师：同学们，有没有留意过生活中的这些现象？腌黄瓜、糖拌西红柿的时候会有很多水分出来。我手里的烧杯里是等量的萝卜块，一个加盐腌了三个多小时，一个没有加盐。我们可以观察到，加盐的这个已经有很多水分出来了。那么，这些水分为什么会从萝卜里面出来呢？我们知道，细胞的边界是细胞膜，它是将细胞内外隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户。我们先来分析水是怎样进出细胞的。一起看一个渗透实验。

　　这里，烧杯里面是清水，这是长颈漏斗，在长颈漏斗的口上封了一层半透膜。半透膜是有一定孔径的薄膜。刚开始的时候，漏斗内和烧杯内的水面是齐平的，过了一段时间以后，我们看看发生了什么。我们看到，长颈漏斗内的液面升高了。那么，这里长颈漏斗内的液面为什么会升高呢？我们看一下动画的解析过程。

　　（动画展示）

　　师：好，页面上升。我们看到，这一层半透膜是有一定孔径的薄膜，橙色的代表蔗糖分子，它比孔径大，所以不能够通过这层半透膜。我们加的这个色素分子也比孔径大，同样不能够通过半透膜，所以我们看到颜色始终在长颈漏斗内没有出来。而水分子，它的直径比孔径要小，绿色的这些水分子就可以自由地通过半透膜来来去去。

　　这里水分子自由地来去，但蔗糖中的水分增加了，说明水分子从清水到蔗糖液中的要比从蔗糖液到清水当中的要来得多。我们可以分析，清水当中水的相对含量肯定比蔗糖液当中水的相对含量要多，那么水分子就从多的往少的这一侧扩散。我们把水分子或者其他溶剂分子通过半透膜的扩散称为渗透作用。从浓度的角度来看，水多的清水，对于溶液来讲属于低浓度；蔗糖液当中水分子相对含量少，从溶液来讲它是高浓度。所以水分渗透的方向是从低浓度到高浓度，方向是从低到高。因为它是溶剂，这个过程是顺浓度梯度的，所以并不耗能。那么，如果漏斗管足够长，管内的液面会不会无限升高呢？我们看到，在水分增加的时候，液柱上升会产生静水压，当静水压和两侧的溶液浓度差产生的渗透压相等的时候，水分的进出就达到了平衡状态，所以液面不会无限地升高。

　　如果我们用一层纱布代替半透膜会怎样？漏斗管内的液面还会不会升高？我们知道，纱布的空隙很大，溶液当中所有的分子都可以自由地通过，所以最后整个溶液成为一体，液面也不会升高。换成塑料纸的话，蔗糖分子还有水分子都不能通过，所以维持原状，也不能够升高。如果烧杯当中不是清水，两侧是同样浓度的蔗糖液，这个时候呢？单位时间内进和出的水分子数是相等的，水分子的进出处于平衡状态，液面也不会上升。

　　从刚才的问题我们可以分析得出，发生渗透作用需要两个基本的条件：第一，要有半透膜；第二，在半透膜的两侧必须要有浓度差。

　　那么，水分子通过细胞进出是不是同样的原理？我们以哺乳动物的红细胞为例来说明一下。如果把哺乳动物的红细胞放在不同浓度的氯化钠溶液当中，预测一下可能会发生什么情况，分析的依据是什么呢？红细胞里面主要是血红蛋白，血红蛋白能不能通过细胞膜出来？我们知道是不会出来的。这时，里面是含血红蛋白的细胞内液，或者说细胞质，外面是氯化钠溶液。如果这层细胞膜相当于一层半透膜，就会发生水分的渗透作用。

　　我们预测，如果外界的氯化钠溶液高于里面的细胞质的浓度，那么细胞就会渗透失水，反之它会吸水。事实上是不是这样呢？我们看三张图。第一张图当中，我们看到红细胞原本是双凹型的圆盘状，现在出现了圆胀的现象，说明它发生了吸水。如果继续吸水，它有没有可能胀破呢？当然有可能。第二张图，外界溶液浓度大于细胞质浓度的时候，我们看到细胞是皱缩的，说明细胞失水。第三张图，红细胞保持正常的双凹型的圆盘状，说明水分的进出是平衡的。这个实验结果说明，动物细胞通过渗透作用吸水和失水，在这里细胞膜起到了半透膜的作用，它具有控制物质进出细胞的功能，水分子可以自由进出，而像血红蛋白是不能出来的。

