En verano, las plantas se enfrentan a múltiples presiones, como altas temperaturas, luz intensa, sequía (estrés hídrico) y estrés oxidativo. La betaína, como importante regulador osmótico y soluto compatible protector, desempeña un papel crucial en la resistencia de las plantas a estas tensiones estivales. Sus principales funciones incluyen:

1. Regulación de la permeación:
Mantener la presión de turgencia celular:

Las altas temperaturas y la sequía provocan la pérdida de agua en las plantas, lo que aumenta el potencial osmótico citoplasmático (densificación), lo que facilita la deshidratación y el marchitamiento de las células de las vacuolas circundantes o de las paredes celulares con mayor capacidad de absorción de agua. La betaína se acumula en grandes cantidades en el citoplasma, reduciendo eficazmente el potencial osmótico citoplasmático y ayudando a las células a mantener una alta presión de turgencia, resistiendo así la deshidratación y preservando la integridad de la estructura y la función celular.

Presión osmótica vacuolar equilibrada:

Una gran cantidad de iones inorgánicos (como K⁺, Cl⁻, etc.) se acumula en la vacuola para mantener la presión osmótica. La betaína se encuentra principalmente en el citoplasma, y ​​su acumulación ayuda a equilibrar la diferencia de presión osmótica entre el citoplasma y las vacuolas, previniendo así daños al citoplasma por deshidratación excesiva.

2. Protección de biomoléculas:
Estructura proteica estable:

Las altas temperaturas pueden causar fácilmente la desnaturalización e inactivación de proteínas. Las moléculas de betaína poseen cargas positivas y negativas (zwitteriónicas) y pueden estabilizar la conformación natural de las proteínas mediante enlaces de hidrógeno e hidratación, previniendo el plegamiento incorrecto, la agregación o la desnaturalización a altas temperaturas. Esto es crucial para mantener la actividad enzimática, las proteínas clave en la fotosíntesis y las funciones de otras proteínas metabólicas.

Sistema de película protectora:

Las altas temperaturas y las especies reactivas de oxígeno pueden dañar la estructura de la bicapa lipídica de las membranas celulares (como las membranas tilacoides y plasmáticas), lo que provoca una fluidez anormal, fugas e incluso su desintegración. La betaína puede estabilizar la estructura de la membrana, mantener su fluidez y permeabilidad selectiva normales, y proteger la integridad de los órganos y orgánulos fotosintéticos.

3. Protección antioxidante:
Mantener el equilibrio osmótico y reducir los daños secundarios causados ​​por el estrés.

Estabiliza la estructura y la actividad de las enzimas antioxidantes (como la superóxido dismutasa, catalasa, ascorbato peroxidasa, etc.), mejora la eficiencia del propio sistema de defensa antioxidante de la planta y ayuda indirectamente a eliminar las especies reactivas de oxígeno.
Eliminación indirecta de especies reactivas de oxígeno:

La intensa luz solar y las altas temperaturas del verano pueden inducir la producción de grandes cantidades de especies reactivas de oxígeno en las plantas, causando daño oxidativo. Aunque la betaína en sí no es un antioxidante potente, se puede lograr mediante:

4. Protegiendo la fotosíntesis:
Las altas temperaturas y el estrés lumínico intenso causan daños significativos al mecanismo central de la fotosíntesis, el fotosistema II. La betaína puede proteger la membrana tilacoide, mantener la estabilidad del complejo del fotosistema II, garantizar el correcto funcionamiento de la cadena de transporte de electrones y mitigar la fotoinhibición de la fotosíntesis.

5. Como donante de metilo:

La betaína es uno de los donantes de metilo más importantes en los organismos vivos y participa en el ciclo de la metionina. En condiciones de estrés, puede participar en la síntesis o regulación metabólica de algunas sustancias sensibles al estrés mediante el aporte de grupos metilo.

En resumen, durante el abrasador verano, la función principal de la betaína en las plantas es:

Retención de agua y resistencia a la sequía:Combatir la deshidratación mediante la regulación osmótica.
Protección contra el calor:Protege las proteínas, enzimas y membranas celulares del daño causado por altas temperaturas.

Resistencia a la oxidación:Mejora la capacidad antioxidante y reduce el daño fotooxidativo.
Mantener la fotosíntesis:Proteger los órganos fotosintéticos y mantener el suministro básico de energía.

Por lo tanto, cuando las plantas perciben señales de estrés, como altas temperaturas y sequía, activan la vía de síntesis de betaína (principalmente mediante la oxidación en dos pasos de la colina en los cloroplastos), acumulando betaína activamente para mejorar su resistencia al estrés y su capacidad de supervivencia en ambientes estivales rigurosos. Algunos cultivos tolerantes a la sequía y la salinidad (como la remolacha azucarera, la espinaca, el trigo, la cebada, etc.) tienen una gran capacidad para acumular betaína.

En la producción agrícola, la pulverización exógena de betaína también se utiliza como bioestimulante para mejorar la resistencia de los cultivos (como maíz, tomate, chile, etc.) a las altas temperaturas del verano y al estrés por sequía.