Faits:
A. Le 18 septembre 2009, le Grand Conseil du canton de Genève a adopté une loi modifiant la loi générale sur les zones de développement (LGZD; RSG L 1 35). Cette loi introduit notamment les modifications suivantes:
Art. 2, al. 2 (nouvelle teneur)
2 En dérogation à l'alinéa 1, lettre a, le Conseil d'Etat peut, après consultation du conseil administratif ou du maire de la commune, renoncer à l'établissement d'un plan localisé de quartier:
a) dans les périmètres de développement de la 5e zone résidentielle;
b) en zone de développement affectée à de l'équipement public;
c) dans les quartiers de développement déjà fortement urbanisés;
d) pour des projets de constructions ou installations conformes à des plans directeurs de quartier indiquant l'aménagement souhaité;
e) pour des projets de constructions ou installations conformes au 1er prix d'un concours d'urbanisme et d'architecture réalisé en application de la norme SIA applicable, sur la base d'un cahier des charges accepté par le département en charge de l'aménagement.
La loi en cause n'ayant pas été soumise au peuple par voie de référendum, le Conseil d'Etat du canton de Genève l'a promulguée par arrêté du 18 novembre 2009, publié dans la Feuille d'avis officielle du 23 novembre 2009.
B. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, Yves Jeanmairet, Denise Maillefer et la Fédération des Associations de Quartiers et d'Habitants demandent au Tribunal fédéral d'annuler l'art. 2 al. 2 let. d et e de la loi précitée. Ils invoquent notamment une violation des art. 4 et 33 de la loi fédérale du 22 juin 1979 sur l'aménagement du territoire (LAT; RS 700). Le Grand Conseil du canton de Genève s'est déterminé, concluant au rejet du recours. Les recourants et le Grand Conseil ont présenté des observations complémentaires.
Considérant en droit:
1. Le recours en matière de droit public est ouvert contre les actes normatifs cantonaux (art. 82 let. b LTF). L'acte attaqué ne pouvant faire l'objet, à Genève, d'un recours cantonal (cf. arrêts 1C_384/2007 du 14 mai 2008, consid. 1 publié in SJ 2008 I p. 453; 2C_546/2008 du 29 janvier 2009, consid. 1 publié in RDAF 2009 II p. 99), le recours au Tribunal fédéral est directement ouvert (art. 87 al. 1 LTF).
1.1 L'art. 89 al. 1 LTF confère la qualité pour former un recours en matière de droit public à quiconque a pris part à la procédure devant l'autorité précédente ou a été privé de la possibilité de le faire (let. a), est particulièrement atteint par la décision ou l'acte normatif attaqué (let. b) et a un intérêt digne de protection à son annulation ou à sa modification (let. c). Lorsque l'acte attaqué est un acte normatif, l'intérêt personnel requis peut être simplement virtuel; il suffit qu'il existe un minimum de vraisemblance que le recourant puisse se voir un jour appliquer les dispositions contestées. Un intérêt de fait est suffisant (ATF 134 I 269 consid. 2.1 non publié; 133 I 286 consid. 2.2 p. 290). En l'occurrence, les recourants Yves Jeanmairet et Denise Maillefer sont domiciliés dans le canton de Genève et sont donc susceptibles d'être touchés par les modifications contestées, de sorte qu'ils ont la qualité pour recourir. Dans ces conditions, la question de la qualité pour agir de la Fédération des Associations de Quartiers et d'Habitants peut demeurer indécise.
1.2 Selon l'art. 101 LTF, le recours contre un acte normatif doit être interjeté dans un délai de 30 jours à compter de sa publication selon le droit cantonal. Lorsque l'acte est soumis au référendum facultatif, ce délai commence à courir non pas avec la (première) publication de l'acte en vue de l'exercice du droit de référendum, mais avec la publication de la décision de promulgation, selon laquelle le délai référendaire est arrivé à son terme sans avoir été utilisé ou l'acte a été adopté en votation populaire (ATF 133 I 286 consid. 1 p. 288 et les arrêts cités). Le présent recours ayant été déposé le 23 décembre 2009, soit dans les 30 jours suivant la publication du 23 novembre 2009, le délai est respecté. Il y a donc lieu d'entrer en matière.
