甜菜碱由胆碱经两部氧化得到，分别由胆碱单氧化酶（GMO）和甜菜碱醛脱氢酶（BADH）催化。GMO已部分纯化定位于叶绿体基质中，BADH的主要活性也位于叶绿体基质中，但细胞质中也存在少量同工酶。甜菜碱在叶绿体中合成，主要分布在叶绿体和细胞质中。
甜菜碱具有重要的生理功能，主要表现在以下几个方面：①维持细胞渗透压当受盐碱或干旱胁迫时，细胞质中积累大量有机渗透调节剂（如甜菜碱），将细胞质中的无机渗透调节剂挤向液泡，使细胞质与细胞内、液泡外环境维持渗透平衡，这样避免了细胞质高浓度无机离子对酶和代谢的毒害。盐胁迫下植物体内甜菜碱的积累是一种有利于植物在胁迫下生长的重要生理现象，其含量与植物耐盐性呈正相关。②对酶的保护作用甜菜碱的溶解度很高，不带净电荷，其高浓度对许多酶及其他生物大分子没有影响，甚至有保护作用。甜菜碱可以保护甜菜根细胞膜，防止热伤害，提高酶热变性所需的温度；可以保护菠菜类囊体膜抵御冰冻胁迫；解除高浓度盐对酶活性的毒害；防止脱水诱导的蛋白质热动力学干扰；对有氧呼吸和能量代谢过程也有良好的保护作用。③抗盐的持久性甜菜碱在体内能迅速合成和积累到很高浓度，其在生物合成的反应中没有反馈抑制，并产生NAOH。在研究过的150多种代谢物中，甜菜碱是最好的渗透调节剂，很低浓度的外源甜菜碱就有良好的作用。当胁迫解除后，叶片和根中的脯氨酸含量立即下降，而甜菜碱的含量基本上保持稳定。这说明脯氨酸的积累是植物对胁迫的暂时反应，而甜菜碱的积累则可能是永久性或半永久性的。甜菜碱代谢缓慢的特点，说明甜菜碱代谢调节主要受合成决定。④影响无机离子的分布大麦在盐胁迫下可以积累甜菜碱。
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