乙酰膽堿可以在不影響電子傳遞的情況下使葉綠體中的ATP合成下降80%以上。另外，濃度低于0.1 mmol的乙酰膽堿可以刺激非環式光合磷酸化的進行，而濃度大于0.1 mmol時非環式光合磷酸化則受抑制。在這兩種情況下，乙酰膽堿并不影響NADP+的還原。新斯的明（neostigmine）可以抑制ATP的合成，但不影響電子從水到細胞色素f或NADP+的傳遞。毒蕈堿和阿托品同樣可以抑制NADP+的還原和非環式光合磷酸化。
除此以外，乙酰膽堿還可以影響離體葉綠體對氧的吸收，抑制光刺激的葉綠體膨脹；刺激鈉離子和鉀離子從葉綠體流出。因而，乙酰膽堿在葉綠體中可能調控葉綠體膜對離子的通透性及電子傳遞和ATP合成間的偶聯。