Within their natural habitat, crops are often subjected to drought and heat stress, which suppress crop growth and decrease crop production. Causing overaccumulation of glycinebetaine (GB) has been used to enhance the crop yield under stress. Here, we investigated the response of wheat (Triticum aestivum L.) photosynthesis to drought, heat stress and their combination with a transgenic wheat line (T6) overaccumulating GB and its wild-type (WT) Shi4185. Drought stress (DS) was imposed by controlling irrigation until the relative water content (RWC) of the flag leaves decreased to between 78 and 82%. Heat stress (HS) was applied by exposing wheat plants to $40^{\circ}C$ for 4 h. A combination of drought and heat stress was applied by subjecting the drought-stressed plants to a heat stress as above. The results indicated that all stresses decreased photosynthesis, but the combination of drought and heat stress exacerbated the negative effects on photosynthesis more than exposure to drought or heat stress alone. Drought stress decreased the transpiration rate (Tr), stomatal conductance (Gs) and intercellular $CO_2$ concentration (Ci), while heat stress increased all of these; the deprivation of water was greater under drought stress than heat stress, but heat stress decreased the antioxidant enzyme activity to a greater extent. Overaccumulated GB could alleviate the decrease of photosynthesis caused by all stresses tested. These suggest that GB induces an increase of osmotic adjustments for drought tolerance, while its improvement of the antioxidative defense system including antioxidative enzymes and antioxidants may be more important for heat tolerance.
The threat posed by increased surface temperatures worldwide has attracted the attention of researchers to the reaction of animals to heat stress. Spermatogenesis in animals such as stallions is a temperature-dependent process, ideally occurring at temperatures slightly below the core body temperature. Thus, proper thermoregulation is essential, especially because stallion spermatogenesis and the resulting spermatozoa are negatively affected by increased testicular temperature. Consequently, the failure of thermoregulation resulting in heat stress may diminish sperm quality and increase the likelihood of stallion infertility. In this review, we emphasize upon the impact of heat stress on spermatogenesis and the somatic and germ cells and describe the subsequent testicular alterations. In addition, we explore the functions and molecular responses of heat shock proteins, including HSP60, HSP70, HSP90, and HSP105, in heat-induced stress conditions. Finally, we discuss the use of various therapies to alleviate heat stress-induced reproductive harm by modulating distinct signaling pathways.
We compared the spatial distribution of several heat stress indices (the Wet-Bulb Globe Temperature(WBGT) index, Environmental Stress Index (ESI), and Modified Discomfort Index(MDI)) for the heat wave of June 6~August 26, 2016, in Daegu. We calculated the heat stress indices using data from the high density urban climate observation network in Daegu. The observation system was established in February. 2013. We used data from a total of 38 air temperature observation points (23 thermometers and 18 automatic weather stations). The values of the heat stress indices indicated that the danger level was very high from 0900-2000h in downtown Daegu. The daily maximum value of the WBGT was greater than or equal to $35^{\circ}C$. The differences in the heat stress indices from downtown and rural areas were higher in the daytime than at nighttime. The maximum difference was about 4 before and after 1400h, and the time variations of the heat stress indices corresponded well. Thus, we were able to confirm that the ESI and MDI can be substituted with the WBGT index.
Objective: The objective of this experiment was to investigate the effects of heat stress on milk protein and blood amino acid profile in dairy cows. Methods: Twelve dairy cows with the similar parity, days in milk and milk yield were randomly divided into two groups with six cows raised in summer and others in autumn, respectively. Constant managerial conditions and diets were maintained during the experiment. Measurements and samples for heat stress and no heat stress were obtained according to the physical alterations of the temperature-humidity index. Results: Results showed that heat stress significantly reduced the milk protein content (p<0.05). Heat stress tended to decrease milk yield (p = 0.09). Furthermore, heat stress decreased dry matter intake, the concentration of blood glucose and insulin, and glutathione peroxidase activity, while increased levels of non-esterified fatty acid and malondialdehyde (p<0.05). Additionally, the concentrations of blood Thr involved in immune response were increased under heat stress (p<0.05). The concentration of blood Ala, Glu, Asp, and Gly, associated with gluconeogenesis, were also increased under heat stress (p<0.05). However, the concentration of blood Lys that promotes milk protein synthesis was decreased under heat stress (p<0.05). Conclusion: In conclusion, this study revealed that more amino acids were required for maintenance but not for milk protein synthesis under heat stress, and the decreased availability of amino acids for milk protein synthesis may be attributed to competition of immune response and gluconeogenesis.