2. Invoquant leur "droit de vote", les recourants se plaignent du fait que les deux nouvelles exceptions introduites par la disposition litigieuse les priveraient de la possibilité de s'exprimer par voie de référendum. Ils expliquent que, contrairement aux plans localisés de quartier, les plans directeurs de quartier (art. 2 al. 2 let. d LGZD) et les concours d'urbanisme et d'architecture (art. 2 al. 2 let. e LGZD) ne feraient pas l'objet d'une délibération du Conseil municipal sujette à référendum facultatif. Cette argumentation ne constitue pas un motif de recours recevable au regard de l'art. 95 LTF. De plus, le présent recours ne saurait être considéré comme un recours en matière de droits politiques au sens de l'art. 82 let. c LTF, dans la mesure où les recourants ne remettent pas en cause la procédure d'adoption de la norme contestée et dès lors que celle-ci ne règle pas elle-même l'exercice des droits politiques (cf. ATF 131 I 386 consid. 2.2 p. 389; Alain Wurzburger, in Commentaire LTF, n. 119 ad art. 82 LTF et les références). Les critiques formulées à cet égard par les recourants ne constituent dès lors pas un motif de recours recevable; elles se confondent au demeurant avec les griefs examinés ci-après.
3. Les recourants soutiennent en substance que les nouvelles exceptions à l'obligation d'établir un plan localisé de quartier, introduites par l'art. 2 al. 2 let. d et e LGZD, sont contraires aux art. 4 et 33 LAT.
3.1 Selon l'art. 75 al. 1 Cst., l'aménagement du territoire incombe aux cantons, la Confédération fixant les principes applicables à cette matière. Le droit fédéral comprend notamment des règles générales sur les plans d'affectation (art. 14 ss LAT), qui délimitent en premier lieu les zones à bâtir (art. 15 LAT), les zones agricoles (art. 16 ss LAT) et les zones à protéger (art. 17 LAT). Conformément à l'art. 18 al. 1 LAT, le droit cantonal peut prévoir d'autres zones d'affectation. C'est ce qui a été fait dans le canton de Genève avec l'adoption des "zones de développement" au sens de l'art. 12 al. 4 de la loi d'application de la LAT (LaLAT; RSG L 1 30). Selon l'art. 30 LaLAT, ces zones sont régies spécifiquement par la LGZD.
La délivrance d'une autorisation de construire dans les zones dites de développement est en principe subordonnée à l'approbation préalable par le Conseil d'Etat d'un plan localisé de quartier (art. 2 al. 1 let. a LGZD). A titre exceptionnel, le Conseil d'Etat peut renoncer à l'établissement de ce plan localisé de quartier, dans les cas mentionnés à l'art. 2 al. 2 LGZD. La loi contestée introduit de nouvelles exceptions, qui font l'objet du présent recours. Ainsi, le Conseil d'Etat a dorénavant la faculté de renoncer à l'établissement d'un plan localisé de quartier lorsque le projet est conforme à un plan directeur de quartier indiquant l'aménagement souhaité (art. 2 al. 2 let. d LGZD) ou s'il est conforme au 1er prix d'un concours d'urbanisme et d'architecture (art. 2 al. 2 let. e LGZD).
3.2 Les recourants prétendent d'abord que l'instauration de ces deux nouvelles exceptions serait contraire à l'art. 33 LAT. Aux termes de cette disposition, les plans d'affectation sont mis à l'enquête publique (al. 1) et le droit cantonal prévoit au moins une voie de recours contre les décisions et les plans d'affectation fondés sur la LAT et sur les dispositions cantonales et fédérales d'exécution (al. 2). Ces règles sont applicables à tous les types de plans d'affectation, en particulier aux plans de quartier et aux plans d'aménagement de détail (ATF 131 III 414 consid. 2.3 p. 416; 111 Ib 9 consid. 3 p. 12 s.; HEINZ AEMISEGGER/ STEPHAN HAAG, in Commentaire de la Loi fédérale sur l'aménagement du territoire, 2009, n. 7 ad art. 33 LAT et les références).
