Вакуолярная система и клеточные включения

Обновлено: 28 мая 2026EnglishEspañol

Вакуолярная система — это совокупность всех вакуолей в растительной клетке, представляющих собой мембранные компартменты, заполненные водным раствором — клеточным соком. Каждая вакуоль ограничена одной мембраной, называемой тонопластом (от греч. tonos — напряжение и plastos — вылепленный), которая отделяет её содержимое от цитоплазмы (Яковлев и др., 2003; Серебрякова и др., 2006). У зрелых растительных клеток обычно имеется одна центральная вакуоль, занимающая до 80–90% объёма клетки и оттесняющая цитоплазму с органеллами к периферии (Takatsuka et al., 2023; Graham et al., 2014).

Эволюционно вакуолярная система возникла у эукариотических организмов как часть эндомембранной системы (Evert, 2006). Предполагается, что её предшественниками были сократительные вакуоли у пресноводных простейших и некоторых водорослей, которые служили для осморегуляции — периодического откачивания избытка воды из клетки (Strasburger et al., 1971). У многоклеточных растений, перешедших к неподвижному образу жизни на суше, вакуоль утратила сократительную функцию, но приобрела способность к постоянному поддержанию внутреннего гидростатического давления — тургора, необходимого для роста клеток растяжением и сохранения формы органов (Mauseth, 2016; Takatsuka et al., 2023).

В молодых меристематических клетках вакуоли представлены множеством мелких протовакуолей, образующихся из пузырьков, отшнуровывающихся от аппарата Гольджи и эндоплазматического ретикулума (Серебрякова и др., 2006; Zhang et al., 2015). По мере роста клетки протовакуоли сливаются друг с другом, формируя одну крупную центральную вакуоль (Isayenkov, 2014; Strasburger et al., 1971). Таким образом, вакуолярная система является динамической структурой, чьи размеры, форма и количество изменяются в зависимости от типа ткани, возраста клетки и физиологического состояния растения (Takatsuka et al., 2023).

В отличие от растительных клеток, в клетках животных и большинства грибов крупных центральных вакуолей нет. У животных функцию лизосомного компартмента выполняют мелкие лизосомы, а осморегуляцию — другие механизмы (Mauseth, 2016; Stern, 2021). У многих грибов вакуоли присутствуют, но они множественные и обычно не занимают доминирующего объёма клетки (Stern, 2021).

Таким образом, центральная вакуоль с тонопластом и клеточным соком является одной из ключевых отличительных особенностей растительной клетки, обеспечивающей её уникальные физиологические свойства — тургор, рост растяжением, хранение веществ и гомеостаз. В следующих разделах мы подробно рассмотрим функции вакуолярной системы, её строение, компоненты и участие в жизнедеятельности растения.

1. Функции вакуолярной системы

Вакуолярная система растительной клетки выполняет широкий спектр функций, которые можно разделить на несколько основных групп: поддержание тургора (скелетная функция), запасание веществ, лизосомная (гидролитическая) функция, детоксикация и гомеостаз, а также дополнительные специализированные функции (пигментация, защита от травоядных).

1.1. Поддержание тургорного давления (скелетная функция)

Сравнение нормального и плазмолизированного состояния клетки — ©LadyofHats commons.wikimedia.org
Public Domain
Схема тургорного давления и плазмолиза в растительной клетке
Иллюстрация наглядно демонстрирует, как центральная вакуоль создаёт тургорное давление в гипотонической среде (нормальное состояние) и как оно падает при помещении клетки в гипертонический раствор (плазмолиз).

Главная функция центральной вакуоли — создание и поддержание тургорного давления (от лат. turgor — вздутие, наполнение). Клеточный сок вакуоли содержит высокие концентрации растворённых веществ (ионов, сахаров, органических кислот), что создаёт значительный отрицательный осмотический потенциал (Graham et al., 2014; Andreev, 2001). Тонопласт, как и плазмалемма, обладает избирательной проницаемостью: он хорошо пропускает воду, но ограничивает диффузию крупных молекул и ионов наружу. В результате вода поступает в вакуоль по осмотическому градиенту, объём вакуоли увеличивается, и её содержимое начинает давить на цитоплазму, а через неё — на клеточную стенку (Серебрякова и др., 2006; Mauseth, 2016). Это давление (обычно 0,5–1,0 МПа) придаёт клетке упругость и обеспечивает:

Поддержание формы неодревесневших органов (листьев, травянистых стеблей, лепестков);
Рост клетки растяжением — основой увеличения размеров клетки является поглощение воды вакуолью, а не синтез новой цитоплазмы (Takatsuka et al., 2023);
Устойчивость к механическим нагрузкам (ветер, дождь).

При потере воды (засуха, засоление) тургор падает, и растение вянет (Graham et al., 2014).

1.2. Запасающая функция

Вакуоль служит главным резервуаром для временного или долговременного хранения разнообразных веществ (Strasburger et al., 1971; Zhang et al., 2015):

Вода — основной компонент клеточного сока, мобилизуется при необходимости.
Ионы (K⁺, Na^\+, Cl^-, NO₃^-, PO₄^3- и др.). Концентрация калия в вакуоли может в десятки раз превышать его содержание в цитозоле, что важно для осморегуляции и ферментативной активности (Andreev, 2001; Maeshima, 2001).
Сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза). У сахарной свёклы и сахарного тростника именно вакуоли корнеплодов и стеблей накапливают основные запасы сахарозы (Isayenkov, 2014; Neuhaus & Trentmann, 2014).
Органические кислоты (яблочная, лимонная, щавелевая) — регулируют pH и осмотическое давление.
Запасные белки (например, в алейроновых зернах семян злаков и бобовых). В семенах эти белки откладываются в особых протеиновых вакуолях (или белковых телах), которые при прорастании гидролизуются, обеспечивая проросток аминокислотами (Isayenkov, 2014; Evert, 2006).
Вторичные метаболиты (см. раздел 1.4).

1.3. Лизосомная функция (гидролитический компартмент)

В растительных клетках отсутствуют классические лизосомы, характерные для животных. Их роль выполняет вакуоль (или её разновидности), которая содержит широкий спектр гидролитических ферментов — протеаз, нуклеаз, фосфатаз, гликозидаз, активных в кислой среде (pH вакуолярного сока обычно 3–5) (Andreev, 2001; Серебрякова и др., 2006).

Функции лизосомного аппарата включают:

Деградацию макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов), поступающих в вакуоль из цитоплазмы.
Аутофагию — переваривание повреждённых или отработавших органелл (митохондрий, пероксисом, фрагментов ЭПР). При этом органелла окружается мембраной, сливается с вакуолью и разрушается её ферментами, а мономеры возвращаются в цитозоль для повторного использования (Takatsuka et al., 2023; Aniento et al., 2022).
Программируемую клеточную смерть (PCD). При старении или под действием стресса вакуоль может разрушаться, высвобождая гидролазы, что приводит к автолизу клетки (Andreev, 2001; Isayenkov, 2014).

1.4. Детоксикация и поддержание гомеостаза цитозоля

Вакуоль играет ключевую роль в изоляции токсичных соединений и поддержании стабильного состава цитоплазмы (Andreev, 2001; Zhang et al., 2015):

Изоляция вторичных метаболитов — алкалоидов, фенолов, танинов, которые в высоких концентрациях ядовиты для самой клетки. Эти вещества накапливаются в вакуолях и используются для защиты от фитофагов и патогенов (см. раздел 1.6).
Секвестрация тяжёлых металлов (кадмий, свинец, цинк). Специальные транспортёры перемещают ионы металлов в вакуоль, где они связываются с фитохелатинами или органическими кислотами (Khan et al., 2023; Isayenkov, 2014).
Регуляция pH цитозоля. Вакуоль может поглощать или высвобождать протоны (H^\+) за счёт работы протонных насосов на тонопласте, стабилизируя pH цитоплазмы при закислении или защелачивании (Andreev, 2001; Maeshima, 2001).
Регуляция концентрации ионов Ca²⁺. В цитозоле концентрация кальция должна быть очень низкой (порядка 100 нМ), тогда как в вакуоли она может достигать 10 мМ. Вакуоль действует как кальциевое депо, участвуя в сигнальных путях: при стимуле из вакуоли через специальные каналы (IP₃-управляемые) быстро выбрасывается Ca²⁺, запуская ответ клетки (Andreev, 2001; Takatsuka et al., 2023).

1.5. Пигментация (окраска цветов и плодов)

В клеточном соке вакуолей многих цветов и плодов растворены водорастворимые пигменты — антоцианы. Они относятся к флавоноидам и придают лепесткам и плодам окраску от красной и розовой до синей и фиолетовой, в зависимости от pH вакуолярного сока (Strasburger et al., 1971; Sunil & Nandini, 2022). Антоцианы:

Привлекают опылителей (насекомых, птиц);
Участвуют в распространении семян (яркие плоды поедаются животными);
Обладают антиоксидантной активностью, защищая ткани от ультрафиолета и окислительного стресса (Khan et al., 2023; Zhang et al., 2015).

Жёлтые и оранжевые пигменты (каротиноиды) обычно локализованы не в вакуолях, а в хромопластах, поэтому их часто называют плазмохромами, в отличие от хемохромов (антоцианов) вакуоли (Серебрякова и др., 2006; Strasburger et al., 1971).

