여름철 식물은 고온, 강한 햇빛, 가뭄(수분 스트레스), 산화 스트레스 등 여러 가지 압력에 직면합니다. 중요한 삼투압 조절제이자 보호 용질인 베타인은 이러한 여름철 스트레스에 대한 식물의 저항력에 중요한 역할을 합니다. 베타인의 주요 기능은 다음과 같습니다.

1. 투과 조절:
세포 팽압을 유지하십시오:

고온과 가뭄은 식물의 수분 손실을 유발하여 세포질의 삼투압을 증가시키고(밀도가 높아짐), 이로 인해 수분 흡수 능력이 강한 세포 주변의 액포나 세포벽에서 수분이 빠져나가 세포가 쉽게 탈수되고 시들게 됩니다. 베타인은 세포질에 다량 축적되어 세포질의 삼투압을 효과적으로 낮추고 세포의 팽압을 높게 유지하도록 도와 탈수를 방지하고 세포 구조와 기능의 온전함을 유지하도록 합니다.

균형 잡힌 액포 삼투압:

다량의 무기 이온(예: K⁺, Cl⁻ 등)이 액포에 축적되어 삼투압을 유지합니다. 베타인은 주로 세포질에 존재하며, 베타인의 축적은 세포질과 액포 사이의 삼투압 차이를 균형 있게 유지하여 과도한 탈수로 인한 세포질 손상을 방지합니다.

2. 생체 분자 보호:
안정적인 단백질 구조:

고온은 단백질 변성 및 불활성화를 쉽게 유발할 수 있습니다. 베타인 분자는 양전하와 음전하를 모두 띠는(양성 이온) 분자로, 수소 결합과 수화를 통해 단백질의 자연적인 구조를 안정화시켜 고온에서도 단백질의 잘못된 접힘, 응집 또는 변성을 방지합니다. 이는 효소 활성, 광합성에 중요한 단백질, 그리고 기타 대사 단백질의 기능을 유지하는 데 매우 중요합니다.

보호 필름 시스템:

고온과 활성산소는 세포막(틸라코이드막, 세포막 등)의 지질 이중층 구조를 손상시켜 막 유동성 이상, 누출, 심지어는 파괴를 초래할 수 있습니다. 베타인은 막 구조를 안정화시키고 정상적인 유동성과 선택적 투과성을 유지하며 광합성 기관 및 세포소기관의 완전성을 보호합니다.

3. 항산화 보호:
삼투압 균형을 유지하고 스트레스로 인한 이차 손상을 줄입니다.

항산화 효소(슈퍼옥사이드 디스뮤타제, 카탈라제, 아스코르브산 퍼옥시다제 등)의 구조와 활성을 안정화시켜 식물 자체의 항산화 방어 시스템의 효율을 높이고 간접적으로 활성산소 제거에 도움을 줍니다.
반응성 산소종의 간접적 제거:

여름철 강한 햇빛과 높은 온도는 식물에서 다량의 활성산소를 생성하여 산화적 손상을 유발할 수 있습니다. 베타인 자체는 강력한 항산화제가 아니지만, 다음과 같은 방법을 통해 항산화 효과를 얻을 수 있습니다.

4. 광합성 보호:
고온과 강한 빛 스트레스는 광합성의 핵심 메커니즘인 광계 II에 심각한 손상을 초래합니다. 베타인은 틸라코이드 막을 보호하고, 광계 II 복합체의 안정성을 유지하며, 전자 전달 사슬의 원활한 작동을 보장하고, 광합성의 광저해를 완화할 수 있습니다.

5. 메틸 공여체로서:

베타인은 생체 내에서 중요한 메틸기 공여체 중 하나로, 메티오닌 대사 과정에 관여합니다. 스트레스 상황에서 베타인은 메틸기를 제공함으로써 일부 스트레스 반응 물질의 합성과 대사 조절에 참여할 수 있습니다.

요약하자면, 무더운 여름철에 베타인이 식물에 미치는 핵심 기능은 다음과 같습니다.

수분 보유력 및 가뭄 저항성:삼투압 조절을 통해 탈수증을 예방합니다.
내열 보호 기능:고온으로 인한 손상으로부터 단백질, 효소 및 세포막을 보호합니다.

산화 저항성:항산화 능력을 향상시키고 광산화 손상을 줄입니다.
광합성을 유지하세요:광합성 기관을 보호하고 기본적인 에너지 공급을 유지합니다.

따라서 식물은 고온이나 가뭄과 같은 스트레스 신호를 감지하면 베타인 합성 경로(주로 엽록체에서 콜린의 2단계 산화 과정을 통해)를 활성화하여 베타인을 적극적으로 축적함으로써 스트레스 저항성을 강화하고 혹독한 여름 환경에서 생존 능력을 향상시킵니다. 사탕무, 시금치, пшеница, 보리 등과 같은 가뭄 및 염분 내성 작물은 베타인을 축적하는 능력이 뛰어납니다.

농업 생산에서 베타인을 외부에서 살포하는 것은 옥수수, 토마토, 고추 등과 같은 작물의 여름철 고온 및 가뭄 스트레스에 대한 저항력을 향상시키는 생물 자극제로도 사용됩니다.