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Introducción
La investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de las condiciones edafoclimáticas y altitudinales sobre el contenido de compuestos bioactivos, especialmente isotiocianatos, en tubérculos de mashua (Tropaeolum tuberosum Ruiz & Pav.). El contenido de compuestos bioactivos en las plantas está fuertemente influenciado por las condiciones del entorno en que se desarrollan. Factores edafoclimáticos como la altitud, temperatura, humedad, precipitación y fertilidad del suelo afectan de forma directa la síntesis de metabolitos secundarios, que tienen funciones clave en la adaptación de las plantas a su ambiente, poseen propiedades nutricionales y medicinales de gran interés1,2. La comprensión de estas interacciones es fundamental para optimizar el aprovechamiento de cultivos andinos con potencial fitoquímico.
T. tuberosum, un tubérculo nativo de los Andes, cultivado tradicionalmente por comunidades indígenas y campesinas, como alimento, por sus propiedades medicinales3. Diversos estudios han reportado que contiene compuestos como isotiocianatos, antocianinas, flavonoides y otros metabolitos con capacidad antioxidante, antimicrobiana y efectos sobre la fertilidad masculina4,5. Estos compuestos varían entre variedades y entre condiciones ambientales, lo que refuerza la necesidad de investigar cómo el entorno influye en su presencia y concentración.
Los ecosistemas de altura, como los páramos y zonas templadas de los Andes, presentan condiciones extremas que obligan a las plantas a desarrollar respuestas fisiológicas particulares. Esto se traduce en variaciones fenológicas, morfológicas y bioquímicas entre individuos de una misma especie cultivados en distintos pisos térmicos6,7. A pesar del creciente interés por las especies nativas con fines medicinales, existe aún, un vacío de conocimiento sobre la influencia de los factores edafoclimáticos en la calidad nutricional y farmacológica de la mashua.
En este contexto, la presente investigación busca generar información científica que permita vincular las condiciones del suelo y clima con el contenido de compuestos bioactivos en tubérculos de mashua, particularmente los isotiocianatos, compuestos con potencial en la prevención del cáncer y otras enfermedades8. Además, se busca aportar a la revalorización de cultivos andinos y a la generación de estrategias de manejo agronómico diferenciadas para fines alimentarios o medicinales.
Materiales y métodos
Zona de estudio. El ensayo se realizó en 3 pisos altitudinales representativos de la provincia de Tungurahua, Ecuador: i) Zona cálida (2064 msnm) - Rivera del río, Pelileo. ii) Zona templada (2865 msnm) - Granja Querochaca, Cevallos. iii) Zona fría (3331 msnm) - Comunidad El Galpón, Kisapincha Figura 1.
Cada sitio presentó características edafoclimáticas diferenciadas en cuanto a altitud, temperatura media, precipitación y tipo de suelo. Se utilizó una estación meteorológica automática por zona para registrar temperatura, humedad relativa y punto de rocío. Complementariamente, se incluyó información del INAMHI y del Gobierno Provincial de Tungurahua.
Diseño experimental. Se implementó un diseño completamente al azar con 3 repeticiones por zona. Las parcelas tuvieron dimensiones de 3 x 8 m, con 30 plantas cada una (10 por surco, en 3 surcos). Se sembraron tubérculos de la variedad amarilla (Zapallo), el 24 de mayo de 2018, bajo manejo orgánico estandarizado: sin pesticidas ni fertilizantes químicos, solo 0.5 kg/planta de compost orgánico.
Variables de estudio. Las variables independientes fueron las condiciones edafoclimáticas: i) Altitud (msnm). ii) Temperatura media anual (°C). iii) Precipitación acumulada (mm). iv) Características fisicoquímicas del suelo (pH, materia orgánica, nitrógeno, fósforo, etc.).
Las variables dependientes fueron: i) Agroproductivas: rendimiento (kg/planta), duración del ciclo de cultivo (días). ii) Bioquímicas: contenido de humedad, proteína, grasa, fibra, almidón, azúcar e isotiocianatos.
Análisis de calidad del suelo. Las muestras de suelo se analizaron en el Laboratorio de Suelos de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Técnica de Ambato. Se determinaron parámetros como pH, conductividad eléctrica, materia orgánica, N, P, K, Ca, Mg, micronutrientes y relaciones catiónicas.