1.6. Защитная функция от травоядных и патогенов

Вакуоли служат местом накопления многих вторичных метаболитов, отпугивающих или отравляющих животных и микроорганизмы:

Алкалоиды (никотин, кофеин, морфин) — азотсодержащие горькие яды;
Танины (дубильные вещества) — придают вяжущий вкус и связывают белки в ротовой полости насекомых;
Сапонины и гликозиды — нарушают пищеварение;
Оксалат кальция в виде игольчатых кристаллов (рафидов) механически повреждает слизистые оболочки при поедании (Khan et al., 2023; Mauseth, 2016).

Эти вещества накапливаются в вакуолях и при повреждении клетки высвобождаются, обеспечивая химическую защиту растения.

2. Морфология: форма, размеры, локализация

2.1. Размеры вакуолей

Размеры вакуолей сильно варьируют в зависимости от типа ткани, возраста клетки и физиологического состояния растения. В молодых меристематических клетках (образовательные ткани на кончиках корней и побегов) вакуоли представлены множеством мелких протовакуолей диаметром от 0,1 до 1 мкм, которые практически незаметны в световой микроскоп (Серебрякова и др., 2006; Evert, 2006). По мере роста клетки (зона растяжения) протовакуоли сливаются, и их общий объём увеличивается в десятки и сотни раз. В зрелых клетках паренхимы центральная вакуоль может занимать до 80–90% объёма клетки, достигая диаметра 50–100 мкм и более (Takatsuka et al., 2023; Graham et al., 2014).

Относительный объём вакуоли является важным показателем дифференцировки клетки: если в молодой клетке ядро может занимать до 30–40% объёма, то в зрелой клетке на его долю приходится менее 1%, а основное пространство принадлежит вакуоли (Mauseth, 2016). Исключение составляют некоторые специализированные клетки (например, ситовидные трубки флоэмы), у которых вакуоли редуцируются или отсутствуют.

2.2. Форма вакуолей

Форма вакуоли не является постоянной и может меняться даже в одной клетке в зависимости от осмотического состояния, стадии развития и функциональной активности (Takatsuka et al., 2023; Kutsuna & Hasezawa, 2002, цит. по Takatsuka). Выделяют несколько основных типов морфологии:

Центральная (округлая или эллипсоидная) вакуоль — характерна для большинства зрелых клеток паренхимы. Она оттесняет цитоплазму к клеточной стенке, образуя тонкий постенный слой.
Трансвакуолярные тяжи (странды) — тонкие цитоплазматические нити, пронизывающие центральную вакуоль и соединяющие постенный слой цитоплазмы с пристеночным положением ядра и других органелл (Strasburger et al., 1971; Серебрякова и др., 2006). Они стабилизируются микрофиламентами актина и микротрубочками и могут быстро исчезать или появляться при изменении тургора.
Трубчатые вакуоли — наблюдаются в активно делящихся клетках (например, в культуре клеток табака BY-2) во время митоза. Они образуют вокруг веретена деления временную сеть, которая затем участвует в формировании клеточной пластинки (Takatsuka et al., 2023).
Фрагментированные (мелкие) вакуоли — характерны для клеток, подвергающихся плазмолизу (потере воды), а также для некоторых специализированных тканей (например, клеток эндосперма на ранних стадиях развития).

У некоторых растений в одной клетке могут сосуществовать два типа вакуолей с разными функциями: литические вакуоли (с кислым pH и гидролазами) и протеиновые (запасающие) вакуоли (с нейтральным pH и запасными белками). Они различаются по набору аквапоринов (например, γ-TIP для литических, α-TIP и δ-TIP для запасающих) и другим маркерным белкам (Isayenkov, 2014; Jauh et al., 1999, цит. по Isayenkov).

2.3. Локализация вакуолей в клетке

Положение вакуоли внутри клетки не случайно и связано с необходимостью размещения ядра и других органелл:

В молодых делящихся клетках множество мелких протовакуолей равномерно распределены по цитоплазме, а ядро находится в центре.
По мере роста и формирования центральной вакуоли ядро вместе с ядрышком и большей частью цитоплазмы оттесняется к периферии и часто оказывается прижатым к клеточной стенке (Mauseth, 2016; Graham et al., 2014).
В специализированных клетках (например, в корневых волосках, клетках мхов, некоторых паренхимных клетках) вакуоль может быть смещена к одному из концов, освобождая пространство для апикального роста (Takatsuka et al., 2023).

Трансвакуолярные тяжи обеспечивают ядру возможность сохранять более центральное положение, связывая его с постенным слоем цитоплазмы. Эти тяжи пронизаны микротрубочками и актиновыми филаментами, которые также участвуют в перемещении везикул и органелл (Takatsuka et al., 2023; Evert, 2006).

2.4. Изменчивость морфологии в зависимости от типа ткани и условий

Примеры различий в морфологии вакуолей:

Тип клеток / условие	Морфология вакуолей	Функциональное значение
Меристема корня (зона деления)	Множество мелких протовакуолей	Обеспечение деления ядра и цитокинеза
Зона растяжения корня	Постепенное слияние в одну крупную вакуоль	Создание тургора для роста растяжением
Запасающая паренхима клубня картофеля	Одна большая центральная вакуоль с высоким содержанием сахаров и белков	Накопление запасных веществ
Замыкающие клетки устьиц	Мелкие вакуоли, способные быстро сливаться и разделяться	Быстрое изменение объёма для открытия/закрытия устьиц (Gao et al., 2009, цит. по Takatsuka)
Клетки листа при засухе	Уменьшение размера, возможная фрагментация вакуолей	Снижение тургора (вядание)
Клетки под действием абсцизовой кислоты	Фрагментация центральной вакуоли	Активация защитных механизмов (Andreev, 2001)

2.5. Динамика формы и размеров

Вакуоль — динамическая структура. С помощью конфокальной микроскопии и флуоресцентных маркеров (например, GFP-VAM3 для тонопласта) показано, что вакуоль способна:

Сливаться с другими вакуолями (гомотипический и гетеротипический слипания);
Фрагментироваться на более мелкие компартменты;
Образовывать впячивания (инвагинации), которые могут превращаться во внутренние везикулы (Takatsuka et al., 2023; Maeshima, 2001);
Изменять свою форму в зависимости от стадии клеточного цикла (см. раздел про культуру BY-2).

Эти процессы контролируются цитоскелетом (актиновыми филаментами и микротрубочками) и регулируются внутриклеточными сигнальными системами (фосфоинозитидами, кальцием, pH) (Takatsuka et al., 2023; Zhang et al., 2015).

2.6. Связь формы с функцией

Таким образом, морфология вакуолярной системы не является пассивной характеристикой, а активно регулируется в соответствии с потребностями клетки. Крупная центральная вакуоль оптимальна для поддержания тургора и хранения веществ. Трансвакуолярные тяжи обеспечивают коммуникацию между пристеночной цитоплазмой и ядром. Фрагментация необходима для деления клеток и быстрой реакции на осмотические стрессы. Понимание этих морфологических адаптаций — ключ к объяснению многих физиологических процессов растений, которые будут рассмотрены в следующих разделах.

В следующей части (3. Структурные единицы) мы разберём, из каких молекулярных компонентов состоят тонопласт и клеточный сок, и как их свойства определяют описанные морфологические особенности.

3. Структурные компоненты вакуолярной системы

Вакуолярная система состоит из двух основных компонентов: мембраны (тонопласта) и содержимого (клеточного сока), а также включений — запасных веществ, кристаллов и вторичных метаболитов. Рассмотрим каждый из этих компонентов.

3.1. Тонопласт (вакуолярная мембрана)

Тонопласт (от греч. tonos — напряжение и plastos — вылепленный) — это элементарная мембрана, отделяющая клеточный сок вакуоли от цитоплазмы. Тонопласт является частью эндомембранной системы клетки и по своей ультраструктуре сходен с плазмалеммой, но отличается по химическому составу и набору белков (Maeshima, 2001; Evert, 2006).

Ультраструктура и химический состав

Как и все биологические мембраны, тонопласт построен по принципу жидкостно-мозаичной модели: он состоит из двойного слоя фосфолипидов (липидный бислой), в который погружены или с которым связаны различные белки (Серебрякова и др., 2006; Mauseth, 2016). Толщина тонопласта составляет примерно 7–10 нм (Strasburger et al., 1971). Липидный состав тонопласта характеризуется высоким содержанием фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, а также значительной долей свободных стеролов и цереброзидов (гликосфинголипидов), что придаёт мембране необходимую стабильность и низкую текучесть (Zhang et al., 2015; Maeshima, 2001). В отличие от плазмалеммы, тонопласт содержит меньше холестерина и больше специфических липидов, что связано с его функцией в транспорте и поддержании градиентов.

Важной особенностью тонопласта является его асимметричность: внешний (цитоплазматический) и внутренний (обращённый в полость вакуоли) слои различаются по составу липидов и белков, что обеспечивает направленность транспорта (Zhang et al., 2015). Например, фосфатидилэтаноламин преимущественно локализован во внутреннем монослое, а фосфатидилхолин распределён более равномерно (Tavernier et al., 1993, цит. по Zhang).

Основные белки тонопласта

Тонопласт содержит несколько классов интегральных и периферических белков, которые можно разделить на функциональные группы:

А. Протонные насосы (энергетические комплексы)

Для создания и поддержания электрохимического градиента протонов через тонопласт служат два типа протонных помп:

V-АТФаза (вакуолярная H^\+-АТФаза) — многокомпонентный фермент, состоящий из двух секторов:
- V₁ (периферический, около 500 кДа) — каталитическая часть, содержащая субъединицы A, B, C, D, E, F, G, H, ответственная за гидролиз АТФ;
- V₀ (интегральный, около 250 кДа) — мембранный канал, состоящий из субъединиц a, c, c', c'', d, e, отвечающий за транспорт протонов (Maeshima, 2001; Neuhaus & Trentmann, 2014).

