No verão, as plantas enfrentam múltiplas pressões, como altas temperaturas, luz intensa, seca (estresse hídrico) e estresse oxidativo. A betaína, como um importante regulador osmótico e soluto compatível com a proteção, desempenha um papel crucial na resistência das plantas a esses estresses de verão. Suas principais funções incluem:

1. Regulação da permeação:
Manter a pressão de turgor celular:

Altas temperaturas e seca fazem com que as plantas percam água, levando a um aumento do potencial osmótico citoplasmático (tornando-se mais densas), o que facilmente causa desidratação e murchamento das células devido aos vacúolos circundantes ou paredes celulares com maior capacidade de absorção de água. A betaína acumula-se em grandes quantidades no citoplasma, reduzindo efetivamente o potencial osmótico do citoplasma, ajudando as células a manter alta pressão de turgor, resistindo assim à desidratação e mantendo a integridade da estrutura e função celular.

Pressão osmótica vacuolar equilibrada:

Uma grande quantidade de íons inorgânicos (como K ⁺, Cl ⁻, etc.) acumula-se no vacúolo para manter a pressão osmótica. A betaína existe principalmente no citoplasma e seu acúmulo ajuda a equilibrar a diferença de pressão osmótica entre o citoplasma e os vacúolos, prevenindo danos ao citoplasma devido à desidratação excessiva.

2. Protegendo biomoléculas:
Estrutura de proteína estável:

Altas temperaturas podem facilmente causar desnaturação e inativação de proteínas. As moléculas de betaína possuem cargas positivas e negativas (zwitteriônicas) e podem estabilizar a conformação natural das proteínas por meio de ligações de hidrogênio e hidratação, prevenindo o enovelamento incorreto, agregação ou desnaturação em altas temperaturas. Isso é crucial para manter a atividade enzimática, proteínas-chave na fotossíntese, e as funções de outras proteínas metabólicas.

Sistema de película protetora:

Altas temperaturas e espécies reativas de oxigênio podem danificar a estrutura da bicamada lipídica das membranas celulares (como as membranas tilacóides e plasmáticas), levando à fluidez anormal da membrana, vazamento e até mesmo à desintegração. A betaína pode estabilizar a estrutura da membrana, manter sua fluidez normal e permeabilidade seletiva, além de proteger a integridade dos órgãos e organelas fotossintéticos.

3. Proteção antioxidante:
Manter o equilíbrio osmótico e reduzir danos secundários causados ​​pelo estresse.

Estabilizar a estrutura e a atividade de enzimas antioxidantes (como superóxido dismutase, catalase, ascorbato peroxidase, etc.), aumentar a eficiência do próprio sistema de defesa antioxidante da planta e, indiretamente, ajudar a eliminar espécies reativas de oxigênio.
Remoção indireta de espécies reativas de oxigênio:

A forte luz solar e as altas temperaturas no verão podem induzir a produção de grandes quantidades de espécies reativas de oxigênio nas plantas, causando danos oxidativos. Embora a betaína em si não seja um antioxidante forte, ela pode ser alcançada por meio de:

4. Protegendo a fotossíntese:
Altas temperaturas e forte estresse luminoso causam danos significativos ao mecanismo central da fotossíntese, o fotossistema II. A betaína pode proteger a membrana tilacóide, manter a estabilidade do complexo do fotossistema II, garantir o bom funcionamento da cadeia de transporte de elétrons e aliviar a fotoinibição da fotossíntese.

5. Como doador de metil:

A betaína é um dos importantes doadores de metil em organismos vivos, envolvida no ciclo da metionina. Em condições de estresse, pode participar da síntese ou regulação metabólica de algumas substâncias responsivas ao estresse, fornecendo grupos metil.

Em resumo, durante o verão escaldante, a principal função da betaína nas plantas é:

Retenção de água e resistência à seca:combate à desidratação por meio da regulação osmótica.
Proteção contra resistência ao calor:protege proteínas, enzimas e membranas celulares de danos causados ​​por altas temperaturas.

Resistência à oxidação:aumenta a capacidade antioxidante e reduz os danos fotooxidativos.
Manter a fotossíntese:proteger os órgãos fotossintéticos e manter o fornecimento básico de energia.

Portanto, quando as plantas percebem sinais de estresse, como altas temperaturas e seca, elas ativam a via de síntese de betaína (principalmente por meio da oxidação em duas etapas da colina nos cloroplastos), acumulando betaína ativamente para aumentar sua resistência ao estresse e melhorar sua capacidade de sobrevivência em ambientes rigorosos de verão. Algumas culturas tolerantes à seca e ao sal (como a própria beterraba, espinafre, trigo, cevada, etc.) têm uma forte capacidade de acumular betaína.

Na produção agrícola, a pulverização exógena de betaína também é usada como bioestimulante para aumentar a resistência de culturas (como milho, tomate, pimenta, etc.) às altas temperaturas do verão e ao estresse pela seca.