Enzymkinetiken steuern den initialen Streuabbau in Gründlandflächen unterschiedlicher Nutzungsintensität

Extrazelluläre hydrolytische Enzyme (EHEs), die überwiegend von Bodenmikroorganismen produziert werden, übernehmen eine wichtige Rolle beim Umsatz der organischen Substanz im Boden. Die Zusammenhänge zwischen Enzymkinetiken und Abbauraten organischer Substanz sind allerdings kaum untersucht. Als Kenngrößen des katalytischen Verhaltens von EHEs können die limitierende Umsatzrate (Vmax) sowie die apparente Substrataffinität (Km) mittels der Michaelis-Menten-Gleichung angenähert werden. Am Abbau von Cellulose z.B. sind Enzyme aus drei verschiedenen Klassen beteiligt. So katalysieren Cellotriosidasen (CTH), die Abspaltung von drei Glucose-Molekülen und Cellobiohydrolasen (CBH) die Umsetzung zu Cellobiose. beta-Glucosidasen (BG) nutzen Cellobiose und zerlegen dieses Substrat in einzelne Glucose-Moleküle. Somit liegt die Vermutung nahe, dass z.B. maximale Umsatzraten (Vmax) von BG durch die Km-Werte von CBH und CTH reguliert werden. Um den Einfluss unterschiedlicher Streuqualität auf solche Interaktionen zwischen verschiedenen Enzymen zu testen wurden Teebeutel mit grünem Tee (C/N Verhältnis 12) und Teebeutel mit Rooibos-Tee (C/N Verhältnis 43) in Anlehnung an Keuskamp et al. (2013) für drei Monate auf je 25 unterschiedlich intensiv bewirtschafteten Grünlandflächen der Biodiversitätsexploratorien (Hainich, Schorfheide) eingebracht. In den ausgebrachten, 3-monatig-exponierten, Teeproben wurden die katalytischen Eigenschaften der oben genannten EHEs sowie die Enzymaktivitäten von Phenol- und Peroxidasen gemessen. Die bisher ermittelten kinetischen Parameter der EHEs die am Abbau von Zellulose beteiligt sind weisen deutlich auf die unterschiedlichen Abbaumuster der beiden Teesorten hin. In den Rooibostee-Proben sind die vermuteten Beziehungen zwischen den Vmax-Werten von BG und den Km-Werten der anderen Cellulasen nachzuweisen und stehen in Beziehung zur Abbaurate. In den Grüntee-Proben dagegen bestehen Beziehungen zwischen den Vmax-Werten aller drei Cellulose abbauenden Enzyme

Ground state parameters, finite-size scaling, and low-temperature properties of the two-dimensional S=1/2 XY model

We present high-precision quantum Monte Carlo results for the S=1/2 XY model on a two-dimensional square lattice, in the ground state as well as at finite temperature. The energy, the spin stiffness, the magnetization, and the susceptibility are calculated and extrapolated to the thermodynamic limit. For the ground state, we test a variety of finite-size scaling predictions of effective Lagrangian theory and find good agreement and consistency between the finite-size corrections for different quantities. The low-temperature behavior of the susceptibility and the internal energy is also in good agreement with theoretical predictions.Comment: 6 pages, 8 figure

Spin Dependence of Correlations in Two-Dimensional Quantum Heisenberg Antiferromagnets

We present a series expansion study of spin-S square-lattice Heisenberg antiferromagnets. The numerical data are in excellent agreement with recent neutron scattering measurements. Our key result is that the correlation length for S>1/2 strongly deviates from the exact T->0 (renormalized classical, or RC) scaling prediction for all experimentally and numerically accessible temperatures. We note basic trends with S of the experimental and series expansion correlation length data and propose a scaling crossover scenario to explain them.Comment: 5 pages, REVTeX file. PostScript file for the paper with embedded figures available via WWW at http://xxx.lanl.gov/ps/cond-mat/9503143

Initialer Streuabbau und Enzymkinetik in Abhängigkeit von Streuqualität und Landnutzungsintensität