　　联系实际想一想，在临床上输液，我们为什么要用生理盐水？我们知道是0.9%的氯化钠溶液，这个浓度实际上和我们血浆的渗透压是相当的，是等渗溶液。这样的溶液输到我们血液当中，可以维持血浆渗透压的稳定，保持血细胞正常的形态，从而可以保持血细胞正常的功能。

　　水分进出其他的动物细胞是不是同样的原理呢？动物细胞的结构大致是一样的，所以原理是一样的。那么，水分子怎样进出植物细胞呢？我们先要看植物细胞是否具备发生渗透作用的条件，先分析植物细胞的结构。这是一个成熟的植物细胞的结构模式图，和动物细胞相比它有什么明显的区别？我们看到它外面有细胞壁，还有一个大的液泡。细胞壁的成分是纤维素和果胶，它是全透性的，也就是凡是溶于水的物质都可以自由地通过，我们可以把它想象成一个竹篾编成的框，套在细胞的外面，起一个支持和保护的作用。而液泡里面的液体叫做细胞液，成熟植物细胞液泡非常大，占据了细胞的大部分空间，所以植物细胞内的液体环境主要指的就是细胞液。

　　这里，细胞液和外界溶液之间隔了一些什么结构呢？我们看到标红的这些，一个是细胞膜紧贴着细胞壁，本来看不见的，现在标了红色，还有是液泡膜。在细胞液和外界溶液之间隔了这些结构，我们称它为原生质层，包括了细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。

　　那么，植物细胞到底是怎样吸水和失水的？我们可以设计实验来探究一下。根据问题我们可以做出这样的假设：原生质层相当于一层半透膜，植物细胞通过渗透作用吸水和失水。在设计实验的时候，我们的思路应该和探究动物细胞一样，让植物细胞处于不同浓度的外界溶液当中。如果假设是正确的，当外界溶液浓度高于细胞液浓度的时候，细胞会失水，反之则会吸水。设计实验的时候，我们要考虑的问题有：选择什么样的植物细胞？如何让细胞处于不同浓度的外界溶液当中？我们怎样可以看到吸水和失水的现象？同学们可以尝试进行设计，然后参考我们书本64页上的案例。我们按照书本上的案例进行了实验，一起来看拍摄的实验视频。

　　（视频展示）

　　师：在载玻片上滴一滴清水，选取新鲜洋葱鳞片叶，用刀片在外表皮上划一方框，用镊子撕下表皮，将撕下的表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片，制成临时装片。

　　接下来，制成的临时装片放在显微镜下观察，我们可以看到这个植物成熟的洋葱表皮细胞有紫色的大液泡，几乎占据了细胞的整个空间，这是初始状态。接下来，我们要把这个洋葱表皮细胞浸润在0.3克每毫升的高浓度的蔗糖溶液当中，看一看会发生什么样的现象。

　　从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流，这样重复几次，洋葱鳞片叶外表皮就浸润在蔗糖溶液中，之后将临时装片放于显微镜下进行观察。

　　（显微镜观察画面展示）

　　师：看显微镜下注意观察。我们可以看到紫色的部分在逐渐地缩小，说明水分从细胞液通过原生质层出去了。这个时候我们看到外面的细胞壁基本是不变的，原生质层缩小以后就和细胞壁之间发生了分离，出现了质壁分离的现象。接下来，我们想办法让洋葱表皮细胞重新浸润在清水中。

　　之后将临时装片放于显微镜下进行观察。

　　（显微镜观察画面展示）

　　师：在显微镜下我们可以看到紫色的部分在变大，整个原生质层慢慢地恢复原状，重新紧贴细胞壁。实际上说明水分从外界溶液通过原生质层进入到了液泡中。整个实验的流程我们来看一下，初始状态我们看到的表皮细胞有紫色的大液泡，原生质层是紧贴细胞壁的。浸润在蔗糖液当中以后，液泡变小，颜色逐渐变深，这时原生质层和细胞壁逐渐分离。重新浸润在清水当中之后，我们看到液泡又逐渐变大，颜色变浅，而原生质层逐渐地恢复到紧贴细胞壁，这样前后形成了一个对照，初始、高浓度的蔗糖液、清水当中形成了一个很清晰的对照。根据记录的实验结果，我们分析洋葱表皮细胞在不同浓度的外界溶液当中发生了失水和吸水的现象。结论：原生质层相当于一层半透膜，植物细胞是通过渗透作用吸水和失水的。这个过程我们可以一起看一个动画的模式过程来加深一下理解。