在学习植物生理学第一章水分生理过程中，霎时想到高中时的我和一些同学对于渗透和扩散现象非常不解，即便老师多次强调细胞在高渗溶液中失水、在低渗溶液中吸水，我却还是不明白为什么会有这种现象呢？扩散现象是溶质分子从高浓度流向低浓度，但是渗透现象又指出水分子从低浓度流向高浓度，这是为什么？在做题的过程中，还会遇到渗透压的概念，再配合这一个个让人发懵的U形管、漏斗，更是不着头脑了。下面，我和大家一起探讨扩散和渗透现象，希望可以帮到大家。
1 基本概述，明确夯实
众所周知，细胞需要与外界环境进行物质的交流，细胞不能自己合成所有的物质所以需要从外界摄取，同时细胞也需要将自身的废物排出细胞。那么，细胞是如何做到控制物质进出的呢？细胞膜的基本骨架是磷脂双分子层，在磷脂双分子层上有一些蛋白质可以帮助物质的进出，细胞膜并不是把所有物质“拒之门外”，小分子的物质可以顺利通过这层细胞膜，我们一般把这样允许小分子通过而大分子不能通过的膜称为半透膜，动物的膀胱膜、肠衣、羊皮纹、胶棉薄膜、玻璃纸等都属于半透膜。但是细胞膜并不仅仅是半透膜，细胞膜还可以对物质进行选择，所以还是一种选择透过性膜。需要注意的是，具有选择透过性的膜必然具有半透性，而具有半透性的膜不一定具有选择性透过性，这也是判断细胞是否死亡的标准，如果细胞死亡那么它的细胞膜就失去了选择透过性导致全透，使得任何物质都可进入细胞。本文着重探讨半透膜—仅允许小分子物质通过这一特性来对渗透现象进行解释。首先，我们需要掌握扩散和渗透这两个最基本的概念，根据浙科版高中生物必修一，我们知道扩散是分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象，而渗透是水分子通过膜的扩散。单看理论会不够具体，我们结合具体的例子进行更深入的理解。2 结合情景，帮助理解
在探讨这些现象的时候，我们首先要明确，分子无时无刻都在进行着分子热运动，即使下面我们描述中提到分子从高浓度流向低浓度，也并不是说分子绝对不会从低浓度到高浓度运动而是二者都存在，只不过从高浓度到低浓度这样的趋势更加明显，最后达到动态平衡。2.1 扩散
我们想象，在一个U形管内，左侧是葡萄糖（可以透过半透膜）溶液，右侧是水溶液，中间则是半透膜。由于葡萄糖和水都可以自由通过半透膜，这个膜并没有任何的阻碍作用。一段时间过后，两侧形成了均一而稳定的溶液，并且两侧的葡萄糖溶液浓度是相等的，根据连通器原理，两侧液面也是相平的。
我们着眼于溶质微粒角度，发现一开始左侧有很多的葡萄糖分子，右侧则没有，左右两侧由于溶质分子的不平衡形成了浓度梯度，这个浓度梯度推动左侧葡萄糖分子进入右侧的水溶液中，最终两侧的葡萄糖分子达到平衡。葡萄糖分子从高浓度处向低浓度处运动的现象，就是扩散。
2.2 渗透
同样是一个U形管，左侧是蔗糖溶液（无法透过半透膜），右侧是水溶液，中间是半透膜。蔗糖分子因为太大了，是无法穿过半透膜的，所以蔗糖会被“禁锢”在U形管的左侧，只有水分子可以自由穿过半透膜。虽然左侧溶质浓度大（具有蔗糖溶质分子），但是浓度再大也没有用，蔗糖分子是无法穿过半透膜到达右侧的。根据扩散的定义，物质分子总是从高浓度处向低浓度处运动，这里的物质分子也包括溶剂分子也就是水分子，左侧的溶质浓度大那么溶剂浓度就小，右侧的溶质浓度小那么溶剂浓度就大，所以溶剂分子会从溶剂浓度更高的右侧流向左侧，就好像左侧的蔗糖分子吸引水分子一样，这个吸引力被称为渗透压。渗透压的概念涉及到物理知识，并且编写中学教材选取内容时用了高校不同学科教材，各个教材对于渗透压定义也不一，《植物生理学》等涉及到植物水分代谢时，早就抛弃了“渗透压”一词，而采用了“水势”和“渗透势”等概念。[1]所以高中阶段我们将渗透压简单理解为溶质分子对水的吸引力，与浓度成正比即可。左侧蔗糖分子无法进入右侧，右侧水分子被左侧蔗糖分子吸引导致左侧液面升高，一段时间过后，左侧液面高于右侧，达到动态平衡并且液面不再变化。这时，可能有人会问，最后的液面不是相平的那这样不就违背连通器原理了吗？但是我们要知道知道，这个容器本来就不是连通器呀，因为半透膜已经把蔗糖分子“堵”在外面了。问题一：扩散关注的是溶质分子（葡萄糖），为什么没有关注溶剂分子（水）呢？解答：回答这个问题之前，我们要在回顾一下定义。根据浙科版必修一内容，我们知道扩散是分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象，即扩散并不仅仅限制在溶质分子也包括溶剂分子的移动，而关注溶剂分子的特殊扩散形式则是渗透。在实际应用中，自由扩散一般用于溶质、气体分子出入细胞，渗透作用专指水分子（或其他溶剂分子）出入细胞。[2]不过我们为了更直观的理解扩散从高浓度流向低浓度，举的例子关注的是溶质分子。当你关注的是溶剂分子的时候，这时的扩散就叫做渗透了。问题二：扩散中提到了浓度梯度和渗透中提到的渗透压有什么关系呢？是一个概念吗？解答：浓度梯度：当界面两侧溶液间存在浓度差时，在界面允许溶质自由通过的条件下，高浓度侧与低浓度侧的溶质在空间上的分布是均匀递减的，此种浓度差在空间上的递减称为浓度梯度。