Extrazelluläre hydrolytische Enzyme (EHEs), die überwiegend von Bodenmikroorganismen produziert werden, übernehmen eine wichtige Rolle beim Umsatz der organischen Substanz im Boden. Die Auswirkungen von unterschiedlicher Landnutzungsintensität (Düngung, Beweidung, Mahd) in Grünlandflächen auf Enzymkinetiken und die von Ihnen gesteuerten Abbauraten organischer Substanz sind allerdings kaum untersucht (Tischer et al. 2015). Als Kenngrößen des katalytischen Verhaltens von EHEs können die limitierende Umsatzrate (Vmax) sowie die apparente Substrataffinität (Km) mittels der Michaelis-Menten Gleichung angenähert werden. Um den Einfluss unterschiedlicher Streuqualität auf Interaktionen zwischen verschiedenen Enzymen zu testen wurden Teebeutel mit grünem Tee (C/N Verhältnis 12) und Teebeutel mit Rooibos-Tee (C/N Verhältnis 43) in Anlehnung an Keuskamp et al. (2013) für drei Monate auf je 25 unterschiedlich intensiv bewirtschafteten Grünland-Flächen der DFG-Biodiversitätsexploratorien (Hainich, Schorfheide) eingebracht. In den ausgebrachten, 3-monatig-exponierten, Teeproben und in angrenzenden Bodenproben wurden die katalytischen Eigenschaftenvon drei EHEs die am Abbau von Zellulose beteiligt sind, von Hydrolasen aus dem N- und P-Kreislauf sowie die Enzymaktivitäten von Phenol- und Peroxidasen erfasst (Tischer et al. 2015). Die bisherigen Ergebnisse der Studie zeigen deutlich enge Beziehungen zwischen den Kinetiken der Hydrolasen und ökosystemrelevanten Funktionen wie dem Streuabbau und weisen zudem auf die kinetischen Zusammenhänge und Limitierungen unterschiedlicher Enzymsysteme im Abbau von Streu hin. Die Landnutzungsintensität scheint in ersten Auswertungen neben der Streuart ein weiterer Hauptfaktor für die Abbaudynamik und die Beziehungen zu den Enzymkinetiken zu sein

The spin-1/2 XXZ Heisenberg chain, the quantum algebra U_q[sl(2)], and duality transformations for minimal models

The finite-size scaling spectra of the spin-1/2 XXZ Heisenberg chain with toroidal boundary conditions and an even number of sites provide a projection mechanism yielding the spectra of models with a central charge c<1 including the unitary and non-unitary minimal series. Taking into account the half-integer angular momentum sectors - which correspond to chains with an odd number of sites - in many cases leads to new spinor operators appearing in the projected systems. These new sectors in the XXZ chain correspond to a new type of frustration lines in the projected minimal models. The corresponding new boundary conditions in the Hamiltonian limit are investigated for the Ising model and the 3-state Potts model and are shown to be related to duality transformations which are an additional symmetry at their self-dual critical point. By different ways of projecting systems we find models with the same central charge sharing the same operator content and modular invariant partition function which however differ in the distribution of operators into sectors and hence in the physical meaning of the operators involved. Related to the projection mechanism in the continuum there are remarkable symmetry properties of the finite XXZ chain. The observed degeneracies in the energy and momentum spectra are shown to be the consequence of intertwining relations involving U_q[sl(2)] quantum algebra transformations.Comment: This is a preprint version (37 pages, LaTeX) of an article published back in 1993. It has been made available here because there has been recent interest in conformal twisted boundary conditions. The "duality-twisted" boundary conditions discussed in this paper are particular examples of such boundary conditions for quantum spin chains, so there might be some renewed interest in these result

Real space renormalization group approach to the 2d antiferromagnetic Heisenberg model

The low energy behaviour of the 2d antiferromagnetic Heisenberg model is studied in the sector with total spins $S=0,1,2$ by means of a renormalization group procedure, which generates a recursion formula for the interaction matrix $\Delta_S^{(n+1)}$ of 4 neighbouring "$n$ clusters" of size $2^n\times 2^n$, $n=1,2,3,...$ from the corresponding quantities $\Delta_S^{(n)}$. Conservation of total spin $S$ is implemented explicitly and plays an important role. It is shown, how the ground state energies $E_S^{(n+1)}$, $S=0,1,2$ approach each other for increasing $n$, i.e. system size. The most relevant couplings in the interaction matrices are generated by the transitions $$ between the ground states $|S,m;n+1>$ ($m=-S,...,S$) on an $(n+1)$-cluster of size $2^{n+1}\times 2^{n+1}$, mediated by the staggered spin operator $S_q^*$Comment: 18 pages, 8 figures, RevTe

