探究活動1-2：細胞的滲透作用
今天我們要進行的是「細胞滲透作用觀察實驗」。大家知道植物細胞遇到不同濃度的溶液時，細胞裡的水分會發生什麼變化嗎？我們要用顯微鏡觀察紫洋蔥或紫背萬年青的細胞，看看它們會不會出現「質壁分離」現象，並且用數學的方法——內插法，來估算出植物細胞的「等張濃度」。
🔍 實驗原理
在本活動中若選用紫背萬年青葉片下表皮製作觀察玻片，可以看到細胞內部具有明顯的紫色區塊。這些紫色區是由於液泡中含有大量的花青素（anthocyanin）所造成，而花青素是溶於水的色素，儲存在液泡內。當細胞處於高滲透壓環境時，水分由細胞流出，液泡縮小，花青素集中，紫色區縮小；反之，若水分流入細胞，液泡膨脹，花青素擴散，紫色區擴大。因此，觀察紫色區塊的大小變化可以作為細胞水分變動與質壁分離程度的輔助指標。
植物細胞因細胞壁的支撐，可以承受內部水壓的變化。當細胞置於高滲透壓（高濃度）溶液時，水分從細胞內流出，細胞膜與細胞壁分離形成「質離」；若置於低濃度溶液中，細胞吸水膨脹，但不會破裂。當質離率為50%時，即為「等張濃度」，代表細胞內外滲透壓達平衡。我們可以使用「內插法」計算此濃度。
在細胞吸水膨脹的過程中，細胞內滲透壓並非完全不變。隨著水分進入細胞，細胞液會被稀釋，細胞內滲透壓會略微下降。然而，由於細胞內含有大量無法穿透細胞膜的大分子（如離子、有機酸鹽等），整體仍維持相對較高的滲透能力，足以持續吸水。當外部溶液濃度較低時，水分沿著水勢梯度進入細胞，增加液泡體積，使細胞內水分壓力上升。水分進入後增加了液泡體積，導致細胞內水分壓力上升，此壓力由液泡對細胞膜、細胞膜再推向細胞壁，形成所謂的「膨壓」（turgor pressure）。膨壓的增加對植物維持挺立與生長具有重要意義。因此，細胞吸水膨脹的同時，膨壓逐漸上升，直到與外部環境水勢達到平衡為止。
🧪 實驗材料與準備
紫背萬年青葉
不同濃度蔗糖溶液（例：0.1 M 至 0.5 M）
滴管、載玻片、蓋玻片、顯微鏡、秒錶、記錄表
🧭 操作步驟
每組製作一片葉片下表皮玻片標本（盡量薄透）。
滴上特定濃度蔗糖溶液，靜置10分鐘。
使用顯微鏡觀察細胞形狀變化，判斷是否發生質離。
記錄每組濃度下的質離百分比。
整理數據後，用公式：
m = m₁ + (50% - p₁) × (m₂ - m₁) / (p₂ - p₁)
來估算植物細胞的等張濃度。
「哪些細胞在高濃度下明顯質離？」
透過顯微鏡觀察，辨識在哪些蔗糖濃度條件下，細胞內水分大量流失，導致細胞膜明顯從細胞壁內縮，也就是「質壁分離」的現象。這是確認高滲透壓環境對細胞影響的直接證據。
「若細胞完全沒變，是不是代表等張？」
「無變化＝水分進出達到平衡」的概念。當細胞置於與其內部滲透壓相同的溶液（等張溶液）時，水分會等量進出，細胞的形態不會改變，這時觀察到的就是「完全沒變」。
🌱 應用實例分享
農業灌溉：灌溉水過鹹會造成植物細胞脫水萎縮，影響作物生長。
保鮮技術：將蔬果浸泡在適濃鹽水中，可以降低水分流失。
