ABSTRACT Background and Aims While genome size limits the minimum sizes and maximum numbers of cells that can be packed into a given leaf volume, mature cell sizes can be substantially larger than their meristematic precursors and vary in response to abiotic conditions. Mangroves are iconic examples of how abiotic conditions can influence the evolution of plant phenotypes. Methods Here, we examined the coordination between genome size, leaf cell sizes, and cell packing densities, and leaf size in 13 mangrove species across four sites. Four of these species occurred at more than one site, allowing us to test the effect of climate on leaf anatomy. Results We found that genome sizes of mangroves were very small compared to other angiosperms, and, like other angiosperms, mangrove cells were always larger than the minimum size defined by genome size. Increasing mean annual temperature of a growth site led to higher packing densities of veins ( D v ) and stomata ( D s ) and smaller epidermal cells but had no effect on stomatal size. Contrary to other angiosperms, mangroves exhibited (1) a negative relationship between guard cell size and genome size; (2) epidermal cells that were smaller than stomata, and (3) coordination between D v and D s that was not mediated by epidermal cell size. Furthermore, mangrove epidermal cell sizes and packing densities covaried with leaf size. Conclusions While mangroves exhibited coordination between veins and stomata and attained a maximum theoretical stomatal conductance similar to other angiosperms, the tissue-level tradeoffs underlying these similar relationships across species and environments was markedly different, perhaps indicative of the unique structural and physiological adaptations of mangroves to their stressful environments.

Background and Aims: Despite the predominance of scaling photosynthetic metabolism by two-dimensional leaf surface area, leaves are three-dimensional structures composed of multiple tissues that directly and indirectly influence photosynthetic metabolism. The structure of leaf surfaces for CO2 diffusion and light transmission and the internal volume of tissues that process energy and matter work together to control rates of resource acquisition and turnover. Here we investigate the influence of cell size and packing density on resource acquisition as measured by surface conductance to CO2 and water vapor and on resource turnover as measured by leaf water turnover time. Methods: We sampled wild and cultivated congeneric species in the genus Rhododendron (Ericaceae) and measured genome size, anatomical traits related to cell sizes and packing densities, and morphological traits related to water content and dry mass allocation. Results: Among Rhododendron, anatomical traits related to cell size and morphological traits related to water content and dry mass investment varied largely orthogonally to each other, allowing for many combinations of leaf traits to exist. However, there was a strong, negative relationship between the leaf water residence time (τ) and the maximum leaf surface conductance per leaf volume (gmax,vol), both of which are influenced by cell size and cell packing densities. Conclusions: Despite leaf function being controlled by many potential combinations of leaf cell- and tissue-level traits, cell size has a pervasive effect on leaf function. Small cells allow for higher diffusion of CO2 and water vapor per unit leaf volume (gmax,vol) even at constant leaf thickness, but small cells also result in shorter leaf water residence times (τ). The strong tradeoff between gmax,vol and (τ) illuminates how genome size-cell size allometry influences the fast-slow continuum of plant carbon and water economy.

The need to maintain water balance has been a critical constraints shaping the evolution of leaf form and function. Vein and stomatal traits have undergone coordinated evolution to maintain water supply and prevent water loss. However, flowers, which are heterotrophic and relatively short-lived, may not be constrained by the same physiological and developmental factors. We measured a variety of physiological parameters derived from pressure-volume curves for leaves and flowers of 22 species from the magnoliids, monocots, and eudicots to determine whether floral hydraulic traits are governed by the same constraints as leaves. The trait the differentiated flowers and leaves the most was the saturated water content, which was a strong predictor of hydraulic capacitance for leaves and flowers. Using principal component analysis, we show that flowers occupied not only a different region of multivariate trait space than leaves but also that hydraulic strategies are more diverse in flowers than their conspecific leaves. These results suggest that relaxing constraints on maintaining high transpiration rates has allowed flowers to rely on other hydraulic traits to maintain turgor, which has important implications for both the costs of reproduction and for the biomechanical performance of flowers, particularly during drought.

Summary Drought‐induced xylem embolism is a primary cause of plant mortality. Although c . 70% of cycads are threatened by extinction and extant cycads diversified during a period of increasing aridification, the vulnerability of cycads to embolism spread has been overlooked. We quantified the vulnerability to drought‐induced embolism, pressure–volume curves, in situ water potentials, and a suite of xylem anatomical traits of leaf pinnae and rachises for 20 cycad species. We tested whether anatomical traits were linked to hydraulic safety in cycads. Compared with other major vascular plant clades, cycads exhibited similar embolism resistance to angiosperms and pteridophytes but were more vulnerable to embolism than noncycad gymnosperms. All 20 cycads had both tracheids and vessels, the proportions of which were unrelated to embolism resistance. Only vessel pit membrane fraction was positively correlated to embolism resistance, contrary to angiosperms. Water potential at turgor loss was significantly correlated to embolism resistance among cycads. Our results show that cycads exhibit low resistance to xylem embolism and that xylem anatomical traits – particularly vessels – may influence embolism resistance together with tracheids. This study highlights the importance of understanding the mechanisms of drought resistance in evolutionarily unique and threatened lineages like the cycads.

Flowers play a critical role in reproduction for most of the flowering plants, and maintaining flowers throughout their lifespan can require substantial resources, such as carbon and water. Increases in temperature and aridity due to climate change are shifting the atmospheric conditions experienced by flowers, potentially altering the costs of floral maintenance. However, little is known about floral physiology and the capacity of flowers to regulate water loss. Because many flowers have few, if any, stomata, flowers may not be able to curtail water loss when the atmospheric demand for water vapor is high. Here, we tested whether the surface conductance of of flower petals, tepals, and showy bracts responds dynamically to changes in the vapor pressure gradient driving water loss. We measure the responses of flower surface conductance (gs) to step changes in the vapor pressure gradient on nine species. Across species, gs was low among all species, and there was little, if any, response in gs to step changes in humidity. The lack of response in gs resulted in linear responses of transpirational water loss to variation in vapor pressure deficit. These results suggest that unusually hot, dry conditions could elevate water loss from flowers, leading to premature wilting and senescence, thereby shortening floral longevity.

A central challenge in plant ecology is to define the major axes of plant functional variation with direct consequences for fitness. Central to the three main components of plant fitness (growth, survival, and reproduction) is the rate of metabolic conversion of CO2 into carbon that can be allocated to various structures and functions. Here we (1) argue that a primary constraint on the maximum rate of photosynthesis per unit leaf area is the size and packing density of cells and (2) show that variation in genome size is a strong predictor of cell sizes, packing densities, and the maximum rate of photosynthesis across terrestrial vascular plants. Regardless of the genic content associated with variation in genome size, the simple biophysical constraints of encapsulating the genome define the lower limit of cell size and the upper limit of cell packing densities, as well as the range of possible cell sizes and densities. Genome size, therefore, acts as a first-order constraint on carbon gain and is predicted to define the upper limits of allocation to growth, reproduction, and defense. The strong effects of genome size on metabolism, therefore, have broad implications for plant biogeography and for other theories of plant ecology, and suggest that selection on metabolism may have a role in genome size evolution.