東京大学研究グループは，赤色レーザーダイオード（LD）を光源とすることで，植物の光合成と成長を飛躍的に促進できることを，世界で初めて明確に示した（ニュースリリース）。

植物工場の光源はLEDが主流だが，研究グループは今回，より波長帯の狭いLDの可能性に注目し，LEDと比較した。

植物は，クロロフィルで光のエネルギーを吸収し，光合成を行なう。光合成は二つの光化学系（光化学系IとII）によって駆動される。赤色光（波長640〜680nm前後）は，これらの二つの光化学系を活性化し，光合成を促進する。

LEDはおよそ50nm程度の幅広い光を出すが，LDは10nm未満という狭い帯域で光を出す。実験では，さまざまな赤色LEDおよびLDをタバコの葉に照射し，光合成速度・気孔の開き方・水の利用効率などを測定した。

その結果，LD 660nm光（LD光）を当てた場合が最も光合成が活発で，LED 664nm光（LED光）よりも約19%高い光合成速度を観察した。これはLD 660nm光が，二つの光化学系をバランスよく活性化したことが関係するという。

次に，植物の光合成システム（光化学系II）がどれくらい働いているかを調べた結果，LD光で照射したタバコの葉はLED光に比べて，光化学系IIの実効量子収率が7.2%，光化学反応が可能な光化学系II反応中心の割合が18.3%高かった。また，3種類の植物を12日間，24時間連続でLED光またはLD光で照射したところ，LD光で育てた植物の方が，乾燥重量はタバコで1.75倍，シロイヌナズナで1.57倍，レタスで1.28倍，高い値を示した。

さらに，葉面積はそれぞれ2.10倍，2.28倍，1.70倍大きくなっていた。葉の厚みを示すLMA（重量比）はLD光の方が低く，より薄く，光を効率よく受け取る葉が形成された。さらにLD光照射では光によるダメージ（光阻害や黄化）が少なく，ストレス症状がほとんど見られなかった。

研究グループは，LDの農業用・植物生理学実験の光源として，以下のメリットを示した。

クロロフィルの吸収に最適な波長を高精度で出力できる
光合成活性を最適化することで植物の生育を促進できる
二つの光化学系をバランスよく活性化できる
小型・軽量でエネルギー効率に優れる
光ファイバーを用いた柔軟な照射配置が可能
発熱が少なく，植物への熱ストレスが軽減される
宇宙空間や閉鎖環境における植物の精密な栽培制御に応用できる

研究グループは今後，マルチスペクトル照射や，多様な作物への展開，長期間栽培における植物の応答などを調べながら，レーザーを活用した持続可能な農業を目指していくとしている。