La longevidad floral (FL) es un rasgo funcional floral importante que es crítico para las plantas con flores. FL muestra una gran diversidad entre angiospermas; sin embargo, hay información limitada sobre los mecanismos que influyen en las diferencias en la longevidad floral, especialmente la relación entre los rasgos anatómicos de los pétalos y la longevidad floral. Nuestro objetivo fue examinar (1) las relaciones entre los rasgos anatómicos de los pétalos y la FL en cultivares de peonía arbórea y (2) las características anatómicas de los pétalos de cultivares con FL más larga. Once rasgos de seis cultivares de peonía arbórea con diferentes FL fueron investigados, incluyendo seis rasgos de conservación de agua (grosor del pétalo, grosor de la cutícula, número de capas celulares, grosor del mesófilo, grosor del epidermis adaxial y grosor del epidermis abaxial), tres rasgos de suministro de agua (densidad de venas, número de vasos de xilema y diámetro de los vasos de xilema), masa fresca del pétalo y masa seca del pétalo entre cultivares. Existen diferencias significativas en los rasgos relacionados con la conservación de agua y la capacidad de suministro de agua de las peonías arbóreas con diferentes FL. Los cultivares de peonía arbórea con FL larga se caracterizaron por el mesófilo, las cutículas, el epidermis adaxial y el epidermis abaxial de los pétalos más gruesos. Hubo una correlación positiva entre FL y el número de vasos y el diámetro de los vasos. Estos resultados sugieren que la capacidad de retener agua en las flores está asociada con la longevidad floral. Los rasgos de los pétalos relacionados con la conservación y suministro de agua, incluyendo densidades de venas, grosor del mesófilo y grosor del epidermis, son beneficiosos para prolongar la longevidad de las flores en las peonías arbóreas.