V-АТФаза использует энергию гидролиза АТФ для перекачивания H^\+ из цитозоля в полость вакуоли, создавая одновременно протонный градиент (ΔpH) и трансмембранный потенциал (Δψ), положительный внутри вакуоли). Она чувствительна к специфическим ингибиторам — бафиломицину А₁ и конканамицину.

V-ППаза (вакуолярная H⁺-пирофосфатаза) — более просто устроенный фермент (один полипептид молекулярной массой около 70–80 кДа), который использует энергию гидролиза неорганического пирофосфата (PP_i) для перекачивания H^\+. V-ППаза встречается только у растений, некоторых водорослей и фототрофных бактерий; она отсутствует у животных и грибов (Maeshima, 2001; Isayenkov, 2014). Её активность стимулируется K^\+ и не ингибируется бафиломицином.

V-ППаза играет важную роль на ранних этапах развития растений (например, в эмбриогенезе и прорастании семян), а также при недостатке АТФ (Strasburger et al., 1971; Ferjani et al., 2011, цит. по Neuhaus).

Обе помпы работают синхронно: V-АТФаза вносит основной вклад в закисление вакуоли в вегетирующих тканях, а V-ППаза дополняет её при высокой потребности в энергии или при пирофосфатном стрессе (Neuhaus & Trentmann, 2014). Создаваемый ими протонный движущий сила используется вторичными транспортёрами.

Б. Транспортеры и каналы

Градиент протонов (и мембранный потенциал) служит движущей силой для работы многочисленных переносчиков:

H⁺/антипортеры — переносят катионы (Na^\+, Ca²⁺) и анионы (фосфат, нитрат) из цитозоля в вакуоль в обмен на H⁺. Например, AtNHX1 — Na^\+/H⁺-антипортер, участвующий в солеустойчивости; CAX1 — Ca²⁺/H^\+-антипортер, важный для кальциевой сигнализации (Andreev, 2001; Maeshima, 2001).
H⁺/симпортеры (например, сахарные и нуклеотидные транспортёры) — используют энергию совместного транспорта H^\+ для накопления органических молекул в вакуоли. Классический пример — TMT (Tonoplast Monosaccharide Transporter) — основной переносчик глюкозы и фруктозы на тонопласте, активность которого регулируется фосфорилированием с участием MAP-киназ (Neuhaus & Trentmann, 2014; Wingenter et al., 2011, цит. по Neuhaus).
ABC-транспортёры (АТФ-связывающие кассеты) — используют энергию гидролиза АТФ для переноса ксенобиотиков, вторичных метаболитов и конъюгатов глутатиона (глутатион-S-конъюгатов) через тонопласт. Они участвуют в детоксикации и накоплении защитных веществ (Andreev, 2001; Rea et al., 1998, цит. по Maeshima).
Аквапорины — каналы для воды. Основные аквапорины тонопласта относятся к семейству TIP (Tonoplast Intrinsic Proteins). У Arabidopsis thaliana идентифицировано несколько TIP-изоформ (γ-TIP, δ-TIP, α-TIP), которые различаются тканевой специфичностью и степенью водопроницаемости (Maeshima, 2001; Zhang et al., 2015). Некоторые TIP (например, Nt-TIPa) могут также транспортировать мочевину и глицерин.
Ионные каналы — обеспечивают быстрый пассивный транспорт K⁺, Ca²⁺, Cl^-, малата. Например, TPK1 (двухпоровый K^\+-канал) активируется при засолении через кальцийзависимую протеинкиназу CPK3 и модулируется 14-3-3 белками (Neuhaus & Trentmann, 2014).

В. Рецепторы и белки-якоря

Тонопласт содержит также рецепторы и белки, участвующие в мембранном транспорте, слиянии везикул и прикреплении цитоскелета. Например, VSR (vacuolar sorting receptor) узнаёт вакуолярные сигналы сортировки и направляет гидролазы в вакуоль; SNARE-белки (например, VAMP, SYP) необходимы для слияния транспортных везикул с тонопластом (Isayenkov, 2014; Zhang et al., 2015).

Функциональные домены и микронеоднородность

Тонопласт не является однородным по своей поверхности. С помощью детергент-резистентных мембранных микродоменов (липидных плотов) показано, что разные белки локализованы в дискретных участках. Например, V-АТФаза обогащена в определённых микродоменах, а V-ППаза распределена более равномерно (Zhang et al., 2015; Yoshida et al., 2013, цит. по Zhang). Стероидные и сфинголипидные микродомены участвуют в сигналинге и сортировке мембранных белков.

Регуляция работы тонопласта

Активность транспортёров тонопласта регулируется на нескольких уровнях:

Транскрипционная и трансляционная — изменение количества мРНК и белка в ответ на стресс (засоление, холод, засуху). Например, при закаливании холодом возрастает экспрессия TMT и V-АТФазы (Schulze et al., 2012, цит. по Neuhaus).
Посттрансляционная модификация — главным образом, фосфорилирование. Обнаружены фосфорилированные формы TMT, TIP, NHX, VHA-субъединиц. Фосфорилирование может изменять активность, сродство к субстрату или взаимодействие с 14-3-3 белками (Neuhaus & Trentmann, 2014).
Ассоциация с другими белками — например, взаимодействие SOS2 с V-АТФазой и NHX усиливает солеустойчивость; киназа VIK1 связывается с петлёй TMT и стимулирует поглощение глюкозы (Wingenter et al., 2011, цит. по Neuhaus).
Липидное окружение — изменение состава липидов (например, соотношения стерол/фосфолипиды) влияет на текучесть и активность мембранных белков (Zhang et al., 2015).

Тонопласт как барьер и динамическая структура

Тонопласт не является статичным барьером. В процессе роста и деления клетки он подвергается постоянному ремоделированию: старые участки удаляются путём эндоцитоза (образование везикул, направленных в вакуоль), а новые встраиваются из везикул, отшнурованных от аппарата Гольджи и эндоплазматического ретикулума (Viotti et al., 2013, цит. по Aniento). Динамическая перестройка тонопласта критична для формирования трансвакуолярных тяжей, деления клеток (формирование фрагмопласта) и изменений объёма вакуоли при осмотическом стрессе (Takatsuka et al., 2023).

3.2. Клеточный сок (вакуолярный сок)

Клеточный сок (иногда называют вакуолярным соком) — это водный раствор разнообразных органических и неорганических веществ, заполняющий полость вакуоли. По своему химическому составу и физико-химическим свойствам клеточный сок принципиально отличается от цитозоля, что обусловлено избирательной проницаемостью тонопласта и активной работой транспортных систем (Яковлев и др., 2003; Серебрякова и др., 2006). Именно клеточный сок определяет осмотические свойства вакуоли, её роль в запасании, детоксикации и создании тургора.

Общая характеристика и водная основа

Основу клеточного сока (85–95% массы) составляет вода (Strasburger et al., 1971; Mauseth, 2016). Растворимые вещества придают ему специфический вкус (кислый, сладкий, терпкий) и окраску. Вода в вакуоли находится в свободном состоянии и может быстро перемещаться через аквапорины тонопласта при изменении осмотического градиента, что обеспечивает быструю реакцию клетки на водный стресс (Maeshima, 2001; Graham et al., 2014).

Ионы и осмотическое давление

Клеточный сок содержит высокие концентрации неорганических ионов, главным образом K⁺, Na^\+, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, NO₃^-, PO₄^3-, SO₄^2-. Их суммарная концентрация может достигать 100–200 мМ и более, что создаёт отрицательный осмотический потенциал (Andreev, 2001; Maeshima, 2001). Основным осмотически активным ионом чаще всего является калий (K⁺). Концентрация калия в вакуоли может в 10–20 раз превышать его содержание в цитозоле, тогда как Na^\+, наоборот, при засолении активно выкачивается из цитоплазмы в вакуоль, чтобы снизить токсическое действие избытка натрия (Andreev, 2001; Isayenkov, 2014).

Осмотическое давление клеточного сока (π) определяет поступление воды в вакуоль и, следовательно, тургор клетки. При изменении концентрации растворённых веществ (например, при накоплении сахаров или при выходе ионов) объём вакуоли быстро меняется, что лежит в основе движений устьиц, скручивания листьев и других тургорных реакций (Takatsuka et al., 2023).

Органические кислоты

Практически во всех клеточных соках присутствуют органические кислоты — яблочная, лимонная, щавелевая, янтарная, фумаровая и др. (Серебрякова и др., 2006; Strasburger et al., 1971). Они выполняют несколько функций:

Буферирование pH — кислоты и их соли поддерживают кислую реакцию вакуолярного сока (обычно pH 3–5), что необходимо для работы гидролитических ферментов.
Осмотическая регуляция — анионы органических кислот (малат, цитрат) вносят вклад в осмотическое давление.
Участие в метаболизме — в вакуоли могут временно депонироваться органические кислоты, образующиеся при фотосинтезе (например, малат у САМ-растений) или при распаде белков.

У некоторых растений (например, у кислицы, ревеня, щавеля) содержание щавелевой кислоты настолько велико, что она выпадает в осадок в виде кристаллов оксалата кальция — это будет рассмотрено в статье о клеточных включениях.

