關鍵概念
生物學
滲透作用
細胞
化學
濃度
水分運輸
介紹
你有沒有想過植物是如何從土壤中“喝”水的？植物吸收水分的過程非常複雜。一個叫做滲透作用的過程幫助水分從土壤移動到植物根部，然後再進入植物細胞。在這個活動中，你將親眼看到如何透過滲透作用使水移動！
背景
地下的大部分水不是純淨水。它通常含有溶解的礦物鹽。動物和植物需要這些鹽（包括鈣、鎂、鉀和你可能熟悉的作為食鹽的鈉）來生長、發育和保持健康。不同的水源攜帶不同數量的這些鹽。大自然希望平衡一個不平衡的系統。因此，如果你將水與兩種不同的鹽濃度混合，鹽不會保持分離，而是均勻地擴散到整個溶液中，直到整個溶液的鹽濃度相同。
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如果你用半透膜分隔兩種鹽溶液，你會發現類似的反應。半透膜是一種屏障，它只允許某些粒子透過，同時阻止其他粒子透過。這種型別的膜通常允許水透過，但不允許溶解在水中的鹽透過。在這種情況下，由於只有水可以透過這種膜，水將開始從鹽濃度較低的區域（水較多鹽較少）移動到鹽濃度較高的區域（水較少鹽較多）。只有當膜兩側的鹽和水濃度相同時，水的移動才會停止。
水分穿過半透膜移動的過程稱為滲透作用。植物利用這一過程來吸收水分。它們在與土壤接觸的根細胞中創造高鹽濃度的環境。細胞壁充當半透膜，只允許水透過。由於根細胞外的水鹽濃度較低，水開始由於滲透作用而移動到根細胞中。進入植物的水充滿細胞，並可以輸送到植物的其餘部分。然而，滲透作用是雙向的。如果你將植物放入鹽濃度高於其細胞內部濃度的水中，水將從植物中流出以平衡濃度差異。結果，植物會萎縮並最終死亡。在這個活動中，你將用自己的眼睛看到使用馬鈴薯和不同鹽水溶液的這種效果。
材料
蒸餾水
帶毫升 (mL) 刻度的量杯
食用鹽
帶克刻度的體重秤
三個塑膠杯或玻璃杯
勺子
至少三個馬鈴薯
蘋果去核器。（或者，您可以讓成年人幫助您使用砧板和刀。）
刀（以及一位成年人幫助您使用）
尺子
紙
筆或鉛筆
計時器
紙巾
方格紙（可選）
其他蔬菜或水果（可選）
準備工作
準備三種不同的鹽水溶液。為三個杯子建立標籤：“0 克”、“2 克”和“4 克”。
向每個杯子中加入 100 毫升蒸餾水。
稱出 2 克食用鹽，加入標有“2 克”的杯子中。然後稱出 4 克食用鹽，加入標有“4 克”的杯子中。用勺子混合溶液，直到所有鹽都溶解。
繪製一個表格，您可以在其中輸入每種鹽濃度（0 克、2 克和 4 克）的每個馬鈴薯條的起始尺寸（長度和直徑或寬度）和結束尺寸。
準備至少三個馬鈴薯芯。小心地將去核器完全推入馬鈴薯中，並小心地取出芯，以使馬鈴薯塊保持完整。（或者，您可以讓成年人幫助將馬鈴薯切成尺寸相同的條狀。）馬鈴薯塊應至少半英寸厚和兩英寸長。（理想情況下，您將能夠準備九個匹配的芯或條，以便您可以測試每種溶液中的三個塊，以徹底比較結果。）
用刀小心地去除馬鈴薯芯上的任何馬鈴薯皮，並用水快速沖洗芯。
使用尺子確保每個馬鈴薯塊的大小相同（最好精確到毫米）。根據需要小心地用刀修剪任何塊。
以毫米為單位測量每個馬鈴薯條的尺寸（長度和直徑或寬度），並將資訊寫入表格。
可選地，您也可以稱量每個馬鈴薯塊並記錄其重量。
步驟
將一個馬鈴薯條（如果您製作了九個塊，則為三個）放入每個杯子中。在您這樣做時，用手指感覺馬鈴薯條並嘗試稍微彎曲它們。它們感覺如何？它們容易彎曲嗎？
