През лятото растенията са изправени пред множество натоварвания, като например висока температура, силна светлина, суша (воден стрес) и оксидативен стрес. Бетаинът, като важен осмотичен регулатор и защитно съвместимо разтворено вещество, играе решаваща роля в устойчивостта на растенията към тези летни стресове. Основните му функции включват:

1. Регулиране на проникването:
Поддържане на тургорното налягане на клетките:

Високата температура и сушата карат растенията да губят вода, което води до повишаване на цитоплазмения осмотичен потенциал (уплътняване), което лесно причинява дехидратация и увяхване на клетките от околните вакуоли или клетъчни стени с по-силен капацитет за абсорбция на вода. Бетаинът се натрупва в големи количества в цитоплазмата, като ефективно намалява осмотичния потенциал на цитоплазмата, помагайки на клетките да поддържат високо тургорно налягане, като по този начин се съпротивляват на дехидратацията и поддържат целостта на клетъчната структура и функция.

Балансирано вакуоларно осмотично налягане:

Голямо количество неорганични йони (като K⁺, Cl⁻ и др.) се натрупват във вакуолата, за да поддържат осмотично налягане. Бетаинът се намира главно в цитоплазмата и неговото натрупване помага за балансиране на разликата в осмотичното налягане между цитоплазмата и вакуолите, предотвратявайки увреждането на цитоплазмата поради прекомерна дехидратация.

2. Защита на биомолекулите:
Стабилна протеинова структура:

Високите температури могат лесно да причинят денатурация и инактивиране на протеините. Молекулите на бетаин носят положителни и отрицателни заряди (цвитерйонни) и могат да стабилизират естествената конформация на протеините чрез водородни връзки и хидратация, предотвратявайки неправилно сгъване, агрегация или денатурация при високи температури. Това е от решаващо значение за поддържане на ензимната активност, ключовите протеини във фотосинтезата и функциите на други метаболитни протеини.

Система от защитно фолио:

Високата температура и реактивните кислородни видове могат да увредят липидната двуслойна структура на клетъчните мембрани (като тилакоидните мембрани и плазмените мембрани), което води до анормална мембранна флуидност, изтичане и дори разпадане. Бетаинът може да стабилизира мембранната структура, да поддържа нормалната ѝ флуидност и селективна пропускливост и да защитава целостта на фотосинтетичните органи и органели.

3. Антиоксидантна защита:
Поддържа осмотичния баланс и намалява вторичните увреждания, причинени от стрес.

Стабилизират структурата и активността на антиоксидантните ензими (като супероксид дисмутаза, каталаза, аскорбат пероксидаза и др.), повишават ефективността на собствената антиоксидантна защитна система на растението и косвено подпомагат изчистването на реактивните кислородни видове.
Непряко отстраняване на реактивни кислородни видове:

Силната слънчева светлина и високите температури през лятото могат да предизвикат производството на големи количества реактивни кислородни видове в растенията, причинявайки оксидативно увреждане. Въпреки че самият бетаин не е силен антиоксидант, това може да се постигне чрез:

4. Защита на фотосинтезата:
Високата температура и силният светлинен стрес причиняват значителни щети на основния механизъм на фотосинтезата, фотосистема II. Бетаинът може да защити тилакоидната мембрана, да поддържа стабилността на комплекса на фотосистема II, да осигури безпроблемното функциониране на електрон-транспортната верига и да облекчи фотоинхибирането на фотосинтезата.

5. Като донор на метил:

Бетаинът е един от важните донори на метилови групи в живите организми, участващ в метиониновия цикъл. При стресови условия той може да участва в синтеза или метаболитната регулация на някои вещества, реагиращи на стрес, като осигурява метилови групи.

В обобщение, през жаркото лято, основната функция на бетаина върху растенията е:

Задържане на вода и устойчивост на суша:борба с дехидратацията чрез осмотична регулация.
Защита от топлина:предпазва протеините, ензимите и клетъчните мембрани от увреждане от висока температура.

Устойчивост на окисляване:повишава антиоксидантния капацитет и намалява фотооксидативното увреждане.
Поддържане на фотосинтезата:защитават фотосинтезиращите органи и поддържат основното енергийно снабдяване.

Следователно, когато растенията възприемат стресови сигнали като висока температура и суша, те активират пътя на синтез на бетаин (главно чрез двуетапно окисление на холина в хлоропластите), активно натрупват бетаин, за да подобрят устойчивостта си на стрес и способността си за оцеляване в сурови летни условия. Някои устойчиви на суша и сол култури (като самото захарно цвекло, спанак, пшеница, ечемик и др.) имат силна способност да натрупват бетаин.

В селскостопанското производство екзогенното пръскане с бетаин се използва и като биостимулатор за повишаване на устойчивостта на култури (като царевица, домати, чили и др.) към летни високи температури и стрес от суша.