Сахара и другие углеводы

Клеточный сок может служить резервуаром для растворимых углеводов:

Сахара — глюкоза, фруктоза, сахароза. В вакуолях запасающих тканей (корнеплоды сахарной свёклы, стебли сахарного тростника, плоды) концентрация сахарозы может достигать 0,5–1 M (Neuhaus & Trentmann, 2014; Isayenkov, 2014).
Инулин — полисахарид из остатков фруктозы, характерный для растений семейства Астровые (сложноцветные). Инулин откладывается в вакуолях корней и клубней (например, у топинамбура) и служит запасным углеводом (Серебрякова и др., 2006; Strasburger et al., 1971).
Другие олигосахариды и гликозиды — могут присутствовать в небольших количествах.

Транспорт сахаров через тонопласт осуществляется специализированными переносчиками (TMT, SUC4 и др.) и строго регулируется, что позволяет клетке адаптировать уровень сахаров в цитоплазме к метаболическим потребностям (Neuhaus & Trentmann, 2014).

Аминокислоты и запасные белки

В клеточном соке могут присутствовать свободные аминокислоты (до 50–100 мМ), особенно пролин, который накапливается при водном стрессе и служит осмопротектором (Andreev, 2001; Серебрякова и др., 2006). Кроме того, в вакуолях некоторых семян (злаки, бобовые) и запасающих органов содержатся запасные белки (например, глобулины, проламины), которые часто формируют алейроновые зёрна — сложные включения, состоящие из белковой матрицы и глобоидов (фитиновая кислота). Их подробное описание вынесено в отдельную статью о клеточных включениях.

Пигменты (антоцианы)

В клеточном соке вакуолей лепестков, плодов, а иногда и листьев растворены антоцианы — водорастворимые флавоноидные пигменты. Они окрашивают вакуоль в красный, синий, фиолетовый цвета, причём оттенок зависит от pH сока (Серебрякова и др., 2006; Sunil & Nandini, 2022). Антоцианы:

Привлекают опылителей и распространителей семян;
Защищают ткани от ультрафиолетового излучения и окислительного стресса;
Могут обладать антимикробной активностью.

Другие пигменты (каротиноиды) локализованы в пластидах (хромопластах) и в клеточном соке не встречаются (Strasburger et al., 1971).

Вторичные метаболиты и продукты детоксикации

Вакуоль накапливает разнообразные вторичные метаболиты, которые часто токсичны для самой клетки и поэтому изолируются от цитоплазмы:

Алкалоиды (никотин, кофеин, морфин) — азотсодержащие вещества с горьким вкусом, многие ядовиты для животных.
Танины (дубильные вещества) — полифенолы, придающие вяжущий вкус; они связывают белки и повреждают слизистые оболочки.
Гликозиды (синигрин, амигдалин, сапонины) — могут расщепляться с образованием летучих токсинов.
Фенольные соединения — обладают антиоксидантными и антимикробными свойствами.
Ксенобиотики и конъюгаты — например, продукты связывания гербицидов с глутатионом, которые активно перекачиваются ABC-транспортёрами в вакуоль (Andreev, 2001; Martinoia et al., 2007, цит. по Neuhaus).

Эти вещества обеспечивают химическую защиту растения и часто используются человеком как лекарственные, ароматические или токсичные компоненты.

Клеточные включения (краткое упоминание)

В вакуолях могут также формироваться твёрдые включения, которые не растворены в клеточном соке, а существуют в виде кристаллов или аморфных телец. К ним относятся:

Кристаллы оксалата кальция (рафиды, друзы, призматические кристаллы) — образуются при избытке кальция и щавелевой кислоты; часто выполняют защитную функцию или служат для удаления избытка кальция (Khan et al., 2023; Evert, 2006).
Кремнезём (фитолиты) — отложения аморфного кремнезёма, характерные для многих злаков и хвощей; укрепляют клеточные стенки и вакуоли (Серебрякова и др., 2006).
Запасные вещества в твёрдой фазе — крахмал в амилопластах (хотя это пластиды, а не вакуоли), жировые капли, алейроновые зёрна — они будут подробно описаны в соответствующих статьях.

В рамках данной статьи мы ограничимся этим кратким перечислением, так как детальное строение и функции клеточных включений вынесены в отдельные публикации.

Значение состава клеточного сока

Уникальный химический состав клеточного сока обеспечивает:

Тургор и рост растяжением — через высокое осмотическое давление;
Гомеостаз ионов — через селективное накопление и выведение;
Защиту от стрессов — через накопление осмолитов, антиоксидантов и токсинов;
Пигментацию — через антоцианы;
Лизосомную функцию — через кислую среду и гидролазы;
Временное депонирование метаболитов — через динамический обмен сахарами и аминокислотами.

Таким образом, клеточный сок вместе с тонопластом образует единую функциональную систему, которая является центральным узлом регуляции клеточного метаболизма у растений.

В следующем разделе (4. Отличия от клеток животных, грибов и других организмов) мы сравним вакуолярную систему растений с аналогичными компартментами у других эукариот.

4. Вакуолярная система vs. другие эукариоты

Вакуолярная система является одной из наиболее характерных особенностей растительной клетки, но вакуоли или вакуолеподобные компартменты встречаются и у других групп эукариот — грибов, некоторых протистов (простейших и водорослей) и, в редких случаях, у животных клеток. Однако их строение, функции и биологическое значение значительно отличаются от таковых у высших растений. Сравнение этих систем позволяет лучше понять эволюционные адаптации и физиологическую уникальность растений.

4.1. Растения (высшие растения и водоросли)

У высших растений (Embryophyta) зрелые клетки характеризуются наличием крупной центральной вакуоли, занимающей до 90% объёма клетки. Тонопласт этой вакуоли содержит два типа протонных насосов (V-АТФазу и V-ППазу), специализированные аквапорины (TIP-семейство), а также многочисленные транспортёры и каналы, обеспечивающие накопление ионов, сахаров, органических кислот, пигментов и вторичных метаболитов (Maeshima, 2001; Isayenkov, 2014). Вакуоль выполняет функции поддержания тургора, роста растяжением, лизосомного компартмента, детоксикации и запасания.

У многих водорослей (особенно у нитчатых и одноклеточных зелёных водорослей, таких как Chara, Spirogyra, Ulva) также имеются крупные вакуоли, сходные по функциям с растительными — они создают тургор и запасают ионы. Однако у водорослей часто сохраняется способность к фагоцитозу и образованию сократительных вакуолей, что указывает на эволюционную связь с простейшими (Strasburger et al., 1971; Серебрякова и др., 2006). У некоторых одноклеточных водорослей (например, у Chlamydomonas) вакуоли немногочисленны и специализированы на выделении избытка воды.

4.2. Животные

В клетках животных отсутствуют вакуоли, сопоставимые по функциям с растительной центральной вакуолью. Животные клетки не создают тургора, так как они не имеют жёсткой клеточной стенки. Основные функции, которые у растений выполняет вакуоль (деградация макромолекул, аутофагия, поддержание ионного гомеостаза), у животных распределены между следующими органеллами (Mauseth, 2016; Stern, 2021):

Лизосомы — мелкие мембранные пузырьки (0,2–0,5 мкм), содержащие гидролитические ферменты (кислые протеазы, нуклеазы, липазы). Они осуществляют внутриклеточное переваривание и аутофагию, но не создают осмотического давления.
Эндосомы — компартменты, участвующие в сортировке интернализованных мембранных белков и лигандов.
Фагосомы и фаголизосомы — образуются при фагоцитозе крупных частиц (например, бактерий) и сливаются с лизосомами.
Аккумулирующие вакуоли иногда формируются в специализированных клетках (например, в клетках почечных канальцев при водном диурезе, в остеокластах при резорбции кости), но они никогда не занимают более 10–20% объёма клетки и не имеют постоянного характера (Graham et al., 2014).

Важной особенностью животной клетки является наличие центриолей (отсутствующих у высших растений) и способность к фагоцитозу, который у растений возможен лишь в виде редких исключений (например, эндоцитоз симбиотических бактерий в клубеньках бобовых).

4.3. Грибы

Клетки грибов, подобно растениям, окружены клеточной стенкой, но её химический состав иной (хитин вместо целлюлозы). У грибов также имеются вакуоли, однако они более многочисленны, мельче и не сливаются в одну центральную вакуоль (Strasburger et al., 1971; Stern, 2021). Характерные особенности грибных вакуолей:

Множественные вакуоли (от нескольких до нескольких десятков) в одной клетке, особенно у мицелиальных форм.
Тонопласт содержит только V-АТФазу, но не V-ППазу (последняя найдена лишь у некоторых примитивных грибов, но не у аскомицетов и базидиомицетов) (Maeshima, 2001).
Вакуоли участвуют в регуляции аминокислотного пула и гомеостазе ионов (особенно Ca²⁺), а также в детоксикации (накоплении красителей и токсинов).
Грибные вакуоли могут выполнять запасающую функцию (гликоген, полифосфаты, аргинин), но не накапливают сахарозу или антоцианы.
Вакуоли грибов не создают тургорного давления, достаточного для роста растяжением; расширение клетки происходит иначе (апикальный рост с участием цитоскелета и везикул).

Таким образом, вакуоли грибов функционально ближе к лизосомам животных, чем к растительным вакуолям, хотя и обладают рядом общих черт (мембранный транспорт, кислотность).

4.4. Протисты (одноклеточные эукариоты)

Среди протистов (простейшие, одноклеточные водоросли, слизистые грибы) встречаются различные типы вакуолей, многие из которых считаются эволюционными предшественниками растительной вакуоли.