Control de calidad. Se realizó control de calidad en todas las etapas del estudio. i) Las condiciones agronómicas (fecha de siembra, labores culturales y tipo de fertilización) fueron homogéneas en las 3 zonas. ii) Los análisis fisicoquímicos y bioquímicos se realizaron con procedimientos estandarizados y en laboratorios acreditados. iii) Los instrumentos fueron calibrados antes de cada medición (estufas, polarímetros, espectrofotómetros y balanzas analíticas).
Análisis bioquímico. Los tubérculos cosechados fueron deshidratados a 60° C durante 48 h y luego molidos. Se realizaron los siguientes análisis: i) Grasa, proteína, fibra, carbohidratos, azúcar, almidón: métodos convencionales de laboratorio (AOAC, Dubois, polarimetría)9. ii) Isotiocianatos: método del Indian Standards Institute aprobado por FAO, con destilación y titulación con nitrato de plata y tiocianato de amonio.
Análisis estadístico. Se aplicó análisis de varianza (ANOVA) y prueba de comparación de medias (Tukey) para identificar diferencias significativas entre zonas climáticas. Además, se utilizó la correlación de Pearson para evaluar relaciones entre variables edafoclimáticas y bioquímicas.
Resultado
Los suelos de la zona fría registraron un pH de 6.33 y 5.9 % de materia orgánica (MO). Los suelos de la zona templada 7.12 de pH y 2.7 % de MO y los suelos de la zona cálida 7.75 de pH y 4.7 MO (Tabla 1).
Tabla 1 Características de los suelos de los tres pisos altitudinales
| Parámetro | Unidad | Zona fría (Quisapincha) | Zona templada (Querochaca) | Zona cálida (Pelileo bajo) |
|---|---|---|---|---|
| pH | 6.33 | 7.12 | 7.75 | |
| Conductividad eléctrica | mmhos cm-1 | .3 | .2 | .4 |
| Materia Orgánica | % | 5.9 | 2.7 | 4.7 |
| Nitrógeno Total | ppm | 43.9 | 20 | 35.5 |
| Fosforo | ppm | 27 | 87 | 228 |
| Potasio | mEq 100 g-1 | .4 | .6 | .8 |
| Calcio | mEq 100 g-1 | 11 | 7 | 15 |
| Magnesio | mEq 100 g-1 | 2.7 | 2.2 | 7.4 |
| Cobre | Ppm | 6 | 4 | 6 |
| Manganeso | Ppm | 12 | 4 | 17 |
| Zinc | Ppm | 1 | 1 | 13 |
| Relación Ca/Mg | mEq 100 g-1 | 4 | 3 | 2 |
| Relación Mg/K | mEq 100 g-1 | 7 | 4 | 10 |
| Relación Ca + Mg/K | mEq 100 g-1 | 35 | 16 | 29 |
| Altitud | msnm | 3331 | 2865 | 2064 |
| Latitud | Grados | 1°13´20´´S | 1°22´02´´S | 1°17´57´´S |
| Longitud | Grados | 78°41´53´´W | 78°36´32´´W | 78°31´01´´W |
Análisis realizados en el laboratorio de suelos de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Técnica de Ambato
Ciclo de cultivo, rendimiento y parámetros climáticos. En la zona fría, las plantas de mashua completaron su ciclo de cultivo en 195 días; en la zona templada en 164 días, y en la zona cálida en 128 días. El rendimiento por planta (0.5 m²) fue de 1.60 kg en la zona fría, 1.40 kg en la zona templada y 0.97 kg en la zona cálida. Las temperaturas medias anuales fueron de 6.75° C (fría), 12.67° C (templada) y 16.68° C (cálida). La precipitación anual fue de 976 mm, 537 mm y 573 mm respectivamente (Tabla 2).
Tabla 2 Rendimiento y parámetros climáticos según pisos altitudinales
| Localidad | Zona climática | Altitud msnm |
Rendimiento kg/planta/0.5m2 |
Ciclo (días) | Temperatura anual (oC) | Precipitación mm/año |
|---|---|---|---|---|---|---|
| El Galpón | Frio | 3331 | 1.60 | 195 | 6.75 | 976 |
| Quero Chaca | Templado | 2865 | 1.40 | 164 | 12.67 | 537 |
| Rivera del rio | Cálido | 2064 | 0.97 | 128 | 16.68 | 573 |
Variación diaria de la temperatura. Las 3 zonas presentaron variaciones térmicas durante el día. Las temperaturas mínimas ocurrieron entre las 5:00 y 8:00 h, y las máximas entre las 14:00 y 15:00 h. La zona cálida mostró menor amplitud térmica comparada con las otras 2 zonas (Figura 2).