On ne voit pas en quoi les modifications litigieuses de la LGZD feraient obstacle au respect des exigences prévues par l'art. 33 LAT. En effet, l'art. 2 LGZD s'applique aux zones dites de développement, qui sont elles-mêmes définies par un plan d'affectation. Or, l'adoption et la modification de ce plan d'affectation demeurent soumises à l'enquête publique et elles doivent pouvoir faire l'objet d'un recours. Par conséquent, contrairement à ce que soutiennent les recourants, il importe peu que le plan directeur de quartier et le concours prévus par l'art. 2 al. 2 let. d et e LGZD ne constituent pas des plans d'affectation au sens de l'art. 14 LAT. De plus, les personnes intéressées pourront toujours s'exprimer dans le cadre de la procédure d'autorisation de construire: le fait que le Conseil d'Etat puisse renoncer à l'établissement d'un plan localisé de quartier pour un projet concret n'empêchera pas les tiers concernés de contester le permis de construire délivré en application de la LAT et de ses dispositions d'exécution.
Pour le surplus, les recourants perdent de vue que l'art. 33 LAT ne fait que définir les exigences à respecter lors de l'adoption d'un plan d'affectation: il n'impose pas l'adoption de plans d'affectation spéciaux, pas plus qu'il n'interdit de renoncer à de tels plans si certaines conditions sont réunies. En définitive, il y a lieu de constater que les modifications litigieuses de la LGZD ne sont pas contraires à l'art. 33 LAT.
3.3 Les recourants se plaignent en outre d'une violation de l'art. 4 LAT, au motif qu'ils seraient privés de la possibilité de s'exprimer dans les cas où l'art. 2 al. 2 let. d et e LGZD trouverait application. Selon l'art. 4 LAT, il incombe aux autorités chargées de l'aménagement du territoire de renseigner la population sur les plans dont la LAT prévoit l'établissement, sur les objectifs qu'ils visent et sur le déroulement de la procédure (al. 1) et de veiller à ce que la population puisse participer de manière adéquate à l'établissement des plans (al. 2), ceux-ci pouvant être consultés (al. 3).
Les modifications litigieuses de la LGZD n'apparaissent pas contraires à ces exigences. En effet, l'art. 4 LAT prévoit de manière générale l'information et la participation de la population dans la procédure d'établissement des plans, mais il n'impose pas l'établissement systématique de plans localisés de quartier pour permettre à la population de s'exprimer. Les autorités compétentes ont au demeurant un large pouvoir d'appréciation dans l'application de l'art. 4 al. 2 LAT (ATF 133 II 120 consid. 3.2 p. 124 et les références). Dans le cas présent, les droits d'information et de participation demeurent en outre garantis dans la procédure d'adoption ou de modification du plan d'affectation définissant la zone de développement, voire d'autres plans auxquels s'appliquent les exigences de l'art. 4 LAT. Ainsi, les exceptions instaurées par l'art. 2 al. 2 let. d et e LGZD ne contreviennent aucunement à cette disposition.
4. Il s'ensuit que le recours doit être rejeté, dans la mesure de sa recevabilité. Les recourants, qui succombent, doivent supporter les frais de la présente procédure (art. 66 al. 1 LTF). Il ne sera pas alloué de dépens (art. 68 al. 3 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté, dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 3'000 fr., sont mis à la charge des recourants.
3. Le présent arrêt est communiqué aux recourants et au Grand Conseil du canton de Genève.
Lausanne, le 25 mai 2010
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Le Greffier:
Féraud Rittener