非生物胁迫是限制作物产量的重要因素，干旱胁迫是其中的主要因素之一。干旱胁迫是指水分供应量达不到植物正常生长和代谢的需求，植物遭受干旱胁迫后在代谢和发育等多个生理过程都会受到不同程度的影响，导致植物损伤甚至死亡。干旱导致的渗透胁迫，植物体细胞一方面需要从水势低的介质中吸收水分以维持体内的水分平衡，另一方面又要保持细胞压力势平衡，才能保证体内正常代谢生理活动，褪黑素能够有效缓解干旱胁迫对植物造成的伤害。
氧化胁迫被认为是包括干旱胁迫在内的非生物胁迫对植物的主要伤害之一。干旱胁迫造成膜系统的伤害主要是由细胞内活性氧的产生与清除的不平衡引起的。细胞内活性氧积累过多会导致膜脂过氧化，使膜系统受损或瓦解，破坏细胞区域化的能力。研究表明，严重干旱胁迫条件下，植物细胞会启动一系列的应答机制和胁迫信号，如细胞活性氧清除机制。活性氧清除机制的启动，能够使植物体内产生的活性氧清除酶系和抗氧化物质，包括 POD、SOD、CAT 和抗坏血酸（ASA）等，这些物质能够清除过多的活性氧，从而缓解或消除氧化胁迫。褪黑素被认为是内源性的自由基清除剂和抗氧化剂，能够有效清除 H2O2。综上可见，褪黑素能够有效提高植物耐干旱能力，其主要作用机理是通过提高活性氧清除酶系以及抗氧化物质的含量来清除干旱胁迫引起的氧化胁迫，从而达到增强植物干旱的抵御能力。
二、褪黑素与植物耐盐性
土壤盐渍化是影响全球农业生产中最主要的限制因子之一。盐胁迫严重抑制植物的生长和发育，过量盐离子对植物的伤害主要包括渗透胁迫、离子毒害和氧化胁迫。研究表明，植物体可以通过合成渗透调节物、离子区隔化和活性氧的清除等机制来缓解伤害。外源褪黑素能够促进大豆种子的萌发，最终提高了大豆种子的数量和产量。盐胁迫会抑制苗期大豆铁氧还蛋白基因 PetF 的表达，而添加褪黑素处理能够增强大豆中该基因的表达。铁氧还蛋白能够调节抗坏血酸盐含量，并防止叶绿素的降解 。因此，认为褪黑素增加大豆的耐盐性可能主要是通过提高植物的抗氧化能力，增加光合作用和碳水化合物的代谢。研究发现，褪黑素能够显著提高盐胁迫下黄瓜种子的发芽率，外源褪黑素通过增强抗氧化物质的基因表达减少盐胁迫引起的氧化损伤，褪黑素预处理显著提高了黄瓜种子的SOD、POD、CAT活性。因此，褪黑素一方面通过增强CsCYP707A1和 CsCYP707A2的表达来促进ABA 的分解，另一方面通过增强 GA20ox 和 GA3ox 的表达来加速GA4 的合成，从而缓解盐胁迫对种子萌发的抑制作用。目前诸多的研究认为褪黑素或作为一种有效的内源性自由基清除剂直接清除盐胁迫产生的H2O2等活性氧，或通过调节抗氧化系统相关基因的转录水平，从而缓解盐胁迫的伤害。
三、褪黑素与低温胁迫
低温胁迫严重影响植物的生长发育及作物产量。持续的低温环境会影响植物细胞膜流动性和酶活力，抑制光合作用和营养物质的转运，造成植物体的损伤，引起作物减产、绝产 。为了提高植物对低温环境的适应能力，生产过程中可以通过添加外源物质，如ABA、甜菜碱、CaCl2 等来提高植物的抗低温胁迫能力。这些外源物质主要是通过提高植物体内抗氧化酶活性，降低膜质过氧化水平，保护质膜的完整性，减少电解质的外渗，从而减轻低温胁迫对植物造成的伤害。
低温胁迫可造成植物细胞结构的氧化损伤，而植物低温胁迫及其导致的氧化损伤非常敏感。研究发现，10-30 μmol/L褪黑素处理显著增加 4°C低温下拟南芥的株高、主根长度以及幼苗的鲜重等，内冷适应相关的基因和因子如 CBFs、DREBs、Zat10、Zat12、COR15a 等的表达量明显增加，刺激相关抗冷化合物的合成帮助植物抵御冷环境的不利影响。而褪黑素提高低温胁迫下烟草悬浮细胞的存活率主要是通过提高烟草细胞精胺脱羧酶的活力，调节多胺合成来提高抵御冷害的能力。在植物体内，精氨酸脱羧酶作为一种关键酶催化游离多胺的合成。因此推测在低温条件下褪黑素可能通过调节植物细胞内多胺的合成而提高抵御冷害的能力从而保护细胞。
