实验设计的目标在于观察植物细胞质壁分离与复原的过程，进而理解植物细胞渗透作用的原理。质壁分离的机制在于，当细胞液浓度低于外界溶液浓度时，细胞会通过渗透作用失水，导致液泡缩小、颜色加深，原生质层与细胞壁分离。而质壁分离的复原过程，则是当细胞液浓度高于外界溶液浓度时，细胞通过渗透作用吸水，使细胞液和液泡增大，原生质层恢复原状。
实验中，采用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为材料，因其液泡呈紫色，便于观察。实验材料还包括0.3g/ml的蔗糖溶液，它作为质壁分离剂对细胞无害。
实验步骤首先需要制作洋葱表皮的临时装片，步骤包括在载玻片上滴水，撕取洋葱鳞片叶外表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片。盖盖玻片时，应让盖玻片的一侧先触及载玻片，然后轻轻放平，以防止气泡产生。
观察洋葱细胞时，可以看到液泡大且呈紫色，原生质层紧贴细胞壁。随后，实验者需要在盖玻片的一侧滴入0.3g/ml的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引，重复几次，观察到液泡缩小、颜色加深，原生质层与细胞壁分离。这一步骤要求糖液浓度不能过高，以避免细胞严重失水死亡。
接下来，实验者需要观察细胞质壁分离的复原现象，从盖玻片的一侧滴入清水，在另一侧用吸水纸吸引，重复几次，观察到液泡由小变大，颜色由深变浅，原生质层恢复原状。实验者应注意，发生质壁分离的装片需立即滴加清水，使其复原，以避免细胞因失水过多而死亡。
实验讨论环节，如果将表皮细胞浸润在与细胞液浓度相同的蔗糖溶液中，这些表皮细胞会维持原状，因为细胞液的浓度与外界溶液浓度相等。而当红细胞细胞膜两侧的溶液具有浓度差时，红细胞不会发生质壁分离，因为红细胞不具细胞壁。
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