【矩道生物虚拟实验室】生物的多功能秘密武器-液泡

液泡不是植物细胞的特有结构，只不过是植物细胞的液泡较大、液泡之间差别也较大；而动物细胞的液泡较小、液泡之间差别也不显著；低等动物特别是单细胞动物的食物泡、收缩泡等也属于液泡。

高等植物细胞中的液泡

原生动物细胞中的液泡

藻类细胞中的液泡

在每个植物细胞内，液泡的大小、形状和数目相差很大，甚至其中的颜色也不相同。在幼龄细胞中，液泡的体积很小，用光学显微镜很难发现。随着细胞的生长，这些小液泡逐渐增大和合并，在成熟的细胞中，通常只有一个大的中央液泡，它可达细胞体积的90%。

液泡是由一层单位膜包围的细胞器，这层膜叫液泡膜，它使液泡的内含物与细胞质分隔开。液泡膜虽然在形态上与细胞膜无区别，但它们的通透性和物理性质是有区别的。液泡膜含不饱和脂肪酸的比例较高，它所含的磷脂分子以磷脂酰胆碱为主。

植物成熟细胞中的中央大液泡

液泡膜上具有多种酶和一些与物质运输相关的蛋白质。液泡膜有特殊的通透性，使得贮存在液泡内的糖类、盐类及其他物质的浓度往往很高，由此引起细胞质中的水分向液泡内流动，从而维持细胞的紧张度。

细胞质中的水分向液泡内流

液泡的来源是多方面的，它可来自内质网、高尔基体或细胞膜。内质网顶端膨大或出芽形成囊泡，而成为最初的小液泡，小液泡可逐步形成大液泡。

高尔基体的囊泡也能出芽形成小液泡，这些小液泡可与细胞膜融合，也可形成大液泡。此外，细胞膜内陷形成的囊泡也可参与大液泡的形成。

液泡主要有以下几个方面的功能。

液泡中的主要成分是水，但在不同种类的细胞中，液泡中还贮存有各种细胞代谢活动的产物。

甘蔗茎和甜菜根细胞的液泡中贮存有大量的蔗糖，柿子果皮细胞的液泡中含有丹宁。有些植物，特别是药用植物的某些细胞液泡中含有特殊的植物碱，如茶叶含有咖啡碱，罂粟果实中含有吗啡，金鸡纳树的树皮中含有奎宁。未成熟的水果中，由于液泡中含有较多的有机酸，故具有酸味。

液泡与花瓣

花瓣、果实常显示出红色、黄色、蓝色和紫色，它们都是液泡中的色素所显示的颜色。花青素的颜色可随液泡中的酸碱度不同而变化，碱性时显蓝色，中性时显紫色，酸性时显红色。

液泡与果实

液泡还是贮藏蛋白质和脂肪的场所。有证据表明，种子的贮藏蛋白多数位于液泡内，当种子萌发时，蛋白质被水解，以满足胚根和胚芽生长的需要。越冬木本植物（如杨树），在进入冬季时，其枝条的皮层细胞的液泡内积累大量的蛋白质。在油类植物的种子中，脂肪也是贮藏在液泡中，形成圆球体，常常占据细胞体积的大部分。

液泡作为贮藏库，还起着保持生物合成原料稳定供应的作用。在有些物质过剩时，则输入液泡贮存，当细胞质缺少这些物质时，液泡又及时地给予供应。由于液泡是植物细胞的主要Ca²⁺库，它在调控细胞质基质Ca²⁺的水平上具有重要作用。

液泡内含有较高浓度的糖类、盐类及其他物质，使得大量的水分进入液泡，充满水分的液泡维持着细胞的膨压，这是植物体保持挺立状态的根本因素，若液泡失水，植物体就发生萎蔫。

液泡参与气孔的调节

膨压还直接参与了调节气孔的开放。当K+、Cl-或苹果酸盐在保卫细胞液泡内迅速增加时，液泡膨压增大，致使气孔开放，而当K+、Cl-或苹果酸盐输出液泡时，膨压变小，液泡体积随之缩小，则气孔关闭。

液泡中含有各种酸性水解酶，它们能分解细胞内的蛋白质、核酸、脂质及多糖等物质，类似动物细胞中的溶酶体。细胞器碎片通过液泡膜的内陷吞噬进入液泡，最后在液泡中被分解。

液泡与溶酶体

液泡在植物细胞的自溶中起一定的作用。植物中有些衰老的或不需要的细胞，可经过自溶作用被消化掉。在正常的生理状态下，这种过程进行得比较缓慢，是逐渐消化的。如果液泡被破坏，释放出其中的水解酶，将导致细胞成分的迅速降解。

许多植物的液泡中含有几丁质酶，它能水解破坏真菌的细胞壁。当植物体遭到真菌病原体的危害时，几丁质酶的生物合成增加，以增强对入侵病原体的杀伤作用。

液泡还具有吞噬病原体的作用，并通过其中的水解酶将病原体分解消灭，或将病原体围困在液泡内，使之不能增殖蔓延。此外，液泡还具有吸收细胞质中某些有毒物质，将其贮存隔离起来，避免细胞中毒的作用。

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