Background: Increases in the average global temperature cause heat stress-induced disorders by disrupting homeostasis. Excessive heat stress triggers an imbalance in the immune system; thus protection against heat stress is important to maintain immune homeostasis. Korean ginseng (Panax ginseng Meyer) has been used as a herbal medicine and displays beneficial biological properties. Methods: We investigated the protective effects of Korean ginseng extracts (KGEs) against heat stress in a rat model. Following acclimatization for 1 week, rats were housed at room temperature for 2 weeks and then exposed to heat stress ($40^{\circ}C$/2 h/day) for 4 weeks. Rats were treated with three KGEs from the beginning of the second week to the end of the experiment. Results: Heat stress dramatically increased secretion of inflammatory factors, and this was significantly reduced in the KGE-treated groups. Levels of inflammatory factors such as heat shock protein 70, interleukin 6, inducible nitric oxide synthase, and tumor necrosis factor-alpha were increased in the spleen and muscle upon heat stress. KGEs inhibited these increases by down-regulating heat shock protein 70 and the associated nuclear $factor-{\kappa}B$ and mitogen-activated protein kinase signaling pathways. Consequently, KGEs suppressed activation of T-cells and B-cells. Conclusion: KGEs suppress the immune response upon heat stress and decrease the production of inflammatory cytokines in muscle and spleen. We suggest that KGEs protect against heat stress by inhibiting inflammation and maintaining immune homeostasis.
Background: Continuous exposure to high temperatures can lead to heat stress. This stress response alters the expression of multiple genes and can contribute to the onset of various diseases. In particular, heat stress induces oxidative stress by increasing the production of reactive oxygen species. The liver is an essential organ that plays a variety of roles, such as detoxification and protein synthesis. Therefore, it is important to protect the liver from oxidative stress caused by heat stress. Korean ginseng has a variety of beneficial biological properties, and our previous studies showed that it provides an effective defense against heat stress. Methods: We investigated the ability of Korean Red Ginseng and Korean black ginseng extracts (JP5 and BG1) to protect against heat stress using a rat model. We then confirmed the active ingredients and mechanism of action using a cell-based model. Results: Heat stress significantly increased gene and protein expression of oxidative stress-related factors such as catalase and SOD2, but treatment with JP5 (Korean Red Ginseng extract) and BG1 (Korean black ginseng extract) abolished this response in both liver tissue and HepG2 cells. In addition, JP5 and BG1 inhibited the expression of inflammatory proteins such as p-NF-κB and tumor necrosis factor alpha-α. In particular, JP5 and BG1 decreased the expression of components of the NLRP3 inflammasome, a key inflammatory signaling factor. Thus, JP5 and BG1 inhibited both oxidative stress and inflammation. Conclusions: JP5 and BG1 protect against oxidative stress and inflammation induced by heat stress and help maintain liver function by preventing liver damage.
