水分脅迫時，植物積累各種有機和無機物質，以增加細胞液的濃度，降低其滲透勢，從而使植物保持水分，適應水分脅迫環境。通常積累的代謝產物有脯氨酸、甜菜堿、甘露醇、山梨醇、海藻糖、果聚糖等。通過轉基因技術，作物可以在幹旱條件下產生更多的滲透調節保護物質，可以大大提高作物的抗旱能力。目前，人們已將滲透物質調節酶基因轉入植物中，以提高其抗旱性。如脯氨酸合成酶基因、果聚糖合成酶基因、甜菜堿合成相關酶基因、海藻糖和甘露醇合成相關基因等。
通過對幹旱脅迫下植物抗氧化防禦系統的大量研究，人們認為該系統是由壹些能夠清除活性氧的酶和抗氧化物質組成的。如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)和抗壞血酸(AsA)。它們協同抵抗幹旱脅迫誘導的氧化損傷。在整個防禦系統中，SOD是壹種抗氧化酶，在所有植物的氧化中起著重要的作用。根據金屬離子的不同，SOD可分為三種類型:Cu/Zn-SOD、Mn-SOD和Fe-SOD3。
SOD是植物中第壹個清除活性氧的關鍵抗氧化酶。近年來，通過SOD基因工程提高了植物的耐旱性。例如，將煙草Mn-SODcDNA導入紫花苜蓿後，轉基因紫花苜蓿的抗旱性提高，生活力保持不變。
由於壹些與脅迫相關的轉錄因子可以在脅迫條件下調節功能基因的表達和信號轉導，因此它們在轉基因植物中的過量表達會激活許多抗逆功能基因的同時表達。因此，可以通過轉化調控基因來提高植物的耐旱性。DREB轉錄因子是壹種已經被廣泛研究以抵抗非生物脅迫的轉錄因子。例如，通過差異顯示方法從幹旱處理的擬南芥中克隆了許多幹旱誘導基因，這些基因被定義為RD(對幹旱的反應)基因。對rd29A基因的啟動子進行了分析，揭示了壹個與幹旱、高鹽、低溫脅迫響應基因相關的DRE順式作用元件，並克隆了三個轉錄因子DREB2A和DREB2B。在幹旱或高鹽(250mmol/LNaCl)處理的10min內，DREB2A和DREB2B被迅速而強烈地誘導，而不受外源ABA的誘導。