic.

Per tant, quan les plantes perceben senyals d'estrès com ara altes temperatures i sequera, activen la via de síntesi de betaïna (principalment mitjançant l'oxidació en dos passos de la colina als cloroplasts), acumulen activament betaïna per millorar la seva resistència a l'estrès i la seva capacitat de supervivència en ambients estivals durs. Alguns cultius tolerants a la sequera i a la sal (com la remolatxa sucrera, els espinacs, el blat, l'ordi, etc.) tenen una forta capacitat per acumular betaïna.

En la producció agrícola, la polvorització exògena de betaïna també s'utilitza com a bioestimulant per millorar la resistència dels cultius (com el blat de moro, el tomàquet, el xili, etc.) a les altes temperatures i la sequera de l'estiu.