Сократительные вакуоли — характерны для пресноводных простейших (амебы, эвглены, инфузории). Они периодически наполняются водой, поступающей из цитоплазмы по осмотическому градиенту, а затем сокращаются, выбрасывая избыток воды наружу. Тем самым они выполняют осморегуляторную функцию, предотвращая набухание и разрыв клетки (Strasburger et al., 1971; Graham et al., 2014). Сократительные вакуоли окружены мембраной, но имеют сложную структуру (сеть канальцев) и не содержат типичных растительных маркеров (TIP, V-ППаза). У некоторых жгутиконосцев (например, у Euglena) сократительная вакуоль расположена у основания жгутика.
Пищеварительные вакуоли (фагосомы) — образуются при эндоцитозе пищевых частиц; сливаются с лизосомами и осуществляют внутриклеточное пищеварение. Характерны для гетеротрофных протистов (амебы, инфузории, многие жгутиконосцы).
Запасающие вакуоли — в некоторых одноклеточных водорослях и эвгленах могут накапливать парамилон (полисахарид), хризоламинарин или жир. Они обычно окружены одной мембраной, но их транспортные системы изучены слабо.

У многих протистов отсутствует центральная вакуоль, а роль компартментов, сходных с растительной вакуолью, выполняют эндосомально-лизосомная система и резервуары (например, у некоторых диатомовых и зелёных водорослей имеются крупные вакуоли, содержащие клеточный сок, но они не всегда постоянны).

4.5. Сравнительная таблица

Для наглядности основные различия вакуолярной системы у разных групп эукариот сведены в таблицу.

Признак	Растения	Животные	Грибы	Протисты (пресноводные)
Наличие крупной центральной вакуоли	Да (у большинства зрелых клеток)	Нет	Нет (несколько мелких вакуолей)	В редких случаях (некоторые водоросли)
Доля объёма клетки, занимаемая вакуолями	70–90%	1–5% (лизосомы)	5–20% (суммарно)	Зависит от типа (сократительные — 10–30%)
Функции	Тургор, рост, запасание, лизосомная, детоксикация, пигментация	Лизосомная (гидролиз), эндоцитоз, аутофагия	Аминокислотный пул, ионный гомеостаз, детоксикация	Осморегуляция, пищеварение
Тип протонной помпы	V-ATPase и V-PPase	V-ATPase (лизосомы)	V-ATPase	Чаще V-ATPase (у некоторых V-PPase)
Наличие аквапоринов TIP	Да (множество изоформ)	Нет	Единичные гомологи	Единичные гомологи
Содержание клеточного сока	Сахара, органические кислоты, ионы, антоцианы, алкалоиды	Ферменты (лизосомы), кислая среда	Аминокислоты, полифосфаты, ионы	Вода, ионы (сократительные), пищевые частицы
Участие в осморегуляции	Ключевое (тургор)	Незначительное	Незначительное	Ключевое (сократительные вакуоли)

4.6. Эволюционный контекст

Сравнительный анализ позволяет предположить, что вакуолярная система растений возникла в ходе эволюции от сократительных вакуолей пресноводных протистов, которые выполняли осморегуляторную функцию (Strasburger et al., 1971). С переходом к многоклеточности и появлением клеточной стенки осмотическое давление стало не угрозой, а ресурсом — оно стало использоваться для роста растяжением и поддержания формы. Это потребовало замены периодического сокращения на постоянное поддержание высокого тургора, что в свою очередь привело к развитию мощных протонных насосов (особенно V-ППазы) и специализированных каналов для воды (TIP). Параллельно вакуоль «взяла на себя» функции запасания и лизосомного аппарата, которые у животных и грибов распределены между несколькими типами органелл.

Таким образом, центральная вакуоль растений — это уникальный эволюционный компромисс, позволивший решить проблему водного баланса в условиях прикреплённого образа жизни и открывший возможности для колоссального разнообразия форм, характерных для наземной флоры.

В следующем разделе мы рассмотрим биогенез и динамические процессы — как формируется вакуоль, как она изменяется в ходе клеточного цикла и как происходит её взаимодействие с цитоскелетом.

5. Биогенез и динамика вакуолярной системы

Вакуолярная система не является статичной структурой: вакуоли формируются заново, растут, сливаются, фрагментируются и даже могут полностью разрушаться в зависимости от стадии развития клетки и внешних условий. Понимание процессов биогенеза (зарождения) и динамических изменений вакуолей необходимо для объяснения таких явлений, как рост растений, деление клеток, устойчивость к засухе и засолению, а также запрограммированная клеточная смерть.

5.1. Происхождение вакуолей: роль эндомембранной системы

Вакуоли являются производными эндомембранной системы клетки — непрерывной сети мембран, включающей эндоплазматический ретикулум (ЭПР), аппарат Гольджи, тонопласт и плазмалемму (Evert, 2006; Aniento et al., 2022). Современные данные свидетельствуют о том, что протовакуоли (мелкие мембранные пузырьки, предшественники зрелых вакуолей) образуются двумя основными путями:

От аппарата Гольджи. В диктиосомах (стопках цистерн Гольджи) происходит сортировка белков, предназначенных для вакуоли. От транс-поверхности диктиосом отшнуровываются покрытые везикулы (клатриновые и неклатриновые), которые затем сливаются между собой или с уже существующими протовакуолями (Isayenkov, 2014; Aniento et al., 2022). Этот путь характерен для большинства растворимых вакуолярных белков (ферментов, запасных белков), которые имеют специальные вакуолярные сигналы сортировки (например, N-концевой NPIR-мотив или C-концевой аффинный тег).
Непосредственно из эндоплазматического ретикулума. В некоторых типах клеток (особенно в запасающих тканях семян) крупные белковые агрегаты (проламины) накапливаются внутри полостей ЭПР, после чего участки ЭПР, переполненные белком, отшнуровываются в виде так называемых эр-производных телец (ER-derived bodies) или предшественников протеиновых вакуолей (PAC-везикул). Эти везикулы минуют аппарат Гольджи и напрямую сливаются с вакуолью (Isayenkov, 2014). Такой Гольджи-независимый путь характерен в основном для семян злаков и бобовых.

Оба пути обеспечивают доставку как мембранных (тонопластных) белков, так и растворимого содержимого.

5.2. Формирование протовакуолей и слияние в центральную вакуоль

В молодых меристематических клетках (образовательная ткань на кончиках корней и побегов) вакуоли представлены множеством очень мелких (диаметром 0,1–0,5 мкм) пузырьков — протовакуолей (Takatsuka et al., 2023; Серебрякова и др., 2006). Они окружены тонопластом и содержат клеточный сок с низкой концентрацией растворённых веществ. По мере того как клетка переходит к растяжению, протовакуоли начинают поглощать воду и ионы, увеличиваясь в размере. Одновременно происходит гомотипическое слияние — протовакуоли сливаются друг с другом, образуя более крупные вакуолярные структуры (Evert, 2006). Этот процесс регулируется:

SNARE-белками (например, VAMP, SYP) и их рецепторами, обеспечивающими узнавание и слияние везикул (Isayenkov, 2014; Aniento et al., 2022).
RAB-ГТФазами (ARA6, RAB₅, RAB7), которые привлекают тетеринг-комплексы (CORVET, HOPS) к мембранам (Aniento et al., 2022).
Фосфоинозитидами (особенно PI3P и PI(3,5)P₂), которые создают специфические домены на мембране, облегчающие слияние (Zhang et al., 2015; Takatsuka et al., 2023).

В результате последовательных слияний в зрелой клетке обычно формируется одна большая центральная вакуоль, занимающая до 90% объёма. При этом цитоплазма оттесняется к периферии, и ядро часто оказывается прижатым к клеточной стенке, сохраняя связь с постенным слоем через трансвакуолярные тяжи.

5.3. Участие цитоскелета в динамике вакуолей

Формирование и изменение формы вакуолей тесно связано с актиновыми микрофиламентами и микротрубочками. Эксперименты с ингибиторами (латринкулин B — разрушает актин, оризалин — разрушает микротрубочки) показали (Takatsuka et al., 2023; Higaki et al., 2006, цит. по Takatsuka):

Актин необходим для поддержания целостности трансвакуолярных тяжей и для направленного перемещения ядра в раннюю G1-фазу клеточного цикла. При разрушении актина тяжи исчезают, и ядро теряет центральное положение.
Микротрубочки участвуют в образовании трубчатых вакуолярных структур во время митоза, обеспечивая правильное распределение вакуолярного материала между дочерними клетками. Они также направляют движение везикул, несущих тонопластные белки, к месту формирования новой клеточной пластинки (фрагмопласту).

Таким образом, вакуолярная динамика координируется с цитоскелетом, что особенно важно при делении клеток и при ответе на внешние воздействия (осмотический шок, механическое раздражение).

5.4. Протонные насосы: создание электрохимического градиента

Для того чтобы вакуоль могла накапливать ионы, сахара и другие вещества, необходимо поддерживать электрохимический градиент протонов. На тонопласте работают два типа протонных насосов (Strasburger et al., 1971; Maeshima, 2001):

V-АТФаза использует энергию гидролиза АТФ для перекачивания H^\+ из цитозоля в вакуоль. Этот насос состоит из многих субъединиц и чувствителен к бафиломицину. Он обеспечивает основную часть градиента в вегетирующих клетках.
V-ППаза использует энергию гидролиза неорганического пирофосфата (PP_i). Она представляет собой одиночный полипептид, отсутствует у животных и грибов, но широко распространена у растений. Особенно активна V-ППаза на ранних этапах развития (в проростках, эндосперме) и при недостатке АТФ.