The Square-Lattice Heisenberg Antiferromagnet at Very Large Correlation Lengths

The correlation length of the square-lattice spin-1/2 Heisenberg antiferromagnet is studied in the low-temperature (asymptotic-scaling) regime. Our novel approach combines a very efficient loop cluster algorithm -- operating directly in the Euclidean time continuum -- with finite-size scaling. This enables us to probe correlation lengths up to $\xi \approx 350,000$ lattice spacings -- more than three orders of magnitude larger than any previous study. We resolve a conundrum concerning the applicability of asymptotic-scaling formulae to experimentally- and numerically-determined correlation lengths, and arrive at a very precise determination of the low-energy observables. Our results have direct implications for the zero-temperature behavior of spin-1/2 ladders.Comment: 12 pages, RevTeX, plus two Postscript figures. Some minor modifications for final submission to Physical Review Letters. (accepted by PRL

Der Einfluss von konkurrenzstarken Pflanzenarten auf die kinetischen Eigenschaften von extrazellulären hydrolytischen Enzymen in Rhizosphärenproben unterschiedlicher Landnutzungsintensität

In dieser Studie wurden die katalytischen Eigenschaften von extrazellulären hydrolytischen Enzymen (EHE) in der Rhizosphäre von drei Gewinnerarten zunehmender Landnutzungsintensität (Dactylis glomerata, Taraxacum sect. ruderalia, Trifolium repens) und zwei Verliererarten (Agrimonia eupatoria, Lotus corniculatus) im Grünland (Hainich, Mitteldeutschland) untersucht. Ein besseres Verständnis der Beziehungen zwischen Erfolg der Pflanzenarten und den katalytischen Eigenschaften von EHE mikrobiellen und pflanzlichen Ursprungs ist wichtig um die Erfolgsmechanismen aufzudecken und ein besseres Verständnis für die Wirkungen der Zunahme von Landnutzungsintensitäten auf Bodenfunktionen zu erhalten. Das von der Substratkonzentration abhängige katalytische Verhalten der EHE wurde durch den Einsatz von 4-Methylumbelliferon-markierten Substraten erfasst und mittels der Michaelis-Menten-Gleichung angenähert (Vmax=limitierende Umsatzrate, Km=apparente Substrataffinität). Die Kinetiken von b-Glukosidasen (BG), Cellobiohydrolasen (CBH), Xylanasen (XYL), N-Acetylglukosaminidasen (NAG) und von Phosphatasen (PH) wurden analysiert. Das Vorkommen der Gewinner ist verbunden mit erhöhten Vmax-Werten von XYL, geringeren Substrataffinitäten von CBH und mit deutlich erhöhten Substrataffinitäten von PH. Neben diesen Effekten werden die Enzymeigenschaften von den Corg%, dem C:N Verhältnis und dem pH Wert sowie von Eigenschaften der Pflanzenbestände in der unmittelbaren Umgebung der Rhizosphäre (Shannon-Index, Deckungsgrad) beeinflusst. In aller Regel sind steigende Vmax-Werte mit einer Erhöhung der Corg% und einer Abnahme des C:N verbunden. Eine Ausnahme bildet NAG, die die höchsten Vmax-Werte unter geringster Landnutzungsintensität und weitestem C:N aufweist. Die Km-Werte zeigen häufig Beziehungen zum Rhizosphären pH. Die Ergebnisse legen nahe, dass in den Rhizosphären der Gewinner bei der Akquise von Phosphor Enzyme hoher Affinität vorkommen. Zum einen kann dies bedeuten, dass die Produzenten der Enzyme sehr effektiv niedrige Konzentrationen der entsprechenden organischen P-Substrate umsetzen können oder die Substrate aufgrund der hohen Aufnahme an P limitierend sind. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse die Effekte bodenchemischer Gradienten, tlw. bedingt durch die Landnutzungshistorie, auf die katalytischen Eigenschaften der EHE und so dem Umsatz der organischen Substanz