师：同学们，大家好。不久前老师做了这样一个实验：在一根塑料管的一端绑上一层鱼鳔，向塑料管内注入一定浓度的红糖溶液，向烧杯中注入清水，一开始内外液面高度相同，一段时间后会发生怎样的变化呢？

　　我们可以看到塑料管内的液面升高了。为什么会有这样的现象呢？这是因为鱼鳔是一种半透膜物质，能否透过半透膜取决于分子的大小。在这个实验中，水分子可以自由通过半透膜，而红糖分子（也就是蔗糖分子）不能透过半透膜。由于漏斗外水分子的相对含量高于漏斗内，因此单位时间内进入漏斗的水分子数多于从漏斗中流出的水分子数，这种现象就叫做渗透作用。

　　渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散，通常是由水分子相对含量较高的一侧扩散到相对含量较低的一侧。在渗透作用中，水分子通过半透膜的扩散是双向的，只是速度有差别。

　　这是两套典型的渗透装置。我们可以看到，要发生渗透作用必须满足两个条件：第一是存在半透膜，第二是半透膜两侧的溶液存在浓度差。在图中的这套渗透装置中，我们向长颈漏斗内和烧杯中加入两种不同浓度的蔗糖溶液，一段时间后发现漏斗内的液面升高了。假设蔗糖分子不能透过半透膜，当液面高度不再发生变化时，即达到了动态平衡。此时仍然有水分子进出漏斗，只是水分子双向运动的速率相等。同学们，你能判断一下，在达到平衡前两种溶液的浓度大小吗？

　　生：溶液2的浓度要大于溶液1。

　　师：在渗透过程中，两种溶液的浓度又会发生怎样的变化呢？

　　生：溶液2的浓度会减小，溶液1会增大。

　　师：达到渗透平衡后，两种溶液浓度的大小又是怎样的呢？

　　生：此时仍然是溶液2的浓度大于溶液1。

　　师：既然半透膜两侧的溶液仍然存在浓度差，那为什么液面不再升高了呢？

　　生：这是由于随着漏斗内水分子的增加，液面升高，液体的重力增大，于是就会对半透膜造成更大的压力，使得水分子进入漏斗的阻力增大，液面就不再升高了。

　　师：渗透作用会受到哪些因素的影响呢？首先当然是浓度差。在这套渗透装置中，假设葡萄糖和蔗糖均不能通过半透膜。一开始U型管两侧液面等高，你能判断一段时间后U型管内的液面会如何变化吗？

　　生：葡萄糖溶液一侧的液面会升高。

　　师：为什么呢？

　　生：这是由于葡萄糖溶液的初始浓度大于蔗糖溶液。我们这里所说的溶液浓度不是指质量百分比浓度，而是指物质的量浓度，也就是单位体积中溶质分子的微粒数越多，溶液的渗透压就越大，吸水力就越强。由于葡萄糖的相对分子质量小于蔗糖，因此在相同质量下，葡萄糖的分子数大于蔗糖。

　　师：第二，溶液的体积也会影响渗透作用。这是两个不同大小的长颈漏斗，我们向其中加入同浓度的蔗糖溶液。假设蔗糖分子不能通过半透膜，一段时间后，两个漏斗内的液面高度会是怎样的呢？

　　生：两个漏斗内的液面都会升高，而体积更大的漏斗中液面高度更高。

　　师：为什么呢？

　　生：因为当溶液浓度相同时，溶液体积越大，含有的溶质分子的微粒数就越多，将来吸收的水就越多，液面高度就会越大。

　　师：半透膜的面积也会影响渗透作用。这是两个相同大小的长颈漏斗，我们向其中加入等量的同一浓度的蔗糖溶液，但是半透膜的面积不同。一段时间后，两个漏斗液面的高度会是怎样的呢？

　　生：由于两个漏斗中液体体积和浓度都是相同的，所以最终液面的高度也是相同的。但是由于A漏斗半透膜的面积更大，吸水更快，所以它会更快达到渗透平衡。

　　师：老师还做了这样一个实验，这是两个鸡蛋黄，我分别称了一下它们的初始重量，然后一个放到一定浓度的蔗糖溶液中，一个放在清水中。17小时之后再次称量。结果发现放在蔗糖溶液中的鸡蛋黄变轻了，而且体积变小，颜色变得更深；而放在清水中的鸡蛋黄重量变大了，而且体积变大，黄色变浅了。41个小时之后再去观察，结果发现两者的重量、体积以及颜色的变化更加明显了。由此我们可以看出放在蔗糖溶液中的鸡蛋黄失去了水，而放在清水中的鸡蛋黄吸收了水。

　　无独有偶，有科学家将哺乳动物成熟的红细胞放在生理盐水中，发现红细胞的形态不发生改变，这是由于外界溶液浓度等于细胞质浓度，水分进出细胞处于动态平衡。但是如果我们把这个细胞放在高浓度的蔗糖溶液中，由于外界溶液浓度大于细胞质浓度，红细胞会失水皱缩。相反，如果把它放到清水中，由于外界溶液浓度小于细胞质浓度，红细胞会吸水膨胀甚至胀破。

　　这两个实验说明，动物细胞也能发生渗透作用，它与外界溶液共同组成了一个渗透系统。其中动物细胞的细胞膜就相当于一层半透膜。当半透膜两侧的溶液，即细胞质溶液和外界溶液之间存在浓度差时，动物细胞就能渗透吸水或者失水了。同样的道理，成熟的植物细胞与外界溶液也能组成一个渗透系统。

　　在成熟的植物细胞中，有一个中央大液泡，它占据了细胞绝大多数空间，将细胞质挤成了薄薄的一层。因此，对于成熟的植物细胞来说，它细胞内的液体主要就是指液泡中的细胞液。我们将细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。由于植物细胞的细胞壁具有全透性，水分子和溶解在水里的物质都可以自由通过；而原生质层具有选择透过性，相当于一层半透膜，因此水分子主要是通过原生质层进出细胞的。

　　我们可以制作紫色洋葱鳞片叶外表皮的临时装片，用显微镜来观察植物细胞的吸水和失水。

　　第一步，加清水。用小刀在洋葱外表皮上划一伤口，用镊子撕取单层外表皮细胞，置于清水后展平，盖上盖玻片。

　　将制作好的洋葱鳞片叶外表皮的临时装片放到低倍镜下观察。我们可以看到每一个细胞都有一个紫色的中央大液泡，原生质层紧贴细胞壁。

　　第二步，在盖玻片的一侧滴加0.3克每毫升的蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引，重复几次，使洋葱鳞片叶外表皮细胞充分浸润在蔗糖溶液中，然后再次放到低倍镜下观察。我们可以看到中央液泡逐渐变小，紫色变深，原生质层与细胞壁逐渐分离。

　　第三步，在盖玻片的一侧滴加清水，另一侧用吸水纸吸去水分，重复几次，使洋葱鳞片叶外表皮细胞充分浸润在清水中，再次进行观察。我们可以看到中央液泡逐渐变大，紫色变浅，原生质层逐渐贴近细胞壁。

　　下面我们来分析一下这个实验现象。在盖玻片的一侧滴加0.3克每毫升的蔗糖溶液之后，由于外界溶液浓度大于细胞液，因此植物细胞会发生渗透失水，进而发生质壁分离。