ในฤดูร้อน พืชต้องเผชิญกับแรงกดดันหลายประการ เช่น อุณหภูมิสูง แสงแดดจัด ความแห้งแล้ง (ภาวะขาดน้ำ) และความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน เบทาอีน ซึ่งเป็นตัวควบคุมออสโมซิสที่สำคัญและสารละลายที่เข้ากันได้ซึ่งช่วยปกป้องพืช มีบทบาทสำคัญในการเสริมสร้างความต้านทานของพืชต่อแรงกดดันเหล่านี้ในฤดูร้อน หน้าที่หลักของเบทาอีน ได้แก่:

1. การควบคุมการซึมผ่าน:
รักษาระดับแรงดันเต่งของเซลล์:

อุณหภูมิสูงและความแห้งแล้งทำให้พืชสูญเสียน้ำ ส่งผลให้ศักยภาพออสโมติกของไซโตพลาสซึมเพิ่มขึ้น (มีความหนาแน่นมากขึ้น) ซึ่งทำให้เซลล์ขาดน้ำและเหี่ยวเฉาได้ง่าย เนื่องจากช่องว่างหรือผนังเซลล์ที่มีความสามารถในการดูดซับน้ำสูงกว่าจะล้อมรอบเซลล์ไว้ เบทาอีนจะสะสมอยู่ในไซโตพลาสซึมในปริมาณมาก ช่วยลดศักยภาพออสโมติกของไซโตพลาสซึมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยให้เซลล์รักษาระดับความดันเต่งไว้ได้ จึงต้านทานการขาดน้ำและรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์

ความดันออสโมติกในช่องว่างเซลล์ที่สมดุล:

ไอออนอนินทรีย์จำนวนมาก (เช่น K⁺, Cl⁻ เป็นต้น) สะสมอยู่ในแวคิวโอลเพื่อรักษาสมดุลความดันออสโมติก เบทาอีนส่วนใหญ่อยู่ในไซโตพลาสม์ และการสะสมของเบทาอีนช่วยปรับสมดุลความแตกต่างของความดันออสโมติกระหว่างไซโตพลาสม์และแวคิวโอล ป้องกันความเสียหายต่อไซโตพลาสม์เนื่องจากการขาดน้ำมากเกินไป

2. การปกป้องโมเลกุลชีวภาพ:
โครงสร้างโปรตีนที่เสถียร:

อุณหภูมิสูงสามารถทำให้โปรตีนเสียสภาพและไม่ทำงานได้ง่าย โมเลกุลของเบทาอีนมีประจุบวกและลบ (ซวิตเตอร์ไอออนิก) และสามารถช่วยรักษาสภาพโครงสร้างตามธรรมชาติของโปรตีนผ่านพันธะไฮโดรเจนและการไฮเดรชั่น ป้องกันการพับตัวผิดรูป การรวมกลุ่ม หรือการเสียสภาพที่อุณหภูมิสูง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาการทำงานของเอนไซม์ โปรตีนสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสง และการทำงานของโปรตีนเมตาบอลิซึมอื่นๆ

ระบบฟิล์มป้องกัน:

อุณหภูมิสูงและอนุมูลอิสระสามารถทำลายโครงสร้างชั้นไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ (เช่น เยื่อไทลาคอยด์และเยื่อพลาสมา) ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เสียความลื่นไหล เกิดการรั่วไหล และแม้กระทั่งแตกสลายได้ เบทาอีนสามารถช่วยให้โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์คงตัว รักษาความลื่นไหลและการซึมผ่านแบบเลือกสรรตามปกติ และปกป้องความสมบูรณ์ของอวัยวะและออร์แกเนลล์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสง

3. การปกป้องจากสารต้านอนุมูลอิสระ:
รักษาสมดุลออสโมติกและลดความเสียหายรองที่เกิดจากความเครียด

