2050年全球人口预计将达到100亿，导致粮食的需求正在增加，这对传统农业供应粮食的稳定性和持续性提出了严峻的挑战。同时，传统农业还面临各种极端气候变化带来的作物减产的风险。植物工厂由于不受环境影响和高产等优点，被认为是一种能够替代传统农业生产的方式，实现粮食的稳定供应。然而，植物工厂采用水培种植模式，营养液中含有大量的氮、磷、钾等元素，极易导致水体富营养化（有害藻类大量滋生），影响作物的产量。目前，主要采用化学试剂（硫酸铜）去除藻类，但是大量化学物质的残留不仅影响作物的质量，还可能通过食物链富集带来食品安全问题，限制其在植物工厂中的应用。

光合作用是藻细胞获取能量最重要的方式之一，藻细胞可将光能转化为化学能，为其生命活动供能。通过遮光作用阻挡光线到达藻细胞，直接致使藻细胞无法吸收光能，使其光反应阶段无法正常进行，藻细胞无法合成自身生长繁殖所需的有机物质和能量，从而导致其繁殖速度降低，生长受到抑制。因此，结合多学科知识研发具有遮光作用、生物安全性高的抑藻剂，有助于促进植物工厂的可持续发展。

四川大学郭俊凌教授团队主要围绕植物多酚（又名单宁）在基础科学和交叉学科领域开展研究，发展了植物多酚高值转化体系。该课题和中国农科院都市所杨其长研究员课题组合作以大宗生物质资源黑荆树单宁（Black Wattle Tannin，BWT）与两种功能性金属离子（Fe³⁺和Cu²⁺离子）配位自组装，设计了一种遮光型金属多酚纳米抑藻剂（Cu/FeBWT）（图1）。

Cu/FeBWT具有显著的遮光作用，严重干扰藻细胞对光能的获取，进而阻碍藻细胞的光合作用，抑制藻细胞的生长繁殖。此外，Cu/FeBWT通过植物多酚与藻细胞表面的多重界面相互作用（如氢键、疏水相互作用），实现在细胞界面上的黏附并定向释放Cu²⁺离子，对藻细胞造成了严重的氧化损伤，从而协同抑制藻细胞的生长。30天的水培生菜生产应用结果证明，Cu/FeBWT既不会影响生菜的生长发育，也不会影响生菜的营养成分。同时，通过斑马鱼和细胞毒性试验，进一步证实了Cu/FeBWT的生物安全性。

该研究工作结合材料学和植物学等多学科的知识与技术，以生物质资源高值转化为出发点，围绕植物多酚生物质资源，探究并开发拥有绿色化学特质、高效能的新型生物质基纳米抑藻剂，以解决水培生产时藻类爆发的问题，推动植物工厂可持续发展。