A、线粒体膜与叶绿体膜没有直接相连，A错误；
B、线粒体和叶绿体具有两层膜，但都是生物膜，B错误；
C、内质网膜、高尔基体膜、液泡膜等膜是生物膜，但都是单层膜，C错误；
D、生物膜系统是由细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器构成的，D正确．
故选：D．