ช่วยรักษาเสถียรภาพโครงสร้างและกิจกรรมของเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระ (เช่น ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส, คาตาเลส, แอสคอร์เบตเปอร์ออกซิเดส เป็นต้น) เพิ่มประสิทธิภาพของระบบป้องกันอนุมูลอิสระของพืช และช่วยกำจัดอนุมูลอิสระทางอ้อม
การกำจัดอนุมูลอิสระออกซิเจนโดยทางอ้อม:

แสงแดดจัดและอุณหภูมิสูงในฤดูร้อนสามารถกระตุ้นให้พืชผลิตอนุมูลอิสระในปริมาณมาก ทำให้เกิดความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน แม้ว่าเบทาอีนเองจะไม่ใช่สารต้านอนุมูลอิสระที่แรง แต่ก็สามารถได้รับมาจากการ:

4. การปกป้องกระบวนการสังเคราะห์แสง:
อุณหภูมิสูงและความเครียดจากแสงที่รุนแรงก่อให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่อกลไกหลักของการสังเคราะห์แสง ซึ่งก็คือโฟโตซิสเต็ม II เบทาอีนสามารถปกป้องเยื่อไทลาคอยด์ รักษาเสถียรภาพของคอมเพล็กซ์โฟโตซิสเต็ม II ช่วยให้การทำงานของห่วงโซ่การลำเลียงอิเล็กตรอนเป็นไปอย่างราบรื่น และบรรเทาภาวะการยับยั้งการสังเคราะห์แสงจากแสงได้

5. ในฐานะผู้ให้หมู่เมทิล:

เบทาอีนเป็นหนึ่งในสารให้หมู่เมทิลที่สำคัญในสิ่งมีชีวิต มีส่วนเกี่ยวข้องในวัฏจักรเมไทโอนีน ภายใต้สภาวะความเครียด เบทาอีนอาจมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์หรือการควบคุมการเผาผลาญของสารที่ตอบสนองต่อความเครียดบางชนิดโดยการให้หมู่เมทิล

โดยสรุป ในช่วงฤดูร้อนที่ร้อนจัด หน้าที่หลักของเบทาอีนในพืชคือ:

การกักเก็บน้ำและความทนทานต่อภัยแล้ง:ต่อสู้กับภาวะขาดน้ำผ่านการควบคุมสมดุลออสโมซิส
การป้องกันความร้อน:ช่วยปกป้องโปรตีน เอนไซม์ และเยื่อหุ้มเซลล์จากความเสียหายที่เกิดจากอุณหภูมิสูง

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน:ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการต้านอนุมูลอิสระและลดความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชันจากแสงแดด
รักษาการสังเคราะห์แสง:ปกป้องอวัยวะสังเคราะห์แสงและรักษาระดับพลังงานพื้นฐาน

ดังนั้น เมื่อพืชรับรู้สัญญาณความเครียด เช่น อุณหภูมิสูงและความแห้งแล้ง พวกมันจะกระตุ้นกระบวนการสังเคราะห์เบทาอีน (ส่วนใหญ่ผ่านกระบวนการออกซิเดชันสองขั้นตอนของโคลีนในคลอโรพลาสต์) และสะสมเบทาอีนอย่างแข็งขันเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อความเครียดและปรับปรุงความสามารถในการอยู่รอดในสภาพแวดล้อมฤดูร้อนที่รุนแรง พืชบางชนิดที่ทนแล้งและทนเกลือ (เช่น บีทรูท ผักโขม ข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ เป็นต้น) มีความสามารถในการสะสมเบทาอีนสูง

ในการผลิตทางการเกษตร การพ่นเบทาอีนจากภายนอกยังถูกนำมาใช้เป็นสารกระตุ้นทางชีวภาพเพื่อเพิ่มความต้านทานของพืชผล (เช่น ข้าวโพด มะเขือเทศ พริก ฯลฯ) ต่ออุณหภูมิสูงในฤดูร้อนและภาวะแห้งแล้ง