甜菜堿是一種季銨型生物堿，普遍存在于動植物體內，為代謝的次生產物，獨特的分子特性使其既具有極性，又具有非極性；即可以與生物大分子，如酶或蛋白質復合物的親水區結合，同時也可以與疏水區結合，在高等植物體內是一種重要的非毒性滲透調節物質。
研究表明，一些重要的作物如水稻、煙草和番茄等不能合成甜菜堿，而小麥和玉米等作物合成甜菜堿的能力也較低。將甜菜堿合成的相關基因導入沒有甜菜堿合成途徑的植物以提高其抗逆性的研究越來越受到重視，并且顯著提高轉基因植物的抗逆性。前期的研究結果表明，甜菜堿能減輕高溫等環境脅迫對光合作用的抑制。
甜菜堿具有在滲透脅迫條件下穩定生物大分子的結構和功能，同時還能降低逆境條件下滲透失水對細胞膜、酶及蛋白質結構與功能的傷害，從而提高植物對各種脅迫因子的抗性，以及穩定三羧酸循環關鍵酶和末端氧化酶類、光系統Ⅱ、外周多肽等多種生理功能，對在植物在生長過程中經常會受到干旱、鹽堿、寒冷等不良環境的影響下，維持呼吸作用和光合作用的正常進行具有重要的生理意義。
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