铁是所有好氧生物体内不可或缺的重要组成元素。由于当今海洋环境的富氧条件，铁在海水中变得非常稀缺，也因此被指出是高硝酸盐低叶绿素海区初级生产力和生物泵作用发挥的重要限制因子。热带的西北太平洋是典型的寡营养海区，但有较高的铁的陆源输入，目前在该海域开展的有关营养限制的现场调查尚无。另一方面，有报道指出由于缺乏直接的现场测量证据，这里的表层海水是否具备富足的生物可利用性的溶解铁，尚存在争议。除了铁元素之外，海洋表层的浮游生物的生长还需要一系列其他的痕量和宏量营养元素的支持。寡营养的热带-亚热带西太平洋中的固氮速率低，因此尽管主要的氮、磷营养盐含量都很低，该海域表层海水中磷的浓度相对氮来说是富足的。我们已经知道海洋中存在的多种微型生物，包括浮游植物、异养细菌和原生动物（例如海洋真菌）等，都对铁元素有高需求，因此它们之间形成对海水中的溶解铁的竞争关系。也正因为如此，不同的微生物类群在长期的进化过程中发展出了各自应对铁限制的生活策略，例如isiA(Iron Stress Induced A)功能基因，是长期生活在缺铁或者复杂铁环境中的蓝细菌获得的一种基因水平上的适应机制，被称为海洋环境中的“ironbiomarker”。本论文的第一部分在热带的西北太平洋，通过现场培养实验调查了浮游植物对铁和氮元素加富的系列生物响应，用于分析该海域潜在的营养盐受限模式;第二部分关注寡营养大洋中的优势浮游植物类群蓝细菌的铁适应分子机制，利用设计的isiA功能基因特异引物，在全球尺度上系统调查了这种基因的多样性、新类群的存在以及可能的环境控制因子;最后一部分则研究了经常被作为模式真菌来学习、细胞代谢上对铁有较强依赖性和耐受力的异养真核生物破囊壶菌在夏威夷海水中的分布模式和生态位，为接下来开展它们的分离和铁代谢生理实验打下基础。　　寡营养的热带西北太平洋普遍受到氮源的限制，只有在靠近赤道的站位，铁才变成一种受限元素（氮和铁共同限制）。在有正响应的实验处理组中，显著的生物量增长主要是由大型（硅藻）和pico级浮游植物（聚球藻）的大量繁殖贡献的。在高生物量的处理组中通常伴有在整个群落水平上光合效率的显著提升，以及群落结构组成的改变，最常见的就是优势类群由原来的蓝细菌被硅藻替代。基于这些实验结果和大量前人的研究，我们整合了在整个热带-亚热带太平洋海区与营养盐（氮和铁）受限相关的，浮游植物在培养实验中表现出的普遍的生物响应，并在此基础上提出了一个关于该海区的“2×2”营养受限分类模型。该模型能够帮助我们更好的理解在较长时间尺度上，热带-亚热带太平洋的浮游植物如何响应外源的铁和氮元素的注入，尤其是总生物量积累和群落组成上的变化。　　我们利用设计的专门针对大洋蓝细菌的isiA/pcb特异引物对，成功获得了大量来自东赤道太平洋、赤道大西洋、南北印度洋、中国南海和白令海表层和某些真光层水柱中的目的基因。结果暗示开阔大洋中广泛存在着含有isiA/pcb的蓝细菌类群，尤其是聚球藻，且其中大部分无法和已知参考序列聚类。IsiA的空间分布模式在水平梯度上随纬度呈现出不同优势类群间的演替;垂直梯度上含有isiA/pcb的蓝细菌表现出对（极）弱光的适应，某些类群广泛存在于真光层的最底端。从PSI-pcb序列的得率可以看出原绿球藻的pcb只有很少一部分分化成行使isiA的功能，中国南海的RNA样品证实这里存在有活性的PSI-pcb。典范对应分析显示该基因的分布受控于铁、温度和盐度等环境因子。　　最后，在位于巨大的北太平洋亚热带环流的夏威夷时间序列(Hawaii OceanTime-series，HOT)站位，66个破囊壶菌的样品揭示了一定的时空分布规律:相对于春、夏季节的零星分布，秋季航次获得了最高丰度的破囊壶菌，它们在真光层水柱中的峰值出现似乎与叶绿素相关。显微镜下看到它们大量成团聚集在“海雪”类的有机颗粒物上，胞内富含脂类物质，胞外偶尔可见游离孢子的存在。对秋季航次样品的总DNA扩增共获得了25个18S rDNA的运算分类单元，其中有2个单独成枝并且没有任何近缘的参考序列，因此被推测是较新的物种，其他序列则全部落入Aplanochytrium和Oblongichytrium这两枝。