Parámetros de calidad del tubérculo. Se registraron diferencias entre zonas para algunas variables bio-químicas. En contenido de humedad, la zona cálida presentó el valor más alto (13.58 %), mientras que las zonas fría y templada registraron valores menores (7.61 y 7.35 %, respectivamente). El contenido de proteína fue mayor en la zona fría (9.88 %) y menor en la cálida (7.10 %).
En la variable azúcar, los valores fueron 3.95 % (fría), 20.43 % (templada) y 7.50 % (cálida). El almidón presentó sus valores más altos en las zonas fría (67.66 %) y cálida (70.85 %), mientras que la templada tuvo el valor más bajo (56.19 %). Los valores de isotiocianatos fueron: 361.98 mg 100 g-1 (fría), 320.95 mg 100 g-1 (templada) y 244.91 mg 100 g-1 (cálida) (Tabla 3).
Tabla 3 Efecto de la temperatura en parámetros de calidad
| Variables | Zona fría | Zona templada | Zona cálida |
|---|---|---|---|
| x ± SD | x ± SD | x ± SD | |
| Humedad* | 7.61 ± .25 b | 7.35 ± .67 b | 13.58 ± 1.84 a |
| Ceniza | 5.80 ± .51 a | 5.24 ± .33 a | 5.75 ± 0.39 a |
| Proteína | 9.88 ± .72 a | 9.73 ± .15 a | 7.10 ± 0.72 b |
| Grasa | .33 ± .02 ab | .42 ± .07 a | .26 ± 0.05 b |
| Fibra | 5.26 ± .52 a | 4.51 ± .39 a | 4.51 ± 0.06 a |
| Carbohidratos | 78.35 ± 1.43 a | 81.13 ± 2.25 a | 81.38 ± 1.95 a |
| Azúcar | 3.95 ± 1.17 b | 20.43± 6.79 a | 7.50 ± 1.22 b |
| Almidón | 67.66 ± .98 a | 56.19 ± 7.49 b | 70.85 ± 2.32 a |
| Isotiocianatos (mg 100 g-1) B.S. | 361.98 ± 23.18 a | 320.95 ± 7.58 a | 244.91 ± 42.79 b |
| Rendimiento | 1.60 ± .20 a | 1.40 ± .20 ab | .97±.21 b |
*Se refiere a la humedad de las muestras deshidratadas antes del análisis. Los demás valores corresponden a % en base seca
Correlaciones entre variables. Se identificaron correlaciones entre variables edafoclimáticas y bioquímicas. La altitud mostró una correlación negativa con la temperatura media (r = -.956) y positiva con la precipitación acumulada (r = .910). También se observó correlación positiva entre altitud y contenido de isotiocianatos (r = .998), así como con el rendimiento (r = .994). La MO mostró correlación positiva con el nitrógeno total (r = 1.000) y débil con el contenido de proteína (r = -.095) (Tabla 4).
Tabla 4 Correlación de Pearson entre las variables estudiadas
| Variables | Altura | Materia Orgánica | Temperatura Media | Precipitación Acumulada | Fenología | Rendimiento | Isotiocianatos | Nitrógeno | Proteína |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Altura | 1 | .227 | -.956 | .910 | .994 | .998 | 1.000 | .201 | .948 |
| Materia Orgánica | 1 | -.502 | .610 | .331 | .172 | .208 | 1.000 | -.095 | |
| Temperatura Media | 1 | -.992 | -.982 | -.938 | -.950 | -.479 | -.813 | ||
| Precipitación | 1 | .950 | .885 | .902 | .589 | .731 | |||
| Fenología | 1 | .986 | .992 | .306 | .908 | ||||
| Rendimiento | 1 | .999 | .145 | .964 | |||||
| Isotiocianatos | 1 | .182 | .954 | ||||||
| Nitrógeno | 1 | -.122 | |||||||
| Proteína | 1 |
Discusión
Los resultados indican que las condiciones edafoclimáticas tienen un efecto significativo sobre las características bioquímicas de los tubérculos de mashua. En particular, la altitud y la temperatura media anual fueron variables clave que explican las diferencias observadas en el contenido de isotiocianatos, proteínas, almidón y azúcares.
