Im Sommer sind Pflanzen vielfältigen Belastungen ausgesetzt, wie hohen Temperaturen, starkem Licht, Trockenheit (Wasserstress) und oxidativem Stress. Betain spielt als wichtiger osmotischer Regulator und schützender, kompatibler gelöster Stoff eine entscheidende Rolle bei der Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen diese Sommerbelastungen. Zu seinen Hauptfunktionen gehören:

1. Permeationsregulierung:
Aufrechterhaltung des Zellturgordrucks:

Hohe Temperaturen und Trockenheit führen zu Wasserverlust bei Pflanzen, was zu einer Erhöhung des osmotischen Potenzials des Zytoplasmas (Verdichtung) führt, was leicht zur Dehydration und zum Welken von Zellen aus umgebenden Vakuolen oder Zellwänden mit stärkerer Wasseraufnahmekapazität führt. Betain reichert sich in großen Mengen im Zytoplasma an, wodurch das osmotische Potenzial des Zytoplasmas effektiv reduziert wird. Dies hilft den Zellen, einen hohen Turgordruck aufrechtzuerhalten, wodurch Dehydration verhindert und die Integrität der Zellstruktur und -funktion erhalten bleibt.

Ausgeglichener vakuolärer osmotischer Druck:

Um den osmotischen Druck aufrechtzuerhalten, sammeln sich in der Vakuole große Mengen anorganischer Ionen (wie K⁺, Cl⁻ usw.) an. Betain kommt hauptsächlich im Zytoplasma vor und seine Ansammlung trägt dazu bei, den osmotischen Druckunterschied zwischen Zytoplasma und Vakuolen auszugleichen und so einer Schädigung des Zytoplasmas durch übermäßige Dehydration vorzubeugen.

2. Schutz von Biomolekülen:
Stabile Proteinstruktur:

Hohe Temperaturen können leicht zur Denaturierung und Inaktivierung von Proteinen führen. Betainmoleküle tragen positive und negative Ladungen (zwitterionisch) und können die natürliche Konformation von Proteinen durch Wasserstoffbrücken und Hydratisierung stabilisieren. So wird Fehlfaltung, Aggregation oder Denaturierung bei hohen Temperaturen verhindert. Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Enzymaktivität, wichtiger Proteine ​​in der Photosynthese und der Funktionen anderer Stoffwechselproteine.

Schutzfoliensystem:

Hohe Temperaturen und reaktive Sauerstoffspezies können die Lipiddoppelschichtstruktur von Zellmembranen (wie Thylakoidmembranen und Plasmamembranen) schädigen und zu abnormaler Membranfluidität, Undichtigkeiten und sogar zum Zerfall führen. Betain kann die Membranstruktur stabilisieren, ihre normale Fluidität und selektive Permeabilität aufrechterhalten und die Integrität photosynthetischer Organe und Organellen schützen.

3. Antioxidativer Schutz:
Halten Sie das osmotische Gleichgewicht aufrecht und reduzieren Sie durch Stress verursachte Sekundärschäden.

Stabilisieren Sie die Struktur und Aktivität antioxidativer Enzyme (wie Superoxiddismutase, Katalase, Ascorbatperoxidase usw.), verbessern Sie die Effizienz des pflanzeneigenen antioxidativen Abwehrsystems und helfen Sie indirekt, reaktive Sauerstoffspezies zu beseitigen.
Indirekte Entfernung reaktiver Sauerstoffspezies:

Starke Sonneneinstrahlung und hohe Temperaturen im Sommer können die Produktion großer Mengen reaktiver Sauerstoffspezies in Pflanzen fördern und oxidative Schäden verursachen. Obwohl Betain selbst kein starkes Antioxidans ist, kann es durch Folgendes erreicht werden:

4. Schutz der Photosynthese:
Hohe Temperaturen und starker Lichtstress verursachen erhebliche Schäden am Kernmechanismus der Photosynthese, dem Photosystem II. Betain kann die Thylakoidmembran schützen, die Stabilität des Photosystem-II-Komplexes aufrechterhalten, den reibungslosen Betrieb der Elektronentransportkette sicherstellen und die Photoinhibition der Photosynthese lindern.

5. Als Methylspender:

Betain ist einer der wichtigsten Methylspender in lebenden Organismen und am Methioninzyklus beteiligt. Unter Stressbedingungen kann es durch die Bereitstellung von Methylgruppen an der Synthese oder Stoffwechselregulation einiger stressempfindlicher Substanzen beteiligt sein.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hauptfunktion von Betain auf Pflanzen während des sengenden Sommers darin besteht:

Wasserspeicherung und Trockenresistenz:Bekämpfung der Dehydration durch osmotische Regulierung.
Hitzeschutz:schützt Proteine, Enzyme und Zellmembranen vor Schäden durch hohe Temperaturen.

Oxidationsbeständigkeit:steigert die antioxidative Kapazität und reduziert photooxidative Schäden.
Aufrechterhaltung der Photosynthese:schützen die Photosyntheseorgane und sorgen für eine grundlegende Energieversorgung.

Wenn Pflanzen Stresssignale wie hohe Temperaturen und Trockenheit wahrnehmen, aktivieren sie den Betainsyntheseweg (hauptsächlich durch die zweistufige Oxidation von Cholin in Chloroplasten) und akkumulieren aktiv Betain, um ihre Stressresistenz zu erhöhen und ihre Überlebensfähigkeit in rauen Sommerumgebungen zu verbessern. Einige dürre- und salztolerante Nutzpflanzen (wie Zuckerrüben selbst, Spinat, Weizen, Gerste usw.) haben eine starke Fähigkeit zur Betainakkumulation.

In der landwirtschaftlichen Produktion wird das exogene Besprühen mit Betain auch als Biostimulans verwendet, um die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen (wie Mais, Tomaten, Chili usw.) gegen hohe Temperaturen im Sommer und Trockenstress zu erhöhen.