Совместная работа этих насосов создаёт протонный градиент (pH внутри вакуоли = 3–5, в цитозоле ≈ 7,2) и трансмембранный потенциал (внутри положительный). Эта движущая сила используется вторичными транспортёрами (антипортерами и симпортерами) для активного поглощения ионов, сахаров, аминокислот и других метаболитов (Neuhaus & Trentmann, 2014; Andreev, 2001).

5.5. Плазмолиз и восстановление вакуоли

При попадании клетки в гипертонический раствор (например, при засолении почвы или при приготовлении микропрепарата с солью) вода начинает выходить из вакуоли по осмотическому градиенту. Объём вакуоли резко уменьшается, и протопласт (цитоплазма вместе с ядром) отрывается от клеточной стенки. Это явление называется плазмолиз (Серебрякова и др., 2006; Graham et al., 2014). Плазмолиз обратим: при переносе клетки в гипотонический раствор вода снова входит в вакуоль, она набухает, и протопласт возвращается в исходное положение. Это доказывает, что тонопласт сохраняет целостность даже при сильном сжатии.

Плазмолиз часто используется в лабораторной практике как тест на жизнеспособность клеток. Устойчивость к плазмолизу зависит от эластичности клеточной стенки и способности вакуоли быстро изменять объём (благодаря аквапоринам TIP).

5.6. Аутофагия: вакуоль как центр переработки органелл

В процессе старения клетки или при голодании вакуоль активирует аутофагию — самопоедание клеточных компонентов. Этот процесс необходим для обновления органелл и мобилизации запасных веществ (Takatsuka et al., 2023; Otegui et al., 2005, цит. по Isayenkov).

Этапы аутофагии:

Вокруг повреждённой органеллы (например, митохондрии) или участка цитоплазмы формируется двойная мембрана — автофагосома. Источником мембран служат ЭПР, аппарат Гольджи и даже плазмалемма.
Автофагосома транспортируется к вакуоли и сливается с ней (в животных клетках — с лизосомой). Слияние обеспечивается SNARE-комплексами и белком ATG8, который ковалентно связывается с фосфатидилэтаноламином на мембране автофагосомы.
Внутренняя мембрана автофагосомы и её содержимое разрушаются вакуолярными гидролазами. Образовавшиеся мономеры (аминокислоты, нуклеотиды, сахара) через транспортёры тонопласта возвращаются в цитозоль и используются клеткой.

Аутофагия играет ключевую роль в устойчивости к голоданию, при старении, а также при запрограммированной клеточной смерти (например, при формировании трахеид и сосудов ксилемы).

5.7. Деградация вакуолей и клеточная смерть

В некоторых случаях вакуоль может быть полностью разрушена:

При программируемой клеточной смерти (PCD) во время дифференцировки проводящих элементов ксилемы (сосудов и трахеид) сначала разрушается тонопласт, и гидролитические ферменты поступают в цитоплазму, вызывая автолиз клетки. В результате остаётся только одревесневшая клеточная стенка, по которой движется вода (Andreev, 2001; Isayenkov, 2014).
При автофагии в ходе развития листа (например, у двудольных растений при формировании межжилкового пространства) вакуоли сливаются и разрушаются, освобождая место для аэренхимы.

Таким образом, динамика вакуолей является неотъемлемой частью жизненного цикла растительной клетки.

5.8. Регуляция биогенеза и динамики

Контроль над образованием, ростом и слиянием вакуолей осуществляется:

Генетически — через экспрессию генов тонопластных белков (V-АТФазы, TIP, SNARE, RAB). У мутантов по генам VACUOLELESS1, VTI11, VPS41 формирование центральной вакуоли нарушается, клетки становятся очень мелкими и часто гибнут (Isayenkov, 2014; Aniento et al., 2022).
Сигнальными системами — ауксин, брассиностероиды и абсцизовая кислота влияют на вакуолярное слияние через ROP-ГТФазы и фосфоинозитидный обмен (Takatsuka et al., 2023).
Осмотическим состоянием — при засухе снижение тургора активирует сигнальные каскады (например, MAPK-пути), приводящие к реорганизации актина и изменению формы вакуоли (Neuhaus & Trentmann, 2014).

6. Взаимосвязь с другими компонентами клетки

Вакуоль не является изолированным компартментом. Она постоянно обменивается веществами и сигналами с цитозолем, ядром, эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР), аппаратом Гольджи, митохондриями, пластидами, плазмалеммой и даже с клеточной стенкой. Эта интеграция обеспечивает согласованную работу всей клетки. В данном разделе мы рассмотрим основные типы взаимосвязей вакуолярной системы с другими клеточными структурами.

6.1. Связь с эндоплазматическим ретикулумом и аппаратом Гольджи

Вакуоль является частью эндомембранной системы, поэтому её мембраны (тонопласт) происходят из мембран ЭПР и аппарата Гольджи (Evert, 2006; Aniento et al., 2022). Связь осуществляется на нескольких уровнях:

Поставка мембранного материала. Новообразованные участки тонопласта доставляются в виде транспортных везикул, отшнуровывающихся от транс-поверхности диктиосом (Гольджи) и, в некоторых случаях, непосредственно из ЭПР (Isayenkov, 2014; Strasburger et al., 1971).
Поступление растворимых вакуолярных белков. Большинство гидролитических ферментов и запасных белков синтезируются на шероховатом ЭПР, затем проходят через аппарат Гольджи, где получают углеводные метки (маннозо-6-фосфат у животных, аналогичные сигналы у растений), упаковываются в везикулы и направляются к вакуоли. Для этого существуют специальные вакуолярные сортирующие рецепторы (VSR), которые узнают сигналы сортировки на молекулах-пассажирах (Isayenkov, 2014).
Ретроградный транспорт. Некоторые белки, попавшие в вакуоль по ошибке, могут возвращаться обратно в Гольджи или ЭПР с помощью COPI-везикул (Aniento et al., 2022). Это обеспечивает качество содержимого вакуоли.

Таким образом, вакуоль и ЭПР с аппаратом Гольджи образуют непрерывную мембранную сеть, по которой перемещаются белки и липиды.

6.2. Взаимодействие с цитоскелетом (актиновые микрофиламенты и микротрубочки)

Как уже упоминалось в разделе 5, форма, положение и динамика вакуоли зависят от цитоскелета (Takatsuka et al., 2023; Evert, 2006). Цитоскелет обеспечивает:

Поддержание трансвакуолярных тяжей. Сквозь центральную вакуоль проходят тонкие цитоплазматические нити (трансвакуолярные тяжи), внутри которых расположены пучки актиновых микрофиламентов. Актин придаёт тяжам жёсткость и служит рельсами для движения везикул и органелл (например, ядро может мигрировать по таким тяжам). При разрушении актина (например, латринкулином) тяжи исчезают, и ядро теряет центральное положение.
Формирование вакуолярной сети при митозе. Во время деления клетки микротрубочки веретена и фрагмопласта участвуют в фрагментации вакуолей и их последующем перераспределении между дочерними клетками. Искусственное разрушение микротрубочек (оризалином) нарушает этот процесс.
Якорение вакуоли у плазмалеммы. Кортикальные микротрубочки и актиновые филаменты удерживают вакуоль в определённом положении, особенно в клетках с апикальным ростом (корневые волоски, пыльцевые трубки).

Таким образом, цитоскелет является «скелетом», на котором держится и движется вакуолярная система.

6.3. Связь с ядром

Ядро и вакуоль взаимодействуют прежде всего механически и метаболически.

Механическая связь осуществляется через трансвакуолярные тяжи, которые соединяют пристеночную цитоплазму с ядром. Ядро «подвешено» в центральной вакуоли на этих тяжах, что позволяет ему оставаться приблизительно в центре клетки даже при очень большом объёме вакуоли (Takatsuka et al., 2023; Mauseth, 2016). При плазмолизе ядро вместе с цитоплазмой отрывается от стенки, но сохраняет связь с вакуолью через тонопласт.
Метаболическая связь определяется тем, что ядро контролирует экспрессию генов тонопластных белков (V-АТФазы, TIP, транспортёров, SNARE) и ферментов, синтезирующих вторичные метаболиты, накапливаемые в вакуоли. В свою очередь, сигналы от вакуоли (например, изменение осмотического давления, повышение концентрации Ca²⁺ или токсинов) могут модулировать транскрипционную активность ядра через кальциевые и киназные каскады (Andreev, 2001; Neuhaus & Trentmann, 2014).

Важно отметить, что в зрелых ситовидных трубках флоэмы ядро дегенерирует, но вакуоль остаётся, что указывает на способность вакуоли функционировать без непосредственного ядерного контроля в течение некоторого времени.

6.4. Взаимодействие с митохондриями и пластидами

Митохондрии и хлоропласты часто расположены вблизи вакуоли, особенно в зоне, прилегающей к трансвакуолярным тяжам (Evert, 2006; Takatsuka et al., 2023). Такое расположение имеет функциональный смысл:

Обмен метаболитами. Из вакуоли в цитозоль могут поступать сахара и органические кислоты, которые затем поглощаются митохондриями (дыхание) и пластидами (синтез жирных кислот, аминокислот). В свою очередь, продукты распада (аммиак, CO₂) могут временно запасаться в вакуоли.
Кальциевая сигнализация. Митохондрии и хлоропласты, как и вакуоль, участвуют в регуляции цитозольного Ca²⁺. При действии раздражителя Ca²⁺ может высвобождаться одновременно из вакуоли и из этих органелл, координированно запуская клеточный ответ (Andreev, 2001).
Аутофагия. При голодании или старении повреждённые митохондрии и пластиды могут быть захвачены автофагосомами и переварены в вакуоли (Takatsuka et al., 2023). Этот процесс особенно активен в стареющих листьях и при стрессах.

