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中国农田镉污染日益严重，造成经济和环境的双重损失。利用超积累植物进行修复因其成本低、不破坏土壤生态环境、不引起二次污染等优点，受到国内外工作者的重视。本研究选择以提取挥发油为主要栽培目的的药用植物紫苏为对象，在研究其重金属镉富集作用的生理生化基础与分子响应的基础上，初步开展了紫苏修复土壤重金属污染的田间试验，评价了其修复效果。主要结果如下：（1）采用水培试验研究不同镉处理浓度的紫苏株高、茎长及生物量变化，结果表明，镉处理浓度为2、5、10mg·L-1时，紫苏单株生物量分别为对照的71.6%、57.6%、34.0%，不同处理浓度间均存在极显著差异；采用土培试验研究不同镉处理浓度的紫苏株高、茎长及生物量变化表明，镉处理浓度为2、5、10、20、50、100mg·kg1时，不同镉处理浓度的紫苏单株生物量分别为对照的94.94%、90.28%、81.22%、70.52%、65.51%和54.90%，各处理之间差异达到了显著水平。镉胁迫下紫苏的生物量显著下降，生长受到明显的抑制。（2）镉胁迫下紫苏对重金属镉的吸收特性研究表明，水培试验中紫苏各器官的镉含量随处理浓度的增高而显著上升，各处理之间差异达到极显著水平。镉处理紫苏根部的镉富集量在357.4505.4μg·株-1之间，地上部的镉富集量在105.0226.3μg·株-1之间，全株的镉富集量在462.4705.0μg·株-1之间，根部的镉含量和富集量都明显大于地上部。紫苏对镉的富集系数在51.191.9之间，以5mg·L1处理时最大；转运系数则随镉处理浓度的升高而增大，最高为0.59。在土培试验中，2、5、10、20、50、100mg kg-1镉处理土壤的镉浓度依次下降了33.55%、64.26%、47.94%、15.93%、23.47%、33.12%，以5mg kg-1时下降比例最大。紫苏对镉的富集量对镉处理浓度的增加而升高，在107.46-588.23μg·株-1之间，处理浓度达到20mg·kg-1时，出现显著上升。土培紫苏的镉富集系数在5.88-53.73之间，以2mg·kg-1处理的镉富集系数最大；转运系数在0.73-1.43之间，2mg·kg-1处理时的转运系数最大。（3）土壤理化性质测定发现，镉处理土壤栽培紫苏后pH略有升高，土壤全氮含量在镉处理浓度高于5mg kg-1后出现显著提高；镉处理土壤全磷含量显著下降，钾元素含量明显增大。（4）水培条件下研究紫苏对镉胁迫的生理响应结果表明，镉处理浓度达到5.0mg·L-1和10.0mg·L-1时紫苏的SOD活性明显高于对照；镉处理紫苏的POD活性显著低于对照，依次下降了18.7%、40.1%和71.7%； CAT活性随镉处理浓度的增加而显著降低； MDA含量显著上升，分别为对照的1.27倍、1.59倍和1.98倍；紫苏GSH含量在低浓度镉处理下显著下降，当处理浓度增高达到5mg·L1时，GSH含量出现显著的升高。镉处理下，紫苏叶片的净光合速率分别为对照组的67.7%、41.1%和36.5%。激素含量测定结果表明，镉胁迫下ZR含量影响不大；ABA表现出低促高抑的现象；GA和IAA含量都显著高于对照，并以2mg·L-1处理时含量达到最大，紫苏表现出低浓度镉诱导激素升高和高浓度镉抑制激素分泌的趋势。镉胁迫下紫苏差异表达蛋白质分析表明，镉胁迫响应蛋白锰超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶、粘附素受体前体和异黄酮还原酶同系物表达上调；乙酰辅酶A硫酯酶、富含脯氨酸的蛋白质和辅酶NAD（+）-谷氨酸脱氢酶2mg·kg-1时表达上调，5mg·kg-1和10mg·kg-1时表达下调。镉胁迫对紫苏挥发油含量无显著差异，化学物质成分亦无显著的差异。（5）应用紫苏进行大田修复土壤重金属镉污染的结果表明，与对照土壤相比，经紫苏修复后土壤的重金属镉含量降低了14.21%-79.44%，土壤有机质、N水平和全钾无明显差异，pH下降，磷含量明显升高，速效钾水平明显降低。土壤酶活测定结果显示，经紫苏修复后的土壤过氧化物酶、多酚氧化酶和脲酶的活性无显著变化；过氧化氢酶和蔗糖酶活性降低，紫苏修复具有缓解土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性的升高作用；磷酸单酯酶含量则比对照显著升高，促进了土壤磷、碳循环。（6）采用T-RFLP分析土壤微生物区系结果表明，紫苏根际土壤中新出现的22个菌属，其中有益菌属包括，具有固氮与硝化作用，参与土壤氮素循环的弗兰克氏菌属、固氮螺菌属、慢生根瘤菌属和中华根瘤菌属；参与土壤中硫元素循环的硫杆状菌属、脱硫肠状菌属和脱硫盐菌属；光能异养的赤单胞菌属，抗酸性的分支杆菌属和分解木聚糖的优杆菌属等。镉污染土壤中所特有的菌属中，既存在根瘤菌属和中慢生根瘤菌属等益生菌属，也含有布鲁氏菌属、醋丝菌属、鞘脂杆菌属、鼠孢菌属和厌氧原体属等有害的细菌属。利用Biolog平板分析土壤微生物功能多样性结果表明，修复后土壤的AWCD值显著大于对照土壤，表明修复使得微生物的活性显著增强。修复后土壤微生物利用培养基多样性指数与对照土壤存在显著差异。（7）用于土壤修复的紫苏生长未受到明显抑制，紫苏挥发油含量大部分超过0.3%，最高含量达到0.42%，主要成分以及各类物质含量之间无显著差异。紫苏镉含量最高浓度为4.37mg·kg-1，根中吸收量最高浓度为5.79mg·kg-1，茎叶中含量较少；田间栽培紫苏的生物量大，最高富集量达到1488μg·株-1。总之，镉胁迫下紫苏的生物量随处理浓度的增大而下降，能保持正常的生长。在水培和土培试验中均表现出较强的镉富集能力。在镉胁迫下紫苏的光合作用受到抑制，净光合速率明显下降，但紫苏通过体内氧保护酶和GSH的调节，表现出一定的抗逆性。同时，紫苏表现出低浓度镉胁迫诱导激素升高和高浓度抑制激素分泌的趋势；在蛋白质水平亦发生一定的响应，例如锰超氧化物歧化酶在镉胁迫下上调表达，增强了紫苏对自由基的清除能力；抗坏血酸过氧化物酶在镉胁迫下出现上调表达，使得GSH含量升高，对镉的解毒起到促进作用；异黄酮还原酶在镉胁迫下表达上调，增强了紫苏根系的抗病能力。将紫苏用于镉污染土壤修复试验，证明了紫苏具有较好的修复效果，其中以直播方式种植，紫苏行间距20cm×20cm、施肥方式为有机肥+45%复合肥的紫苏栽培方式的效果最佳。