El mayor contenido de isotiocianatos en los tubérculos cultivados en la zona fría coincide con lo reportado por Lustre Sánchez10, quien argumenta que el estrés térmico puede inducir la síntesis de glucosinolatos como mecanismo de defensa. En este estudio, las temperaturas más bajas y la mayor duración del ciclo de cultivo (195 días) posiblemente favorecieron una acumulación prolongada de estos compuestos bioactivos, como también se ha descrito en otras especies de las Tropaeolaceae y crucíferas2,8.
Por otro lado, el mayor contenido de azúcares se registró en la zona templada, donde las condiciones de estrés hídrico y la textura arenosa del suelo podrían haber inducido la acumulación de carbohidratos solubles, como mecanismo de adaptación a condiciones de baja disponibilidad de agua, en línea con lo observado por Argentel-Martínez et al.11. Esto sugiere que no solo el clima, sino también la textura y fertilidad del suelo, modulan el metabolismo secundario de la mashua.
El bajo contenido de grasa en todos los tratamientos (<.5 %) concuerda con reportes previos Sáenz Torres et al.12, y refuerza el perfil saludable del tubérculo como alimento. En cuanto a la proteína, su mayor presencia en la zona fría puede estar asociada al mayor contenido de MO y nitrógeno total del suelo (Tabla 1), lo que refuerza la relación directa entre la disponibilidad de nutrientes y la síntesis de compuestos nitrogenados13.
Rendimiento y ciclo fenológico. El rendimiento estuvo directamente correlacionado con la altitud y la duración del ciclo de cultivo. Estos resultados indican que, aunque las zonas más frías requieren más tiempo para alcanzar la madurez, ofrecen una mayor acumulación de biomasa. Esta relación ha sido también reportada por Valle-Parra et al.14 y Centeno & Molina15, quienes observaron que la variedad amarilla de mashua presenta mejores rendimientos a mayor altitud, pese a ciclos de cultivo más largos.
La temperatura resultó ser la variable que más influenció la duración del ciclo fenológico. Este hallazgo concuerda con estudios en otros cultivos como trigo y pera, donde se ha observado que las temperaturas más altas aceleran la floración y maduración, pero también reducen la acumulación de reservas11,16.
Implicaciones agronómicas y medicinales. Estos hallazgos tienen implicaciones importantes para el aprovechamiento de la mashua. Las zonas frías parecen ser más adecuadas para la producción de tubérculos con fines medicinales, por su mayor contenido de isotiocianatos. Por el contrario, las zonas templadas y cálidas, que favorecen una mayor acumulación de carbohidratos y azúcares, serían más apropiadas para la producción alimentaria, especialmente si se priorizan características organolépticas o rendimiento rápido.
Desde una perspectiva agroecológica, este tipo de estudios contribuye a la selección de zonas edafoclimáticas óptimas para el cultivo de especies andinas según su uso final, algo especialmente relevante en un contexto de cambio climático y reconversión productiva.
Aportes y limitaciones. Este estudio aporta evidencia importante, sobre la influencia de factores ambientales en el perfil bioquímico de mashua en Ecuador, un cultivo nativo con creciente interés en los sectores alimentario y farmacéutico. Sin embargo, se reconoce como limitación el hecho de haber analizado una sola variedad, por lo que se recomienda ampliar futuras investigaciones a más accesiones, así como incluir análisis postcosecha y almacenamiento, dado que también afectan el contenido de metabolitos11.
En conclusión, los resultados de esta investigación señalan que las condiciones edafoclimáticas y altitudinales influyen significativamente en la composición bioquímica de los tubérculos de T. tuberosum) variedad Zapallo. En particular, las zonas frías, caracterizadas por mayor altitud, menor temperatura y mayor contenido de materia orgánica en el suelo, favorecen la acumulación de isotiocianatos, compuestos bioactivos de interés medicinal. En contraste, las zonas templadas y cálidas promueven una mayor concentración de azúcares y almidones, lo que resulta favorable para usos alimentarios.
Estos hallazgos permiten proponer una zonificación agroecológica orientada al uso específico de este cultivo, zonas altas para fines medicinales y zonas bajas para fines alimenticios. El estudio aporta conocimiento científico relevante para el aprovechamiento estratégico de especies andinas nativas y para el diseño de planes de cultivo diferenciados según el objetivo productivo.