6.5. Взаимодействие с плазмалеммой и клеточной стенкой

Вакуоль и плазмалемма работают как единая система для поддержания тургора, поглощения воды и ионов, а также для секреции и эндоцитоза.

Координация транспорта. Плазмалемма активно закачивает ионы (K⁺, Cl^-, NO₃^-) в цитозоль, а вакуоль затем накапливает их, создавая осмотический градиент. Это особенно заметно в замыкающих клетках устьиц: при открытии устьиц K^\+ быстро поступает в цитозоль через плазмалемму, а затем — в вакуоль через тонопласт, что вызывает приток воды и увеличение объёма замыкающих клеток (Takatsuka et al., 2023; Graham et al., 2014).
Слияние везикул. Экзоцитоз (выделение слизи, нектара, клеточных стенок) начинается с того, что везикулы, отшнурованные от аппарата Гольджи, сначала могут сливаться с вакуолью, а затем вакуоль — с плазмалеммой (общий путь). Кроме того, при растяжении клетки мембраны вакуоли и плазмалеммы увеличиваются синхронно за счёт встраивания новых порций липидов и белков из внутриклеточных пулов.
Реакция на осмотический стресс. При обезвоживании (засуха, засоление) плазмалемма теряет воду, и тонопласт сокращается, запуская плазмолиз. При восстановлении водоснабжения вакуоль быстро набухает, возвращая протопласт в исходное состояние. Эта обратимость возможна благодаря высокой эластичности тонопласта и наличию аквапоринов TIP.

Клеточная стенка не имеет прямых мембранных контактов с вакуолью, но через плазмалемму и цитоскелет вакуоль «чувствует» состояние стенки. Например, при повреждении стенки изменяется тургор, что может служить сигналом для активации защитных генов (Khan et al., 2023; Takatsuka et al., 2023).

6.6. Симпластическая связь: плазмодесмы

Вакуоли соседних клеток не соединяются напрямую, но цитоплазмы клеток сообщаются через плазмодесмы — каналы, проходящие сквозь клеточные стенки (Mauseth, 2016; Evert, 2006). Поскольку вакуоль окружена тонопластом, а плазмодесмы соединяют только цитоплазмы, содержимое вакуолей изолировано от симпласта. Однако:

Ионы и небольшие молекулы, вышедшие из вакуоли в цитозоль, могут через плазмодесмы переходить в соседние клетки.
Трансвакуолярные тяжи часто выходят на плазмодесмы, связывая ядро одной клетки с цитоплазмой соседней.

Таким образом, вакуоль косвенно участвует в межклеточной коммуникации, регулируя состав цитозоля.

6.7. Обобщающая схема

Для наглядности представим основные взаимосвязи вакуолярной системы в виде таблицы.

Компонент клетки	Тип взаимодействия с вакуолью	Пример / механизм
ЭПР и аппарат Гольджи	Биогенез, доставка белков и липидов	VSR-рецепторы, клатриновые везикулы, COPI-ретроградный транспорт
Актиновые микрофиламенты	Поддержание тяжей, перемещение ядра	Формирование трансвакуолярных нитей, миозин-зависимое движение
Микротрубочки	Фрагментация и перераспределение при делении, ориентация	Веретено деления, фрагмопласт, моторные белки
Ядро	Механическая фиксация на тяжах; контроль экспрессии генов	Транскрипция генов тонопластных белков, сигналы от вакуоли
Митохондрии и пластиды	Метаболический обмен, аутофагия, Ca²⁺-сигнализация	Поступление сахаров, удаление повреждённых органелл
Плазмалемма и клеточная стенка	Осмотическое равновесие, тургор, экзоцитоз	Координированный транспорт K^\+^, плазмолиз/деплазмолиз
Плазмодесмы	Косвенная (через цитозоль) межклеточная коммуникация	Распространение сигнальных молекул из вакуоли в соседние клетки

7. Прикладное значение для агрономии

Знания о строении и функциях вакуолярной системы растений имеют непосредственное практическое значение для сельского хозяйства, селекции и биотехнологии. Понимание того, как вакуоль регулирует водный обмен, накапливает ценные вещества, участвует в адаптации к стрессам и в детоксикации, позволяет целенаправленно создавать сорта с улучшенными агрономическими характеристиками. В этом разделе мы рассмотрим основные направления прикладного использования достижений науки о вакуоли.

7.1. Засухоустойчивость

Засуха — один из наиболее разрушительных факторов для сельскохозяйственных культур. Способность растений сохранять тургор и выживать при дефиците воды во многом определяется состоянием вакуоли (Andreev, 2001; Maeshima, 2001).

Накопление осмолитов. При водном дефиците в вакуолях накапливаются осмотически активные вещества — пролин, сахара (сахароза, фруктоза), глицинбетаин, маннит и другие (Серебрякова и др., 2006; Strasburger et al., 1971). Эти соединения не нарушают метаболизм (являются «совместимыми осмолитами») и помогают вакуоли удерживать воду, даже когда почва высыхает. Селекция на повышенную способность синтезировать и накапливать пролин и сахара в вакуолях — одно из направлений создания засухоустойчивых сортов.
Аквапорины TIP. Тонопласт содержит большое количество водных каналов (TONOPLAST INTRINSIC PROTEINS, TIP). Регуляция их активности (например, фосфорилированием) позволяет клетке быстро адаптироваться к изменению водного потенциала. Сорта с повышенной экспрессией определённых TIP-изоформ лучше восстанавливают тургор после засухи (Maeshima, 2001; Neuhaus & Trentmann, 2014). В трансгенных растениях усиление экспрессии TIP нередко повышает засухоустойчивость.
V-АТФаза и V-ППаза. Для поддержания градиента, необходимого для накопления осмолитов, требуются активные протонные насосы. Генетическое усиление экспрессии субъединиц V-АТФазы или V-ППазы может способствовать лучшей осморегуляции при засухе (Neuhaus & Trentmann, 2014; Maeshima, 2001).

7.2. Солеустойчивость

Засоление почв — серьёзная проблема для земледелия во многих регионах мира. Высокие концентрации Na⁺ и Cl^- токсичны для цитоплазматических ферментов. Основной механизм солеустойчивости у растений — секвестрация Na^\+ в вакуолях (Andreev, 2001; Isayenkov, 2014).

Na⁺/H^\+-антипортеры (например, AtNHX1 у Arabidopsis) локализованы на тонопласте и переносят Na⁺ из цитозоля в вакуоль в обмен на H^\+. Создание трансгенных растений с повышенной экспрессией NHX1 (у риса, пшеницы, томатов, рапса) значительно увеличивает их устойчивость к засолению (Isayenkov, 2014). Этот подход уже используется в биотехнологии.
Усиление V-АТФазы и V-ППазы. Поскольку работа Na⁺/H^\+-антипортера зависит от трансмембранного градиента протонов, ко-экспрессия генов V-АТФазы (субъединицы A, B, C) или V-ППазы вместе с NHX1 приводит к аддитивному эффекту — повышению накопления Na^\+ в вакуоли и большей солеустойчивости (Maeshima, 2001; Neuhaus & Trentmann, 2014).
Селекция на повышенную активность антипортеров. У природных солеустойчивых видов (например, у лебеды, свеклы) уровень экспрессии NHX и активность V-АТФазы заметно выше, чем у чувствительных культур. Эти признаки могут быть использованы в маркер-опосредованной селекции.

7.3. Качество урожая: накопление сахаров и органических кислот

Многие сельскохозяйственные культуры ценятся за содержание сахаров (сахарная свёкла, сахарный тростник, плодовые культуры, корнеплоды) или органических кислот (цитрусовые, виноград, яблоки). Именно вакуоль является основным местом хранения этих соединений.

Транспортёры сахаров на тонопласте. Основными переносчиками глюкозы и фруктозы служат белки семейства TMT (Tonoplast Monosaccharide Transporter). У Arabidopsis идентифицированы три члена этого семейства; у культурных растений предполагается сходная система (Neuhaus & Trentmann, 2014; Wormit et al., 2006, цит. по Neuhaus). Изучение полиморфизмов в генах TMT может помочь в селекции на высокую сахаристость.
Регуляция активности TMT. Фосфорилирование TMT протеинкиназой VIK1 (MAPKKK) стимулирует поглощение глюкозы вакуолью (Wingenter et al., 2011, цит. по Neuhaus). Это открывает возможности для управления сладостью плодов путём модуляции работы этого регуляторного каскада.
Накопление сахарозы. Сахароза транспортируется в вакуоль с помощью других переносчиков (например, SUC4 у Arabidopsis, VSUC1 у сахарной свёклы). У свёклы селекция на высокую сахаристость привела к отбору форм с увеличенной активностью этих переносчиков и повышенной экспрессией V-АТФазы (Endler et al., 2006, цит. по Neuhaus).
Органические кислоты и вкус плодов. У винограда, яблок, томатов кислотность (соотношение яблочной/лимонной кислот) определяется вакуолярным транспортом. Малатные каналы и антипортеры на тонопласте регулируют отток или накопление кислот в зависимости от стадии созревания. Понимание этих процессов позволяет селекционировать сорта с оптимальным вкусом.

7.4. Антоцианы: окраска плодов и цветов, антиоксидантные свойства

Антоцианы, накапливающиеся в вакуолях, определяют яркую окраску многих плодов (вишня, виноград, черника, яблоки, томаты) и цветов. Эти пигменты не только привлекательны для потребителя, но и обладают антиоксидантной активностью, полезной для здоровья человека (Sunil & Nandini, 2022; Zhang et al., 2015).

