Yaz aylarında bitkiler yüksek sıcaklık, güçlü ışık, kuraklık (su stresi) ve oksidatif stres gibi birçok baskıyla karşı karşıya kalır. Önemli bir ozmotik düzenleyici ve koruyucu uyumlu çözücü olan betain, bitkilerin bu yaz streslerine karşı direncinde çok önemli bir rol oynar. Başlıca işlevleri şunlardır:

1. Geçirgenlik düzenlemesi:
Hücre turgor basıncını koruyun:

Yüksek sıcaklık ve kuraklık, bitkilerin su kaybetmesine ve sitoplazmik ozmotik potansiyelin artmasına (yoğunlaşmasına) neden olur; bu da, daha güçlü su emme kapasitesine sahip çevredeki vakuoller veya hücre duvarlarından kaynaklanan dehidrasyona ve hücre solmasına kolayca yol açar. Betain, sitoplazmada büyük miktarlarda birikir ve sitoplazmanın ozmotik potansiyelini etkili bir şekilde azaltarak hücrelerin yüksek turgor basıncını korumasına, böylece dehidrasyona direnmesine ve hücre yapısının ve fonksiyonunun bütünlüğünü korumasına yardımcı olur.

Dengeli vakuoler ozmotik basınç:

Ozmotik basıncı korumak için vakuolde çok miktarda inorganik iyon (K⁺, Cl⁻, vb.) birikir. Betain esas olarak sitoplazmada bulunur ve birikimi, sitoplazma ile vakuoller arasındaki ozmotik basınç farkını dengelemeye yardımcı olarak, aşırı dehidrasyondan kaynaklanan sitoplazma hasarını önler.

2. Biyomoleküllerin korunması:
Kararlı protein yapısı:

Yüksek sıcaklıklar proteinlerin kolayca denatürasyonuna ve inaktivasyonuna neden olabilir. Betain molekülleri pozitif ve negatif yüklere (zwitteriyonik) sahiptir ve hidrojen bağları ve hidrasyon yoluyla proteinlerin doğal konformasyonunu stabilize ederek yüksek sıcaklıklarda yanlış katlanmayı, agregasyonu veya denatürasyonu önler. Bu, enzim aktivitesinin, fotosentezdeki temel proteinlerin ve diğer metabolik proteinlerin işlevlerinin korunması için çok önemlidir.

Koruyucu film sistemi:

Yüksek sıcaklık ve reaktif oksijen türleri, hücre zarlarının (örneğin tilakoid zarlar ve plazma zarları) lipid çift katman yapısına zarar vererek anormal zar akışkanlığına, sızıntıya ve hatta parçalanmaya yol açabilir. Betain, zar yapısını stabilize edebilir, normal akışkanlığını ve seçici geçirgenliğini koruyabilir ve fotosentetik organların ve organellerin bütünlüğünü koruyabilir.

3. Antioksidan koruma:
Ozmotik dengeyi koruyun ve stresin neden olduğu ikincil hasarı azaltın.

Antioksidan enzimlerin (süperoksit dismutaz, katalaz, askorbat peroksidaz vb.) yapısını ve aktivitesini stabilize eder, bitkinin kendi antioksidan savunma sisteminin verimliliğini artırır ve dolaylı olarak reaktif oksijen türlerinin temizlenmesine yardımcı olur.
Reaktif oksijen türlerinin dolaylı olarak uzaklaştırılması:

Yaz aylarında güçlü güneş ışığı ve yüksek sıcaklıklar, bitkilerde büyük miktarda reaktif oksijen türünün üretilmesine ve oksidatif hasara neden olabilir. Betain kendi başına güçlü bir antioksidan olmasa da, aşağıdaki yollarla elde edilebilir:

4. Fotosentezin korunması:
Yüksek sıcaklık ve güçlü ışık stresi, fotosentezin temel mekanizması olan fotosistem II'ye önemli ölçüde zarar verir. Betain, tilakoid zarını koruyabilir, fotosistem II kompleksinin stabilitesini sağlayabilir, elektron taşıma zincirinin sorunsuz çalışmasını temin edebilir ve fotosentezin fotoinhibisyonunu hafifletebilir.

5. Metil verici olarak:

Betain, canlı organizmalarda metiyonin döngüsünde yer alan önemli metil vericilerinden biridir. Stres koşulları altında, metil grupları sağlayarak bazı strese duyarlı maddelerin sentezinde veya metabolik düzenlenmesinde rol alabilir.

Özetle, kavurucu yaz aylarında betainin bitkiler üzerindeki temel işlevi şudur:

Su tutma ve kuraklığa dayanıklılık:Ozmotik düzenleme yoluyla dehidrasyonla mücadele.
Isıya dayanıklılık koruması:Proteinleri, enzimleri ve hücre zarlarını yüksek sıcaklık hasarından korur.

Oksidasyona karşı direnç:Antioksidan kapasitesini artırır ve fotooksidatif hasarı azaltır.
Fotosentezi sürdürün:Fotosentez organlarını korur ve temel enerji kaynağını sürdürür.

Bu nedenle, bitkiler yüksek sıcaklık ve kuraklık gibi stres sinyallerini algıladıklarında, betain sentez yolunu (esas olarak kloroplastlarda kolinin iki aşamalı oksidasyonu yoluyla) aktive eder, stres dirençlerini artırmak ve sert yaz ortamlarında hayatta kalma yeteneklerini geliştirmek için aktif olarak betain biriktirirler. Bazı kuraklığa ve tuz toleranslı bitkiler (şeker pancarı, ıspanak, buğday, arpa vb.) betain biriktirme konusunda güçlü bir yeteneğe sahiptir.

Tarım üretiminde, betainin dışarıdan püskürtülmesi, bitkilerin (mısır, domates, biber vb.) yaz yüksek sıcaklıklarına ve kuraklık stresine karşı direncini artırmak için biyostimülan olarak da kullanılmaktadır.