解题思路：结合光合作用和呼吸作用的发生场所、条件、物质变化和能量变化，分析各个选项，逐一排除．
A、呼吸作用中，葡萄糖在细胞质基质中在酶的催化下的分解成丙酮酸，则④错误．故A错误．
B、呼吸作用中，葡萄糖在细胞质基质中在酶的催化下的分解成丙酮酸，则④错误．故B错误．
C、在叶绿体囊状结构薄膜上，水在光下分解成氧气和还原氢．还原氢为三碳化合物还原提供还原剂，则①错误．故C错误．
D、在叶绿体囊状结构薄膜上，水在光下分解成氧气和还原氢．还原氢为三碳化合物还原提供还原剂，则②正确．有氧呼吸作用中，丙酮酸在线粒体中在酶的催化下的分解成二氧化碳，并产生还原氢，第一阶段和第二阶段的还原氢与氧气发生氧化反应产生水，则③正确．故D正确．
故选D．
点评：
本题考点： 线粒体、叶绿体的结构和功能．
考点点评： 本题考查了线粒体和叶绿体的结构和功能、光合作用和呼吸作用过程等相关内容，意在考查考生理解所学知识的要点，把握知识间的内在联系的能力．