La melatonina (MT) juega un papel importante en la mitigación del estrés causado por la contaminación de metales pesados en el suelo sobre las plantas. Sin embargo, su capacidad para mejorar la tolerancia al estrés por Ni y su mecanismo de acción aún no están claros. Por lo tanto, se roció MT (0, 50, 100 y 200 mol·L) en la superficie de las hojas de plántulas bajo estrés por Ni (0 y 250 mg·kg) para estudiar las diferencias en el crecimiento, la fisiología y la expresión génica. Los resultados mostraron que la MT exógena podría mejorar la capacidad de resistir el estrés por Ni al inhibir la degradación de la clorofila y los carotenoides, mejorar la fotosíntesis y aumentar la actividad de las enzimas antioxidantes. Además, 100 mol·L de MT podría aumentar la concentración de Ni en las plántulas y reducir el factor de translocación. El análisis del transcriptoma mostró que la MT regulaba principalmente la expresión de genes relacionados con la transducción de señales de hormonas vegetales, el metabolismo de almidón y sacarosa, y diversas vías de metabolismo de aminoácidos. Este estudio combinó análisis fisiológicos y transcriptómicos para revelar el mecanismo molecular de la MT que mejora la resistencia al Ni, y proporciona una nueva dirección para expandir su aplicación en la fitoremediación.