Heat stress exerts a substantial effect on dairy production. The temperature and humidity index (THI) is widely used to assess heat stress in dairy operations. Herein, we review the effects of high temperature and humidity on body temperature, feed intake, milk production, follicle development, estrous behavior, and pregnancy in dairy cows. Analyses of the effects of THI on dairy production have shown that body temperature is an important physiological parameter in the evaluation of the health state of dairy cows. Although THI is an important environmental index and can help to infer the degree of heat stress, it does not reflect the physiological changes experienced by dairy cows undergoing heat stress. However, the simultaneous measurement of THI and physiological indexes (e.g., body temperature) would be very useful for improving dairy production. The successful development of automatic detection techniques makes it possible to combine THI with other physiological indexes (i.e., body temperature and activity), which could help us to comprehensively evaluate heat stress in dairy cows and provide important technical support to effectively prevent heat stress.
This paper assesses the prediction performance of explicit algebraic stress and heat-flux models for reduction of heat transfer coefficient in a strongly-heated vertical tube. Two explicit algebraic stress models and four explicit algebraic heat-flux models are selected for assessment. Eight combinations of explicit algebraic stress and heat-flux models are used in predicting the turbulent gas flows with intense heating, which yields the significant property-variation. The results showed that the two combinations of GS-AKN and WJ-mAKN predicted the Nusselt number and the axial wall temperature variations well and that the predictions of Nusselt number with WJ-combinations spread in a wider range than those with Gs-combinations. WJ is the explicit algebraic stress model of Wallin and Johansson and GS is the model of Gatski and Speziale and that AKN is the explicit heat-flux model of Abe, Kondoh and Nagano and mAKN is the modified AKN.
One of the most interesting and promising steel groups considered for the rocket motor case, aircraft and aerospace component is the maraging(martensitic plus aging) nickel steel, developed by International Nickel Company in 1960. This material attains a very high strength with good fracture toughness by simple heat treatments which do not involve a quenching. Full strength can be obtained by "maraging" at 480.deg. for 3 hours for the 18% Ni maraging steel. The effect of heat treatments was considered on the residual stress field of 18% Ni maraging steel weldments. In experiments, various heat treatments such as stress relieve heat treatment, aging and solution heat treatment were carried out of the GTA weldments and the residual stresses were measured by using the hole drilling method. Whereas the conventional pattern of residual stress shows the stresses to be maximum along the weld centerline with tensile stress extending into the heat affected zone, the pattern in maraging steels shows the centerline stress to be compressive. After welding, a series of aging, solution heat treatment and solution heat treatment plus aging treatment were carried out and the residual stresses were measured to reveal that these heat treatments almost completely remove the welding residual stresses.
Objectives: Hwangryunhaedok-tang (HH) is a representative heat clearing multiherb prescription. We evaluated the protective effect of HH against heat stress exposure in mice. Methods: Six weeks old ICR mice were used for this study. After $43^{\circ}C$ heat stress for 15 minutes, we evaluated the changes of motor activity and c-fos expression level to determine the proper heat stress and evaluation time. The subjects were divided into 4 groups (1. control group, 2. heat stress group with normal saline, 3. heat stress group with administration of 100 mg/kg, and 4. heat stress group with administration of 1000 mg/kg). After oral administration of HH once a day for 3 days, 2, 3, 4 groups were exposed to $43^{\circ}C$ heat stress for 15 minutes. Then, we evaluated the motor activity for 120 minutes and analyzed the c-fos expression using western blot. We investigated the effect of HH and its ingredients on c-fos expressions after heat stress. The mice were administrated HH, Scutellariae Radix, Coptidis Rhizoma, Phellodendri Cortex, and Gardeniae Fructus for 3 days. After one hour of last treatment, the mice were exposed to heat stress at $43^{\circ}C$ for 15 min. After two hours, the hypothalamus was dissociated and lysed to measure c-fos expression. Results: After oral administration of HH for 3 days, motor activity was recovered insignificantly. 100 mg/kg HH treatment reduced the c-fos expression after heat stress but insignificantly. Among the ingredients of HH, Coptidis Rhizoma and Scutellariae Radix treatment groups significantly reduced the c-fos after stress. Conclusions: These results show that Hwangryunhaedok-tang may be effective to reduce the heat stress response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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