La melatonina (MT) desempeña una serie de roles clave en la regulación del crecimiento de las plantas y la acumulación de metabolitos secundarios. Es una importante planta medicinal herbal tradicional china que se utiliza para el tratamiento de linfoma, bocio y mastitis. Sin embargo, el efecto de la MT sobre el rendimiento y el contenido de componentes medicinales sigue siendo poco claro. En esta investigación, hemos examinado la influencia de diferentes concentraciones de MT (0, 50, 100, 200, 400 M) en las características fisiológicas, los contenidos de metabolitos secundarios y el rendimiento de biomasa. Los resultados mostraron que el tratamiento con MT a 50-200 M tuvo un efecto positivo, y el tratamiento con MT a 100 M aumentó considerablemente las actividades de la superóxido dismutasa y la peroxidasa, los contenidos de azúcar soluble y prolina, y disminuyó notablemente la conductividad eléctrica relativa, los contenidos de malondialdehído y peróxido de hidrógeno en las hojas. Además, promovió de manera notable el crecimiento y desarrollo del sistema radicular, aumentó el contenido de pigmentos fotosintéticos, mejoró el rendimiento de los fotosistemas I y II y la coordinación de ambos fotosistemas, y mejoró la capacidad fotosintética. Además, aumentó significativamente la masa seca de toda la planta y de la espiga, y promovió la acumulación de flavonoides totales, fenoles totales, ácido cafeico, ácido ferúlico, ácido rosmarínico y hiperósido en la espiga. Estos hallazgos demostraron que la aplicación de MT podría activar eficazmente el sistema de defensa antioxidante, proteger el aparato fotosintético del daño por fotooxidación y mejorar la capacidad fotosintética y la capacidad de absorción radicular, promoviendo así el rendimiento y la acumulación de metabolitos secundarios.