Synthesis and chemical composition of mucus gland secretions in Apis cerana indica

Abstract

The columnar epithelial cells of the mucus gland begin to synthesize secretory material in the late pupal stage, and this material gradually accumulates in the lumen, beginning soon after emergence of the adult drones. Histochemical tests demonstrated secretory activity in the epithelial cells and revealed the biochemical nature of the secretions as a mixture of proteins, carbohydrates and lipids. Total proteins, lipids and carbohydrates were detected in concentrations of 333.2 ± 13.883, 208.60 ± 11.69 and 44.82 ± 2.94 μg/mg, respectively, showing that proteins form the major constituents of the mucus gland secretory material. SDS-PAGE of mucus gland secretory material revealed about 15 proteins of molecular weight ranging from 2.5 to 151.2 kDa. Three proteins of 45, 43 and 37 kDa were stained intensely and can be considered as the major class of mucus proteins.

Zusammenfassung

Obwohl Apis cerana indica in Indien die weitverbreitetste und am häufigsten in der Bienenhaltung anzutreffende Biene ist, sind unsere Kenntnisse über ihre Fortpflanzungsphysiologie nur beschränkt. Ziel der vorliegenden Studie war es demzufolge, die Struktur der Mucusdrüse und die Synthese und Zusammensetzung ihres Sektets mittels histologischer, histochemischer und biochemischer Methoden zu untersuchen.

Die Mucusdrüsen (MD) von A. cerana indica sind milchigweiße, sackartige Strukturen von erdnussartiger zweiteiliger Form und einem großen Lumen. Jede Drüse wird durch eine Verengung in ein schmales distales und ein weites proximales Teilstück unterteilt. Die proximalen Teilstücke der beiden Drüsen bilden einen sackförmigen Ausgang in den jeweiligen medianen Abschnitt der lateralen Samenleiter. Die beiden lateralen Samenleiter sind kurz und laufen in einem medianen gemeinsamen Samenleiter zusammen (Abb. 1).

Die Wand der MD besteht aus einem inneren Epithel und einer äußeren Muskellage, die von einem Mesenthelium umkleidet ist. Die Epithelzellen sind große, Drüsenzellen von säulenartigem Format, die eine einzige Zellage bilden. Die runden Zellkerne liegen zentral und die Perikaryen weisen granuläre Zytoplasmaeinschlüsse auf. Im distalen Abschnitt der MD besteht die Muskellage aus einer inneren Ringmuskel- und einer äußeren Längsmuskelschicht, während die Muskulatur im proximalen Abschnitt von einer inneren und äusseren Längsmuskel- und einer mittleren Ringmuskellage gebildet wird (Abb. 2).

Während der Entwicklung von der Puppe zur adulten Bienen nimmt die MD an Gewicht, Länge und Durchmesser zu (Abb. 3). Eine Größenzunahme war auch für die Kerne der Epithelzellen zu sehen, von 6,98 ± 0,35 μm bei späten Puppen auf 10,50 ± 0,48 μm bei adulten Drohnen (Abb. 4).

In den Epithelzellen der MD war ab dem späten Puppenstadium die Synthese von sekretorischem Material zu sehen, das bereits kurz nach dem Schlüpfen der adulten Drohnen im Lumen der Drüsen akkumulierte. Histochemische Tests gaben Aufschluss über die sekretorische Aktivität und die biochemische Zusammensetzung des Sekrets als seine Mischung aus Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden (Abb. 5 und Tab. I). Bei einem Gesamtproteingehalt von 333,2 ± 13,8 μg/mg stellen Proteine die Hauptkomponente des Sekrets dar, das zudem 208,6 ± 11,7 μg/mg Lipide und 44,8 ± 2,9 μg/mg Kohlenhydrate enthält (Tab. II). In SDS-Polyacrylamidgelen ließen sich elektrophoretisch 15 Proteinbanden auftrennen, mit Molekülmassen von 2,5 bis 151,2 kDa, wobei drei Proteinbanden von 45, 43 und 37 kDa besonders hervortraten und dementsprechend die Hauptproteine des Mucusdrüsensekrets darstellen (Abb. 6).

Das komplexe Proteinmuster lässt auf eine Multifunktionalität des Drüsensekrets schließen, das eine Rolle spielen könnte sowohl im Spermatransfer, der Spermienkapazitierung, der Spermienlagerung und Energieproduktion, wie auch in der Oocytenreifung und anderen bei Bienen beschriebenen postkopulatorischen Aktivitäten.