渗透压：溶质分子对水的吸引力，与浓度成正比。浓度梯度一定是在界面允许溶质自由通过，也就是葡萄糖可以通过半透膜。渗透压并没有对是否可以通过界面进行限制，所以2.1中葡萄糖也是有渗透压的并且由于葡萄糖可以自由通过也具有浓度梯度。而2.2中蔗糖分子无法自由通过所以仅具有渗透压。问题三：既然问题二提到2.1中葡萄糖不仅有浓度梯度也具有渗透压那么会对结果有何影响呢？解答：回过头来，我们再一次仔细分析一下2.1的实例，浓度梯度使葡萄糖从左侧→右侧，渗透压使水从右→左，由于水的相对分子质量小，移动速度更快，所以“胜人一筹”先冲到左侧使得左侧液面升高，但是等葡萄糖自由移动后，左右侧充分混匀，液面相平。所以过程是左侧的液面是先升高后下降最终与右侧相平。2.4 概念总结
扩散：扩散是分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象
浓度梯度：当界面两侧溶液间存在浓度差时，在界面允许溶质自由通过的条件下，高浓度侧与低浓度侧的溶质在空间上的分布是均匀递减的，此种浓度差在空间上的递减称为浓度梯度。
渗透：水分子通过膜的扩散。
渗透压：溶质分子对水的吸引力，与浓度成正比。
3 概念对比，清楚明晰
比较项目 | 扩散 | 渗透 |
概念 | 扩散是分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象 | 水分子通过膜的扩散 |
移动方向趋势 | 溶质分子：高溶质浓度→低溶质浓度 | 溶剂分子：高溶剂浓度→低溶剂浓度 |
驱动力 | 浓度梯度 | 渗透压 |
着眼点 | 一般是溶质 | 一定是溶剂 |
关系 | 渗透是一种特殊微粒（即溶质分子）过膜的扩散方式[3]。分子都是从相对多的地方往相对少的地方移动。 |
4 生物实例，融入生活
实例一：
水分进出哺乳动物红细胞的状况
① 外界溶液浓度＜细胞质浓度，相对而言外界溶液溶剂即水分子更多，所以水分子由外界溶液渗透进入细胞内，使细胞胀大。② 外界溶液浓度＞细胞质浓度，相对而言外界溶液溶剂即水分子更少，所以水分子由细胞内渗透进入外界溶液，使细胞皱缩。③ 外界溶液浓度=细胞质浓度，细胞内外水分子的相对数相等，细胞大小不变。
图 3质壁分离现象
制作洋葱表皮细胞的临时装片，用显微镜可以观察到左图洋葱表皮细胞中紫色的大液泡，同时观察到质膜及其以内部分紧紧地贴着细胞壁。从盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸水，重复几次可以观察到右图质壁分离的现象。质壁分离的“质”与“壁”：“质”指原生质层而不是细胞质，“壁”则指细胞壁。质壁分离发生时，水分子依次经过的细胞结构是：质壁分离发生时，水分子由细胞向外渗出（因为外界溶液浓度大于细胞内浓度），依次经过液泡膜、细胞质、细胞膜，最后通过细胞壁离开细胞。[4]5 例题分析，助力考场
例题：如图4所示为渗透作用实验，开始时如图（一），A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，过一段时间后结果如图（二），漏斗管内液面不再变化，H1、H2表示漏斗管内液面与清水的液面差。则图（二）B的浓度 （大于、小于、等于）C的浓度。图（一）A中水分子扩散到B的速度 （大于、小于、等于）A中水分子扩散到C的速度。图（二）A中水分子扩散到B的速度 （大于、小于、等于）B中水分子扩散到A的速度。图（一）B的浓度 （大于、小于、等于）C的浓度。图（二）B漏斗内溶液浓度 （大于、小于、等于）A中浓度。[5]
解析：此题考查有关半透膜发生渗透作用的平衡问题。由题知，A是清水，B、C是蔗糖溶液，蔗糖分子是无法通过半透膜的（参考2.2）。从最终的结果可以看出，H1的高度大于H2的高度，H1的水柱高证明B中产生的渗透压更大、其中溶质分子对水分子的吸引力更大即浓度更高，所以才可以吸引着A中的水上升到更高处。所以得到B中蔗糖溶液浓度＞C中蔗糖溶液浓度。因此图（一）A进入B的速度大于进入C的速度。由于图（二）中漏斗管内液面不再变化，所以水分子的进出达到了动态平衡，根据以上分析，图（一）浓度大小易知B＞C，B是蔗糖溶液无论怎么稀释浓度也是大于A清水的。参考文献
[1]夏献平.脱水与渗透压变化——对高中生物选修教材的讨论[J].中学生物教学,2004(4):52-52.
[2]苑录.析渗透作用和自由扩散[J].中学生物教学（下半月）,2009(1):70-70.
[3]苏宏鑫.对"扩散"和"渗透"的讨论[J].生物学通报,2009,43(11):20-22.
[4]刘彩荣.观察植物细胞质壁分离与复原要点知识导悟[J].试题与研究(教学论坛),2012(10):63.
[5]李进京.看看生物里的那些“渗透”[J].求学：理科版,2016:58.
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2.“物质出入细胞的方式”专题讲座