四、褪黑素与高温胁迫
随着全球气候变暖，高温成为植物生长面临的重要逆境因子之一。农作物、经济作物在高温环境下迅速老化，普遍减产甚至绝产，造成全球粮食危机，严重威胁着人类的生存。为了保障高温条件下作物的产量，人们先后开展了外源 ABA、水杨酸（SA）、乙烯、CaCl2等物质对缓解高温胁迫影响的研究，并证实了这些物质对提高植物耐高温的作用。
研究发现，外源喷施 50-100 μmol/L 褪黑素能够提高黄瓜的耐高温能力，主要是通过提高抗氧化胁迫有关的酶（APx、GR 等）活性来增加植物体内 AsA 和 GSH 等抗氧化物质的含量，抑制活性氧产生，从而保护细胞膜的稳定性，最终增强耐高温能力。在正常条件下，植物体内所生产的 O2-、H2O2 和·OH 等活性氧处于一个动态平衡状态，这种平衡主要由植物体内的抗氧化酶系统和抗氧化物质所调控。但高温胁迫打破了该平衡状态，植物的生长受到抑制。褪黑素作为一种电子供体，可与H2O2、·OH 等反应，将活性氧维持在一个相对较低的水平。因此，褪黑素提高植物的耐高温能力，主要与其提高抗氧化物酶活性，减轻ROS对细胞膜造成的伤害，维持细胞膜稳定性有关。
五、褪黑素与重金属污染
由于人类工农业活动的影响，导致土壤中重金属（如铜、汞、镉、铬、铅、锌等）越来越多 。虽然铜和锌对维持植物正常生长至关重要，但是过量的铜或锌会与植物体内蛋白质和酶的巯基相结合，破坏蛋白质的结构，降低酶的活性。高浓度的金属离子会催化形成有害的活性氧，导致重要的大分子核酸、蛋白质、脂质发生氧化性损伤，从而抑制植物的生长发育。
研究发现，褪黑素及其前体物能够与铝、铜和镉等金属离子螯合，从而缓解或消除金属离子对细胞和生物大分子的伤害。外源褪黑素处理能够显著提高豌豆在高铜含量土壤中的存活率，认为褪黑素能够提高植物对受重金属污染土壤的修复能力。褪黑素预处理可以缓解过量铜离子对膜脂过氧化的伤害，提高铜离子胁迫条件下甘蓝种子的萌发，促进幼苗的生长。此外，水葫芦因可在重金属污染的水中生存而被用来净化水源，可能与体内含有较高水平的褪黑素有关。
六、褪黑素与抗紫外、电离辐射等氧化胁迫
活性氧是介导植物体内许多生长发育和生理过程的重要信号分子，但同时也是胁迫因子。UV 和电离辐射等氧化胁迫会引起植物的生长和形态结构发生变化、影响植物的代谢。长期的强紫外辐射能引起植物细胞膜质过氧化，产生过量的自由基，对植物造成伤害。
研究表明，褪黑素作为一种保护性抗氧化剂，无论是植物体内自身合成的还是外源施加的，都能帮助植物体清除自由基，减缓紫外、电离辐射引起植物的氧化胁迫。紫外辐射会使植物产生过量的自由基，导致膜脂过氧化反应，从而造成植物的伤害，而褪黑素在藻类和高等植物中具有抵御紫外胁迫伤害的能力，能够保护光合作用系统的完整性，并提高叶绿素含量。高强度紫外辐射3 d后甘草根部褪黑素水平明显升高，甘草体内合成的褪黑素主要用于抵御紫外辐射的伤害，他们推测甘草根部褪黑素可缓解紫外辐射对其造成的氧化损伤。水葫芦在增强 UV-B 辐射条件下，体内褪黑素的含量显著增加，这也暗示褪黑素能够增强植物抵抗 UV-B 的能力。最近，过表达褪黑素合成途径酶的基因可以减缓UV-B辐射引起的林烟草的氧化胁迫损伤。因此，內源或外源褪黑素均可作为一种良好的抗氧化剂，保护植物免受各种氧化胁迫伤害。
综上可见，植物体内褪黑素含量在干旱、高温、盐胁迫、重金属胁迫以及氧化胁迫等逆境条件下均有不同程度的提升，褪黑素含量增加被认为是植物体对逆境的响应。而外源褪黑素处理能够缓解逆境对植物的影响也证实了植物体可以通过增强内源褪黑素的合成来抵御不良环境影响的作用机制。