Генетическая инженерия антоцианового пути. У томатов, картофеля, риса, кукурузы и других культур были получены трансгенные линии с повышенным содержанием антоцианов в плодах или клубнях за счёт введения генов биосинтеза (например, генов MYB-транскрипционных факторов, CHS, DFR, ANS). Накопление антоцианов происходит именно в вакуолях, и для их удержания необходимо обеспечивать низкий pH и наличие транспортёров (ABC-транспортёров, MATE-транспортёров) (Sunil & Nandini, 2022).
Влияние pH вакуоли на окраску. Окраска антоцианов зависит от pH: при pH < 3 они красные, при pH 5–6 — фиолетовые или синие. Изменение активности V-АТФазы и V-ППазы в вакуолях лепестков (у гортензии, петунии, герани) приводит к сдвигу pH и изменению цвета цветков. Это используется в цветоводстве для получения «голубых» форм (например, подкисление почвы у гортензий).

7.5. Фиторемедиация: очистка загрязнённых почв с помощью растений

Некоторые растения способны накапливать тяжёлые металлы (кадмий, свинец, цинк, никель) в своих вакуолях, что позволяет использовать их для очистки загрязнённых территорий (фиторемедиация) (Khan et al., 2023; Isayenkov, 2014).

Механизм детоксикации. Ионы тяжёлых металлов связываются в цитозоле с фитохелатинами (пептидами, богатыми цистеином) или глутатионом, а затем комплекс активно перекачивается в вакуоль с помощью ABC-транспортёров (например, AtABCC1, AtABCC2) (Andreev, 2001). В вакуоли металлы дополнительно связываются с органическими кислотами и танинами.
Растения-гипераккумуляторы. Виды рода Thlaspi (ярутка), Arabidopsis halleri, Sedum alfredii способны накапливать в вакуолях листьев до 3% Cd, 1% Ni или 5% Zn по сухой массе без видимого ущерба для себя (Khan et al., 2023). Исследование генов их транспортёров позволяет переносить эти свойства в культурные растения или использовать сами растения для фитоэкстракции.
Практические применения. Выращивание таких растений на загрязнённых свалках, вокруг промышленных зон, на полях после внесения избыточных доз удобрений (содержащих кадмий) позволяет извлечь металлы, а затем растительную массу утилизируют (сжигание с извлечением металлов). Этот метод дешевле и экологичнее, чем химическая или механическая очистка.

7.6. Борьба с вредителями и болезнями

Вакуоли растений накапливают множество вторичных метаболитов, которые защищают растение от насекомых, грибов и бактерий (Khan et al., 2023; Isayenkov, 2014).

Танины, алкалоиды, гликозиды, кристаллы оксалата кальция (рафиды) хранятся в вакуолях и при повреждении клетки высвобождаются, отпугивая или отравляя фитофагов. Селекция на повышенное содержание этих соединений может повысить устойчивость сортов (но следует учитывать, что для человека и домашнего скота это может быть нежелательно).
Глюкозинолаты (у крестоцветных) и их гидролитические продукты (изотиоцианаты) накапливаются в вакуолях, а фермент мирозиназа — в компартментах цитоплазмы. При разгрызании ткани клетки разрушаются, фермент контактирует с субстратом, и образуется токсичное вещество, отпугивающее гусениц и жуков. Генетическая инженерия может усиливать этот защитный механизм.
ABC-транспортёры, наряду с детоксикацией ксенобиотиков, участвуют в отведении в вакуоль фитоалексинов (антибиотических соединений, синтезируемых при заражении патогенами), что повышает устойчивость к грибным и бактериальным болезням (Andreev, 2001).

7.7. Биофортификация: повышение содержания йода и селена

В вакуолях некоторых растений можно накапливать микроэлементы, полезные для человека, такие как йод и селен.

Селен. Селен может заменять серу в метаболизме и накапливаться в вакуолях в виде селенатов, селенитов или селеноаминокислот. Потребление селенсодержащих растений (например, пшеницы, риса, брокколи) полезно для иммунной системы и для профилактики некоторых заболеваний. Селекция на повышенное накопление селена в зерне и листьях — перспективное направление.
Йод. Хотя йод не является эссенциальным для растений, некоторые морские водоросли накапливают его в вакуолях в огромных количествах (до 1% сухой массы). У наземных культур можно усилить накопление йода, если вносить йодидные удобрения и отбирать генотипы с активными иод-транспортёрами на тонопласте. Это позволит решить проблему йододефицита в регионах, где население недополучает йод с пищей.

7.8. Примеры успешного практического применения

Задача	Биотехнологический подход	Результат
Повышение солеустойчивости пшеницы	Введение гена AtNHX1 из Arabidopsis под сильным промотором	Рост и урожайность при поливе 200 мМ NaCl
Увеличение сахаристости томатов	Сверхэкспрессия гена SlTMT2 (томатный гомолог TMT)	Повышение содержания глюкозы и фруктозы в плодах на 30–50%
Создание «голубой» розы	Введение гена F3'5'H (дельфинидинсинтаза) и подавление конкурирующего гена DFR	Накопление дельфинидина (синий пигмент) в вакуолях лепестков
Фиторемедиация кадмия (горчица)	Экспрессия гена антипортера CAX2 (Ca²⁺/Cd²⁺)	Увеличение накопления Cd в вакуолях, повышение толерантности
Устойчивость к засухе у риса	Сверхэкспрессия гена OsTIP1;1 (аквапорин)	Улучшение восстановления тургора после засухи

Список источников

Andreev, I.M. (2001) ‘Функции вакуоли в растительной клетке: ионный гомеостаз, осморегуляция, детоксикация и сигналинг’, Российский журнал физиологии растений, 48(5), с. 672–682.
Aniento, F., Sánchez-Simarro, J., Bernat-Silvestre, C., Marcote, M.J., and Russinova, E. (2022) ‘Molecular mechanisms of endomembrane trafficking in plants’, The Plant Cell, 34(1), pp. 146–173. DOI: 10.1093/plcell/koab235 PubMed
Bidlack, J.E. and Jansky, S.H. (2021) Stern’s Introductory Plant Biology, 15th edn. New York: McGraw-Hill Education, pp. 33–35.
Denffer, D. von, et al. (1971) Lehrbuch der Botanik für Hochschulen, 30. Auflage. Stuttgart: Gustav Fischer Verlag, S. 50–51 (Abschnitt: Vakuolen).
Evert, R.F. (2006) Esau’s Plant Anatomy: Meristems, Cells, and Tissues of the Plant Body – Their Structure, Function, and Development, 3rd edn. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, pp. 51–53 (The Protoplast: Endomembrane System, Vacuoles).
Graham, L.E., Graham, J.M., and Wilcox, L.W. (2014) ‘Cells’, in Plant Biology, 2nd edn. Harlow: Pearson Education, pp. 22–23.
Isayenkov, S.V. (2014) ‘Plant vacuoles: physiological roles and mechanisms of vacuolar sorting and vesicular trafficking’, Cytology and Genetics, 48(2), pp. 126–136. DOI: 10.3103/S0095452714020042
Julian, J. and Dagdas, Y. (2025) ‘Vacuolar signaling, biogenesis, and quality control in plants’, Current Opinion in Plant Biology, 86, 102756. DOI: 10.1016/j.pbi.2025.102756 PubMed
Khan, M.I., Pandith, S.A., Shah, M.A., and Reshi, Z.A. (2023) ‘Calcium Oxalate Crystals, the Plant 'Gemstones': Insights into Their Synthesis and Physiological Implications in Plants’, Plant and Cell Physiology, 64(10), pp. 1095–1109. DOI: 10.1093/pcp/pcad081 PubMed
Maeshima, M. (2001) ‘Tonoplast transporters: organization and function’, Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 52, pp. 469–497. DOI: 10.1146/annurev.arplant.52.1.469 PubMed
Mauseth, J.D. (2016) ‘Cell structure’, in Botany: An Introduction to Plant Biology, 6th edn. Burlington, MA: Jones & Bartlett Learning, pp. 34–35.
Neuhaus, H.E. and Trentmann, O. (2014) ‘Regulation of transport processes across the tonoplast’, Frontiers in Plant Science, 5, 460. DOI: 10.3389/fpls.2014.00460 PubMed
Sunil, L. and Nandini, P.S. (2022) ‘Anthocyanins: biosynthesis, regulation, and production in microbial cell factories’, Applied Microbiology and Biotechnology, 106, pp. 320–333. DOI: 10.1007/s00253-022-11835-z PubMed
Takatsuka, H., Higaki, T., and Ito, M. (2023) ‘At the nexus between cytoskeleton and vacuole: how plant cytoskeletons govern the dynamics of large vacuoles’, International Journal of Molecular Sciences, 24(4), 4143. DOI: 10.3390/ijms24044143 PubMed
Yakovlev, G.P., Chelombitko, V.A., and Dorofeev, V.I. (2003) Ботаника (под ред. Яковлева). СПб.: СпецЛит, с. 24–25 (Вакуоль).
Zhang, C., Hicks, G.R., and Raikhel, N.V. (2015) ‘Molecular composition of plant vacuoles: important but less understood regulations and roles of tonoplast lipids’, Plants, 4(2), pp. 320–333. DOI: 10.3390/plants4020320 PubMed
Серебрякова, Т.И., Воронин, Н.С., Еленевский, А.Г., Батыгина, Т.Б., Шорина, Н.И., Савиных, Н.П. (2006) Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений. М.: ИКЦ «Академкнига», с. 89–91 (Вакуоль).