生物强化技术作为生物修复重金属污染土壤的一种手段，是近年来环境科学领域的一个研究热点。本文利用诱变育种技术获取了对镉具有高耐受性和高富集性的诱变微生物；研究了添加一种工业废弃物—诺沃肥，对诱变微生物在含镉土壤中的生长以及固定土壤中镉的促进作用；在生物强化修复过程中，研究并优化了影响修复效果的各个因素；并通过盆栽试验最终确认了生物强化对镉污染的修复效果。最后初步研究了利用基因组改组技术构建高效抗镉融合菌，考察了同时利用2株融合菌进行生物强化修复镉污染土壤的效果。　　 主要研究结果包括：(I)紫外线诱变和亚硝酸诱变技术均可以被用来选育高抗镉微生物。以枯草芽孢杆菌Bacillus subtillis(镉对其最小抑制浓度MIC=0.25mmol/L)为出发菌株，经过紫外诱变5 min后，获取的高效抗镉诱变菌B38的MIC被提高到3 mmol/L，抗镉性能是出发菌的12倍；以热带假丝酵母菌Candidatropicalis(对镉的MIC=0.08 mmol/L)为出发菌株，紫外诱变5 min获得高抗Cd的诱变菌C14，对镉的MIC被提高到1.2 mmol/L，抗镉性能是出发菌的15倍。扫描电镜图谱、透视电镜图谱和傅立叶红外图谱分析表明，诱变菌株B38在吸附镉后，表面可以吸附大量的镉，并且细胞表面没有发现有严重的凹陷和质壁分离，说明B38具有高效的抗镉性能，另外，其细胞壁的组分中存在羟基、酰胺基、羰基等活性基团，这些基团参与了吸附固定镉的反应。(II)诱变菌株B38和C14对镉的吸附能力受到很多因素的影响。死体诱变菌株对镉的吸附能力略强于活体菌株；当溶液中镉的起始浓度为0.5 mmol/L时，活体B38诱变菌在吸附镉的最佳条件pH=7、菌龄=8 h、吸附时间-20 h和菌液初始浓度=1×107 cells/mL下，对镉的吸附量达到2 mmol/g左右；活体C14诱变菌在吸附镉的最佳条件pH=8、菌龄=14 h、吸附时间=24 h和菌液初始浓度=6×106 cells/mL下，对镉的吸附量为1 mmol/g左右。两个诱变菌株的吸附行为都可以用Langmuir和Freundlich吸附等温线描述，且更符合Freundlich吸附方程。(III)对诺沃肥固定镉的机理研究表明，其含有大量的羟基，羰基和羧基、丰富的有机质以及石灰，这些基团起到了主要的作用；在添加诺沃肥后，染毒土壤浸提液，有利于诱变菌株B38和土著微生物的繁殖生长，细菌总数和诱变菌B38数目分别被提高了7倍和17倍，同时说明了B38和土著微生物存在协同生长，并且能有效的降低土壤溶液中镉的浓度至1.78×10-4 mmol/L。添加诺沃肥到土壤后可提高土壤的pH值、CEC含量以及有机质和DOC含量，在进一步接种B38后，pH值有所降低，表明生物强化对土壤pH值有一定的缓冲作用。(IV)添加诺沃肥可以有效降低土壤二乙烯三胺五乙酸(DTPA)可提取态镉的量(E-Cd)，而生物强化(引入诱变微生物)可进一步促进镉的固定效果，pH=7时，E-Cd分别降低了33％和72％。环境条件对于不同处理土壤的E-Cd有不同的影响规律，最适合生物强化修复的环境条件为pH7、温度30℃和土壤含水率50％。添加诺沃肥修复和生物强化修复的土壤中过氧化氢和脲酶活性明显高于对照组，说明生物修复后，土壤酶活性已经恢复。表明这2种修复措施都能改善土壤结构和性能，提高土壤的肥力。(V)以诺沃肥和诱变菌B38制成的复合生物固定剂对镉污染(10 mg/kg)土壤进行生物强化修复后，镉对土壤上种植的胡萝卜的发芽率没有影响，60天后收获的胡萝卜可食部分干重与没有经过修复的含镉土壤(对照)相比，增加了15.6倍；并且地下部的镉含量降低至0.15 mg/kg；土壤中酸可提取态镉的含量降低了73％，氧化物结合态、有机结合态和残余态镉的含量有所增加，说明生物强化处理改变了土壤中镉的各个形态的分布比例；变性凝胶梯度电泳(DGGE)图谱结果显示，经过生物强化修复，土壤微生物群落的丰度最高。在镉污染土壤上种植叶菜类蔬菜后，菠菜和小白菜可食部分镉含量分别为3.42和1.01 mg/kg；经过生物强化修复后，菠菜和小白菜可食部分的镉含量分别降低至0.74 mg/kg和0.16 mg/kg。综上，3种蔬菜可食部分的镉的含量均显著降低，其中小白菜和胡萝卜体内镉含量达到了国家无公害蔬菜质量限量标准，但是种植菠菜时，存在一定的生态风险性。(VI)基因组改组技术可以被用来构造高效抗镉微生物，通过3轮的基因组改组后，共获取了2株抗镉融合菌F178和F185，其MIC分别被提高至4mmol/L和4.2 mmol/L，表明2株融合菌对镉的抗性比6株出发菌有显著的提高；在生物强化修复镉污染土壤的试验中发现，分别接种这2株融合菌在生物强化处理60 d后，可以显著降低萝卜体内的镉浓度至0.3和0.4 mg/kg，但是，如果同时利用F178和F185进行生物强化处理时，萝卜体内镉含量降至0.17 mg/kg。　　 本论文利用紫外线诱变和亚硝酸诱变技术选育出对镉具有高耐受性和高积累性的微生物，为筛选和培育修复重金属污染的微生物提供了方法借鉴；以诺沃肥作为无害工业废弃物的代表，提出了复合生物制剂配方，改善微生物生境，协同微生物对重金属的固定效果，实现了对镉污染土壤的修复，为利用生物强化技术修复重金属污染土壤提供了一个新的途径。首次利用基因组改组技术获得了对镉具有高耐受性和高积累性的工程菌，不必经过繁琐复杂的分子生物学方法就能构建高效修复重金属污染的工程菌，为今后如何快速有效地选育修复重金属污染的基因工程菌提供了新的思路。本文的研究结果可直接在修复重金属污染的农田中应用。