將您的計時器設定為 30 分鐘。讓馬鈴薯條在不同的溶液中靜置整個時間。您認為每個杯子中的條帶會發生什麼？
30 分鐘後，檢查溶液內部的馬鈴薯條。您看到任何變化嗎？
從“0 克”杯子中取出馬鈴薯條，放在紙巾上。在這樣做時，再次感覺馬鈴薯塊並嘗試稍微彎曲它們。它們感覺如何？它們比以前更容易還是更難彎曲？
使用尺子測量每個馬鈴薯條的精確長度和直徑或寬度（以毫米為單位），並將結果寫入表格。您注意到馬鈴薯條的尺寸有什麼變化嗎？ 可選地，您可以稱量這些塊並記錄其重量。
接下來，從“2 克”杯子中取出馬鈴薯條，並將它們放在紙巾上；當您這樣做時，感覺它們。測量它們的長度和直徑或寬度。將您的結果寫入表格。可選地，您可以稱量這些塊並記錄其重量。這些馬鈴薯條發生了什麼變化？
對“4 克”杯子中的馬鈴薯條重複相同的步驟。將您的結果寫入表格。與其他的相比，您對這些的結果是相似還是不同？
條帶的感覺如何根據它們所在的溶液而變化？您認為這是為什麼？
比較表格中的結果。每個杯子中馬鈴薯條的長度和直徑或寬度是如何變化的？如果您測量了重量，重量又如何變化？您能解釋您的結果嗎？
額外問題： 如果您在浸泡前後稱量了每個條帶的重量，請比較重量。每種溶液中馬鈴薯條的質量如何變化？
額外問題： 將馬鈴薯條在溶液中放置更長時間。如果您讓它們在鹽水中浸泡一小時或過夜，它們看起來會怎麼樣？
額外問題： 如果您有方格紙，請製作一個圖表，水平軸為鹽濃度，垂直軸為浸泡後馬鈴薯條的長度或直徑。繪製兩條線來製作您的圖表。對於第一條線，連線您找到的每個資料點。對於第二條線，繪製一條水平線，從垂直軸上顯示馬鈴薯條原始長度的點開始。根據您的圖表，您能找到馬鈴薯條長度根本不應變化的鹽濃度嗎？
額外問題：這項活動如何適用於其他蔬菜或水果？ 嘗試一下找出答案！
觀察和結果
您的馬鈴薯條是否縮小和膨脹了？一開始，所有的馬鈴薯條應該具有相同的長度並且應該感覺相同。然而，當您將它們放入不同的溶液中時，這種情況開始改變。雖然“0 克”杯子中的馬鈴薯條可能會變大，但其他馬鈴薯條在鹽水中放置 30 分鐘後可能會變短。（如果您在 30 分鐘後沒有看到任何顯著變化，請將馬鈴薯條在鹽水溶液中放置更長時間。）
馬鈴薯條的縮小和膨脹是由於滲透作用。馬鈴薯由細胞組成，其細胞壁充當半透膜。“0 克”溶液比馬鈴薯細胞（鹽較多水較少）含有更少的鹽和更多的水。為了平衡這些濃度差異，杯子中的水會移動到馬鈴薯細胞中。進入馬鈴薯細胞的水會推擠細胞壁，使細胞變大。結果，整個馬鈴薯條變大。在高濃度鹽溶液中情況則相反。如果杯子中的鹽濃度高於馬鈴薯細胞內部，水會從馬鈴薯中流出到杯子中。這導致馬鈴薯細胞收縮，這解釋了為什麼馬鈴薯條的長度和直徑變小。由於馬鈴薯細胞的收縮，馬鈴薯條也變得不那麼堅硬。如果您彎曲馬鈴薯條，您應該會注意到，與不含鹽的水中的馬鈴薯條相比，那些在含鹽量最高的溶液中的馬鈴薯條更容易彎曲。
如果您製作了圖表，您可能已經注意到，存在一個鹽濃度，在該濃度下，馬鈴薯條既不膨脹也不收縮。這應該是您的資料曲線和起始長度線相交的地方。此時，馬鈴薯細胞內部和杯子內部的鹽濃度相同。由於濃度已經平衡，因此沒有水移動。
清理
將鹽水溶液倒入水槽中。將馬鈴薯條扔進堆肥中，並清理您的工作空間。您可以用其他未使用的馬鈴薯塊烹飪。
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