A、洋葱细胞的细胞壁是全透性的,蔗糖溶液能自由进出细胞壁,但是在光学显微镜下是观察不到蔗糖分子的,A错误;B、将紫色洋葱表皮细胞置于0.3g/mL的蔗糖溶液中,细胞失水,液泡逐渐变小,颜色变深,B错误;C、在光学显微镜下,当植物细胞方式质壁分离时可以观察到细胞膜和液泡膜的位置,但是观察不到明显的结构,C错误;D、将紫色洋葱表皮细胞置于0.3g/mL的蔗糖溶液中,细胞失水,液泡逐渐变小,颜色变深,D正确.故选:D.