Вакуолями називаються великі мембранні бульбашки або порожнини в цитоплазмі, заповнені переважно водним вмістом. Вони утворюються з бульбашковидних розширень ЕПР (ЕР) або з бульбашок комплексу Гольджі (КГ). У меристематичних клітинах рослин виникає багато невеликих вакуолей з пухирчастих розширень ЕР. Збільшуючись, вони зливаються в центральну вакуоль, яка займає більшу частину обсягу клітини (до 70-90%) і може бути пронизана тяжами цитоплазми. Навколишнє її мембрана - тонопласт - має товщину мембрани ЕР (близько 6 нм) на відміну від більш товстої, більш щільною і менш проникною плазмалемми.
Вміст вакуолі становить клітинний сік. Він являє собою водний розчин різних неорганічних і органічних речовин. Більшість з них належить до групи продуктів метаболізму протопласта, які можуть з'являтися і зникати в різні періоди життя клітини. Хімічний склад і концентрація клітинного соку дуже мінливі і залежать від виду рослини, органу, тканини і стану клітини. У клітинному соку містяться солі. цукру (перш за все сахароза, глюкоза, фруктоза), органічні кислоти (яблучна, лимонна, щавлева, оцтова та ін.), амінокислоти. білки. Ці речовини є проміжними продуктами метаболізму, тимчасово виведеними з обміну та ізольованими тонопластом. Вони є запасними речовинами клітини. Крім запасних речовин, які можуть вдруге використовуватися в обміні речовин, клітинний сік містить феноли. таніни (дубильні речовини), алкалоїди. які виводяться з обміну в вакуоль і таким шляхом ізолюються від цитоплазми.
Таніни особливо часто зустрічаються в клітинному соку (а також в цитоплазмі і оболонках) клітин листя, кори, деревини, незрілих плодів і насіннєвих оболонок. Алкалоїди присутні, наприклад, в насінні кави (кофеїн), плодах маку (морфін) і блекоти (атропін), стеблах і листках люпину і ін. Вважається, що таніни з їх терпким смаком, алкалоїди та токсичні поліфеноли виконують захисну функцію, так як відлякують травоїдних тварин і запобігають поїдання цих рослин.
У вакуолях також часто накопичуються кінцеві продукти життєдіяльності клітин.
У клітинному соку багатьох рослин містяться пігменти які надають клітинному соку пурпурний, червоний, жовтий, синій чи фіолетовий колір. Ці пігменти головним чином і визначають забарвлення пелюсток квіток (наприклад, троянд, жоржин, фіалок, примули і ін.), Плодів, нирок і листя, а також фарбують коренеплоди деяких рослин (наприклад, буряка).
Клітинний сік деяких рослин містить фізіологічно активні речовини - фітогормони (регулятори росту), фітонциди. ферменти. В останньому випадку вакуолі діють, як лізосоми. Після загибелі клітини ферменти, вивільняючи з вакуолей, викликають автолиз клітини.
Вакуолі грають головну роль в поглинанні води рослинними клітинами. Вода шляхом осмосу через тонопласт надходить в вакуоль, клітинний сік якої є більш концентрованим, ніж цитоплазма, і чинить тиск на цитоплазму, а тим самим і на оболонку клітини. В результаті в клітині розвивається тургорное тиск, який підтримує відносну жорсткість рослинних клітин, а також обумовлює розтягнення клітин під час їхнього росту. У запасающих тканинах рослин замість однієї центральної вакуолі часто буває кілька вакуолей, в яких накопичуються запасні поживні речовини, як, наприклад, жирові вакуолі (містять рослинні масла) або білкові (алейроновие) вакуолі.